Baixe Projeto Estrutural de Concreto Armado: Critérios e Normas e outras Resumos em PDF para Estruturas e Materiais, somente na Docsity!
Capitulo – 1
Conceitos Fundamentais
1.1. INTRODUÇÃO AO CONCRETO
O concreto é o material mais usado na construção civil. Sua utilização em larga escala ocorreu após a patente do cimento Portland por Joseph Aspdin, em 1824, na Inglaterra. Naquela época, os primeiros concretos eram produzidos utilizando cimento Portland, areia, brita e água, que era adicionada em abundância. A resistência à compressão dificilmente ultrapassava 10 MPa. Hoje, com os avanços na tecnologia de dosagem e com a adição de outros materiais, tais como aditivos minerais e químicos em sua composição, a resistência à compressão pode superar 200 MPa. Também, adições de fibras minerais, metálicas ou vegetais podem aumentar a tenacidade à fratura do concreto, diminuindo sua característica de ruptura frágil. O concreto é empregado na construção de edifícios, pontes, estádios, túneis, paredes de contenção, reservatórios, barragens e em muitos outros tipos de estruturas. O concreto é um material heterogêneo constituído por uma vasta gama de partículas granulares. O tamanho destas partículas varia de dimensões menores que 1 mícron (sílica ativa) até centímetros (agregados graúdos). De acordo com o nível macro-estrutural de sua composição granulométrica, o concreto pode ser dividido em duas fases: matriz e agregados. A matriz é composta pela pasta de cimento Portland enquanto que, os agregados, materiais inertes e rígidos, servem como esqueleto granular principal. O concreto apresenta boa resistência aos esforços de compressão, porém, baixa resistência aos esforços de tração. O concreto armado é resultado da união entre concreto simples e armadura de reforço em seu interior. A armadura de reforço constitui-se de barras de aço adicionadas na zona onde o concreto é solicitado à tração. Desse modo, o concreto e o aço trabalham em conjunto, uma vez que, o concreto, resiste aos esforços de compressão, e o aço, absorve os esforços à tração cujo concreto apresenta baixa resistência. No caso de uma viga de concreto sem armadura de reforço submetida ao ensaio de flexão, no instante que a tensão de tração no concreto atinge seu valor crítico de ruptura, irá surgir uma única fissura ocasionando ruptura brusca da viga. Por outro lado, se for considerada uma viga similar submetida ao ensaio de flexão, porém com armadura de reforço na zona tracionada do elemento, quando a tensão limite de tração no concreto for alcançada, surgirão fissuras, e o esforço de tração deixará de ser suportado pelo deve ser adicionada na região onde o elemento estrutural será submetido a tensões de tração para que possa suprir sua deficiência na resistência. Nos elementos estruturais submetidos apenas à compressão, a adição de armadura melhorará sua resistência à compressão.
1.2. HISTÓRIA DO CONCRETO O primeiro uso de concreto produzido com cal hidráulica e cimento pozolânico datado pela literatura é atribuído aos Romanos nas construções de monumentos e aquedutos. Após a utilização pelos Romanos como material de construção, o concreto só voltou à tona em 1760 na Grã-Bretanha, quando John Smeaton
o utilizou para assentar pedras na construção de uma parede para conter as águas do rio Calder. No ano de 1796, o inglês J. Parker reproduziu o cimento romano e 15 anos mais tarde Vicat produziu cimento através da queima de argila e cal. Em 1824, Joseph Aspdin produziu cimento portland na cidade de Wakefield, Grã- Bretanha. Foi atribuída a denominação de cimento portland porque a pasta de cimento, após endurecer, assemelhava-se com as pedras oriundas das pedreiras da Ilha de Portland. Em 1832, o francês François Marte Le Brun, na cidade de Moissac, construiu uma casa usando concreto para moldar arcos com 5,50m de vãos. Também usou concreto na construção de uma escola em St. Aignan em 1834, e de uma igreja em Corbarièce em 1835. Em 1854, Joseph Louis Lambot construiu um pequeno barco em