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ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL
           DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO




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Bibliografia
• SÜSSEKIND, José Carlos. Curso de Concreto. Rio de Janeiro, Ed. Globo S.A.,
    1979, v. I, 4ª ed;
• FUSCO, Péricles Brasiliense. Estruturas de Concreto – Solicitações Normais . Rio
    de Janeiro, Ed. Guanabara Dois S.A. , 1981;
• NOTAS DE AULA

   Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT (Biblioteca do IPCT)
   • NBR – 7480 - Barras e fios Destinados a Armadura de Concreto Armado;
   • NBR 6120 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações;
   • NBR 6118/2003 – Projeto de Estruturas de Concreto.

1. INTRODUÇÃO
1.1.  Histórico

O desenvolvimento do assim chamado cimento Portland, por Joseph Aspdin(1824) na
Inglaterra, somado à idéia de colocação de barras de aço na parte tracionada de peças
feitas em argamassa de cimento, posta em prática por Lambot (1855, para construção de
barcos) e por Monier (1861, na construção de um jarro de flores), constitui-se no embrião
que gerou o concreto armado (CA) .Monier conseguiu chegar ao concreto armado, tal
como hoje entendemos ( em termos de materiais empregados), obtendo, a partir de 1867,
sucessivas patentes para a construção de tubos, lajes, pontes, alcançando êxito em suas
obras, apesar de executá-las sem base científica, por métodos puramente empíricos.

Foi a partir da compra dos direitos , para a Alemanha, da patente Monier, pelas firmas que
geraram a atual “Wayss & Freitag”, que o CA pode encontrar uma primeira teoria
cientificamente consistente, comprovada experimentalmente, elaborada e publicada por
Mörsh em 1902. Calcando-se, inteiramente, na teoria de Mörsh, as primeiras normas para
o cálculo e construção em concreto armado foram sendo redigidas, e o novo material
iniciou seu caminho - fulgurante - da conquista do mercado em todo o mundo.

A introdução de tensão prévia na armadura, visando eliminar futuros esforços de tração
no concreto, foi também examinada por Mörsh juntamente com Könen (1912), que tiveram
, no entanto, de abandonar a idéia na época face ao vulto percentual registrado, ao longo
do tempo, para as perdas desta tensão prévia.

O tema foi posteriormente retomado pelo francês Freyssinet , o criador do concreto
protendido, que diagnosticou com firmeza, a necessidade da adoção de aços de alta
resistência superior `a daqueles usualmente empregados como armadura no CA, a fim de
que , mesmo com as perdas de tensão que iriam ocorrer ao longo do tempo, ficasse o aço
tensionado com uma força útil ainda apreciável.


1.2.    Definição

Concreto armado é a união do concreto e de um material resistente à tração,
normalmente o aço, envolvido pelo concreto e nele convenientemente disposto, de
tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços a que forem submetidos.


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    O princípio básico das peças e concreto armado é combinar concreto e o aço de maneira
    tal, que em uma mesma peça os esforços de tração sejam absorvidos pelo aço e os
    esforços de compressão de preferência pelo concreto.


    1.3.    Viabilidade do Concreto Armado

    Pelas razões básicas listadas a seguir, todas elas individualmente indispensáveis , pode o
    concreto armado ser considerado uma solução viável, durável e de enorme confiabilidade.


   Elevadas resistências do                                                            PROTEÇÃO
   CONCRETO à                                                                          do aço à
   COMPRESSÃO e do AÇO                              CONCRETO ARMADO                    CORROSÃO
   à TRAÇÃO                                                                            pelo concreto
                                                                                       que o envolve




                                                                                    Trabalho
                                                                                    conjunto do
Coeficientes de dilatação Térmica do                                                CONCRETO e
AÇO ( 1,2 x 10-5 / °C ) ≈ CONCRETO( 1,0 x 10-5 / °C)                                AÇO ,
                                                                                    assegurado pela
                                                                                    ADERÊNCIA

    • Trabalho conjunto do CONCRETO e AÇO , assegurado pela ADERÊNCIA

    É esta a principal causa do comportamento estático conjunto do concreto e das barras de
    aço que compõem uma seção da peça. A aderência tem sido quantificada e comprovada
    por todos os ensaios realizados ( desde a época de Mörsh ) e é justamente o que
    assegura, internamente, a transmissão de esforços do aço para o concreto e vice-
    versa, pois assegura a igualdade de deformações específicas ξ das barras de aço e do
    concreto que as envolve. Assim é que, nas regiões tracionadas, onde o concreto possui
    resistência praticamente nula , ele sofre fissuração, tendendo a se deformar, o que graças
    à aderência , arrasta consigo as

    barras de aço, forçando-as a trabalhar e, consequentemente, a absorver os esforços de
    tração, coisa que, caso não sucedesse, levaria a peça a ruína.


    •  Coeficientes de dilatação Térmica do AÇO ( 1,2 x 10-5 / °C ) ≈ CONCRETO( 1,0 x 10-
       5 / °C.
    • Para o concreto o coeficiente de dilatação térmica α se situa entre (0,9 e 1,4) x10-5 /°C,
       com valor mais freqüente de 1,0 x10-5 /°C, ao passo que o aço possui α =1,2 x10-5 /°C
    Esta diferença é irrisória nos casos correntes, onde não encontramos variações de
    temperatura superior a 50°C, e mesmo assim processando-se lentamente.

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• PROTEÇÃO do aço à CORROSÃO pelo concreto que o envolve

O aço das peças em concreto armado é normalmente resguardado da oxidação ( o que
garante longa vida à estrutura ) graças à dupla proteção exercida pelo concreto:
       • proteção física, através do cobrimento , devendo-se para isto, utilizar um
          concreto compacto, adequadamente dosado e vibrado;
      • proteção química, já que, em ambientes alcalino ( causado pela presença de cal
          que se forma durante a pega do concreto, dissolvendo-se na água dos vazios,
          surge uma camada quimicamente inibidora em torno da armadura.

