curso de concreto armado - erinaldo de lima costa

Elementos de Construção Civil

ERINALDO DE LIMA COSTA

1. CONCRETO ARMADO

1.1. DESENVOLVIMENTO E CARACTERÍSTICAS

1.1.1. HISTÓRICO - O Cimento Portland de hoje surgiu na Inglaterra com Josef Aspdim em 1824, e depois em 1855 na França Lambot passou a utilizar barras de aço na parte traçionada em barcos, mas foi Monier que empregando o mesmo princípio inicialmente em jarros e depois em outras peças veio a registrar as patentes. A empresa alemã Wayss & Freitag comprou a patente e passou a desenvolver teorias consistentes e comprovadas, elaboradas por E. Mörsch em 1902, teorias que perduraram até pouco tempo.

1.1.2. DEFINIÇÃO - CONCRETO é uma mistura homogênea de um aglomerante (cimento) com agregados (graúdos e miúdos) e água, e em alguns casos aditivos. Empregados em estado plástico, ele sofre reações químicas endurecendo e passando a forma com o AÇO uma combinação harmônica do ponto de vista mecânico, químico e econômico.

1.1.3. IMPORTÂNCIA E TIPOS - É o material mais utilizado em estruturas portantes, nas fundações de edifícios e obras de arte, podendo ser:

Concreto Magro: com baixo consumo de cimento e resistência menor, é usado para contrapiso e outras bases.

Concreto Simples: sem armadura, é usado para resistir a esforços simples de compressão, tais como: pavimentos e enchimento de poços.

Concreto Armado: combina a boa resistência à compressão e o custo reduzido do material concreto com a excelente resistência à tração do material aço carbono cujo preço é elevado.

Concreto Ciclóptico: o concreto simples sofrendo a adição de pedras de mão, trazendo economia às grandes peças de fundações.

Concreto Protendido: peças mais leves e delgadas devido ao tracionamento prévio do aço, o que também possibilita vencer maiores vãos e favorecer a recuperação de estruturas.

Concretos Especiais: leves com agregados leves e ar; armado com fibras; pesados e com resinas para reparos e impermeabilizações.

Concreto de Alto Desempenho (CAD): última palavra em tecnologia de concretos, consegue elevadas resistências à compressão com o incremento de micro-sílica combinada a um grande controle tecnológico, diminuindo as peças, mais seu emprego ainda não é consenso pois seu custo é considerável.

1.1.4. PROPRIEDADES Executar peças grandes e contínuas;Moldado conforme as necessidades (trabalhabilidade);Impermeabilidade e Durabilidade;Resistência mecânica e aos agentes externos;

Engenheiro Civil Erinaldo de Lima Costa 7


Coeficiente de Dilatação 10-5/ 0C; Retração e Deformação lenta.



1.2. COMPOSIÇÃO

1.2.1. AGLOMERANTE - é o cimento portland, cuja função é de transformar através de seu processo químico, aquela mistura em pedra artificial.

1.2.2. AGREGADOS - no concreto temos o agregado chamado graúdo (>4,8mm), que é a brita com a função de conferir resistência e diminuir o custo e o miúdo (<4,8mm), que é a areia com a função de preencher vazios e dar resistência, em ambos não deverá existir materiais finos, orgânicos e minerais.

1.2.3. ADITIVOS – produtos químicos ou resinas, acrescido aos componentes normais durante o preparo, com o intuito de alterar ou fornecer algumas propriedades ao concreto. Os aditivos não têm por objetivos corrigir problemas como mal proporcionamento, adensamento incorreto, ou seja má fabricação concreta. Acrescentam-se aditivos na busca de alguma vantagem e assim reverter dificuldades tecnológicas ou de especificação, e caso não haja incompatibilidade pode ser utilizado mais de um. Os principais aditivos são:reguladores de pega;redutores de água, retardadores;aceleradores;incorporadores e expulsores de ar;expansores;impermeabilizantes;

ligantes (epóxi e resinas);redutores de reação álcali-agregado;inibidores de corrosão; fungicidas, germicidas e inseticidas;colorantes;agentes flocurantes.