concreto armado com barras de aço que foi apresentado numa exposição em Paris, e patenteado em 1855. No mesmo ano, o inglês W. B. Wilkinson obteve a patente do uso de lajes em concreto armado com barras de ferro torcidas. O pesquisador francês François Cignet em 1855, obteve a patente de um sistema desenvolvido sobre o uso de barras de ferro imersas em lajes de concreto, levando- as até os apoios. Um ano mais tarde, adicionou porcas nas extremidades das barras, e em 1969 publicou um livro descrevendo alguns princípios básicos do concreto armado e possíveis aplicações. Outro pesquisador francês, Joseph Monier, ganhou o crédito da invenção do concreto armado com a patente reconhecida 1867, em Paris, pela construção de tubos e vasos de jardins armados com malha de ferro. Em seguida, deu início a uma série de patentes como tubos e reservatórios (1868), placas planas (1869), pontes (1873), escadas (1875), vigas e colunas (1877). Entre os anos de 1880 e 1881, Monier recebeu patentes alemãs de amarrações de estrada de ferro, calhas de alimentação da água, vasos circular, placas planas, canaletas para irrigação, entre outras. Nos Estados Unidos, em 1873, Willian E. Ward construiu em Nova Iorque, próximo ao porto de Chester, uma casa em concreto armado que existe até os dias atuais. O concreto armado foi usado para construir paredes, vigas, lajes e escadas. As primeiras pesquisas envolvendo o uso do concreto armado foram feitas por Thaddeus Hyatt, um advogado, que conduziu experiências com 50 vigas nos anos de 1870. De uma maneira correta, as barras de ferro nas vigas de Hyatt foram posicionadas na zona de tração, dobradas e ancoradas na zona de compressão. Adicionalmente, o reforço transversal (estribos verticais) foi usado próximo aos apoios. Entretanto, as experiências de Hyatt ficaram desconhecidas até o ano de sua publicação, em 1877. Em 1890, E. L. Ransome construiu o museu Leland Stanford Jr. em São Francisco, um edifício em concreto armado com dois pavimentos e comprimento de 95 m. Apartir desta data, o desenvolvimento do concreto armado nos Estados Unidos foi rápido. Durante o período de 1891 e 1894, os vários pesquisadores europeus publicaram teorias e resultados de ensaios; entre eles estavam Moeller (Alemanha), Wunsch (Hungria), Melan (Áustria), Hennebique (França), e Emperger (Hungria), mas o uso prático era menos extensivo do que nos Estados Unidos. Entre os anos de 1850 a 1900, poucas publicações foram feitas, porque os métodos conhecidos sobre o uso do concreto armado eram considerados como segredos de comércio. A primeira publicação que pode ser classificada como livro texto foi a do pesquisador Considère, em 1899. Pelo decorrer do século, havia uma multiplicidade dos sistemas e dos métodos com pouca uniformidade em procedimentos de projeto, nas tensões permissíveis e nas técnicas de detalhamento da armadura. Em 1903, construtores formaram nos Estados Unidos um comitê comum com representantes de todas as organizações interessadas no uso do concreto armado cujo objetivo era uniformizar os conhecimentos e técnicas para o dimensionamento estrutural.
1.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO ARMADO
O concreto armado, quando comparado ao aço, apresenta vantagens e desvantagens em relação a seu uso na construção de estruturas de edifícios, pontes, plataformas de petróleo, reservatórios, barragens, entre outros.
1.3.1. VANTAGENS DO CONCRETO ARMADO As principais vantagens no uso do concreto como material estrutural são:
- Apresenta alta resistência a compressão;
- É facilmente moldável adaptando-se aos mais variados tipos de forma, e as armaduras de aço podem ser dispostas de acordo com o fluxo dos esforços internos;
- É resistente às influências atmosféricas e ao desgaste mecânico;
- Apresenta melhor resistência ao fogo do que o aço;
- Resistem a grandes ciclos de carga com baixo custo de manutenção;
- Na maior parte das estruturas tais como: barragens, obras portuárias, fundações, é o material estrutural mais econômico.
