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ESTRUTURAS DE CONCRETO – CAPÍTULO 1
Libânio M. Pinheiro; Cassiane D. Muzardo; Sandro P. Santos Março de 2004
INTRODUÇÃO
Este é o capítulo inicial de um curso cujos objetivos são:
- os fundamentos do concreto ;
- as bases para cálculo de concreto armado;
- a rotina do projeto estrutural para edifícios de pequeno porte. É um trabalho dedicado a alunos de graduação e a iniciantes em Engenharia Estrutural. Interessados em aprofundar conhecimentos deverão consultar bibliografia complementar adequada.
1.1 DEFINIÇÕES
Concreto é um material de construção proveniente da mistura, em proporção adequada, de: aglomerantes , agregados e água.
a) Aglomerantes Unem os fragmentos de outros materiais. No concreto, em geral se emprega cimento portland , que reage com a água e endurece com o tempo.
b) Agregados São partículas minerais que aumentam o volume da mistura, reduzindo seu
custo. Dependendo das dimensões características φ, dividem-se em dois grupos:
• Agregados miúdos : 0,075mm < φ < 4,8mm. Exemplo: areias.
• Agregados graúdos : φ ≥ 4,8mm. Exemplo: pedras.
c) Pasta Resulta das reações químicas do cimento com a água. Quando há água em excesso, denomina-se nata.
PASTA ↔ CIMENTO + ÁGUA
d) Argamassa Provém da pela mistura de cimento, água e agregado miúdo , ou seja, pasta com agregado miúdo.
ARGAMASSA ↔ CIMENTO + AREIA + ÁGUA
e) Concreto simples É formado por cimento, água, agregado miúdo e agregado graúdo , ou seja, argamassa e agregado graúdo.
h) Argamassa armada É constituída por agregado miúdo e pasta de cimento, com armadura de fios de aço de pequeno diâmetro, formando uma tela. No concreto, a armadura é localizada em regiões específicas, Na argamassa, ela é distribuída por toda a peça.
i) Concreto de alto desempenho – CAD Pode ser obtido, por exemplo, pela mistura de cimento e agregados convencionais com sílica ativa e aditivos plastificantes. Apresenta características melhores do que o concreto tradicional. Em vez de sílica ativa, pode-se também utilizar cinza volante ou resíduo de alto forno.
1.2 VANTAGENS DO CONCRETO, RESTRIÇÕES E PROVIDÊNCIAS
Como material estrutural, o concreto apresenta várias vantagens em relação a outros materiais. Serão relacionadas também algumas de suas restrições e as providências que podem ser adotadas para contorná-las.
1.2.1 Vantagens do concreto armado
Suas grandes vantagens são:
- É moldável , permitindo grande variabilidade de formas e de concepções arquitetônicas.
- Apresenta boa resistência à maioria dos tipos de solicitação, desde que seja feito um correto dimensionamento e um adequado detalhamento das armaduras.
- A estrutura é monolítica , fazendo com que todo o conjunto trabalhe quando a peça é solicitada.
- Baixo custo dos materiais - água e agregados graúdos e miúdos.
- Baixo custo de mão-de-obra , pois em geral não exige profissionais com elevado nível de qualificação.
- Processos construtivos conhecidos e bem difundidos em quase todo o país.
- Facilidade e rapidez de execução , principalmente se forem utilizadas peças pré-moldadas.
- O concreto é durável e protege a armação contra a corrosão.
- Os gastos de manutenção são reduzidos, desde que a estrutura seja bem projetada e adequadamente construída.
- O concreto é pouco permeável à água, quando executado em boas condições de plasticidade, adensamento e cura.
- É um material seguro contra fogo , desde que a armadura seja convenientemente protegida pelo cobrimento.
- É resistente a choques e vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos e a desgastes mecânicos.
1.2.2 Restrições do concreto
O concreto apresenta algumas restrições, que precisam ser analisadas Devem ser tomadas as providências adequadas para atenuar suas conseqüências. As principais são:
- Baixa resistência à tração ,
- Fragilidade ,
- Fissuração ,
- Peso próprio elevado,
- Custo de formas para moldagem,
- Corrosão das armaduras.