1.2.4. ÁGUA - destinada ao amassamento do concreto para dar-lhe plasticidade e para reagir com o aglomerante permitindo o endurecimento, mas que em excesso é altamente prejudicial, sendo o fator água/cimento um dos principais requisitos para boa resistência. Deverá se manter alguns critérios mínimos como o pH entre 5,8 e 8,0. Há casos onde outras exigências especiais são solicitadas, tais como baixas temperaturas em grandes massas de concreto.

Para exemplificar a importância do fator água/cimento, veja o quadro comparativo onde, com o mesmo traço, verifica-se sensíveis variações na resistência do concreto apenas com variações no fator a/c.

1.3. CONTROLE TECNOLÓGICOExistem várias formas de se executar o concreto mas alguns

critérios norteiam a escolha dos vários processos para cada uma das etapas, assim, o rigor no resultado desejado (alto, médio e baixo) define os meios. a) verificação da dosagem utilizada,b)verificação da trabalhabilidade,c) características dos constituintes,d) resistência mecânica



E os respectivos ensaios e tecnologias de verificação:

ensaio de finura do cimento;massa específica do cimento;início e fim de pega do cimento;estabilidade do cimento;resistência à compressão;impurezas orgânicas das areias;ensaio de qualidade de areia;teor de material pulverulento;

teor de argila em torrões;composição granulométrica;massa específica (picnômetro);massa específica (Chapmam);m. específica e absorção do miúdo;m. específica e absorção do graúdo;massa unitária do agregado;ensaios de consistência;ruptura de corpos de prova;verificação da umidade (Spider)

1.4. PREPARO DO CONCRETO

1.4.1. IMPORTÂNCIA E FATORES DECISÓRIOS DO TRAÇO – a resistência à compressão e cisalhamento, a impermeabilidade e a durabilidade, entre outras características do concreto, são influenciadas diretamente pelo traço, que deverá ser decidido a partir das exigências, especificidades e disponibilidades de cada obra, fatores estes que também vão influenciar na escolha do acompanhamento e controle de execução.

1.4.2. TIPOS DE DETERMINAÇÃO DO TRAÇO

Dosagem Experimental: tem por fim determinar o traço através de um dos inúmeros métodos (os mais difundidos são: IPT, ITERS, INT e Tensões Mínimas) baseados na correlação entre as características dos seus componentes, agrupadas em três categorias elementares:

a) Variação das propriedades fundamentais do concreto endurecido com o fator água/cimento (durabilidade).b)Quantidade de água total em função da trabalhabilidade.c) Granulometria do concreto - módulo de finura / granulometria ideal / composição experimental.

É importante que mesmo depois de efetuados todos os cálculos com as fórmulas do método escolhido, e usando os dados dos materiais empregados e especificações exigidas, os resultados ainda devem ser verificados com ensaios de verificação (comprovação), isto é claro, dependendo das exigências de controle tecnológicas de cada obra.

Dosagem Empírica: entende-se por determinação empírica do traço a que estabelece os traços, sem fundamentação teórica, baseando-se apenas na experiência vivenciada e nos resultados anteriores, sendo limitados à obra sem grande controle tecnológico e com uma quantidade mínima de 300kg de cimento por m3 de concreto. E mesmo assim, deve ser feitos a verificação da trabalhabilidade e reduzir também o fator água/cimento.



1.4.3.ALGUNS TRAÇOS UTILIZADOS EM NOSSA REGIÃO(empregando-se cimento portland: areia lavada : brita calcária,)

Aplicação Traço Fator a/c Resistência em Kgf/cm2 (Estimada)

