Trabalho De Cálculo Da Capacidade E Nível De Serviço

Armaduras

GENELARIDADES SOBRE PROJETO E A EXECUÇÃO

Documentos Técnicos necessários

Para haver entendimento claro e perfeito entre o proprietário, o arquiteto, o engenheiro, o empreiteiro e os órgãos públicos na implantação de uma obra são necessários os seguintes documentos:

- Desenhos de projeto, memória de cálculo com esquemas estruturais, desenhos de execução, relação de itens e quantidades de serviço, especificações e exigências de qualidade (particularmente importantes), cronograma de execução; no caso de haver elementos construtivos recentemente desenvolvidos, verificação especiais de segurança, acompanhadas eventualmente de certificados de ensaios e de relatórios de verificação do engenheiro verificador.

Para a execução da obra, é necessário elaborar os desenhos de execução:

Os desenhos de armaduras são feitos nas escalas 1:50, 1:25 ou 1:20 e os seus detalhes nas escalas 1:10, 1:5 ou 1:1.

E esses desenhos servem para:

- Indicar a representação das armaduras, ou seja, servem para indicar as formas das barras, diâmetros, quantidades, espaçamentos entres as barras, posição de camadas, comprimentos de emendas e de ancoragem, medidas exatas de cada barra individualmente o das malhas de armadura, diâmetro dos pinos de dobramento, marcas (posições) para a lista de barras, cobrimento de concreto, indicações sobre o tipo de aço e o traço e classe de resistência do concreto.

Especificação de Execução

Nas especificações de execução, devem ser resumidas as instruções para a execução da obra (como, por exemplo: a localização das juntas de construção; a seqüência de implantação da obra ou das fases de execução; eventualmente a proteção contra variações bruscas de temperatura; exigências para superfícies de concreto aparente; o processo de montagem para peças pré-moldadas, etc.).

Escolha Adequada dos Tipos de Aço para Concreto

- BSt 22/34 (Aço para concreto I), CA25: é otimizado em armaduras construtivas ( armaduras de compressão), onde exige-se barras nervuradas com diâmetro maior o igual a 8. Aplicação: barras de espera em juntas de concretagem.

- BSt 42/50 (Aço para concreto III), CA40: É adequado a todos os tipos de armaduras principais.

- BSt 50/55 (Aço para concreto IV), CA50: É usado geralmente sob forma de malhas soldadas, constituídas de preferência por barras nervuradas para armaduras de lajes, paredes e hortos tipos de estruturas laminares. Aplicação: estribus de pilares,armadura de torção, etc

GENERALIDADES SOBRE A ARMAÇÃO

Para armar corretamente, é necessário Ter uma idéia clara do desenvolvimento dos esforços no interior das estruturas, mas é preciso também examinar detalhadamente os aspectos práticos do processo construtivo. Só se consegue solucionar bem os problemas de armaduras complicadas com trabalho exaustivo, até o detalhe, e amor pela atividade de projetar. O engenheiro deve conscientizar-se de que o “grau de importância da arte de armar” é o mesmo que o de suas demais tarefas, no quadro de atividades de uma obra.

Objetivos da Armação

A armadura do concreto com barras de aço, malhas de aço, telas ou malhas de arame tem por finalidades vários objetivos, dentro eles podemos citar:

- Absorver os esforços de tração em peças estruturais solicitadas à flexão e à tração. As armaduras, portanto têm por função contribuir para a capacidade resistente ou para a estabilidade da estrutura;

- Reduzir as fissuras do concreto ou permanece-lás na ordem de grandeza de capilares. Valores máximos para aberturas de fissuras: em ambientes seco 0,3mm e em ambiente úmido 0,2mm;

- Limitar a abertura das fissuras devido a estados de tensão produzidos por efeitos de coação, tais como o impedimento à deformação, no caso de variação de temperatura, de retração de estruturas hiperestáticas, etc;

- Aumentar a capacidade resistente do concreto à compressão ( por exemplo, no caso de pilares) ou a segurança de peças comprimidas esbeltas contra a flambagem, evitando ainda o aparecimento de grandes fissuras ou o colapso devido à ação simultânea de momentos fletores;

- Evitar que o cobrimento de concreto das armaduras principais se rompa devido à tensões de aderência ou em caso de incêndio.

Disposições mais favorável da Armadura

A disposição da armadura é limitada a duas ou três direções e zonas de bordo, ficando, assim, muito simplificada. Ou seja, as armaduras são dispostas segundo as trajetórias das tensões principais de tração e distribuídas, em barras finas, na seção tracionada, proporcionalmente ao valor das tensões de tração.

A direção da armadura principal deve coincidir, o mais possível, com a das tensões principais de tração. Em lajes e chapas, essas direções não devem divergir de 20 graus.

Ligação das barras da armadura para a formação de conjuntos rígidos

Atualmente as barras das armaduras, são na sua grande maioria soldadas, ou seja, as devem ser ligadas entre si para formar “gaiolas ou esqueletos” rígidos, indeslocáveis.

Escolha dos diâmetros e espaçamentos das barras

Os diâmetros são escolhidos de tal modo que:

- Não surjam tensões de fendilhamento muito elevadas, pela ação da aderência;

- As aberturas das fissuras permaneçam abaixo dos valores admissíveis.

A Norma limita o diâmetro máximo das barras a 28mm ou maior que isso para certos casos.

Já para o espaçamento mínimo entre as barras paralelas fora dos locais de emenda, deve ser e maior ou igual ao diâmetro ou maior ou igual a 2cm.

Acúmulo De Barras Da Armadura

Quando as percentagens de armadura são elevadas, é necessário desenhar a distribuição das barras na seção transversal na escala 1:10 ou 1:5; em casos complicados, até mesmo na escala 1:2 ou 1:1. Essa recomendação é especialmente importante nos casos de cruzamento de armaduras muito densas.

Cobrimento de concreto

O cobrimento de concreto da armadura ü (concrete cover) deve ser adotado de acordo com o diâmetro e com o risco de corrosão. No caso de barras grossas, deve-se adotar de preferência ü maior ou igual a 1,2OL.