1.2.3 Providências
Para suprir as deficiências do concreto, há várias alternativas. A baixa resistência à tração pode ser contornada com o uso de adequada armadura, em geral constituída de barras de aço , obtendo-se o concreto armado. Além de resistência à tração, o aço garante ductilidade e aumenta a resistência à compressão , em relação ao concreto simples.
A fissuração pode ser contornada ainda na fase de projeto, com armação adequada e limitação do diâmetro das barras e da tensão na armadura.
Também é usual a associação do concreto simples com armadura ativa , formando o concreto protendido. A utilização de armadura ativa tem como principal finalidade aumentar a resistência da peça, o que possibilita a execução de grandes vãos ou o uso de seções menores , sendo que também se obtém uma melhora do concreto com relação à fissuração.
O concreto de alto desempenho – CAD – apresenta características melhores do que o concreto tradicional – como resistência mecânica inicial e final elevada, baixa permeabilidade, alta durabilidade, baixa segregação, boa trabalhabilidade, alta aderência, reduzida exsudação, menor deformabilidade por retração e fluência, entre outras.
1.4 ESTRUTURAS DE EDIFÍCIOS
Estrutura é a parte resistente da construção e tem as funções de resistir as ações e as transmitir para o solo.
Em edifícios, os elementos estruturais principais são:
- Lajes : são placas que, além das cargas permanentes , recebem as ações de uso e as transmitem para os apoios; travam os pilares e distribuem as ações horizontais entre os elementos de contraventamento;
- Vigas : são barras horizontais que delimitam as lajes , suportam paredes e recebem ações das lajes ou de outras vigas e as transmitem para os apoios;
- Pilares : são barras verticais que recebem as ações das vigas ou das lajes e dos andares superiores as transmitem para os elementos inferiores ou para a fundação;
- Fundação : são elementos como blocos, lajes, sapatas, vigas, estacas etc., que transferem os esforços para o solo.
Pilares alinhados ligados por vigas formam os pórticos , que devem resistir às ações do vento e às outras ações que atuam no edifício, sendo o mais utilizado elemento de contraventamento.
Em edifícios esbeltos , o travamento também pode ser feito por pórticos treliçados, paredes estruturais ou núcleos. Os dois primeiros situam-se, em geral, nas extremidades do edifício. Os núcleos costumam envolver a escada ou da caixa de elevadores.
Nos andares constituídos por lajes e vigas , a união desses elementos pode ser denominada tabuleiro.
Os termos piso e pavimento devem ser evitados , pois podem ser confundidos com pavimentação.
É crescente o emprego do concreto em pisos industriais e em pavimentos de vias urbanas e rodoviárias , principalmente nos casos de tráfego intenso e pesado.
Nos edifícios com tabuleiros sem vigas , as lajes se apóiam diretamente nos pilares , sendo denominadas lajes lisas.
Se nas ligações das lajes com os pilares houver capitéis , elas recebem o nome de lajes-cogumelo.
Nas lajes lisas , há casos em que, nos alinhamentos dos pilares , uma determinada faixa é considerada como viga, sendo projetada como tal − são as denominadas vigas-faixa.
São muito comuns as lajes nervuradas. Se as nervuras e as vigas que as suportam têm a mesma altura , o uso de um forro de gesso, por exemplo, dão a elas a aparência de lajes lisas.
Nesses casos elas são denominadas lajes lisas nervuradas. Nessas lajes, também são comuns as vigas-faixa e os capitéis embutidos.
Nos edifícios, são considerados elementos estruturais complementares : escadas, caixas d’água, muros de arrimo, consolos, marquises etc.
1.5 EDIFÍCIOS DE PEQUENO PORTE
Como foi visto no início, este é o primeiro texto de uma série, cujos objetivos são: apresentar os fundamentos do concreto , as bases para cálculo e a rotina do projeto estrutural para edifícios de pequeno porte.
Em um exemplo simples , serão dimensionadas e detalhadas as lajes , as vigas e os pilares. As fundações serão estudadas em uma fase posterior.
Serão considerados edifícios de pequeno porte aqueles com estruturas regulares muito simple s, que apresentem:
