Fundamentos do concreto armado - FEC - Unicamp

Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Civil
Departamento de Estruturas
Fundamentos do concreto armado
Notas de aula da disciplina
AU414 - Estruturas IV– Concreto armado
Prof. Msc. Luiz Carlos de Almeida
Agosto/2002

Índice
FUNDAMENTOS DO CONCRETO ARMADO 2
1. Introdução 2
2. Armadura 2
3. Fissuração 4
4. Concreto Armado 6
5. Vantagens do concreto armado 8
6. Desvantagens do concreto armado 8
7. História da construção em concreto simples e concreto armado. 8
8. Bibliografia 12
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Fundamentos do concreto armado
1. Introdução
A pedra e a madeira são utilizadas como materiais de construção cerca de três mil anos,
já o concreto é utilizado na construção mais recentemente, cerca de 100 anos.
A utilização do concreto na construção deve ter surgido da possibilidade de se aproveitar
da grande resistência à compressão e a durabilidade oferecida pela pedra e a vantagem
de sua mistura com agregado miúdo, aglomerante e água resultar em um material que,
antes de endurecer, pode ser moldado nas formas desejadas (trabalhabilidade).
O concreto é um material de construção composto de quantidades racionais de
aglomerante (cimento), agregado miúdo (areia ou pó de pedra), agregado graúdo (pedra
britada u cascalho) e água.
O concreto simples é um material de utilização limitada na construção de estruturas, pelo
fato de apresentar resistência à tração muito baixa, cerca de 8 a 12 vezes menor que sua
resistência à compressão, mas a associação do concreto com um material de boa
resistência a tração e convenientemente colocado na massa de concreto, permite que o
conjunto – concreto armado – resista tanto aos esforços de compressão como os de
tração.
Os seguintes materiais resistentes à tração podem ser utilizados: aço, fibras de vidro,
plásticos, nylon e bambu.
2. Armadura
As armaduras são posicionadas no interior da forma e posteriormente é lançado o
concreto plástico, que envolve as barras de aço, obtendo-se, após o endurecimento, uma
peça de concreto armado.
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Uma viga de concreto simples atingiria ao colapso devido à tração oriunda da flexão, pelo
fato da resistência do concreto à tração ser muito inferior à de compressão, ficando desse
modo, mal aproveitado o concreto da região comprimida, conforme mostra a Figura 01.
Dispondo-se, entretanto, armaduras na face inferior da viga, conforme está mostrado na
Figura 02, estas absorvem os esforços internos de tração e o concreto resistirá aos
esforços internos de compressão, obtendo-se desse modo um melhor aproveitamento dos
materiais e uma elevada capacidade de carga da viga, quando comparada com a viga de
concreto simples.
Figura 01
Figura 02
As armaduras são também utilizadas para absorver tensões de cisalhamento, provocados
por esforços cortantes ou momentos de torção, podendo ainda auxiliar o concreto a
resistir às tensões de compressão.
O trabalho conjunto desses dois materiais diferentes (concreto e aço) é possível graças à
coincidência de duas de suas propriedades físicas essências:
a) os dois materiais oferecem aderência recíproca;
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) seus coeficientes de dilatação são aproximadamente iguais.
A aderência impede o escorregamento entre as armaduras e o concreto, e transmite
esforços de um para outro material, sendo a propriedade fundamental para o trabalho
conjunto dos mesmos.
Os coeficientes de dilatação aproximadamente iguais implicam em deslocamentos
semelhantes provocados por variações de temperatura, desse modo não destruí a
aderência, tornando possível o trabalho conjunto desses materiais.
Em geral as armaduras longitudinais são dispostas mais distantes da linha neutra próxima
às bordas tracionadas. Entretanto, este procedimento não é válido para as vigas de
grande altura, pois nestes casos deve-se prever uma armadura adicional para evitar
fissuras entre a linha neutra e a armadura.
3. Fissuração
A fissuração do concreto armado pode ser devida a duas causas principais:
a) retração acelerada do concreto, quando se permite a rápida evaporação da água
da mistura;
b) tensões de tração produzidas por solicitações atuantes.
As fissuras de retração podem ser impedidas ou minimizadas por meio de medidas
protetoras do concreto, na fase de endurecimento do mesmo.
A fissuras causadas por tensões de tração são praticamente impossíveis de serem
evitadas, pois, as armaduras resistem a tensões de tração muito superiores à resistência
do concreto a tração. Conseqüentemente, a resistência à tração do concreto é
desprezada e o concreto é armado com barras de aço para resistirem, sozinhas, os
esforços de tração.