Ciclóptico 1 : 3 : 4com 15% de Pedra

0,55 190

Magro 1 : 4 : 5 0,51 100Vigas e outras peças delgadas 1 : 2 : 3 0,50 230

1 : 2,5 : 3,5 0,58 2001 : 2,5 : 3 0,55 170

Pilares e peças robustas 1 : 2 : 4 0,52 1701 : 2,5 : 4 0,45 190

Lajes e semelhantes 1 : 3 : 3 0,48 1601 : 2,5 : 3 0,52 190

1.4.4. AMASSAMENTO - dependendo também do tipo de obra pode ser executado por duas vias:

Manual: empregado em pequenos volumes de concreto ou obra com pouca importância e de baixo controle tecnológico, pois as medidas não são precisas e pode haver grande perda de água e aglomerante, além de ficar comprometida a homogeneidade da mistura. Deverá ser misturada inicialmente a areia com o cimento até obter cor homogênea e em seguida a brita misturando para da mesma forma obter homogeneidade e depois adicionar aos poucos a água e sem para o amassamento (virar o concreto). Não é recomenda mais do que dois sacos de cimento por vez.

Mecânica: processo em que se utilizam padiolas e betoneiras (elétricas ou a combustível) com maior garantia de homogeneidade, sem perca de materiais, além de acelerar todo o serviço. deverá durar, sem interrupção, o tempo necessário para homogeneizar a mistura, inclusive aditivos; a duração aumenta com o volume do traço e será tanto maior quanto mais seco o concreto. O tempo mínimo em segundos será 120 d , 60 d , ou 30 d, conforme o eixo da betoneira for inclinado, horizontalmente, sendo d o diâmetro máximo (em metros).

1.5. CONCRETAGEM

1.5.1. TRANSPORTE – do concreto deverá fazer o menor percurso possível e o meio utilizado não deverá acarretar desagregação ou segregação de seus elementos ou perda sensível de qualquer deles por vazamento ou evaporação. Sempre que possível permitir o lançamento direto nas formas, sem depósitos intermediários. Da mesma forma que no preparo, o transporte pode ser feito manualmente com a utilização de carros de mão e baldes, ou por via mecânica empregando-se vários processos (gruas, guinchos, carros motorizados, elevadores, esteiras, caminhões-betoneira, bombas injetoras).

1.5.2. LANÇAMENTO – o concreto deverá ser lançado logo após o amassamento, sendo esse intervalo de tempo não superior a uma hora, exceto quando utilizado retardador de pega, mas em nenhuma hipótese deverá ser feita após o início da pega.



A altura de queda livre não poderá ser maior que 2,0m, pois acarretará segregação e grande incorporação de ar; caso a peça seja maior, serão utilizadas janelas laterais, funis ou trombas. A concretagem deve ser feita em camadas horizontais, para que o peso próprio vá expulsando o ar incorporado.

1.5.3. ADENSAMENTO – durante e imediatamente após o lançamento, o concreto deverá ser vidrado ou socado continuamente e energicamente com equipamento adequado a trabalhabilidade do concreto. Deverá haver grande cuidado para não se formarem ninhos ou que haja segregação dos materiais, a armadura não poderá ser vibrada para que não se formem vazios a seu redor, que prejudicaria a aderência.

No adensamento manual (pancadas com marretinhas na forma e na armadura – só para pequenas obras) as camadas não deverão exceder 20 cm. Quando se utilizarem vibradores de imersão a espessura da camada deverá ser aproximadamente igual a ¾ do comprimento da agulha.

1.5.4. JUNTAS DE CONCRETAGEM – deverá ser feita uma programação para que a concretagem não seja interrompida, mas caso seja inevitável, as juntas deverão ser previstas em locais com menor solicitação de cisalhamento do concreto e executadas no sentido normal aos de compressão.

Algumas precauções, dependendo da complexidade, deverão ser tomadas para garantir a perfeita união entre as etapas de concretagem, tais como: deixar barras cravadas no concreto inicial; promover a remoção da nata e efetuar a limpeza da superfície externa do concreto mais velho; ou até mesmo planos elaborados para juntas previstas em casos que ocorram solicitações maiores.

1.6. CURA

Entendemos como “cura do concreto” um conjunto de medidas que têm por finalidade evitar a evaporação da água utilizada na combinação e que deve reagir com o cimento, hidratando-o (pega e endurecimento). O tempo de cura varia de acordo com fatores como: porosidade, fator água/cimento, umidade do ambiente, ventilação e temperatura.