1.4.    Vantagens do Concreto Armado

As grandes vantagens do concreto armado, responsáveis pelo seu desenvolvimento são
as seguintes

a) Flexibilidade
O concreto é facilmente moldável; adaptando-se a qualquer tipo de forma e é sempre
possível por um conveniente dimensionamento da peça absorver os diversos tipos de
solicitações a que ela esteja submetida. Permitindo total liberdade `a concepção
arquitetônica, estrutural e de método construtivo, liberdade esta que nenhum material
propicia (acoplada à economia);

b) Monolitismo
Excelente solução para se obter - de modo direto e sem necessidade de posteriores
ligações - uma estrutura monolítica, hiperestática, apresentando, por esta razão, maiores
reservas de segurança;

c) Simplicidade de Execução
A execução das estruturas de concreto armado, ao contrário das metálicas, necessita um
pequeno número de operários com grande especialização. Além disso, a possibilidade de
racionalização e mecanização dos canteiros de obra, torna a execução cada vez menos
dependente de mão-de-obra especializada;

d) Economia de Execução
O concreto , que resiste bem à compressão, substitui o aço com preços mais baratos (
matéria-prima: areia e brita ).

e) Economia de Conservação
As estruturas metálicas devem ser conservadas constantemente através de pinturas. Isto
não acontece com o concreto armado, exceto em casos especiais, como por exemplo,
sujeito a águas agressivas, ácidos, etc.

f) Incombustibilidade
Esta é uma vantagem incontestável sobre as estruturas metálicas, sobre as quais o fogo
tem um poder de deformação considerável. Em caso de incêndio, as peças estruturais em
concreto armado ficam expostas às altas temperaturas das chamas. Devido à má
condutibilidade térmica do concreto, o calor penetra lentamente, de modo que as
estruturas normais apresentam em geral, uma boa resistência ao fogo, mesmo sem
proteção adicional.

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Para incêndio de curta duração, o fogo afeta só as camadas externas, até uma
profundidade de 50 a 100 mm, provocando fissuras superficiais, seguidas de
descascamento que podem deixar as armaduras expostas ao calor e ao fogo.

g) Maior Resistência a Choques e Vibrações
As pontes e as vigas de pontes rolantes de prédios industriais e outras estruturas de
concreto armado, sujeitas a cargas móveis são menos sensíveis aos esforços rítmicos
destas ações do que as executadas com materiais que conduzam a um peso próprio
menor.


1.5.    Desvantagens do Concreto Armado

Basicamente, a grande desvantagem do concreto armado é seu peso próprio, da ordem
de 25 KN/m3 (2,5 t/m3) para o concreto normal.

Outras desvantagens são as dificuldades para reformas ou demolições e o baixo grau de
proteção térmica que oferece, vindo a exigir a aplicação de produto com esta finalidade (
normalmente em associação à obtenção de boa impermeabilização), sobre coberturas.

Finalmente, cabe frisar que a inevitável fissuração da região tracionada em peças de
concreto armado, durante muito tempo apontada como inconveniente grave, na realidade
não o é, pois hoje sabemos que o uso de armação fina e convenientemente distribuída
nas zonas tracionadas, limita a abertura de fissuras, torna-as capilares e, então,
inofensivas.


2. CONCRETO

2.1.    Generalidades, Propriedades




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O concreto é um aglomerado constituído de agregados e cimento como aglutinante. É
portanto uma rocha artificial.

Os agregados, quanto às dimensões de seus elementos, são classificados em fino ( areia
ou pó de pedra) e graúdo ( brita, cascalho, resíduos de altos fornos, argila expandida). A
fabricação do cimento é feita pela mistura dos agregados com cimento e água, à qual,
conforme necessidade são acrescidos aditivos que influenciam as características físicas e
químicas do concreto fresco ou endurecido.

O concreto fresco é moldado em formas e adensado com vibradores. O endurecimento do
concreto começa após poucas horas e de acordo com o tipo de cimento e aditivo, atinge
aos 28 dias 60 a 90% de sua resistência . O concreto pode ser fabricado no local da obra
ou pré-misturado (fabricado em usina). De acordo com a maneira de ser executado,
distinguem-se concreto fundido, socado, jateado, bombeado ou centrifugado.

As propriedades do concreto que interessam ao estudo do concreto armado, são as
resistências à ruptura e a deformabilidade, quer sob ação das variações das condições
ambientes, quer sob a ação de cargas externas.


2.2.    Resistência à Ruptura

2.2.1. Resistência à Compressão

a) Corpos de Prova / Resistência Característica do Concreto à Compressão (fck)

A resistência à compressão, propriedade mais importante do concreto, geralmente é
determinada mediante o ensaio de corpos de prova, executados segundo procedimentos
operatórios normalizados estabelecidos pelas normas NBR 5738 e NBR 5739 para
moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos de concreto ( 15 cm de diametro e 30 cm
de altura ) e ensaio à compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto, após 28
dias de sua preparação.

Os valores do ensaio que proporcionam os diversos corpos de prova são mais ou menos
dispersos, variam de um corpo de prova para outro, de uma obra para outra, segundo o
cuidado e rigor que se confecciona o concreto. Em outras palavras, a resistência do
concreto não é uma grandeza determinística, mas está sujeita a dispersões cujas causas
principais são variações aleatórias da composição, das condições de fabricação e de
cura. Além destes fatores aleatórios, existem também influências sistemáticas, como por
exemplo influências atmosféricas (verão, inverno), mudança da origem de fornecimento
de matérias-primas ou alterações na composição das turmas de trabalho.

A maneira mais adequada de representação das dispersões que pode sofrer a resistência
de um concreto é o diagrama de freqüência em que se registram no eixo das abcissas as
resistências e no eixo das ordenadas a freqüência com que aparecem os valores
determinados.




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A determinação numérica da resistência do concreto com que trabalharemos decorrerá do
tratamento estatístico dos resultados de ensaios feitos sobre um número suficiente de
corpos de prova, fixados pela norma.

Os resultados dos ensaios à compressão obedecem, muito aproximadamente , a uma
curva normal de distribuição de freqüências ( curva de Gauss )

A forma da curva de Gauss é definida pela média aritmética, no caso da resistência do
concreto , pelo valor fcj ( resistência média ) e pelo desvio padrão da amostra sn.
Interpretados geometricamente fcj é a abcissa que mede a resistência de maior
freqüência e sn é a distância entre as abcissas dos pontos de inflexão da curva e a
abcissa do ponto de maior freqüência.