1.3.2. DESVANTAGENS DO CONCRETO ARMADO As principais desvantagens no uso do concreto como material estrutural são:
- Tem baixa resistência à tração, aproximadamente um décimo de sua resistência à compressão;
- Elevado peso próprio nas estruturas;
- É necessário mistura, lançamento e cura, a fim de garantir a resistência desejada;
- O custo das formas usadas para moldar os elementos de concreto é relativamente cara. Em alguns casos, o custo do material e a mão de obra para construir as formas tornam-se igual ao custo do concreto.
- Apresenta resistência à compressão inferior a do aço;
- Surgimento de fissuras no concreto devido à relaxação e a aplicação de cargas móveis.
1.4. NORMAS PARA PROJETO
Todo e qualquer dimensionamento estrutural deverá ser feito de acordo com a normalização vigente na região onde a construção será efetuada. Cada país ou comunidade apresenta sua respectiva norma, que leva em conta condições ambientais tais como a existência ou não de abalos sísmicos, furacões, grandes variações de temperatura, qualidade dos materiais, tipos de construções, entre outros fatores. As normas são desenvolvidas para padronização dos critérios de dimensionamento, oferecendo condições mínimas de utilização e segurança das estruturas. Elas são elaboradas a partir de inúmeros resultados de ensaios experimentais, oferecendo margem de segurança precavendo-se de possíveis falhas nos materiais, nas dosagens dos concretos, possíveis imperfeições geométricas durante a execução da estrutura ou, até mesmo, compensar pequenos erros de projetos. No Brasil, a norma vigente para dimensionamento de estruturas em concreto armado é a NBR 6118/2003, Projeto de Estruturas de Concreto. Dentre as normas estrangeiras, as mais importantes de acordo com seus respectivos países de origem são: Instituto Americano do Concreto, ACI-318 (EUA);
Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO (EUA); American Society for Testing and Materials, ASTM (EUA); Código Modelo para Concreto Armado, BS-8110 e CP-110 (Inglaterra); Código Nacional de Construção do Canadá, CAN (Canadá); Código Modelo Alemão para Concreto Armado, DIM 1045 (Alemanha); Especificações para Reforços em Aço (Rússia); Especificações Técnicas para a Teoria e Projeto das Estruturas em Concreto Armado, CC-BA (France); O código do CEB ( Comitè Europeu Du Beton ), EuroCodes, são normas desenvolvidas abrangendo especificações válidas a todos os países membros da União Européia.
1.5. CONCEPÇÕES DE PROJETO
O projeto estrutural deve atender a requisitos de segurança, funcionalidade, economia, estabilidade global e local dos elementos estruturais, trabalhabilidade e todos aqueles que se referem à vida útil da estrutura. Para que estes requisitos sejam satisfeitos, primeiro é necessário conhecer as condições ambientais e os meios pelo qual a obra será executada. Em segundo lugar, selecionar os materiais adequados ao tipo de construção. A escolha do tipo de estrutura a ser empregada pode ser considerada tarefa fácil quando o projetista tem uma vasta experiência de projeto. A funcionalidade da estrutura dependerá da forma que ela for elaborada, da quantidade e das dimensões dos elementos estruturais, tais como pilares e vigas. O método de cálculo deverá ser bem interpretado, pois a diferença nos resultados do projeto de um edifício de múltiplos andares calculados entre um programa preciso de computador e técnicas manuais poderão ser significativas. Esta diferença, se deve ao uso de vários métodos de análise e teorias matemáticas complexas, as quais seriam impossíveis de serem analisadas manualmente. A estabilidade global da estrutura é requisito mínimo de um projeto estrutural, principalmente quando a construção é submetida às condições de sismos, ventos, recalques do solo, impactos laterais, entre outras solicitações. A norma brasileira (NBR 6118) classifica a qualidade de uma estrutura em concreto armado de acordo com três requisitos básicos: relativos a sua capacidade resistente de seus elementos componentes: segurança a ruptura e estabilidade; relativos a um bom desempenho em serviço: fissuração excessiva, deformações inconvenientes e vibrações indesejáveis; referentes a sua durabilidade, sob as influências ambientais previstas: conservação da estrutura.