O concreto inicialmente, é muito sensível à ação do sol e do vento, que provocam a evaporação da água, impossibilitando a plena hidratação do cimento e deixando o concreto mais permeável, além de promover um forte aumento do fenômeno de retração, responsável pelo aparecimento de fissuras e trincas, em fim, torna o concreto menos resistente e mais suscetível ao ataque de agentes agressivos. Por isso se recomenda que a partir de 6 horas após a concretagem e até 24 horas, manter o concreto sempre muito molhado e umedecido nos sete dias seguintes, bem como evitando vibrações, pois ao fim da pega o aglomerante quebrado por acidente não se unirá (solda) mais.



1.7. FORMAS E ESCORAMENTOS

As formas e os escoramentos deverão adaptar-se às formas e dimensões das peças da estrutura projetada, e ainda manter confinado o concreto a ser moldado para não perde nenhum dos seus componentes.

1.7.1. FORMAS – deverão ser dimensionadas e confeccionadas de modo que não possam sofrer deformações prejudiciais, quer sob ação dos fatores ambientais, quer sob a carga, especialmente a do concreto fresco, considerado nesta o efeito do adensamento sobre o empuxo do concreto.

Nas peças de grande vão dever-se-á dar às formas a contra-flecha eventualmente necessária para compensar a deformação provocada pelo peso do material neles introduzido.

1.7.2. ESCORAMENTOS – deverá ser projetado de modo a não sofrer, sob ação de seu peso, do peso da estrutura e das cargas acidentais que possam atuar durante a execução da obra, deformações prejudiciais à forma da estrutura ou que possam causar esforços no concreto na fase de endurecimento. Os pontaletes deverão ter diâmetro superior à 5cm para as madeiras duras e 7cm para as moles e se tiverem mais de 3,0m deverão ser contraventados, salvo quando as peças não poderem flambar; recomenda-se também que os pontaletes só tenham no máximo uma emenda. É importante o cuidado com os apoios do escoramento para que não ocorram recalques.

1.7.3. PRECAUÇÕES ANTES DO LANÇAMENTO – conferir as medidas e a posição das formas, para garantir a geometria do projeto; promover a limpeza do interior das formas e a calafetação das juntas, para evitar fuga de pasta; as formas absorventes deverão ser saturadas de água mas sem excessos; aplicar desmoldantes compatíveis com o material e resultado desejado.

1.7.4. TIPOS USUAIS EM NOSSA REGIÃO – para vigas e pilares são confeccionadas formas laterais em taboas de madeira Taipa ou com chapas de Maderit, no travamento e no fundo das vigas são usados sarrafos; em lajes maciças são utilizadas em geral chapas de compensado ou Maderit escoradas com longarinas em táboas e estroncas intertravadas com varas. Em obras simples os elementos de alvenaria funcionam como formas laterais no caso dos pilares e de fundo em vigas ou cintas.

1.7.5. DESFORMA – etapa também muito importante no processo, onde deveram ser empregadas ferramentas apropriadas para facilitar à retirada separadamente dos elementos das formas, sem prejudicar as peças com choques (batidas) e força mal colocada.

Exceto quando utilizados aditivos especiais, o concreto deverá ser desformado dentro dos prazos a seguir de acordo com as peças:

Faces laterais 3 dias;

Faces inferiores com pontaletes 14 dias mas permanecendo os pontaletes bem apoiados até os 21 dias;

Faces inferiores sem pontaletes 21 dias.



1.8. ARMADURAS

1.8.1. TIPOS E BITOLAS USUAIS DE AÇO – são principalmente usados no concreto o aço CA-50A (para peças com esforços combinados como nas armaduras longitudinais de vigas e pilares) e o CA-60B (para peças com esforços principalmente de tração como lajes ou com várias dobras como os estribos).

Nas lojas do ramo, costuma-se denominar as bitolas com o diâmetro expresso em polegadas para o CA-50A e em milímetros o CA-60B, assim as principais bitolas comerciais mais utilizadas em concretos são: 1/4”, 5/16”, 3/8”, 1/2” e 5/8” com CA-50A e 4,2mm, 5,0mm, 6,3mm e 8,0mm com o CA-60B.