Racionalização da Armadura

A execução e a colocação da armadura podem ser favoravelmente influenciadas por meio das seguintes medidas:

* limitação do número de diâmetros diferentes das barras (menores perdas, menor estoque, melhor rendimento por ocasião do corte);

* uso do maior número possível de barras retas sem ganchos (só é necessário cortar no comprimento, o que é favorável para o transporte e estocagem);

* limitação dos tipos de dobramento e do número de posições de barras (menor custo de mão-de-obra; eventualmente, utilização de linhas de corte ou dobramento operadas automaticamente;

* escolha de tipos de emenda adequados;

* escolha de malhas, malhas dobradas, conjuntos de barras soldadas e outros sistemas de antecipação da montagem de partes componentes na fábrica.

A racionalização da armadura, no sentido de mecanizar a fabricação, pode ser obtida por meio de métodos industriais. Sob condições favoráveis de trabalho, as armaduras podem ser mais ou menos automaticamente pré-fabricadas, na maioria das vezes com solda por pontos, total ou parcialmente, em usina ou em área de fabricação no local da obra, e podem ser, então, colocadas nas fôrmas, em pouco tempo, com poucos auxílios não-qualificados, como se fossem barras isoladas.

Uma condição importante para a verdadeira racionalização das armaduras é a padronização (uniformização) dos tipos de barras ou dos elementos da armaduras ou, mesmo, das "gaiolas" de armadura ou dos detalhes de armação.

Ancoragem Das Barras Tracionadas E Comprimidas

Emendas Das Barras Da Armadura

Há dois tipos de emendas: diretas e indiretas.

As diretas podem ser:

- A solda de topo autógena por pressão, à resistência elétrica ou pressão à gás;

- A solda de topo a arco elétrico metálico, com chanfro em X;

- A emenda por traspasse;

- A emenda com cobre-juntas;

- Emendas com Luvas rosqueadas;

- Emendas com Luvas de pressão para barras nervuradas;

- Emendas com Luvas Termite;

- Emendas de Contato para Barras Comprimidas;

As indiretas indiretas solicitadas à tração podem ser:

- Por traspasse;

- Com extremidades retas;

- Com ganchos fechados;

- Com ganchos abertos;

TIPOS DE LAJES

Lajes armadas, apoiadas em uma direção:

As lajes são armadas, de preferência, com malhas de aço; entretanto, nos casos de cargas elevadas, grandes dimensões ou grande seções de armadura, são também armadas com barras.

Para armaduras em malhas, encontra-se inúmeras informações técnicas que auxiliam no detalhamento da armadura, podemos citar o espaçamento e a sua espessura.

e 15 + 0.1d (cm)

* Lajes de um só vão, sem engastamento

Em geral, adotam-se as espessuras de lajes de tal modo que não haja necessidade de armadura de cisalhamento.

* Laje de um só vão, engastadas na extremidades

No caso de forte engastamento, como por exemplo, em paredes espessas de concreto, pode-se dobrar até dois terços da armadura do vão. A armadura de engastamento deve ser bem ancorada, como por exemplo, dobrando-se dentro da parede.

* Lajes Contínuas de vários vãos

Lajes retangulares apoiadas em duas direções:

Lajes apoiadas em duas direções transmitem suas cargas aos apoios pelo caminho mais curto, através da flexão em duas direções. Para mesma solicitação, são possíveis, nesse caso, maiores esbeltezas do que nas lajes apoiadas em um direção.

O comportamento resistente depende muito da relação entre os lados da laje.

Lajes Nervuradas

Entende-se por lajes nervuradas as constituídas por uma série de vigas T, nas quais a distância livre entre nervuras é inferior a ou, no máximo, igual a 100cm; a espessura da laje é igual, no mínimo a 15 ou 5cm, e que não são solicitadas por uma carga acidental distribuída, não superior a 500Kp/m2.

Admite-se cargas concentradas razoavelmente grandes, sobre as almas; se estas cargas forem maiores que 750Kp, é necessário prever nervuras transversais em sua linha de ação.

As lajes nervuradas oferecem a vantagem de pequeno peso próprio, para grande altura útil. elas são adequadas para vãos de 5 a 15m; e são econômicas, quando se usam fôrmas especiais.

Lajes Nervuradas em mais de uma direção

São apropriadas para painéis de piso apoiados em todo o contorno, com vãos maiores que 8 a 10m.

VIGAS E VIGAS T

Usa-se a viga retangular simples, pré-moldada, para vãos pequenos. A viga T é mais leve, mais econômica e adequada para vãos médios e grandes. Quando pré-moldada, prefere-se empregá-la com uma alma, em vigas de cobertura e com duas almas, em lajes de piso.

Em geral, deve-se evitar armadura de compressão, para flexão, a não ser quando utilizada para diminuir a flecha posterior devido à deformação lenta.

As vigas devem ser armadas também ao cisalhamento, para absorver as forças cortantes. em princípio, as vidas são sempre providas de armaduras de cisalhamento.

Tipos e escolha da armadura de cisalhamento

Teoricamente,os esforços principais de tração, inclinados, em almas, são absorvidos mais eficientemente com armaduras de cisalhamento na sua direção, portanto, com uma inclinação de 45º e 60º em relação ao eixo da viga. Prefere-se, entretanto, armaduras de cisalhamento verticais, por motivos técnicos de execução.

Pode-se empregar:

* Estribus verticais;

* Estribus inclinados, com inclinação de 45º a 60º;

* Armaduras adicionais de cisalhamento, verticais ou inclinadas;

* Barras longitudinais curvadas ou dobradas;

* Combinação de estribus e barras dobradas.

Princípios Básicos Para Armação De Peças Comprimidas

Quando o concreto, que é um material resistente à compressão, estiver submetido à solicitação de compressão simples, é desnecessária ou até mesmo sem sentido (e, portanto, não defensável economicamente) uma armadura na direção da compressão. Por conseguinte, em peças comprimidas, deve-se considerar se uma armadura pode ter sentido ou ser conveniente.