1.6. CARGAS DE PROJETO As cargas atuantes em uma estrutura podem ser de várias formas: Carga permanente: peso próprio da estrutura (revestimento, materiais permanentes colocados sobre a estrutura), empuxo de terra em contenções; Cargas móveis: fluxo de pessoas e materiais que não permanecem fixos sobre a estrutura; Cargas ocasionais: ventos, sismos, variação da temperatura, peso da neve em países frios.
Capitulo – 2
Critérios de Projeto
2.1. REQUISITOS BÁSICOS DE PROJETO
Qualquer estrutura, seja parte dela ou em sua totalidade, deve resistir com margem de segurança a todos as solicitações provenientes de carregamentos aplicados, além de não apresentar deformações excessivas ou fissuração indesejável que possa comprometer sua utilização e durabilidade. A segurança das estruturas envolve a verificação da capacidade de carga, da estabilidade e da capacidade de utilização e durabilidade durante a vida útil prevista.
2.2. REQUISITOS GERAIS DE QUALIDADE DA ESTRUTURA E AVALIAÇÃO DA CONFORMIDADE DO PROJETO SEGUNDO A NBR 6118 2.2.1. REQUISITOS DE QUALIDADE DA ESTRUTURA 2.2.1.1. Condições gerais As estruturas de concreto devem atender aos requisitos mínimos de qualidade, durante sua construção e serviço, e aos requisitos adicionais estabelecidos em conjunto entre o autor do projeto estrutural e o contratante.
2.2.1.2. Classificação dos requisitos de qualidade da estrutura Os requisitos da qualidade de uma estrutura de concreto são classificados, para efeito da NBR 6118, em três grupos distintos, relacionados em: Capacidade resistente: consiste basicamente na segurança à ruptura; Desempenho em serviço: consiste na capacidade de a estrutura manter-se em condições plenas de utilização, não devendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada; Durabilidade: consiste na capacidade que a estrutura resiste às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.
2.2.2. REQUISITOS DE QUALIDADE DO PROJETO 2.2.2.1. Qualidade da solução adotada A solução estrutural adotada em projeto deve atender aos requisitos de qualidade estabelecida nas normas técnicas, relativos à capacidade resistente, ao desempenho em serviço e à durabilidade da estrutura. A qualidade da solução adotada deve ainda considerar as condições arquitetônicas, funcionais, construtivas (NBR 14931), estruturais, de integração com os demais projetos (elétrico, hidráulico, ar-
condicionado e outros) explicitadas pelos responsáveis técnicos de cada especialidade com a anuência do contratante.
2.2.2.2. Condições impostas ao projeto Todas as condições impostas ao projeto, descritas a seguir, devem ser estabelecidas previamente e em comum acordo entre o autor do projeto estrutural e o contratante: Para atender aos requisitos de qualidade impostos às estruturas de concreto, o projeto deve atender a todos os requisitos estabelecidos na NBR 6118 e em outras complementares e específicas, conforme o caso; As exigências relativas à capacidade resistente e ao desempenho em serviço deixam de ser satisfeitas, quando são ultrapassados os respectivos estados limites definidos na seção 2.5; As exigências de durabilidade deixam de ser atendidas quando não são observados os critérios de projeto definidos na seção 2.5; Para tipos especiais de estruturas, devem ser atendidas exigências particulares estabelecidas em Normas Brasileiras específicas. (exigências particulares podem, por exemplo, consistir em resistência a explosões, impactos, sismos, ou ainda relativas à estanqueidade, isolamento térmico ou acústico); Exigências suplementares podem ser fixadas em projeto.