1.8.2. CONFECÇÃO DAS ARMADURAS – algumas telas para lajes e outras armaduras são pré-fabricadas, mas vias de regra as armaduras para concreto são confeccionadas na própria obra e alguns cuidados são necessários:

Limpeza : deverá ser retirada qualquer substância prejudicial à aderência, e as escamas destacadas por oxidação.

Dobramento : é feito com os raios de curvatura previsto no projeto e deve-se respeitar os limites da categoria do aço utilizado.

Montagem : deverá ser colocada no fundo da forma de modo que não se mova durante a concretagem e para isso poderão ser utilizados arames, tarugos e “cocadas”.

Emendas por solda : a solda só poderá ser por pressão ou com eletrodo (exceto para classe B).

Emendas com luvas rosqueadas: devem ter no mínimo a mesma resistência do aço e com comprimento suficiente para transmissão do esforço (não é permitido para classe B).

Emendas por transpasse: não permitida para bitolas maiores de 25mm e para tirantes; o comprimento do trecho de transpasse será determinado por fórmulas específicas sendo os seguintes, os valores mais usuais mínimos:

Ø1/4”= 45cm Ø5/16”=50cm Ø3/8”=55cm Ø1/2”=60cm Ø5/8”=65cm

1.8.3. COBRIMENTO DAS ARMADURAS – deverá haver uma cobertura mínima de concreto, para garantir a vida útil da armadura no seu interior, que a norma especifica, a partir do meio ambiente, a aplicação da seguinte forma:

em lajes no interior do edifício 0,5 cmpeças revestidas com em paredes no interior d edifício 1,0 cmargamassa de espessura em lajes e paredes ao ar livre 1,5 cmmínima de 1cm em vigas, pilares e arcos no interior 1,5 cm

em vigas, pilares e arcos ao ar livre 2,0 cmconcreto aparente no interior de edifícios 2,0 cm

ao ar livre 2,5 cmem contato com o solo 3,0 cmem meios fortemente agressivos



1.8.4. LIMITES DAS ARMADURAS – para que uma peça possa ser considerada de concreto armado, ou seja mantendo as características básicas de funcionalidade, deverá conter uma quantidade mínima e máxima de ferragem em seu teor, a norma recomenda valores como por exemplo: em pilares cintados entre 0,8% a 8% da seção em lajes biapoiadas ou nervuradas 1/5 da seção principal ou 0,5cm²/m. para vigas a armadura de tração deverá maior que 0.15%bwd

1.9. NOÇÕES DA METODOLOGIA DE CÁLCULO ESTRUTURAL

1.9.1. PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS

Resistência dos Materiais: é imprescindível para um calculista, conhecer a forma como atuam cada um dos componentes do concreto, quando submetidos aos mais variados esforços mecânicos possíveis, e qual as fórmulas e métodos de cálculo para determinação, bem como os valores específicos de cada um deles, como: módulos de deformação, diagramas e tensões de escoamento e ruptura, coeficientes de dilatação, etc.

Estática das Construções : a mecânica newtoniana define muito bem como se distribuem as forças naturais, desta forma, utilizando-se destes conceitos desenvolveram-se formulações e processos que demonstram quais os esforços que cada um dos trechos são submetidos, tais como: flexão (momento fletor); cisalhamento (esforço cortante); torção, compressão (esforço normal).

Normas e Processos de Cálculo: com o resultado dos esforços e, sabendo-se como atual os materiais, foram elaboradas metodologias que determinam quais as quantidades de materiais (seção de aço e de concreto) necessários, dentro do cumprimento de alguns critérios mínimos como: capacidade portante (estado limite último), de conforto e de durabilidade (estado limite de utilização), estes critérios são pré-determinados pela Norma Brasileira a partir de ensaios experimentais e teóricos, bem como os coeficientes de segurança para as resistências dos materiais.

Cargas e Esforços Atuantes: nos casos mais usuais de lajes a norma determina alguns valores para as cargas de trabalho, além disto, é necessário um conhecimento dos pesos específicos dos componentes de uma edificação para se verificar os pesos de paredes, por exemplo, e ainda das finalidades a que se destina cada obra.