A armadura na direção da compressão é sempre necessária, entretanto, quando a força de compressão atuar com uma excentricidade tão grande que origine tensões de tração no concreto.

Freqüentemente, subestima-se a importância da armadura transversal em peças comprimidas. Quase sempre ocorre uma tração, transversalmente à direção da compressão. Portanto, os estribus em pilares não têm apenas a função de garantir as barras comprimidas contra a flambagem, mas, também, impedir fissuras prematuras de fendilhamento.

Pilares de concreto armado

As dimensões mínimas das seções transversais de pilares foram estabelecidas de acordo com o tipo de execução, em 14 a 20cm. Em peças pré-fabricadas, com seção abertas, compostas de retângulos, são possíveis dimensões ainda maiores.

Disposições construtivas gerais das armaduras passivas

– Barras e fios de aço destinados às armaduras passivas

No mercado brasileiro são encontrados diversos tipos de barras e fios de aço destinados à confecção de armaduras passivas das peças estruturais de concreto.Na designação desses fios e barras é usado o prefixo CA, indicativo de seu emprego no concreto armado.

A NBR 7480 – Barras e fios destinados a armaduras para concreto armado – admite as seguintes bitolas padronizadas:

3,2 – 4 – 5 – 6,3 – 8 – 10 – 12,5 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40.Nesta série , a área da secção transversal de uma bitola é praticamente igual à soma das áreas das duas bitolas imediatamente anteriores àquela considerada.

Os diferentes fios e barras existentes podem ser divididos em duas classes: A e B, de acordo com seu processo de fabricação e com o diagrama tensão-deformação correspondente.

Pertencem à classe A as barras produzidas por laminação a quente sem posterior deformação a frio.Pertencem à classe B os fios e as barras obtidas por processos que provocam encruamento a frio, como trefilação, torção, compressão transversal, estiramento e relaminação a frio.

De acordo com suas características mecânicas, as barras e os fios são classificados em diversas categorias.As categorias normalizadas pela NBR 7480 são as seguintes: CA-25, CA-40, CA-50, CA-60 (apenas para fios).O número indicativo da categoria é o valor característico fyk do limite de escoamento, tração, esso em kN/cm2.

Deste modo, além da designação correspondente à categoria do aço, para a especificação do material será preciso acrescentar a indicação de sua classe pelas letras A ou B.Tem-se assim, por exemplo, CA-50, CA-50B etc.Exceção pode ser feita para o aço CA-25, que é sempre da classe A,não sendo, portanto, necessário explicitar essa circunstância.Da mesma forma, não há necessidade de se explicitar a classe da categoria CA-60, a qual será sempre da classe B, uma vez que essa categoria somente pode ser empregada em fios, produzidos necessariamente por trefilação ou por processo equivalente como o estiramento.

Para a especificação completa do tipo de armadura, também é necessário caracterizar a capacidade de aderência das barras de aço ao concreto.Essa caracterização é feita por meio do coeficiente n de conformação superficial das barras.

A tendência moderna é para a consideração de apenas dois tipos de conformação superficial das barras: barras lisas e barras de alta aderência.Essa classificação simplificada decorre da constatação de que a aderência das barras nervuradas é praticamente a mesma para as diversas conformações superficiais adotadas pelos diferentes fabricantes.Não existe influência sensível de particularidades geométricas da superfície das barras, desde que respeitadas certas condições de mínimo.

É importante ressaltar que as barras providas de apenas duas nervuras helicoidais então numa situação intermediária entre as barras lisas e as barras lisas e as barras lisas e as barras de alta aderência, adotando.

A escolha do tipo de aço decorre de condições econômicas, particularmente das disponibilidades de mercado.Em geral, em obras correntes, o aço CA-50 é a primeira alternativa a ser escolhida.

Nas peças de concreto armado clássico, proíbe-se o emprego simultâneo de diferentes categorias de aço, sempre que possa existir perigo de confusão no canteiro de obra.

De acordo com a NBR 7480, a identificação das barras de qualquer categoria, de bitola superior a Ø=10 e que apresentem mossas ou saliências, deve ser feita por laminação em alto relevo, ao longo de sua superfície, com espaçamento não superior a 2,00m, de marca que identifique o fabricante e de número que identifique a categoria.

Ainda de acordo com a NBR 7480, a identificação de cada barra com bitola menor que Ø=10 e de cada fio será feita pela pintura de uma das extremidades, na extensão aproximada de 10cm.

Telas soldadas

De acordo com a Especificação Brasileira NBR 7481 – Tela de aço para a armadura de concreto- Especificação – as telas de aço soldadas são armaduras pré-fabricadas destinadas a armaduras para concreto.As telas têm configuração retangular, formada por uma rede de malhas quadradas ou retangulares, constituídas por conjuntos de fios longitudinais e transversais, sobrepostos uns aos outros.Os fios em cada direção, longitudinal e transversal, são paralelos entre si e são soldados em os pontos de interseção (nós) por caldeamento.

Os aços para confecção das telas devem obedecer aos requisitos da NBR 7480.Designa-se por largura da tela a sua menor dimensão, que é igual ao comprimento dos fios transversais.Usualmente são fabricados três tipos de tela, a saber: Tipo “Q” , Tipo “L” e Tipo “T”.

O Tipo “Q” tem obrigatoriamente malha quadrada e armaduras iguais nas duas direções, isto é, armadura longitudinal é igual à armadura transversal.

O Tipo “L” tem armadura longitudinal maior do que a armadura transversal.

O Tipo “T” tem armadura transversal maior do que a armadura longitudinal.

– Afastamentos mínimos das barras

Tendo em vista a necessidade de que o concreto envolva completamente a armadura e que não são se apresentem falhas de concretagem, é preciso que haja pelo menos um certo afastamento mínimo entre as barras da armadura.Com isto fica garantida uma solidarização adequada da armadura ao concreto da peça estrutural.