2.2.2.3. Documentação da solução adotada O produto final do projeto estrutural é constituído por desenhos, especificações e critérios de projeto; Os documentos relacionados acima devem conter informações claras, corretas, consistentes entre si e com as exigências estabelecidas pela NBR 6118; As especificações e os critérios de projeto podem constar-nos próprios desenhos ou constituir documento separado; O projeto estrutural deve proporcionar as informações necessárias para a execução da estrutura; Com o objetivo de garantir a qualidade da execução de uma obra, com base em um determinado projeto, medidas preventivas devem ser tomadas desde o início dos trabalhos. Essas medidas devem englobar a discussão e aprovação das decisões tomadas, a distribuição dessas e outras informações pelos elementos pertinentes da equipe multidisciplinar e a programação coerente das atividades, respeitando as regras lógicas de precedência.
2.2.3. AVALIAÇÃO DA CONFORMIDADE DO PROJETO Dependendo do porte da obra, a avaliação da conformidade do projeto deve ser requerida e contratada pelo contratante a um profissional habilitado, devendo ser registrada em documento específico que acompanha a documentação do projeto. A avaliação da conformidade do projeto deve ser realizada antes da fase de construção e, de preferência, simultaneamente com a fase de projeto, como condição essencial para que seus resultados se tornem efetivos e conseqüentes. Estes critérios de aceitação e os procedimentos corretivos são dados a seguir:
Expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado; Expansão por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos; Reações deletérias superficiais de certos agregados decorrentes de transformações de produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica.
2.3.3.3. Mecanismos preponderantes de deterioração relativos à armadura Despassivação por carbonatação, ou seja, por ação do gás carbônico da atmosfera; Despassivação por elevado teor de íon cloro (cloreto).
2.3.3.4. Mecanismo de deterioração das estruturas propriamente dita São aqueles relacionados às ações mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, ações cíclicas, retração, fluência e relaxação.
2.3.4 AGRESSIVIDADE DO AMBIENTE
A agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto. Tabela 1 : Classes de agressividade ambiental (NBR 6118) Classe de agressividade ambiente
Agressividade
Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto
Risco de deterioração da estrutura
I Fraca
Rural Submersa Insignificante II Moderada Urbana 1), 2)^ Pequeno
III Forte
Marinha 1) Grande Industrial 1), 2)
IV Muito Forte
Industrial 1), 2) Elevado Respingos de Maré 1) Pode-se admitir um micro-clima com classe de agressividade um nível mais branda para ambientes internos secos (salas,dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). 2) Pode-se admitir uma classe de agressividade um nível mais branda em: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente. 3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas.
Nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na Tabela 1 e pode ser avaliada, simplificadamente, segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes.
2.4. CRITÉRIOS DE PROJETO QUE VISAM A DURABILIDADE SEGUNDO A NBR 6118
2.4.1.1. Simbologia específica desta seção De forma a simplificar a compreensão e, portanto, a aplicação dos conceitos estabelecidos nesta seção, os símbolos mais utilizados, ou que poderiam gerar dúvidas, encontram-se definidos: cmin - cobrimento mínimo c nom - cobrimento nominal (cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução) UR - umidade relativa do ar ∆c - Tolerância de execução para o cobrimento
2.4.1.2. Drenagem Deve ser evitada a presença ou acumulação de água proveniente de chuva ou decorrente de água de limpeza e lavagem, sobre as superfícies das estruturas de concreto; As superfícies expostas que necessitem ser horizontal, tais como coberturas, pátios, garagens, estacionamentos e outras, devem ser convenientemente drenadas, com disposição de ralos e condutores; Todas as juntas de movimento ou de dilatação, em superfícies sujeitas à ação deágua, devem ser convenientemente seladas, de forma a torná-las estanques à passagem (percolação) de água; Todos os topos de platibandas e paredes devem ser protegidos por chapins. Todos os beirais devem ter pingadeiras e os encontros a diferentes níveis devem ser protegidos por rufos.
2.4.1.3. Formas arquitetônicas e estruturais Disposições arquitetônicas ou construtivas que possam reduzir a durabilidade da estrutura devem ser evitadas; Deve ser previsto em projeto o acesso para inspeção e manutenção de partes da estrutura com vida útil inferior ao todo, tais como aparelhos de apoio, caixões, insertos, impermeabilizações e outros.
2.4.1.4. Qualidade do concreto de cobrimento da armadura Atendidas as demais condições estabelecidas nesta seção, a durabilidade das estruturas é altamente dependente das características, como espessura e qualidade do concreto e cobrimento da armadura; Ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo e nível de agressividade previsto em projeto devem estabelecer os parâmetros mínimos a serem atendidos. Na falta destes e devido à existência de uma forte correspondência entre a relação água/cimento, a resistência à compressão do concreto e sua durabilidade, permite-se adotar os requisitos mínimos expressos na Tabela 2 (NBR 6118). Para edificações, deverão ser seguidas recomendações para a escolha da espessura da camada de cobrimento da armadura de acordo com a Tabela 3 (retirada da NBR 6118) a serem exigidos para diferentes tipos de elementos estruturais, visando a garantir um grau adequado de durabilidade para a estrutura.
o A dimensão máxima característica do agregado graúdo utilizado no concreto não pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento, ou seja, ↆ↕á∆ ≤ ❸, ❹ↅ↖↗↕^ ; o No caso de elementos estruturais pré-fabricados, os valores relativos ao cobrimento das armaduras (Tabela 3) devem seguir o disposto na NBR 9062.
2.4.1.5. Detalhamento das armaduras As barras devem ser dispostas dentro do componente ou elemento estrutural, de modo a permitir e facilitar a boa qualidade das operações de lançamento e adensamento do concreto; Para garantir um bom adensamento é vital prever no detalhamento da disposição das armaduras espaço suficiente para entrada da agulha do vibrador.
2.4.1.6. Controle da fissuração O risco e a evolução da corrosão do aço na região das fissuras de flexão transversais à armadura principal dependem essencialmente da qualidade e da espessura do concreto de cobrimento da armadura. Aberturas características limites de fissuras na superfície do concreto dadas pela seção 13.4.2 da NBR 6118, em componentes ou elementos de concreto armado, são satisfatórias para as exigências de durabilidade; Devido à sua maior sensibilidade à corrosão sob tensão, o controle de fissuras na superfície do concreto na região das armaduras ativas deve obedecer ao disposto na seção 13.4.2 da NBR 6118.
2.4.1.7. Medidas especiais Em condições de exposição adversas devem ser tomadas medidas especiais de proteção e conservação do tipo: aplicação de revestimentos hidrofugantes e pinturas impermeabilizantes sobre as superfícies do concreto, revestimentos de argamassas, de cerâmicas ou outros sobre a superfície do concreto, galvanização da armadura, proteção catódica da armadura e outros.
2.4.1.8. Inspeção e manutenção preventiva O conjunto de projetos relativos a uma obra deve orientar-se sob uma estratégia explícita que facilite procedimentos de inspeção e manutenção preventiva da construção; O manual de utilização, inspeção e manutenção deve ser produzido conforme seção 25.4 da NBR
2.5. ESTADOS LIMITES (NBR 6118) O estado limite é definido como aquele em que a estrutura se apresenta em condições inadequadas para seu uso. Os estados limites se apresentam em dois grupos: Estados Limites Últimos e Estados Limites de Utilização.
2.5.1. ESTADOS LIMITES ÚLTIMOS (ELU)
Estados Limites Últimos são aqueles relacionados ao colapso, ou a qualquer outra forma de ruína estrutural, que determine a paralisação do uso da estrutura. Como a ocorrência de um estado limite último, pode envolver perda de vidas humanas, portanto, sua probabilidade de ocorrência deve ser muito baixa.
A segurança das estruturas de concreto deve sempre ser verificada em relação aos seguintes estados limites últimos: Resistência: quando a resistência de uma ou mais regiões da estrutura é atingida, resultando no colapso parcial ou total; Perda de Equilíbrio: estado limite último da perda do equilíbrio da estrutura, admitida como corpo rígido (esse estado limite não depende das resistências dos materiais e corresponde ao início da movimentação das estruturas, ou parte dela, como corpo rígido); Formação de um mecanismo: ocorre quando a estrutura se transforma num mecanismo devido à formação de rótulas plásticas em número suficiente de regiões, tornando a estrutura instável; Flambagem: flambagem local ou parcial da estrutura causada por deformações; Fadiga: ocorre em estruturas sujeitas a tensões cíclicas. Embora ocorra em situações de cargas de serviço, a fadiga é considerada como estado limite último porque ela causa a ruptura do material; outros estados limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.