As expressões que permitem determinar estes dois elementos são:


fcj = (∑ fci)/n    sn =   √ ((∑ (fci—fcj) )/ (n-1))
                                             2
                                                           ; n = número de corpos de prova
                                                                ensaiados




Diagrama de freqüência de uma amostra de 50 corpos de prova


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Assimilação da distribuição da figura anterior à curva de distribuição normal de Gauss

Cabe, então, a pergunta: Que valor iremos tomar como resistência do lote de concreto em
nossos cálculos?
Vamos adotar a “resistência característica” (fck) , que é o valor que apresenta uma
probabilidade de 95% de que se apresentem valores individuais de resistências de corpos
de prova mais altos do que ele, ou seja, 5% de valores menores ou iguais. Tendo-se, a
partir do conhecimento matemático de Gauss: fck = fcj-1,645sn

b) Influência da Idade na Resistência à Compressão do Concreto
A idade normal do concreto para os ensaios de ruptura por compressão é de 28 dias.
De acordo com as recomendações do CEB – FIP, se os resultados disponíveis não são os
de ensaios realizados aos 28 dias de idade, na falta de dados experimentais
correspondentes ao cimento com o qual se está trabalhando, poder-se-á admitir como
valores da relação entre as resistência à compressão para um número de dias de idade e
a resistência à compressão aos 28 dias, os dados, a titulo indicativo do quadro seguinte:

Idade do concreto ( em dias ) 3                7           28          90         360

Normal                             0,40        0,65        1           1,20       1,35

Cimento Portland de alta           0,55        0,75        1           1,15       1,20
Resistência inicial

2.2.2. Resistência Característica do Concreto à Tração

Ainda que não se conte com a resistência característica do concreto à tração ( fctk ) para
a verificação das estruturas de concreto no estado último de ruptura, é necessário
conhecer seu valor porque desempenha um papel importante em certos problemas como
a fissuração, a deformação, o esforço cortante, a aderência e deslizamento das
armaduras, etc.

Na falta de determinação experimental,a resistência característica do concreto à tração
pode ser determinada a partir de sua resistência à compressão de acordo com o item
8.2.5 da NBR 6118/2003. A norma define dois valores característicos para a resistência à

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tração: um valor inferior, fctk,inf , e um valor superior, fctk,sup. Esses valores
característicos correspondem aos quantis de 5% e 95%.

Os valores característicos de resistência à tração são empregados no projeto no sentido
desfavorável. Por exemplo, o valor característico inferior “fctk, inf” é usado para
determinar a resistência da aderência entre o concreto e as barras de armadura. Por outro
lado, para o cálculo de área mínima de armadura de flexão emprega-se o valor
característico fctk, sup.

        fctm = 0,3 (fck ^(2/3)) - Valor médio da resistência à tração
        fctk ,inf = 0,7 fctm – Resistência característica à tração inferior
        fctk ,sup = 1,3 fctm – Resistência característica à tração superior
                                    onde fctm e fck são expressos em MPa

2.2.3. Fatores que Influem na Resistência do Concreto

•   Qualidade dos materiais : cimento, água de amassamento, agregados e aditivos.
•   Influência da dosagem : fator água-cimento, proporção de agregados.
•   Influência da confecção: mistura, transporte, lançamento, vibração e cura.
•   Influência da idade já vista anteriormente.

2.2.4. Diagrama Tensão – Deformação do Concreto

2.2.4.1 Deformações do Concreto
As deformações do concreto devido às cargas podem classificar-se em :
• Deformações elásticas são as que desaparecem tão logo cessa a atuação da carga.
• Deformações plásticas devidas a cargas elevadas que não desaparecem com a
   retirada das cargas.

2.2.4.2 Diagrama Tensão – Deformação do Concreto
Este diagrama σc ( tensão no concreto) - ε ( deformação específica) mostra que o material
não obedece a lei de Hooke. A figura abaixo mostra que a característica do diagrama
muda depois de repetidos carrregamentos e descarregamentos.

Verifica-se que, depois de carregado pela primeira vez, o concreto se comporta para
tensões não superiores às atingidas no primeiro carregamento mais ou menos de acordo
com a lei de Hooke ( as deformações são proporcionais às tensões – diagrama retilíneo ).

                                                           Lembrar...     L
                                                                                    ε=       L
                                                                                         L
                                                                        L+      L




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3. AÇOS

Os aços estruturais para concreto armado podem se classificados em 2 grupos
3.1.   Aços Classe A (dureza natural ou laminados a quente)
• Não sofrem tratamento algum após a laminação, sendo as características elásticas
   alcançadas unicamente por composição química adequada com ligas de C(Carbono),
   Mn (Manganês), Si (Silício);

•   Como são laminados a quente, não perdem suas propriedades de resistência quando
    aquecidos ao rubro e resfriados em seguida (condicionalmente até 1200oC).
•   Por isso podem ser soldados e não sofrem demasiadamente com exposição à chamas
    moderadas em caso de incêndios. O diagrama tensão-deformação destes aços que
    apresentam escoamento definido tem a forma a seguir;
                                                                  AÇO – Valores Característicos
                                                                 • fyk - Resistência
                                                                    característica do aço à tração
                                                                    ( Valor característico da tensão
                                                                    de escoamento – fy )




3.2.    Aços Classe B (encruados a frio)

•   São obtidos por trefilação a partir do aço classe A com aumento da resistência a
    tração à custa da grande perda de tenacidade;
•   Estes aços não apresentam patamar no diagrama tensão-deformação, sendo definidos
    por um valor convencional da tensão que corresponde a uma deformação residual de
    2%º. Este valor se chama tensão convencional de escoamento;




Note-se a transformação radical que surge no diagrama tensão-deformação de um
mesmo aço em conseqüência do encruamento.

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3.3.    Identificação do Aço

De acordo com o valor característico da tensão de escoamento os aços são classificados
pela NBR 7486/1996 em categorias representadas por um número que é a tensão
característica de escoamento( fyk ) em kN/cm2, seguido das letras A ou B, conforme a
classe do aço ( CA-fyk-CLASSE DO AÇO ).

Tabela 1

       fyk          CLASSE          Nomenclatura                       Fabricação
              2
   [kN/cm ]          A ou B
                                                                   A                B
       25                A              CA-25-A                 Sim                 Não

       50                A              CA-50-A                 Sim                 Não

       60               B               CA-60-B                 Não                 Sim


Tabela 2 - Fabricação dos aços CA-50-A

 Bitola [mm]                   Fabricação                    Empresas Que Cortam E
                                                               Dobram O Aço **
                       Rolo        Barra(10 à 12 m)          Rolo        Barra(10 à 12 m)
       6.3               x                  x                  x

        8                x                  x                  x

       10                                   x                  x

       12.5                                 x                  x


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       16                                   x                                   x

       20                                   x                                   x

       22                                   x                                   x

       25                                   x                                   x

       32                                   x                                   x

       40                                   x                                   X

** Com a utilização de empresas especializadas que realizam o corte e a dobra de aço é possível
reduzir a quantidade do mesmo, não sendo necessário fazer trespasse, em casos de comprimentos
maiores que a medida da barra ( varia de 10 à 12m).