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No cálculo de peças de concreto armado, considera-se fissurada a região tracionada das
seções e admite-se que a armadura deva resistir sozinha os esforços de tração.
As fissuras que se admite no cálculo, realmente ocorrem sob as condições de serviço,
embora sejam invisíveis a olho nu. Através da distribuição conveniente da armadura e do
uso de barras de conformação superficial que permita boa aderência ao concreto, podese
controlar a distribuição das fissuras, conseguindo fissuras mais fechadas e o mais
próximas uma da outra, conforme mostra a Figura 03.
Figura 03
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4. Concreto Armado
Concreto armado e a união do concreto e de um material resistente à tração (geralmente
o aço), envolvido pelo primeiro de maneira que ambos resistam solidariamente aos
esforços a que forem submetidos.
A não existência da solidariedade implica em ter-se concreto simples com a presença de
uma armadura sem função resistente, ou apenas elementos metálicos com revestimento
de concreto, o que pode ser ilustrado com os exemplos a seguir:
a) Se for moldada uma viga de concreto com um orifício longitudinal por onde, após o
endurecimento do concreto e passada uma barra de aço, esta ficará solta no interior da
viga, conforme mostra a Figura 04.
Figura 04
Sob a ação de um carregamento qualquer a viga se deforma e a barra de aço acompanha
essa deformação sem sofrer esforços longitudinais por estar solta no interior do concreto.
Quem resiste os esforços de tração e compressão é o concreto sozinho. A barra não
acompanha o alongamento do concreto, isso pode ser observado por traços de referência
marcados no concreto e na barra.
b) Se no exemplo anterior, entretanto, a barra for colocada no interior do concreto
numa posição próxima à face, na ocasião da concretagem, e se houver aderência
completa entre a barra de aço e o concreto, após o endurecimento deste, qualquer
deformação da viga devida a um carregamento, provocará igual deformação na barra
(agora chamada armadura) e esta oferecerá resistência à solicitação externa. Os dois
materiais estarão trabalhando solidariamente, conforme mostra a Figura 05.
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Figura 05
c) Tome-se a barra do caso (a), mas com as extremidades fixadas na viga de concreto,
conforme está mostrado na Figura 06. Com um carregamento a viga se deformará e o
concreto abaixo da linha neutra sofrerá alongamento. Neste caso a barra também irá
se alongar, de forma que alongamento total de ∆ l do concreto e da barra serão o
mesmo, porém com uma diferença entre o alongamento específico de cada um.
O alongamento específico da barra ε = ∆l
/ l será constante, enquanto que o do
concreto será variável de um ponto para o outro, na mesma altura da barra, sendo
ora maior, ora menor que desta, havendo deslizamento relativo, conforme mostra a
Figura 06.
Figura 06
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Portanto, para que exista concreto armado é necessário que exista completa aderência
entre o concreto e a armadura, afim de que suas deformações sejam iguais ao longo da
superfície de contato, na quase totalidade da extensão da peça. A aderência entre ambos
dá integridade e esta união e a proteção que o concreto oferece à oxidação da armadura
lhe assegura durabilidade.
5. Vantagens do concreto armado
De um modo geral podem ser apresentadas como vantagens do concreto na construção
as seguintes:
a) Facilidade de adaptação às formas construtivas;
b) Monolitismo;
c) Economia construção e de manutenção;
d) Boa resistência aos esforços dinâmicos (choques e vibrações);
e) Segurança contra o fogo.
6. Desvantagens do concreto armado
a) Peso próprio elevado;
b) Peça fissurada;
c) Formas e escoramentos;
7. História da construção em concreto simples e concreto armado.
Os nomes, acontecimentos e datas históricas da construção de concreto armado e de
concreto protendido apresentados a seguir foram escolhidos entre os mais significativos,
e serão abordados apenas nos aspectos que ainda despertam interesse geral.
2000 ac A civilização Minoana na Ilha de Creta foram os primeiros a empregar
argamassa de cal nas estruturas a qual dissolvia na presença de água.
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~300 ac. Os Romanos descobriram uma cinza vulcânica (tipo de areia fina) que
misturada com cal fornecia uma argamassa muito resistente que não
dissolvia na presença de água.
~126 dc. Os Romanos terminaram a construção de cúpula do Pantheon, em Roma,
uma estrutura de concreto que nas partes baixas foi utilizado concreto com
pedras britadas e à medida que a construção se aproximava do topo da
cúpula, eles utilizaram agregados mais leves com pedra-pomes, para reduzir
os momentos fletores devidos ao peso próprio. O vão livre da cúpula era de
43.89 m, maiores detalhes podem ser observados no endereço eletrônico:
http://www.greatbuildings.com/buildings/Pantheon.html .
~1800 O engenheiro inglês John Smeatom, na costa sul da Inglaterra, descobriu
que mistura de calcário queimado (lama vulcânica) e argila poderia ser
utilizada para fazer cimento.
1824 O empreiteiro Josepf Aspdin, na Inglaterra, desenvolveu o chamado cimento
Portland, em homenagem à ilha de Portland, de onde foi extraído o calcário
para a fabricação do cimento.
http://www.dartfordarchive.org.uk/technology/cement.shtml .
1828 Brunel utilizou o cimento de J. Aspdin na argamassa da parede do túnel
sobre o Rio Thames.
1835 Bruned também utilizou o cimento de J. Aspdin na fabricação do concreto
massa dos pilares de uma ponte.
1845 I. C. Johnson encontrou um cimento de melhor qualidade, que é hoje
conhecido hoje como cimento portland.
1854 W. B. Wilkinson obteve uma patente para um sistema de pisos de concreto
armado que utilizava cúpulas de gesso ocas como forma.
1855 Primeira fábrica de cimento portland alemã, localizada perto de Stettin.
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1855 Lambot (França), obtém patente para a fabricação de embarcação de
concreto armado. http://www.enpc.fr/de/trav-elev/beton/Pages/lambot.htm .
1861 O jardineiro parisiense J. Monier fabrica vasos de flores com argamassa de
cimento, utilizando como reforço uma malha de aço.
1861 F. Coignet publicou um livro apresentando o uso do concreto armado.
http://www.etancheite.com/historique/dixhuit.html .
1867 F. Coignet apresentou na Exposição Internacional de Paris vigas e tubos de
concreto armado.
1867 J. Monier obteve a primeira patente para a construção de vasos de concreto
com armadura, e nos anos seguintes obteve outras patentes para tubos,
tanques, placas, escadas e pontes. stairs
1871 D. O. Saylor, na Pensilvânia - USA, e T. Millen, em Indiana – USA, iniciam a
produção de cimento portland.
1875 W. E. Ward construiu em Nova Iorque uma casa em concreto armado.
1877 Hyatt publicou os resultados de suas experiências em concreto armado.
1878 J. Monier obtém novas patentes que dão a base para a introdução do
concreto armado em outros países.
1880 Hennebique construiu a primeira laje de concreto armado com barras de aço
de seção circular.
1884 Freytag adquiriu os direitos das patentes de Monier para a utilização do
processo na Alemanha.
1886 G. A. Wayss obteve o direito das patentes de Monier e fundou uma empresa
para construções de concreto segundo o sistema Monier. Nessa época,
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executaram ensaios em construções de concreto armado, para demonstrar,
por meio de provas de carga, as vantagens econômicas oferecidas pela
inclusão de barras de aço no concreto.
1886 M. Koenen, arquiteto, desenvolveu procedimentos empíricos de cálculo para
as construções de concreto.
1892 Hennebique patenteou o primeiro tipo de vigas de concreto armado com
estribos como os atuais.
1894 Coignet (filho) e Tedeskko ampliaram as teorias de Koenen para projetar
com o método das tensões na Flexão, muito utilizado de 1900 a 1950.
1897 Rebut iniciou o primeiro curso sobre concreto armado na École dês Ponts et
Chaussées, em Paris.
1902 Emil Morsch publicou a primeira edição do seu livro, onde desenvolveu a
teoria iniciada por Koenen e que foi a primeira teoria de dimensionamento de
peças de concreto armado.
1904 Surgiram às primeiras instruções ou normas de construções de concreto
armado na Alemanha, França e Suíça.
Até hoje Extensivas pesquisas têm determinado vários aspectos do comportamento
do concreto armado, resultando nos procedimentos atuais de projeto.
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8. Bibliografia
1 - Fernandes, G. B., Notas de aula, FEC-Unicamp, Campinas, 1980.
2 - Pfeil , W., Concreto Armado, vol 1, Livros Tecnicos e Cientificos Editora Ltda., Rio,
1985.
3 - Macgregor, J. G., Reinforced Concrete Mechanics and Disign, Prentice_hal, Inc. Upper
Saddle River, New Jersey, 1997.
4 - Rusch., H., Concreto armado e protendido, Editora Campus, Rio, 1981.
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