Em qualquer caso, as recomendações abaixo indicadas não são válidas para as zonas de cruzamento das vigas e para zonas de outros apoios mútuos.Nessas zonas, freqüentemente há um certo congestionamento de armaduras.Essa situação é normalmente tolerável, não só pelo maior cuidado com que essas zonas são concretadas, mas também pela existência de um efeito favorável de tensões transversais de compressão, as quais são inerentes às regiões de apoios mútuos.

Admite-se atualmente que o espaço livre entre barras isoladas da armadura, tanto na direção vertical quanto na horizontal, deve ser de pelo menos 2cm e não menor que o próprio diâmetro das barras.No caso de barras de diâmetros diferentes vale o diâmetro da barra mais grossa.

No caso de serem previstas emendas por traspasse, o afastamento entre as barras, em toda a extensão da peça, deve ser tal que mesmo que 2cm nem que o próprio diâmetro das barras.

– Proteção das armaduras

De modo geral a proteção das armaduras depende tanto da qualidade do concreto, isto é, de sua compacidade e de sua impermeabilidade, quanto de uma camada de cobrimento com espessura adequada.

È´ importante assinalar que a camada de cobrimento deve proteger todas as barras da armadura, devendo por isso ser medida a partir das barras mais próximas à superfície da peça, considerando-se inclusive a presença de estribos ou de barras de armaduras secundárias e mesmo de armaduras construtivas.

As armaduras de aço dentro da massa de concreto são protegidas contra a corrosão pelo fenômeno de passivação do aço, que ocorre em virtude da grande alcalinidade do meio ambiente, pois o pH da água existente nos poros do concreto atinge valores até superiores a 12,5.

Em ambientes com essa alcalinidade, forma-se na superfície das barras de aço uma camada microscópica impermeável de óxido de ferro, que se constitui na película passivadora.Essa película impede a dissolução de íons Fé++, tornando-se assim impossível a corrosão das armaduras, mesmo que haja umidade e oxigênio no meio ambiente.

Em qualquer caso, a proteção contra corrosão das armaduras depende da impermeabilidade da camada de concreto de cobrimento que as protege.

Nos concretos expostos ao ar atmosférico, a penetração do gás carbônico através dos poros capilares provoca fatalmente a carbonatação da camada de cobrimento.

Verifica-se então que em concretos não-revestidos, mantidos em ambientes úmidos internos ou ao ar livre, não é possível aceitar que a camada de cobrimento tenha espessura efetiva inferior a 2,5cm, mesmo com a hipótese de sua perfeita integridade.

O emprego do concreto aparente sem respeito a essa regra elementar de precaução tem levado à deteriorização precoce de um sem-número de estruturas em nosso país.

Considerando a variabilidade da espessura efetiva de cobrimento, é preciso adotar um valor nominal pelo menos 0,5cm maior que o valor pretendido.

Em ambiente não-agressivo, como a ausência de umidade do ar dificulta a corrosão mesmo quando a camada de cobrimento fica carbonatada, pode-se admitir uma redução de 1,0cm.Pelo contrário, em ambiente muito agressivo, é preciso aumentar essa espessura em 1,0cm.

Por outro lado, considerando as imprecisões de execução, é necessário adotar uma sobre-espessura de tolerância da ordem de 0,5cm, para obter a espessura esperada para a camada de cobrimento.

No caso de concretos revestidos com argamassa de espessura mínima de 1,0cm,pode-se reduzir a espessura da camada de cobrimento dos concretos mantidos em ambiente não-agressivo dos seguintes valores: lajes=-1,0cm – vigas=-0,5cm.

Observe-se que não se deve admitir redução da espessura no caso de pilares, pois, em virtude da maior dificuldade de concretagem dessas peças, isto poderia comprometer a compactação da camada de cobrimento.

De modo análogo, não se deve permitir redução de espessura no caso de estruturas ao ar livre, mesmo em ambientes moderadamente agressivos, pois os revestimentos de argamassa podem ficar encharcados de água, não melhorando assim a proteção ao concreto.Nesse caso, o revestimento protetor precisa ser impermeável para que a estrutura possa recair no caso de ambiente não-agressivo.

De modo geral admite-se que a espessura da camada de cobrimento não deva superar 6cm.Quando isto ocorrer, deverão ser tomadas medidas especiais de precaução, como, por exemplo, o emprego de armaduras de pele cujos cobrimentos respeitem o máximo especificado.

Finalmente, é preciso salientar que em estruturas submetidas a ambientes fortemente agressivos deverão ser tomadas medidas especiais de proteção, especialmente de cuidados na escolha de materiais, particularmente do tipo de cimento e dos aditivos a serem empregados.Este é o caso, por exemplo, das estruturas em contato direto com a água do mar.

Dobramentos

A confecção das armaduras passivas exige a realização de diferentes tipos de dobramentos das barras de aço.Tais dobramentos devem ser feitos com raios de curvatura que respeitem as características do aço empregado.O dobramento deve ser feito sem que ocorra a fissuração do aço, do lado da barra.

a-Caso geral: ganchos, estribos e dobras

Neste caso o diâmetro d do pino de dobramento deve respeitar os valores mínimos.Em princípio os ganchos podem ter ângulo de dobramento variável, exceto no caso do aço CA-25, para o qual se exige o gancho semicircular.

b-Barras curvadas

Os diâmetros de dobramento das barras curvadas são tabelados e são válidos tanto para os cavaletes quanto para as barras dos nós dos pórticos.

c-Telas soldadas

As telas soldadas não devem ser dobradas na vizinhança de uma solda. A distância entre uma solda e o ponto de início do dobramento deve ser pelo menos igual a 4 vezes o diâmetro do fio dobrado.

d-Dobramentos múltiplos

No caso de dobramentos múltiplos em várias camadas, a NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto armado – considera que essa exigência deve prevalecer quando os afastamentos entre as barras das diferentes camadas forem inferiores ao dobro do que está especificado como valores mínimos usuais.