4. VALORES DE CÁLCULO

De acordo com o item 12.4.1 da NBR 6118/2003, os valores de cálculo da resistência dos
materiais são valores a serem adotados para o cálculo no estado limite.

De acordo com o item 8.2 da NBR 6118/2003 os valores de cálculo da resistência dos
materiais à compressão ou à tração são os respectivos valores característicos adotados
no projeto, divididos pelo coeficiente de minoração da resistência dos materiais, que
levam em conta possíveis desvios desfavoráveis da resistência dos materiais na estrutura
em relação aos valores característicos e possíveis inexatidões geométricas.


                          CONCRETO – Valores De Cálculo
                γ
   fcd = fck / c - Resistência de cálculo do concreto à compressão

   fctd = fctk / γc   - Resistência   de cálculo do concreto à tração


                               AÇO – Valores De Cálculo
                      γ
         fycd = fyck / s - Resistência de cálculo do aço à compressão

         fyd = fyk / γs - Resistência de cálculo do aço à tração


De acordo com o item 12.4.1 da NBR 6118/2003, os coeficientes de minoração dos
materiais para o cálculo no estado limite são:


      γc = Coeficiente de minoração da resistência do concreto = 1,4
      γs = Coeficiente de minoração da resistência do aço      = 1,15

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•   Em condições desfavoráveis, tais como más condições de transporte, adensamento
    manual ou concretagem deficiente pela concentração de armadura o coeficiente deve
    ser elevado;
                        γc = 1,5
•   Em peças pré-moldadas em usina, executadas com cuidados rigorosos o coeficiente
    pode ser reduzido;
                        γc = 1,3
•   Os coeficientes de minoração serão multiplicados por 1,2 quando a peça estiver
    exposta à ação prejudicial de agentes externos, tais como ácidos, águas agressivas,
    óleos e gases e nocivos, temperaturas muito altas ou muito baixas.

5. DIAGRAMAS TENSÃO-DEFORMAÇÃO DE CÁLCULO

5.1.    Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Concreto

O diagrama tensão-deformação à compressão , segundo item 8.2.10 da NBR 6118, será
suposto o diagrama simplificado, composto de:
• uma parábola do 2º grau que passa pela origem e tem seu vértice no ponto da abcissa
   2%º e ordenada 0,85 fcd;
• uma reta tangente à parábola e paralela ao eixo das abcissas entre as deformações
   2%º e 3,5%º;
• o coeficiente de minoração 0,85 leva em consideração o Efeito Rush (Sob a ação de
   cargas de longa duração a resistência reduz-se a cerca de 0,85 da resistência
   verificada no ensaio de curta duração).




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5.2.    Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Aço


                   AÇO – Valores Característicos
         fyck - Resistência característica do aço à compressão
         fyk - Resistência característica do aço à tração


5.2.1. Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Aços Classe A

Para os aços da Classe A, caracterizados pela linearidade do diagrama até o limite de
escoamento e pelo patamar de escoamento adota-se o diagrama a seguir., ond
• Es=tgα=210000Mpa=21000 kN/cm2 (Módulo de Elasticidade)




                              AÇO – Valores De Cálculo
                     γ
        fyd = fyk / s - Resistência de cálculo do aço à tração
        fycd = fyd       - Resistência     de cálculo do aço à compressão
         εyd = fyd / Es – Deformação específica de cálculo




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5.2.2. Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Aços Classe B

Não sendo conhecida a curva experimental, poder-se-á adotar o diagrama de cálculo
simplificado.
• O aço se comporta elasticamente até a tensão de 0,7*fyd e fyd;
• Es=tgα=210000Mpa=21000 kN/cm2 (Módulo de Elasticidade);
• Ao atingir fyd o aço se deforma para esta tensão constante;
• fyd = fyk/1,15 -> Corresponde a tensão para a qual temos a deformação residual de
   2%º ( paralela a reta elástica encontra o eixo das abcissas em 2%º)

                         AÇO – Valores De Cálculo
                γ
   fycd = fyck / s - Resistência de cálculo à compressão do aço

   fyd = fyk / γs - Resistência de cálculo à tração do aço

   εyd = 0,002 + fyd / Es – Deformação específica de cálculo
Para qualquer aço a deformação limite última é de 10%º




6. AÇÕES E SOLICITAÇÕES

As cargas serão fixadas pela NBR 6120 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de
Edificações . A partir das cargas fornecidas, se obterão através da análise estrutural as
solicitações características que denominamos Sk (M,N,V).


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As solicitações de cálculo serão determinadas de acordo com o item 11.7.1 da NBR
6118/2003, no estado limite último, multiplicando-se a solicitação característica por seu
                              γ
coeficiente de segurança f , que leva em conta a possibilidade de desvios desfavoráveis
das ações em relação aos valores característicos.


Em geral:        γf = Coeficiente de Segurança = 1,4
                 Sk = Solicitações Características
                 Sd =γf *Sk = Solicitações de Cálculo


7. EXERCÍCIOS PRÁTICOS

Exercício 1 : Calcule a resistência de cálculo do concreto à compressão para os seguintes
fck´s:

                     fck [Mpa]      fcd=fck/1,4[MPa]

                         18                12,86

                         20                14,28

                         25                17,85

                         30                21,43

Exercício 2 : Calcule a resistência média de cálculo à tração do concreto para os
seguintes fck´s:

  fck [MPa]      fctm[MPa]        fctd=fctm/1,4[MPa]       fctm = 0,3 (fck ^(2/3)) - Valor médio
                                                           da resistência à tração
      18            2,06                  1,47             fctk ,inf = 0,7 fctm – Resistência
                                                           característica à tração inferior
      20            2,21                  1,57             fctk ,sup = 1,3 fctm – Resistência
                                                           característica à tração superior,
      25            2,56                  1,82
                                                           onde fctm e fck são expressos em
      30             2,89                 2,06             MPa

Exercício 3 : Calcule a resistência de cálculo do aço à tração e a deformação específica
de cálculo de escoamento para os seguintes fyk´s:

                        Aço           fyk [Mpa]        fyd [MPa]                εyd%º
                     CA-50-A              500              435                  2,07