1.9.2. SEQÜÊNCIA DE CÁLCULO

Lançamento da Estrutura: a partir do projeto arquitetônico, e utilizando-se muito bom senso e experiência, é feito um esboço do esquema estrutural de projeto constando lajes, vigas e pilares denominando-os e definindo-se os vãos e todos as outras cotas necessárias ao cálculo.

Determinação das Cargas de Trabalho : empregando-se o conhecimento das possíveis cargas atuantes, inclusive ação de ventos, define-se todas as cargas existentes sobre cada laje e vigas (método convencional: laje vigas pilares).



Pré-definições de Projeto : algumas especificações devem ser definidas inicialmente como:a)tipo de controle tecnológico, que influenciará na escolha do item seguinte;b)resistência característica concreto(Fck, Fcj);c)carga de utilização das lajes; d)tipo de aço (Fyd);e)cobrimento da armadora; f)utilização de vibradores e diâmetro máximo dos agregados.

Cálculo dos Esforços Solicitantes e Reações : com as cargas atuantes na laje calcula-se as suas reações aos apoios, no caso as vigas. Já para as vigas serão necessários os diagramas de momentos fletor, cortante e torção, o que também fornecerá as reações transmitidas aos pilares (compressão, flexão e torção) que por sua vez, as conduz às fundações.

Dimensionamento das Ferragens : sabendo-se todos os esforços solicitantes, são calculadas as armaduras das lajes, vigas e pilares tomando-se como referência às dimensões previstas no lançamento estrutural e caso em algumas delas não seja suficiente, deverá ser reiniciado o processo nestes itens apenas. As fundações serão definidas e calculadas, podendo ser: rasas (sapatas e radier) ou profundas (tubulões e estacas).

Verificações : além das verificações das seções durante o cálculo, às vezes são feitas verificações em cujo processo é inverso ao aqui exposto, pois se partindo de uma seção de concreto e sua respectiva armadura determina-se qual o esforço a que ela resiste. São utilizadas em perícias técnicas ou como comprobatórias em situações onde haja cargas predefinidas, e sim a serem limitadas.

1.9.3. DETALHAMENTO – os principais requisitos de um projeto estrutural são:

Planta Forma de Fundações; Detalhes das Fundações; Planta de Forma das Lajes; Plantas e Detalhes das Lajes; Cortes Transversais; Detalhamento das Peças; Memorial e Especificações de Projeto; Quadro de Ferros;

Estes elementos buscam o maior esclarecimento possível de todos os dados e detalhes necessários ao cumprimento dos resultados e predefinições do cálculo estrutural, por tanto, nenhum aspecto relevante poderão deixar de ser detalhado ou especificado. também é importante expor enfoques construtivos e preventivos no processo executivo do concreto armado e dados quantitativos para facilitar o controle e aquisição de materiais.



1.10. PEÇAS E ARMADURAS MAIS USUAIS

Esporemos agora algumas peças mais comuns utilizadas em obras sem maiores solicitações, mas que serão utilizadas apenas como referencial.

APLICAÇÕES CONCRETO ARMADURAvigas sobre paredes em residências e outras obras simples 10 x 30 2Ø3/8” + 2Ø1/4”vigas em residências e obras simples em vãos livres de até 3,0m 10 x 30 2Ø3/8” + 2Ø1/4”vigas em residências e obras simples em vãos livres de 3,0 a 5,0m 10 x 40 ou

502Ø1/2” + 2Ø1/4”

pilares em muros de alvenaria 10 x 20 4Ø5/16”pilares em obras simples com cargas pequenas 10 x 20 4Ø3/8”pilares em obras simples com cargas médias 10 x 20 4Ø1/2”

vigas contínuas acrescenta-se sobre pilares reforço de ferragem negativa c/ Ø1/2” de comprimento = a 2/3 do vãoos estribos usuais destas peças são Ø5,0mm, espaçados de 15 cm

em lajes pré-moldadas telas de Ø5,0mm, espaçados de 20cm no sentido transversal e 35cm no paralelo aos trilhos


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