Apostila Completa - Concreto Armado

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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO RIO DOS SINOS UNISINOS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 100538 CONCRETO ARMADO I Prof. Volnei Pereira da Silva 2012/2 2 CONCRETO ARMADO I LAJES E VIGAS Clculo das solicitaes e dimensionamento Flexo Simples, Cisalhamento e Toro. Referncias Bibliogrficas: [1] ABNT. NBR-6118:2007 - Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento [2] ABNT. NBR-6120:1980: Cargas para o Clculo de Estruturas de Edificaes. [3] ARAJO, Jos Milton de. Curso de Concreto Armado. 3ed. Rio Grande: Dunas, 2010. [4]CARVALHO,R.C.;FILHO,J.R.F.ClculoeDetalhamentodeEstruturas Usuais de Concreto Armado. 3 ed. So Carlos: EduFSCar, 2009. [5]FUSCO,PriclesBrasiliense.EstruturasdeConcreto:SolicitaesNormais,estados limites ltimos, teoria e aplicaes. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1981. [6]FUSCO,PriclesBrasiliense.EstruturasdeConcreto:SolicitaesTangenciais.So Paulo: Editora Pini, 2008. [7] HSU, THOMAS T.C., MO, Y.L. Softening of Concrete in Torsional Members - Design Recommendations. ACI Journal, July-August 1985. p. 443-451. [8] MONTOYA, Gimenez, MESEGUER, Garcia, CABR, Morn. Hormign Armado. 15ed. Barcelona: Editorial Gustavo Gili, S.A., 2010. [9] PFEIL, Walter. Concreto Armado: Dimensionamento. 5ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos, 1989. [10] SSSEKIND, Jos C. Curso de Concreto Vol II. Ed. Globo, So Paulo, 1991 3 1 - INTRODUO. 1.1 - Definio. ConcretoArmado(C.A.)auniodoaocomoconcreto,medianteadequada disposiodoprimeironosegundo,detalmodoqueambosresistemsolidariamenteaos esforos a que forem submetidos. Deoutraformapode-sedefiniroConcretoArmadocomoummaterialcomplexo, obtido pela unio de dois materiais simples, o concreto e o ao, dispostos de modo a utilizar econmica e racionalmente as resistncias prprias de cada um deles. O princpio bsico das peas de C.A. a combinao do concreto e do ao de maneira que,emumamesmapea,osesforosdetraosejamabsorvidospeloaoeosesforosde compresso pelo concreto e pelo ao. OC.A.nasceudanecessidadedesecriarumtipodeconstruoque,utilizandouma pedraartificial,apresentasseadurabilidadedapedranatural,tivesseapropriedadedeser fundidanasdimenseseformasdesejadase,associandooaoaestapedraartificial, aproveitasseaaltaresistnciadestematerial,aomesmotempoemque,protegendo-o, aumentasse sua durabilidade. Aassociaodoconcretoedoaopossvelgraassseguintescaractersticasdos dois materiais: elevadas resistncias compresso do concreto e trao do ao; propriedades de aderncia destes materiais, assegurando a sua ao conjunta; coeficientes de dilatao trmica aproximadamente iguais; possibilidade de proteo do ao contra a corroso, atravs do concreto que o envolve. 1.2 - Histrico. Osfatosmaisimportantesrelacionadoscomoconcretoarmadoeassuasrespectivas datas de ocorrncia so os seguintes: 1824opedreiroJosephAspdin,nalocalidadedeHunslet,prximoaLeeds (Inglaterra),conseguecalcinarumapartedeargilaetrspartesdepedracalcria,modaat obter um p fino. Descobre, ento, um cimento que no se dissolve na gua. o cimento tipo Portland. 1848 Lambot (Frana) constri um barco com argamassa de cimento reforada com ferro. 1852oengenheirofrancsFranoisCoignetexecutaelementosdeconstruocom emprego de concreto armado (vigotas e pequenas lajes). 1861ojardineirodoPalciodeVersailles,JosephMonierfabricavasosdeflores comargamassadecimento,utilizandocomoreforoumamalhadefiosdeao.Franois Coignet publica alguns princpios bsicos para construes em concreto armado. 1867-JosephMonierrecebesuaprimeirapatenteparavasosdefloresdeconcreto armado com armadura de ao. Em anos seguintes, obtm outras patentes para tubos e lajes e dedica-secomperseveranaesucessoasuautilizao.Suasconstrues,desenvolvidasem basespuramenteempricas,mostramqueoinventoraindanopossuiumanooclarada funo estrutural de armaduras de ao em concreto. 1877T.Hyatt,advogadoamericano,publicaresultadosdeensaiosemconstrues de concreto armado. Hyatt j reconhece claramente o efeito de aderncia. 1880Hennebique,construtorcomatividadenaFranaenaBlgica,constria primeira laje armada com barras de ao de seo circular. 1884 As firmasFreytag& Heidschuch e Martenstein & Josseaux obtm de Monier os direitos de patente para o sul da Alemanha e reservam-se o direito de revenda para toda a Alemanha. 4 1886AsduasfirmascedemodireitoderevendaaoengenheiroG.A.Wayss, fundador de uma empresa em Berlim para construes de concreto segundo o sistema Monier. Wayssrealizaprovasdecargaepublicaresultados.Koenen,combasenestesensaios, desenvolveummtododedimensionamentoempricoparaalgunstiposdeconstruo Monier, mostrando que compreendia claramente o efeito estrutural das armaduras de ao. 1892Hennebiqueobtmpatentedoprimeirotipodeviga,comoasatuais,com estribos. 1897Rabutiniciaoprimeirocursosobreconcretoarmado,naEcoledesPontset Chausses, em Paris. 1900EmilMrsch,professordaUniversidadedeStuttgartde1916a1948, desenvolveateoriainiciadaporKoenen,easustentaatravsdeinmerosensaios,que comeoua realizar por incumbncia dafirma Wayss & Freytag, a qual pertencia. Depois do seu ingresso na Universidade de Stuttgart, prosseguiu os ensaios com Bach e Graf, sob bases maisamplas.OsconceitosdesenvolvidosporMrschconstituram,aolongodaprimeira metadedosculoeemtodoomundo,osfundamentosdateoriadoconcretoarmadoeseus elementosessenciaisaindasovlidos.Apartirde1900,oconcretoarmadotevegrande desenvolvimentoeaplicao,tornando-senecessrioregulamentaroseuprojetoeasua execuo, surgindo as primeiras instrues ou normas: 1904 na Alemanha, 1906 na Frana e 1909naSua.NoBrasil,aprimeiranormadatade1960(NB-1),revisadaem1978(NBR-6118) e em 2003 (NBR-6118:2003). O concreto com armadura previamente tracionada (concreto protendido) s nasceu em 1928. As primeiras tentativas, efetuadas no incio do sculo falharam, porque no se sabia que o concreto, com o tempo, encurta-se pela retrao e pela deformao lenta. Assim, perdia-se a protensorealizadaemaocomum.Somenteem1928,E.Freyssinetdesenvolveuum processocomoempresodeaodealtaresistncia,medianteoqualsepoderiaprovocar tenses de compresso suficientemente elevadas e permanentes. 1.3 Vantagens e desvantagens do C.A. Oconcretoarmado,hoje,largamenteempregadoemtodosostiposdeconstruoesuas principais vantagens so as seguintes: a)flexibilidade.Oconcretofacilmentemoldvel;oconcretofrescoadapta-seaqualquer tipodeformaesemprepossvel,porumconvenientedimensionamentodapeaede suas armaduras, absorver os diversos tipos de solicitao a que ela pode ser submetida. b)monolitismo.Oconcretoarmadoprprioparaestruturasmonolticas(semjuntas),que porseremmuitasvezeshiperestticas,apresentamumaelevadareservadecapacidade resistente e de segurana. c)simplicidadedeexecuo.Aexecuodoconcretoarmadononecessitaquasede operriosaltamenteespecializados.Almdisso,apossibilidadederacionalizaoede mecanizaodoscanteirosdeobratornaaqualidadedotrabalhocadavezmais independente da mo de obra. d)economia.Oconcretoarmadoeconmico(matriaprimabarata,comoareiaebrita), dispensando, via de regra, qualquer manuteno ou conservao. e)incombustibilidade. Em caso de incndios, as peas estruturais em concreto armado ficam expostassaltastemperaturasdaschamas.Devidomcondutibilidadetrmicado concreto, ocalor penetra lentamente, de modo que as estruturas normais apresentam,em geral, uma boa resistncia ao fogo, mesmo sem proteo adicional. Em incndios de curta durao,ofogoafetasascamadasexternas,atumaprofundidadede50a100mm, provocandofissurassuperficiaisseguidasdedescascamentosquepodemdeixaras armaduras expostas ao calor do fogo. A resistncia do concreto no se reduz at 200 C. de 80% de sua resistncia normal aos 300 C e de 50% aos 500 C. O aquecimento do ao 5 particularmenteperigosoporquecomtemperaturasacimade400Coaoperde rapidamente sua resistncia chegando a valores da ordem de 40 da sua resistncia afrio quando atinge 600 C. f)maior resistncia a choques e vibraes. As pontes, as vigas de pontes rolantes de prdios industriaiseoutrasestruturasdeconcretoarmado,sujeitasacargasmveis,somenos sensveis aos esforos rtmicos destas aes, do que aquelas executadas com materiais que conduzam a um peso prprio menor. Como desvantagens citam-se: - alto peso prprio (25 kN/m); - dificuldade para reformas e para demolies; - baixo grau de isolamento trmico e acstico. 6 2- TIPOS DE PEAS ESTRUTURAIS De modo geral, as peas estruturais de C. A. podem se dividir em 3 grandes grupos: 2.1 Peas volumtricas: Socaracterizadasporpossuremastrsdimensesdemesmaordemdegrandeza. Esto submetidas, geralmente, a um estado tri-axial de tenses.Exemplos: blocos de fundao rasa, bloco de estacas. 2.2 Peas (ou estruturas) de superfcie: Sopeasquepossuemduasdimensesdemesmaordemdegrandeza,enquantoa terceira muito menor que elas. Trabalham sob um estado plano de tenses.Exemplos:2.2.1 - Cascas 2.2.2Lajes(ouplacas):secaracterizamporrecebercargaqueatuamnoseuplano mdio e so normais a ele. So submetidas, fundamentalmente, a esforos de flexo. Para isto, devem ser delgadas e apresentar flecha pequena para que no ocorram tenses de membrana. h/b 0,2 w/h 0,2 Algumas formas: As lajes se diferem por forma, condies de contorno e tipos de carregamento. Transmitem as cargas dos pisos para as vigas, paredes ou pilares que as suportem. 2.2.3 Vigas-paredes: so vigas nas quais a relao entre vo e altura menor do que 2, quando isosttica, ou menor do que 2,5 quando a viga contnua. Esteselementosgeralmentetrabalhamcomochapa,porteremascargasatuandono seuplanomdio,ecomoplaca,porpossuremcargasatuandoperpendicularmenteaoseu plano mdio. 7 Estr. TerciriaEstr. SecundriaEstr. Primria2.3 Peas lineares: So peas que tm duas dimenses da mesma ordem de grandeza e muito menores que a terceira.2.3.1 Vigas:- geralmente submetidas Flexo Simples Reta (cargascontidas no plano que contm um dos eixos principais de inrcia e o eixo longitudinal) estando, portanto, submetidas a momento fletor e esforo cortante; -podem,tambm,estarsolicitadasaesforonormaldetraooude compresso e a momento toror; -recebemcargasdaslajes,dasparedesedeoutrasvigaseastransmitemaos pilares.Quandooclculofeitoconsiderandoosiste