Como regra geral de dobramento múltiplo das armaduras, quando existem várias barras vizinhas, da mesma camada ou de camadas diferentes, dobradas na mesma zona da peça, recomenda-se, na falta de justificativas mais precisas, que o raio efetivo r de curvatura seja aumentado para 1,5r, no caso de barras da mesma camada, para 2r, quando existirem duas camadas, e 3r, no caso de três camadas.

Montagem das armaduras

No estudo do arranjo das armaduras de cada peça estrutural isoladamente é indispensável considerar as interferências decorrentes da montagem geral do conjunto das armaduras.

De modo geral a primeira prioridade pertence à disposição da armadura dos pilares. Por essa razão, as armaduras das vigas têm suas posições subordinadas às posições da armadura dos pilares sobre os quais se apóiam.

Além disto, as armaduras das vigas que se cruzam sobre esses pilares provocam congestionamentos que não podem ser ignorados.

E´ importante assinalar que o diâmetro de obstrução das barras de aço é maior que seu diâmetro nominal, em virtude das nervuras e cristas salientes existentes nas barras de alta aderência. Em termos médios, pode-se admitir que o diâmetro de obstrução de uma dada bitola seja igual ao diâmetro nominal da bitola seguinte da série normalizada de bitolas.

Princípios gerais de arranjo das armaduras passivas

Peças de concreto simples

As peças de concreto estrutural submetidas à ações de intensidade crescente, quando são superados determinados níveis de solicitação, sofrem um processo de fissuração.

Enquanto as solicitações não ultrapassam esses limites de fissuração, o concreto mantém a sua integridade, permanecendo no estágio I. Quando se dá a fissuração, a estrutura passa para o estágio II e a sua integridade requer a presença de armaduras de aço.As armaduras de aço devem absorver os esforços de tração que não mais podem ser resistidos pelo concreto fissurado.

Por esta razão, o emprego de estruturas de concreto simples é restrito a alguns casos particulares, nos quais é possível satisfazer a uma das seguintes condições:

a- Peças estruturais em que o campo de tensões, caracterizado pelas tensões principais extremas, é predominantemente do tipo compressão-compressão

Como exemplo típico dessa situação, têm-se algumas regiões do corpo das barragens de gravidade.Nessas estruturas, junto ao pé de montante da barragem, as eventuais tensões de tração são de pequena monta e usualmente restritas à zonas localizadas.O mesmo na se aplica, porém, às zonas onde há esforços de tração importantes, como, por exemplo, nas regiões de ancoragens das comportas, nas quais as armaduras são obrigatórias.

Uma situação análoga existe nas estacas moldadas no local.Essas estacas são usualmente armadas apenas na extremidade superior, onde podem ser significativos os efeitos de flexão. No restante, a estaca é praticamente submetida apenas à compressão axial, podendo então ser feita de concreto simples.

b-Peças estruturais em que as tensões de tração são suficientemente pequenas para ser resistidas pelo concreto ou, no caso de ocorrência de fissuração, estruturas em que há mobilização de outros esforços capazes de garantir o equilíbrio.

Esse é o caso de alguns blocos de fundação que podem ser feitos de concreto simples.Como exemplo, têm-se os blocos da base de tubulões.As condições de concretagem dessas peças garantem uma cura excelente, com ausência de retração.Nelas é possível dispensar a armadura de fundo, correspondente ao que seria uma armadura de flexão, desde que as inclinações das paredes laterais sejam pelo menos 60° em relação à horizontal.Além disso, se houver uma eventual fissuração, as forças de atrito mobilizáveis no contato entre o bloco e o terreno de fundação podem estabelecer o equilíbrio.

c-Peças estruturais substituíveis, cuja eventual ruptura não acarrete danos pessoais.

Esse é o caso usual das placas de revestimentos e de pavimentação.Espera-se que essas placas possam resistir às cargas a elas aplicadas, sem a necessidade de armaduras. No caso de ruptura, as placas são simplesmente substituídas, numa operação considerada como de simples manutenção da obra.

Emprego de armaduras de aço

Excetuando-se os casos particulares já analisados, as peças estruturais de concreto exigem o emprego de armaduras de aço capazes de absorver os esforços internos de tração que nelas aparecem.

Como princípio fundamental de projeto das estruturas de concreto, exige-se que a segurança em relação a estados-limites últimos jamais dependa da resistência à tração do concreto.

Considerando as diferentes partes das construções de concreto, torna-se necessário estabelecer regras específicas para a organização do arranjo das armaduras de cada uma das peças estruturais empregadas.

As regras da técnica de armar as peças estruturais devem estar baseadas no conhecimento da distribuição dos seus esforços internos.

O concreto armado deixou de ser tratado quase como se fosse um material unitário e passou a ser considerado como um material composto, pelo concreto e pelo aço, devendo respeitar-se a compatibilidade de funcionamento solidário desses dois materiais.

À medida que aumenta a fissuração da peça, progressivamente o concreto deixa de resistir a esforços de tração.È preciso então que a peça disponha de uma armadura capaz de absorver esses esforços que vão sendo liberados pelo concreto.

A padronização correta das armaduras de aço requer o estabelecimento de modelos adequados de funcionamento para as diferentes combinações de solicitações que podem existir nas estruturas.

Critérios de padronização das armaduras

Com a padronização, procura-se obter arranjos estereotipados de armaduras, os quais devem garantir uma eficiente utilização das barras de aço.

Em princípio um arranjo de armaduras passivas é considerado satisfatório desde que atenda às seguintes exigências:

1- A solução adotada deve levar a uma facilidade de montagem da armadura e da concretagem da peça;

2- Dentro das condições de segurança especificadas, obtém-se um consumo de materiais, tanto de concreto quanto de aço, que tende a ser o menor possível;

3- Antes que ocorra a ruína da peça, as barras de aço podem efetivamente entrar em carga, como previsto no respectivo projeto;

4- A mobilização da resistência das barras da armadura não deve acarretar o risco de perda da solidariedade entre o aço e o concreto;

5- Em condições de utilização normal, as peças estruturais não devem apresentar fissuração exagerada.

As idealizações admitidas para os esquemas resistentes das peças de concreto estrutural são basicamente de dois tipos:

a-Peças submetidas a solicitações normais

Na presença de solicitações normais, mesmo para as peças fissuradas, ainda é admitida a hipótese de manutenção da forma plana da seção transversal até o estado-limite último de ruptura do concreto ou de alongamento plástico excessivo da armadura tracionada.

Quando na peça realmente existe um banzo comprido e outro tracionado, a seção transversal resistente, em virtude da fissuração, é basicamente composta pelo concreto comprimido e pela armadura tracionada.No caso simples, tem-se a chamada armadura simples.

O emprego de armadura dupla, composta por uma armadura de tração e outra de compressão, deve ser limitado aos casos em que se deseja reduzir as dimensões da seção transversal da peça.

b-Peças submetidas a solicitações tangenciais

Para as peças submetidas a solicitações tangenciais, isto é, forças cortantes e momentos de torção, admitem-se diferentes modelos resistentes de treliça.

Classificação das armaduras padronizadas

Em princípio, a função básica das armaduras de aço é resistir aos esforços de tração existentes nas peças estruturais de concreto. Em casos especiais, as armaduras também podem ser empregadas para resistir a esforços de compressão.

As armaduras de tração justificam a própria existência do concreto armado. As armaduras de compressão servem de meras substitutas do concreto e visam apenas uma redução das dimensões externas das peças estruturais.

Armaduras de equilíbrio

De acordo com a classificação das armaduras padronizadas, as armaduras de equilíbrio geral podem ser subdivididas em armaduras longitudinais e armaduras transversais.

Armaduras auxiliares

As armaduras auxiliares têm a finalidade de completar o arranjo geral, o qual é basicamente delineado pelas armaduras de equilíbrio e pelas armaduras de solidarização.

As armaduras de montagem tanto servem para facilitar a montagem geral da armadura, como é no caso dos porta-estribos das vigas, quanto para permitir a manutenção da posição das demais armaduras durante a concretagem da peça, como é caso dos estribos dos tirantes.

As armaduras de pele têm a função de impedir uma fissuração superficial exagerada da peça, nas condições de utilização normal. Essas armaduras são usualmente empregadas em vigas altas e naquelas peças em que o cobrimento da armadura principal é excessivo.

As armaduras complementares são armaduras auxiliares que podem ter funções de armaduras de equilíbrio ou de armaduras de pele.

Armaduras de solidarização

As armaduras de solidarização são armaduras de equilíbrio local e podem ser subdivididas em armaduras de costura, armaduras contra o fendilhamento, armaduras contra a flambagem de barras comprimidas, armaduras de equilíbrio dos desvios de esforços longitudinais e armaduras de suspensão.

As armaduras de costura são empregadas quando a solidarização depende de esforços tangenciais que agem ao longo de um plano ou de uma outra superfície qualquer interna de uma peça. A solidarização se dá pela mobilização de uma compressão diagonal na interface a ser solidarizada, exigindo-se para o equilíbrio a presença de uma armadura tracionada que atravesse essa superfície.

As armaduras contra o fendilhamento são necessárias quando a solidarização depende de absorção de esforços de tração decorrentes de uma compressão localizada.

As armaduras contra flambagem de barras comprimidas permitem levar tais barras até o escoamento.Essas armaduras garantem a solidarização das armaduras comprimidas ao concreto que as envolve.Observe-se que nos estribos dos pilares são essencialmente armaduras de solidarização contra a flambagem das barras longitudinais.

As armaduras de equilíbrio dos desvios de esforços longitudinais garantem a integridade da peça, seja na presença dos desvios do banzo comprimido das mesmas, seja nas de barras tracionadas curvilíneas que tendam a se destacar do concreto.

As armaduras de suspensão são necessárias nos cruzamentos de vigas, quando uma delas se apóia sobre a outra, fazendo com que haja necessidade de um verdadeiro tirante interno de suspensão.

Disposições construtivas gerais das armaduras de protensão

Aços de protensão

De modo geral as exigências referentes às disposições construtivas das armaduras protentidas são mais rigorosas que aquelas relativas às armaduras passivas. No concreto protendido os níveis de tensões são mais elevados que no concreto armado clássico e, usualmente, as maiores tensões ocorrem durante o próprio ato de protensão. Além disto, os esforços de protensão têm caráter quase determinístico e freqüentemente são aplicados quando o concreto tem relativamente

Para uma melhor análise sobre os aços de protensão, há as normas NBR 7197 – Projeto de estruturas de concreto protendido, NBR 7482 – Fios de aço para concreto protendido. Especificação, NBR 7483 – Cordoalhas de aço para concreto protendido. Especificação.

As armaduras de protensão são feitas de aço de alta resistência, encruados a frio e submetidos a diferentes tratamentos térmicos durante o processo de fabricação. As características mecânicas desses aços devem ser de alta qualidade, as quais dependem, muito mais do que no caso de aços para as armaduras passivas, da composição química do material, do grau de estiramento dos fios e dos tratamentos térmicos posteriores.Por esse motivo, em cada caso particular, é necessário que se proceda ao ensaio do material a ser realmente empregado na obra, principalmente em atenção ao fato de que durante a protensão serão aplicadas tensões próximas do limite de escoamento do material.

De modo geral as propriedades mecânicas de um aço de protensão são caracterizadas pelos elementos seguintes:

a) Tensão correspondente ao alongamento de 1% (para efeitos práticos, esse valor confunde-se com a resistência de escoamento, definida pela tensão correspondente à deformação residual de 0,2%);

b) Limite de resistência à tração;

c) Alongamento após ruptura;

d) Número de alongamentos alternados, sem fissuras ou rupturas.

Cabos de protensão

De modo geral, há uma grande variedade de alternativas na escolha dos cabos de protensão. Essa escolha deve ser feita em atendimento às possibilidades do sistema de protensão utilizado.