                     CA-60-B              600              522                  4,48


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Es=210000 MPa

fyd=fyk/1,15
εyd=fyd/Es – aço A
εyd=0,002 + fyd/Es – aço B
8. TABELAS DE BITOLAS DE AÇO




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  • 1. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 1 REV. A 09/03/04 ibv
  • 2. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO Bibliografia • SÜSSEKIND, José Carlos. Curso de Concreto. Rio de Janeiro, Ed. Globo S.A., 1979, v. I, 4ª ed; • FUSCO, Péricles Brasiliense. Estruturas de Concreto – Solicitações Normais . Rio de Janeiro, Ed. Guanabara Dois S.A. , 1981; • NOTAS DE AULA Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT (Biblioteca do IPCT) • NBR – 7480 - Barras e fios Destinados a Armadura de Concreto Armado; • NBR 6120 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações; • NBR 6118/2003 – Projeto de Estruturas de Concreto. 1. INTRODUÇÃO 1.1. Histórico O desenvolvimento do assim chamado cimento Portland, por Joseph Aspdin(1824) na Inglaterra, somado à idéia de colocação de barras de aço na parte tracionada de peças feitas em argamassa de cimento, posta em prática por Lambot (1855, para construção de barcos) e por Monier (1861, na construção de um jarro de flores), constitui-se no embrião que gerou o concreto armado (CA) .Monier conseguiu chegar ao concreto armado, tal como hoje entendemos ( em termos de materiais empregados), obtendo, a partir de 1867, sucessivas patentes para a construção de tubos, lajes, pontes, alcançando êxito em suas obras, apesar de executá-las sem base científica, por métodos puramente empíricos. Foi a partir da compra dos direitos , para a Alemanha, da patente Monier, pelas firmas que geraram a atual “Wayss & Freitag”, que o CA pode encontrar uma primeira teoria cientificamente consistente, comprovada experimentalmente, elaborada e publicada por Mörsh em 1902. Calcando-se, inteiramente, na teoria de Mörsh, as primeiras normas para o cálculo e construção em concreto armado foram sendo redigidas, e o novo material iniciou seu caminho - fulgurante - da conquista do mercado em todo o mundo. A introdução de tensão prévia na armadura, visando eliminar futuros esforços de tração no concreto, foi também examinada por Mörsh juntamente com Könen (1912), que tiveram , no entanto, de abandonar a idéia na época face ao vulto percentual registrado, ao longo do tempo, para as perdas desta tensão prévia. O tema foi posteriormente retomado pelo francês Freyssinet , o criador do concreto protendido, que diagnosticou com firmeza, a necessidade da adoção de aços de alta resistência superior `a daqueles usualmente empregados como armadura no CA, a fim de que , mesmo com as perdas de tensão que iriam ocorrer ao longo do tempo, ficasse o aço tensionado com uma força útil ainda apreciável. 1.2. Definição Concreto armado é a união do concreto e de um material resistente à tração, normalmente o aço, envolvido pelo concreto e nele convenientemente disposto, de tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços a que forem submetidos. Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 2 REV. A 09/03/04 ibv
  • 3. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO O princípio básico das peças e concreto armado é combinar concreto e o aço de maneira tal, que em uma mesma peça os esforços de tração sejam absorvidos pelo aço e os esforços de compressão de preferência pelo concreto. 1.3. Viabilidade do Concreto Armado Pelas razões básicas listadas a seguir, todas elas individualmente indispensáveis , pode o concreto armado ser considerado uma solução viável, durável e de enorme confiabilidade. Elevadas resistências do PROTEÇÃO CONCRETO à do aço à COMPRESSÃO e do AÇO CONCRETO ARMADO CORROSÃO à TRAÇÃO pelo concreto que o envolve Trabalho conjunto do Coeficientes de dilatação Térmica do CONCRETO e AÇO ( 1,2 x 10-5 / °C ) ≈ CONCRETO( 1,0 x 10-5 / °C) AÇO , assegurado pela ADERÊNCIA • Trabalho conjunto do CONCRETO e AÇO , assegurado pela ADERÊNCIA É esta a principal causa do comportamento estático conjunto do concreto e das barras de aço que compõem uma seção da peça. A aderência tem sido quantificada e comprovada por todos os ensaios realizados ( desde a época de Mörsh ) e é justamente o que assegura, internamente, a transmissão de esforços do aço para o concreto e vice- versa, pois assegura a igualdade de deformações específicas ξ das barras de aço e do concreto que as envolve. Assim é que, nas regiões tracionadas, onde o concreto possui resistência praticamente nula , ele sofre fissuração, tendendo a se deformar, o que graças à aderência , arrasta consigo as barras de aço, forçando-as a trabalhar e, consequentemente, a absorver os esforços de tração, coisa que, caso não sucedesse, levaria a peça a ruína. • Coeficientes de dilatação Térmica do AÇO ( 1,2 x 10-5 / °C ) ≈ CONCRETO( 1,0 x 10- 5 / °C. • Para o concreto o coeficiente de dilatação térmica α se situa entre (0,9 e 1,4) x10-5 /°C, com valor mais freqüente de 1,0 x10-5 /°C, ao passo que o aço possui α =1,2 x10-5 /°C Esta diferença é irrisória nos casos correntes, onde não encontramos variações de temperatura superior a 50°C, e mesmo assim processando-se lentamente. Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 3 REV. A 09/03/04 ibv
  • 4. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO • PROTEÇÃO do aço à CORROSÃO pelo concreto que o envolve O aço das peças em concreto armado é normalmente resguardado da oxidação ( o que garante longa vida à estrutura ) graças à dupla proteção exercida pelo concreto: • proteção física, através do cobrimento , devendo-se para isto, utilizar um concreto compacto, adequadamente dosado e vibrado; • proteção química, já que, em ambientes alcalino ( causado pela presença de cal que se forma durante a pega do concreto, dissolvendo-se na água dos vazios, surge uma camada quimicamente inibidora em torno da armadura. 1.4. Vantagens do Concreto Armado As grandes vantagens do concreto armado, responsáveis pelo seu desenvolvimento são as seguintes a) Flexibilidade O concreto é facilmente moldável; adaptando-se a qualquer tipo de forma e é sempre possível por um conveniente dimensionamento da peça absorver os diversos tipos de solicitações a que ela esteja submetida. Permitindo total liberdade `a concepção arquitetônica, estrutural e de método construtivo, liberdade esta que nenhum material propicia (acoplada à economia); b) Monolitismo Excelente solução para se obter - de modo direto e sem necessidade de posteriores ligações - uma estrutura monolítica, hiperestática, apresentando, por esta razão, maiores reservas de segurança; c) Simplicidade de Execução A execução das estruturas de concreto armado, ao contrário das metálicas, necessita um pequeno número de operários com grande especialização. Além disso, a possibilidade de racionalização e mecanização dos canteiros de obra, torna a execução cada vez menos dependente de mão-de-obra especializada; d) Economia de Execução O concreto , que resiste bem à compressão, substitui o aço com preços mais baratos ( matéria-prima: areia e brita ). e) Economia de Conservação As estruturas metálicas devem ser conservadas constantemente através de pinturas. Isto não acontece com o concreto armado, exceto em casos especiais, como por exemplo, sujeito a águas agressivas, ácidos, etc. f) Incombustibilidade Esta é uma vantagem incontestável sobre as estruturas metálicas, sobre as quais o fogo tem um poder de deformação considerável. Em caso de incêndio, as peças estruturais em concreto armado ficam expostas às altas temperaturas das chamas. Devido à má condutibilidade térmica do concreto, o calor penetra lentamente, de modo que as estruturas normais apresentam em geral, uma boa resistência ao fogo, mesmo sem proteção adicional. Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 4 REV. A 09/03/04 ibv
  • 5. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO Para incêndio de curta duração, o fogo afeta só as camadas externas, até uma profundidade de 50 a 100 mm, provocando fissuras superficiais, seguidas de descascamento que podem deixar as armaduras expostas ao calor e ao fogo. g) Maior Resistência a Choques e Vibrações As pontes e as vigas de pontes rolantes de prédios industriais e outras estruturas de concreto armado, sujeitas a cargas móveis são menos sensíveis aos esforços rítmicos destas ações do que as executadas com materiais que conduzam a um peso próprio menor. 1.5. Desvantagens do Concreto Armado Basicamente, a grande desvantagem do concreto armado é seu peso próprio, da ordem de 25 KN/m3 (2,5 t/m3) para o concreto normal. Outras desvantagens são as dificuldades para reformas ou demolições e o baixo grau de proteção térmica que oferece, vindo a exigir a aplicação de produto com esta finalidade ( normalmente em associação à obtenção de boa impermeabilização), sobre coberturas. Finalmente, cabe frisar que a inevitável fissuração da região tracionada em peças de concreto armado, durante muito tempo apontada como inconveniente grave, na realidade não o é, pois hoje sabemos que o uso de armação fina e convenientemente distribuída nas zonas tracionadas, limita a abertura de fissuras, torna-as capilares e, então, inofensivas. 2. CONCRETO 2.1. Generalidades, Propriedades Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 5 REV. A 09/03/04 ibv
  • 6. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO O concreto é um aglomerado constituído de agregados e cimento como aglutinante. É portanto uma rocha artificial. Os agregados, quanto às dimensões de seus elementos, são classificados em fino ( areia ou pó de pedra) e graúdo ( brita, cascalho, resíduos de altos fornos, argila expandida). A fabricação do cimento é feita pela mistura dos agregados com cimento e água, à qual, conforme necessidade são acrescidos aditivos que influenciam as características físicas e químicas do concreto fresco ou endurecido. O concreto fresco é moldado em formas e adensado com vibradores. O endurecimento do concreto começa após poucas horas e de acordo com o tipo de cimento e aditivo, atinge aos 28 dias 60 a 90% de sua resistência . O concreto pode ser fabricado no local da obra ou pré-misturado (fabricado em usina). De acordo com a maneira de ser executado, distinguem-se concreto fundido, socado, jateado, bombeado ou centrifugado. As propriedades do concreto que interessam ao estudo do concreto armado, são as resistências à ruptura e a deformabilidade, quer sob ação das variações das condições ambientes, quer sob a ação de cargas externas. 2.2. Resistência à Ruptura 2.2.1. Resistência à Compressão a) Corpos de Prova / Resistência Característica do Concreto à Compressão (fck) A resistência à compressão, propriedade mais importante do concreto, geralmente é determinada mediante o ensaio de corpos de prova, executados segundo procedimentos operatórios normalizados estabelecidos pelas normas NBR 5738 e NBR 5739 para moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos de concreto ( 15 cm de diametro e 30 cm de altura ) e ensaio à compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto, após 28 dias de sua preparação. Os valores do ensaio que proporcionam os diversos corpos de prova são mais ou menos dispersos, variam de um corpo de prova para outro, de uma obra para outra, segundo o cuidado e rigor que se confecciona o concreto. Em outras palavras, a resistência do concreto não é uma grandeza determinística, mas está sujeita a dispersões cujas causas principais são variações aleatórias da composição, das condições de fabricação e de cura. Além destes fatores aleatórios, existem também influências sistemáticas, como por exemplo influências atmosféricas (verão, inverno), mudança da origem de fornecimento de matérias-primas ou alterações na composição das turmas de trabalho. A maneira mais adequada de representação das dispersões que pode sofrer a resistência de um concreto é o diagrama de freqüência em que se registram no eixo das abcissas as resistências e no eixo das ordenadas a freqüência com que aparecem os valores determinados. Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 6 REV. A 09/03/04 ibv
  • 7. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO A determinação numérica da resistência do concreto com que trabalharemos decorrerá do tratamento estatístico dos resultados de ensaios feitos sobre um número suficiente de corpos de prova, fixados pela norma. Os resultados dos ensaios à compressão obedecem, muito aproximadamente , a uma curva normal de distribuição de freqüências ( curva de Gauss ) A forma da curva de Gauss é definida pela média aritmética, no caso da resistência do concreto , pelo valor fcj ( resistência média ) e pelo desvio padrão da amostra sn. Interpretados geometricamente fcj é a abcissa que mede a resistência de maior freqüência e sn é a distância entre as abcissas dos pontos de inflexão da curva e a abcissa do ponto de maior freqüência. As expressões que permitem determinar estes dois elementos são: fcj = (∑ fci)/n sn = √ ((∑ (fci—fcj) )/ (n-1)) 2 ; n = número de corpos de prova ensaiados Diagrama de freqüência de uma amostra de 50 corpos de prova Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 7 REV. A 09/03/04 ibv
  • 8. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO fck = fcj-1,645sn Assimilação da distribuição da figura anterior à curva de distribuição normal de Gauss Cabe, então, a pergunta: Que valor iremos tomar como resistência do lote de concreto em nossos cálculos? Vamos adotar a “resistência característica” (fck) , que é o valor que apresenta uma probabilidade de 95% de que se apresentem valores individuais de resistências de corpos de prova mais altos do que ele, ou seja, 5% de valores menores ou iguais. Tendo-se, a partir do conhecimento matemático de Gauss: fck = fcj-1,645sn b) Influência da Idade na Resistência à Compressão do Concreto A idade normal do concreto para os ensaios de ruptura por compressão é de 28 dias. De acordo com as recomendações do CEB – FIP, se os resultados disponíveis não são os de ensaios realizados aos 28 dias de idade, na falta de dados experimentais correspondentes ao cimento com o qual se está trabalhando, poder-se-á admitir como valores da relação entre as resistência à compressão para um número de dias de idade e a resistência à compressão aos 28 dias, os dados, a titulo indicativo do quadro seguinte: Idade do concreto ( em dias ) 3 7 28 90 360 Normal 0,40 0,65 1 1,20 1,35 Cimento Portland de alta 0,55 0,75 1 1,15 1,20 Resistência inicial 2.2.2. Resistência Característica do Concreto à Tração Ainda que não se conte com a resistência característica do concreto à tração ( fctk ) para a verificação das estruturas de concreto no estado último de ruptura, é necessário conhecer seu valor porque desempenha um papel importante em certos problemas como a fissuração, a deformação, o esforço cortante, a aderência e deslizamento das armaduras, etc. Na falta de determinação experimental,a resistência característica do concreto à tração pode ser determinada a partir de sua resistência à compressão de acordo com o item 8.2.5 da NBR 6118/2003. A norma define dois valores característicos para a resistência à Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 8 REV. A 09/03/04 ibv
  • 9. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO tração: um valor inferior, fctk,inf , e um valor superior, fctk,sup. Esses valores característicos correspondem aos quantis de 5% e 95%. Os valores característicos de resistência à tração são empregados no projeto no sentido desfavorável. Por exemplo, o valor característico inferior “fctk, inf” é usado para determinar a resistência da aderência entre o concreto e as barras de armadura. Por outro lado, para o cálculo de área mínima de armadura de flexão emprega-se o valor característico fctk, sup. fctm = 0,3 (fck ^(2/3)) - Valor médio da resistência à tração fctk ,inf = 0,7 fctm – Resistência característica à tração inferior fctk ,sup = 1,3 fctm – Resistência característica à tração superior onde fctm e fck são expressos em MPa 2.2.3. Fatores que Influem na Resistência do Concreto • Qualidade dos materiais : cimento, água de amassamento, agregados e aditivos. • Influência da dosagem : fator água-cimento, proporção de agregados. • Influência da confecção: mistura, transporte, lançamento, vibração e cura. • Influência da idade já vista anteriormente. 2.2.4. Diagrama Tensão – Deformação do Concreto 2.2.4.1 Deformações do Concreto As deformações do concreto devido às cargas podem classificar-se em : • Deformações elásticas são as que desaparecem tão logo cessa a atuação da carga. • Deformações plásticas devidas a cargas elevadas que não desaparecem com a retirada das cargas. 2.2.4.2 Diagrama Tensão – Deformação do Concreto Este diagrama σc ( tensão no concreto) - ε ( deformação específica) mostra que o material não obedece a lei de Hooke. A figura abaixo mostra que a característica do diagrama muda depois de repetidos carrregamentos e descarregamentos. Verifica-se que, depois de carregado pela primeira vez, o concreto se comporta para tensões não superiores às atingidas no primeiro carregamento mais ou menos de acordo com a lei de Hooke ( as deformações são proporcionais às tensões – diagrama retilíneo ). Lembrar... L ε= L L L+ L Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 9 REV. A 09/03/04 ibv
  • 10. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO 3. AÇOS Os aços estruturais para concreto armado podem se classificados em 2 grupos 3.1. Aços Classe A (dureza natural ou laminados a quente) • Não sofrem tratamento algum após a laminação, sendo as características elásticas alcançadas unicamente por composição química adequada com ligas de C(Carbono), Mn (Manganês), Si (Silício); • Como são laminados a quente, não perdem suas propriedades de resistência quando aquecidos ao rubro e resfriados em seguida (condicionalmente até 1200oC). • Por isso podem ser soldados e não sofrem demasiadamente com exposição à chamas moderadas em caso de incêndios. O diagrama tensão-deformação destes aços que apresentam escoamento definido tem a forma a seguir; AÇO – Valores Característicos • fyk - Resistência característica do aço à tração ( Valor característico da tensão de escoamento – fy ) 3.2. Aços Classe B (encruados a frio) • São obtidos por trefilação a partir do aço classe A com aumento da resistência a tração à custa da grande perda de tenacidade; • Estes aços não apresentam patamar no diagrama tensão-deformação, sendo definidos por um valor convencional da tensão que corresponde a uma deformação residual de 2%º. Este valor se chama tensão convencional de escoamento; Note-se a transformação radical que surge no diagrama tensão-deformação de um mesmo aço em conseqüência do encruamento. Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 10 REV. A 09/03/04 ibv
  • 11. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO 3.3. Identificação do Aço De acordo com o valor característico da tensão de escoamento os aços são classificados pela NBR 7486/1996 em categorias representadas por um número que é a tensão característica de escoamento( fyk ) em kN/cm2, seguido das letras A ou B, conforme a classe do aço ( CA-fyk-CLASSE DO AÇO ). Tabela 1 fyk CLASSE Nomenclatura Fabricação 2 [kN/cm ] A ou B A B 25 A CA-25-A Sim Não 50 A CA-50-A Sim Não 60 B CA-60-B Não Sim Tabela 2 - Fabricação dos aços CA-50-A Bitola [mm] Fabricação Empresas Que Cortam E Dobram O Aço ** Rolo Barra(10 à 12 m) Rolo Barra(10 à 12 m) 6.3 x x x 8 x x x 10 x x 12.5 x x Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 11 REV. A 09/03/04 ibv
  • 12. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO 16 x x 20 x x 22 x x 25 x x 32 x x 40 x X ** Com a utilização de empresas especializadas que realizam o corte e a dobra de aço é possível reduzir a quantidade do mesmo, não sendo necessário fazer trespasse, em casos de comprimentos maiores que a medida da barra ( varia de 10 à 12m). 4. VALORES DE CÁLCULO De acordo com o item 12.4.1 da NBR 6118/2003, os valores de cálculo da resistência dos materiais são valores a serem adotados para o cálculo no estado limite. De acordo com o item 8.2 da NBR 6118/2003 os valores de cálculo da resistência dos materiais à compressão ou à tração são os respectivos valores característicos adotados no projeto, divididos pelo coeficiente de minoração da resistência dos materiais, que levam em conta possíveis desvios desfavoráveis da resistência dos materiais na estrutura em relação aos valores característicos e possíveis inexatidões geométricas. CONCRETO – Valores De Cálculo γ fcd = fck / c - Resistência de cálculo do concreto à compressão fctd = fctk / γc - Resistência de cálculo do concreto à tração AÇO – Valores De Cálculo γ fycd = fyck / s - Resistência de cálculo do aço à compressão fyd = fyk / γs - Resistência de cálculo do aço à tração De acordo com o item 12.4.1 da NBR 6118/2003, os coeficientes de minoração dos materiais para o cálculo no estado limite são: γc = Coeficiente de minoração da resistência do concreto = 1,4 γs = Coeficiente de minoração da resistência do aço = 1,15 Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 12 REV. A 09/03/04 ibv
  • 13. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO • Em condições desfavoráveis, tais como más condições de transporte, adensamento manual ou concretagem deficiente pela concentração de armadura o coeficiente deve ser elevado; γc = 1,5 • Em peças pré-moldadas em usina, executadas com cuidados rigorosos o coeficiente pode ser reduzido; γc = 1,3 • Os coeficientes de minoração serão multiplicados por 1,2 quando a peça estiver exposta à ação prejudicial de agentes externos, tais como ácidos, águas agressivas, óleos e gases e nocivos, temperaturas muito altas ou muito baixas. 5. DIAGRAMAS TENSÃO-DEFORMAÇÃO DE CÁLCULO 5.1. Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Concreto O diagrama tensão-deformação à compressão , segundo item 8.2.10 da NBR 6118, será suposto o diagrama simplificado, composto de: • uma parábola do 2º grau que passa pela origem e tem seu vértice no ponto da abcissa 2%º e ordenada 0,85 fcd; • uma reta tangente à parábola e paralela ao eixo das abcissas entre as deformações 2%º e 3,5%º; • o coeficiente de minoração 0,85 leva em consideração o Efeito Rush (Sob a ação de cargas de longa duração a resistência reduz-se a cerca de 0,85 da resistência verificada no ensaio de curta duração). Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 13 REV. A 09/03/04 ibv
  • 14. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO 5.2. Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Aço AÇO – Valores Característicos fyck - Resistência característica do aço à compressão fyk - Resistência característica do aço à tração 5.2.1. Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Aços Classe A Para os aços da Classe A, caracterizados pela linearidade do diagrama até o limite de escoamento e pelo patamar de escoamento adota-se o diagrama a seguir., ond • Es=tgα=210000Mpa=21000 kN/cm2 (Módulo de Elasticidade) AÇO – Valores De Cálculo γ fyd = fyk / s - Resistência de cálculo do aço à tração fycd = fyd - Resistência de cálculo do aço à compressão εyd = fyd / Es – Deformação específica de cálculo Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 14 REV. A 09/03/04 ibv
  • 15. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO 5.2.2. Diagrama Tensão-Deformação De Cálculo Do Aços Classe B Não sendo conhecida a curva experimental, poder-se-á adotar o diagrama de cálculo simplificado. • O aço se comporta elasticamente até a tensão de 0,7*fyd e fyd; • Es=tgα=210000Mpa=21000 kN/cm2 (Módulo de Elasticidade); • Ao atingir fyd o aço se deforma para esta tensão constante; • fyd = fyk/1,15 -> Corresponde a tensão para a qual temos a deformação residual de 2%º ( paralela a reta elástica encontra o eixo das abcissas em 2%º) AÇO – Valores De Cálculo γ fycd = fyck / s - Resistência de cálculo à compressão do aço fyd = fyk / γs - Resistência de cálculo à tração do aço εyd = 0,002 + fyd / Es – Deformação específica de cálculo Para qualquer aço a deformação limite última é de 10%º 6. AÇÕES E SOLICITAÇÕES As cargas serão fixadas pela NBR 6120 – Cargas para o Cálculo de Estruturas de Edificações . A partir das cargas fornecidas, se obterão através da análise estrutural as solicitações características que denominamos Sk (M,N,V). Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 15 REV. A 09/03/04 ibv
  • 16. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO As solicitações de cálculo serão determinadas de acordo com o item 11.7.1 da NBR 6118/2003, no estado limite último, multiplicando-se a solicitação característica por seu γ coeficiente de segurança f , que leva em conta a possibilidade de desvios desfavoráveis das ações em relação aos valores característicos. Em geral: γf = Coeficiente de Segurança = 1,4 Sk = Solicitações Características Sd =γf *Sk = Solicitações de Cálculo 7. EXERCÍCIOS PRÁTICOS Exercício 1 : Calcule a resistência de cálculo do concreto à compressão para os seguintes fck´s: fck [Mpa] fcd=fck/1,4[MPa] 18 12,86 20 14,28 25 17,85 30 21,43 Exercício 2 : Calcule a resistência média de cálculo à tração do concreto para os seguintes fck´s: fck [MPa] fctm[MPa] fctd=fctm/1,4[MPa] fctm = 0,3 (fck ^(2/3)) - Valor médio da resistência à tração 18 2,06 1,47 fctk ,inf = 0,7 fctm – Resistência característica à tração inferior 20 2,21 1,57 fctk ,sup = 1,3 fctm – Resistência característica à tração superior, 25 2,56 1,82 onde fctm e fck são expressos em 30 2,89 2,06 MPa Exercício 3 : Calcule a resistência de cálculo do aço à tração e a deformação específica de cálculo de escoamento para os seguintes fyk´s: Aço fyk [Mpa] fyd [MPa] εyd%º CA-50-A 500 435 2,07 CA-60-B 600 522 4,48 Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 16 REV. A 09/03/04 ibv
  • 17. ESCOLA DE ENGENHARIA - DEPTO DE ENGa CIVIL DISCIPL.: ESTRUTURAS III – ARQUITETURA – CONCRETO ARMADO Es=210000 MPa fyd=fyk/1,15 εyd=fyd/Es – aço A εyd=0,002 + fyd/Es – aço B 8. TABELAS DE BITOLAS DE AÇO Notas de aula / PUCRS - Professores: Isabel Bet Viegas e Nelson Eltz de Sousa 17 REV. A 09/03/04 ibv