2.5.2. ESTADOS LIMITES DE UTILIZAÇÃO (SERVIÇO)
Estados Limites de Serviço são aqueles relacionados à durabilidade das estruturas, aparência, conforto do usuário e da boa utilização funcional da mesma, seja em relação aos usuários, seja as máquinas e aos equipamentos utilizados. A segurança das estruturas de concreto pode exigir a verificação de alguns dos seguintes estados limites de serviço: Estado de deformação excessiva: estado em que as deformações ultrapassam os limites aceitáveis para a utilização da estrutura. Estas deformações podem causar danos inaceitáveis em elementos não estruturais ou uma aparência indesejável à estrutura. Estado de fissuração inaceitável: estado em que as fissuras se apresentam com abertura prejudicial ao uso ou a durabilidade da estrutura. Vibrações excessivas: ocorre quando as vibrações atingem intensidade inaceitável, podendo causar desconforto ou perda da utilidade da estrutura.
2.6. AÇÕES (NBR 6118) As ações (F) são qualquer causa capaz de provocar esforços ou deformações nas estruturas. Na análise estrutural, deve-se levar em conta todas as ações que possam produzir efeitos significativos para a segurança da estrutura em exame, levando-se em conta os possíveis estados limites últimos e serviço. As ações podem ser: Diretas: constituída por forças; Indiretas: oriundas de deformações impostas. Segundo a variabilidade no tempo, as ações são classificam de acordo com a NBR 8681 em permanentes, variáveis e excepcionais.
2.6.1. AÇÕES PERMANENTES
Onde: Sg são provocadas por Fg (ações permanentes diretas) Sq são provocadas por Fq (ações variáveis) S ε são provocadas por F ε (ações permanentes diretas)
2.8. VALORES CARACTERÍSTICOS E DE CÁLCULO (NBR 6118) 2.8.1. VALORES CARACTERÍSTICOS Os valores característicos das resistências dos materiais ( Rk ), das ações ( Fk ) e das solicitações ( Sk ) são valores que apresentam uma probabilidade prefixada de não serem ultrapassados. Rk é um valor que tem 95% de probabilidade de ser ultrapassado no sentido favorável (i.e., existe uma probabilidade de 95% dos resultados individuais obtidos nos ensaios de corpos de prova serem superiores a Rk ). Fk é um valor que apresenta 5% de probabilidade de ser ultrapassado durante a vida útil da estrutura. Os valores nominais fixados para as ações a serem considerados no cálculo estão indicados nas normas: NB-5: cálculo de edifícios NB-6: pontes rodoviárias NB-7: pontes ferroviárias NB-599: ação do vento Logo, Sk é efeito de Fk.
2.8.1.1. Valores de f γ da NBR-6118 (11.7.1) Carga permanente: f γ = 1,4 em geral f γ = 0,9 quando a influência da carga permanente for favorável Carga acidental: f γ = 1,4 acrescido de impacto quando houver Deformações impostas: f γ = 1,
2.8.1.2. Valores de Cálculo das Resistências dos Materiais Concreto: f cd = f ck / γ c compressão f td = f tk / γ c tração Aço: f yd = f yk / γ s tração f ycd = f yck / γ s compressão
γ c e γ s são coeficientes de ponderação das resistências. Levam em conta: variação dos materiais defeitos de ensaios correlação entre os corpos de prova e a realidade
γ s = 1,15 desde que sejam obedecidas as exigências da EB-3. γ s = 1,25 em obras de pequena importância quando as exigências da norma EB-3 não são obedecidas. γ c = 1,4 em geral. γ c = 1,3 no caso de peças pré-moldadas em usinas. γ c = 1,5 no caso de peças em condições desfavoráveis de execução.
2.9. CÁLCULO SEGUNDO A NBR 6118
A condição de segurança no estado limite último é dada pela expressão R.(Rc / γc, Rs / γs) ≥ γs.Sk A resistência interna de uma seção, onde Rc e Rs são as resistências oferecidas pelo concreto e o aço, deve ser maior ou igual a solicitação de cálculo nela atuante. Os coeficientes γc , γs e γf tem os valores indicados nos itens anteriores.
2.10. ETAPAS DO DIMENSIONAMENTO ESTRUTURAL As etapas do dimensionamento estrutural compreendem: Definição das necessidades e prioridades do cliente; Elaboração do esquema estrutural (lançamento da estrutura), fixando a disposição geral, condições de apoio, dimensões, etc; Estabelecimento das hipóteses de carga: combinações das ações que atuam na estrutura de modo a obterem-se as situações mais desfavoráveis; Determinação dos esforços solicitantes; Cálculo das seções (via de regra, apenas as seções críticas); Verificação dos estados limites de utilização.
3.2.4. RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
A resistência à tração indireta ( f ct,sp ) e a resistência à tração na flexão ( f ct,f ) devem ser obtidas em ensaios realizados segundo a NBR 7222 e a NBR 12142, respectivamente.
3.2.4.1. Ensaio de tração direta A resistência à tração do concreto, determinada pelo ensaio de resistência à flexão, segundo os procedimentos estabelecidos pela NBR 12142. A configuração do ensaios é mostrada na Figura 1.1.
Figura 1.1: Esquema do ensaio de resistência à tração na flexão para corpos de prova de concreto.
No ensaio de tração por flexão com carregamento aplicado nos terços de vão, a viga prismática é carregada à velocidade constante até a ruptura. A resistência à flexão é expressa em função do módulo de ruptura, definido como máxima tensão na ruptura, dada pela expressão:
Onde, σ ct é a tensão de ruptura, P a carga máxima indicada, l , b e d são respectivamente comprimento (entre apoios), largura e altura da viga prismática. Esta expressão é válida somente se a ruptura na superfície tracionada estiver no terço do comprimento do vão. Se a ruptura estiver fora desse intervalo em não mais que 5% do comprimento, deverá ser utilizada a seguinte expressão:
Onde a é a distância média entre a linha de ruptura e o suporte mais próximo, medida na superfície de tração da viga. Se a linha de ruptura estiver fora do vão de mais de 5%, os resultados dos ensaios deverão ser desprezados. A resistência à tração direta ( f ct ) pode ser considerada igual a f ct = 0,9. f ct,sp ou f ct = 0,7. f ct,f ou, na falta de ensaios para obtenção de f ct,sp e f ct,f , pode ser avaliado o seu valor médio ou característico por meio das expressões:
Sendo f ckj ≥ 7 MPa, estas expressões podem também ser usadas para idades diferentes de 28 dias.
3.2.4.2. Ensaio de tração indireta O ensaio de tração indireta mais comumente usado para determinar a resistência à tração do concreto é o de tração por compressão diametral conforme ilustrado na Figura 1.2.
Figura 1.2: Ensaio de tração por compressão diametral (indireta) e forma de ruptura do corpo de prova.
No ensaio de tração por compressão diametral, os cilindros de concreto são submetidos a cargas de compressão ao longo de duas linhas axiais, as quais são diretamente opostas. A carga é aplicada continuamente a uma velocidade constante até a ruptura do corpo de prova. A tensão de compressão produz uma tensão transversal que é uniforme ao longo do diâmetro vertical. A resistência à tração determinada por esse ensaio é calculada por:
Onde σ ct é a resistência à tração, P a carga de ruptura, l e d são respectivamente o comprimento e o diâmetro do cilindro. Comparado com o ensaio de tração direta (flexão) o ensaio por compressão diametral superestima a resistência à tração do concreto de 10 a 15%.
3.2.5. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 3.2.5.1. Configuração do ensaio A resistência à compressão e o módulo de elasticidade dos concretos são determinados segundo a prescrição da NBR 5739. A Figura 1.3 mostra a configuração de um ensaio de ruptura de um corpo de prova padrão.