Espaçamentos e proteção das armaduras ativas

Especificações pela ABNT – NBR 7197: Projeto de estruturas de concreto protendido.

Arranjos das ancoragens

No concreto protendido com ancoragem inicial, a armadura de protensão é constituída por fios isolados e a sua solidarização ao concreto é feita por simples aderência dos dois materiais.

A – Ancoragens ativas

As ancoragens “ativas”, também ditas ancoragens “móveis”, são as que permitem a aplicação da força de protensão. Para que uma ancoragem possa ser ativa, ela deve estar situada na periferia da peça, não devendo existir obstáculo que impeça a colocação e o acionamento dos macacos de protensão.

B – Ancoragens passivas

As ancoragens “passivas” são aquelas que simplesmente ancoram a extremidade do cabo, sem que por essa extremidade do cabo possa ser tracionado. Essas ancoragens também são designadas por ancoragens “fixas” ou ancoragens “mortas”. As ancoragens passivas podem ser colocadas podem ser colocadas na periferia da peça ou mesmo no seu interior.

C – Ancoragens embutidas

As ancoragens “embutidas”, também designadas por ancoragens “internas”, são aquelas que se situam no interior de recessos da periferia da peça, os quais são usualmente designados por “nichos de ancoragens”.

D – Ancoragens salientes

As ancoragens “salientes”, ou ancoragens “externas”, são as que têm o dispositivo de ancoragem saliente em relação à peça estrutural. Esse tipo de ancoragem é por vezes empregado nas lajes de pontes, tendo-se em vista simplificações executivas.

Ancoragens das armaduras de protensão

Ancoragens centradas

As ancoragens dos cabos de protensão centradas em relação à peça de concreto tem o funcionamento básico de um bloco parcialmente carregado.

Todavia, na região de ancoragem dos cabos de protensão,existem diferentes armaduras resistentes a esforços transversais de tração de diferentes origens.

Nos blocos solicitados por uma única carga externa, além deesforços de tração os quais podem provocar o fendilhamento longitudinal da peça, ainda existem outras tensões de tração que também devem ser levadas em conta.

A máxima tensão superficialde tração atuante na superfície do bloco e bastante elevada, podendo produzir-se uma fissuração superficial da peça. Há,portanto, necessidade de colocação de uma armadura superficial, além daquela já considerada anteriormente e que é destinada a impedir o fendilhamento longitudinal do bloco.

Embora as tensões superficiais sejammuito elevada, a força de tração resultante é de baixa intensidade, pois essas tensões agem em zonas de pequena profundidade da periferia da peça.

Em princípio a distribuição da armadura contra o fendilhamento pode ser fetia com o auxílio dos diagramas de tensões transversais de tração. No caso das ancoragens de peças protendidas,a armadura transversal correspondente é distribuída de modo a se obter um arranjo que permita uma concretagem isenta de ninhos, sendo por isto preferível um menor número de camadas de armadura.

A armadura contra a fissuração superficial écolocadajunto à periferia e não se confunde com a armadura contra o fendilhamento.

Ancoragens excêntricas

Para o projeto das ancoragens dos cabos de protensão nas extremidades das vigas, outros casos também devem ser tratados.

Considerando inicialmente o caso do bloco ainda carregado por uma força única, mas aplicada excentricamente em relação ao eixo da viga.

Para o cálculo das tensões transversais de tração, pode ser adotado um esquema simplificado, constituído pelo "bloco simétrico equivalente".

O fato deos esforços reais serem menores que os calculados pormeio do bloco simétrico equivalente decorreda própria geometriado sistema. Quando o carregamento for realmente concentrado, a força será distribuída uniformemente em toda a seção da peça. Quando o carregamento for excêntrico, o diagrama de tensões não será uniforme, concentrando-se as tensões na região mais próxima da linha de ação da força.Nesse caso haverá ummenor efeito de distribuição transversal, resultando em menores esforços transversais de tração.

No caso de blocos carregados excentricamente ficam ampliadas aszonas sujeitas à fissuração superficial, em relaçao àquelas correspondentes a carregamentos centrados.

Ancoragens múltiplas

Nos casos de blocos submetidos a várias cargas parcialmente distribuídas, é possível generalizar o cenceito de bloco simétrico equivalente. No entanto, podem existir outros esforços transversais de tração, além daqueles correspondentes à tendência ao fendilhamento longitudinal de cada um dos blocos equivalentes considerados.

No caso de aplicação de uma única carga, a manutenção do equilíbrio exige apenas que a resultante das tensões na peça, fora da zona de perturbação, tenha a mesma linha de ação que a carga externa.

Quando existem várias cargas externas aplicadas ao bloco. O diagrama de tensões, já regularizadas, é dividido empartes, demodo que as resultantes parciais sejam iguais a cadauma dasforças externas aplicadas, fig. (7.3-a)

Com isto, quando as forças Fc1, Fc2 e Fc3 forem aplicadas segundo as mesmas linhas de ação que as resultantes parciais Rc1, Rc2 e Rc3, o bloco totalde altura a poderá serconsiderado como subdividido nos blocos parciais de alturas respectivas h1, h2 e h3, embora as forças Fc1, Fc2 e Fc3 em princípio não estejam centradas nesses blocos parciais. Será preciso, então, em cada um dos blocos parciais, considerar blocos simétricos equivalentes, de alturas a1, a2 e a3, respectivamente. Para a determinação dessas dimensões, cada uma das faixas intermediária, será igual ao dobro damenor distância da força Fc2 aos limites dessa faixa dealtura h2. Conforme será visto posteriormente, esse não é o único critério possível.

Quando as forças externas Fc1, Fc2 e Fc3 agirem segundo as mesmas linhas de ação que as correspondentes resultantes parciais Rc1, Rc2 e Rc3, dir-se-á que existe uma "distribuição equilibrada" das ancoragens. Nesse caso, a regra do bloco simétrico equivalente pode ser aplicada a cada uma das faixas em que fica subdividida a região de ancoragem.

A validade dessa solução pode ser constatada pelos resultados apresentados. Esses resultados mostram que a força transversal que tende a provocar fendilhamento longitudinal e a força que tende a produzir fissuração superficial podem ser calculada, a favor da segurança, da maneira simplificada já considerada.

Quando a distribuição de cargas é equilibrada, o comprimento da zona de perturbação fica bastante reduzido. Como somente existem as tensões transversais de tração correspondentes à fissuração superficial da peça e ao fendilhamento dos blocos simétricos equivalentes, o comprimento da zona de perturbação ficará reduzido ao comprimento do maior dos blocos simétricos equivalentes considerados.

Quando, porém, não existir uma distribuição equilibrada das cargas externas aplicadas, não bastará a simples consideração dos blocos simétricos equivalentes correspondentes a casda uma das forças externas. Além dos esforços de tração que tendem a produzir a fissuração superficial e o fendilhamento dos blocos simétricos equivalentes, aparecem outros esforços transversais de tração. Esses novos esforços transversais de tração decorrem dosdesvios que devem existir no fluxo de tensões, a fim de que o equilíbrio possa ser estabelecido, uma vez que as forças Fc1 e Fc2 não agem segundo as mesmas linhas de ação que asresultantes Rc1 e Rc2, respectivamente.

Ancoragens inclinadas

As forças de fissuração superficial e as forças de fendilhamento longitudinal, no caso de ancoragens inclinadas, são praticamente as mesmas que no caso forças paralelas ao eixo da peça.

Nos casos práticos, sendo a força transversal V acompanhada por uma força longitudinal, nunca superará 5% do valor da tensão. Por isso, os efeitos dessas forças transversais podem ser desprezado, ou então considerados de modo simplificado, dando-se, a favor da segurança, um aumento de 10% aos esforços transversais calculados como se não houvesse inclinação das forças externas aplicadas.

Zonas de aplicação das reações de apoio

A determinação das armaduras necessárias para absorver os esforços decorrentes das reações de apoio será considerada posteriormente .

Inicialmente, será considerada apenas a influência dessas reações de apoio sobre os esforços transversais decorrentes das forças de ancoragem aplicadas no topo das vigas.

Em princípio, considerando-se simultaneamente as forças de ancoragem e a reação de apoio R, haverá uma interferência entre as respectivas zonas de regularização.

Os esforços transversais existentes nas ancoragens. Por eles se inclui que, embora fiquem alterados esses esforços transversais quando se introduz a influência da reação de apoio, essas alterações são de pequena monta e podem ser desprezadas, a favor da segurança.

No entanto, no caso de ancoragem múltipla, quando uma das forças de ancoragem é aplicada junto à borda em que atua a reação de apoio, os esforços transversais correspondentes a essa última ancoragem ficam sensivelmente diminuídos. Reciprocamente, como será visto posteriormente, os esforços transversais correspondentes à reação de apoio também podem ser afetados pelas tensões decorrentes da ancoragem de uma força próxima da borda da peça.

De qualquer forma, tendo em vista uma simplificação de projeto, no cálculo dos esforços transversais correspondentes às ancoragens, pode ser desprezada a influência da reação de apoio eventualmente existente.

Zonas de regularização de tensões

Para o tratamento geral das ancoragens múltiplas nas extremidades das vigas, admitindo-se uma distribuição irregular dos dispositivos de ancoragem, é preciso que a determinação dos esforços na zona de regularização de tensões seja sistematizada.

Em princípio a difusão da força de protensão deve ser considerada a partir da ancoragem, segundo um ângulo limitado por duas retas inclinadas de angulo em relação à direção da força, sendo tg=2/3.

Essa regra de difusão, que é empregada para a localização das seções onde as tensões de protensão já estão totalmente regularizadas, serve de guia geral para o estudo das zonas de regularização.

Para a determinação das armadura transversais que devem absorveros esforços de tração na região de regularização, emprega-se o método das bielas e tirantes ou, nos cassos mais simples, usam-se resultados de estudos experimentais e de métodos aproximados já discutidos, Admite-se tambémque o comprimento da zona de regularização de tensões seja igual à maior dimensão da seção transversal da peça, nesse plano de regularização.

Em princípio a determinação da posição das diferentes forças transversais de tração poderia ser feita, aplicando o método das bielas e tirantes. Traça-se um sistema de linhas isostáticas entre as forças concentradas nas ancoragens e a reação terminal dazona de regularização e, a seguir, substituindo-se esse sistema de isostáticas por bielas em equilíbrio, determinam-se as posições das diferentes forças.

Quando existem várias ancoragens, distribuídas irregularmente ao longo do topo da viga, é preciso proceder de outra maneira.

Devem ser considerados três tipos de forças transversais de tração, de fissuração superficial, as forças de fendilhamento dos blocos simétricos equivalentes situados na imediata vizinhança das ancoragens e as forças de manutenção do equilíbrio. As forças surgem sempre que a distribuição das ancoragens não seja feita demodo equilibrado.

Para um tratamento geral do problema das ancoragens, sugere-se a consideração de duas zonas sucessivas de regularização.

Além das ancoragens dos cabos de protensão, também será preciso considerar a zona de aplicação da reação de apoio da viga.

Além dos esforços anteriores, é necessára a determinação dos esforços responsáveis pela manutenção do equilíbrio entre as forças aplicadas às ancoragens e as resultantes parciais das tensões normais que atuam na seção de extremidade da zona de regularização.

Para o cálculo das forças transversais de equilibrio sugere-se o modelo esquematizado. Para isso, a zona de regularização das tensões é considerada como uma viga transversal. As seções transversais dessa viga ideal serão seções longitudinais da peça em estudo.

Ancoragens intermediárias

As "ancoragens intermediárias" são as que se situam em pontos intermediários da peça estrutural.

As ancoragens intermediárias móveis devem ser localizadas junto à face externa do banzo superior ou do banzo inferior, a fim de que possam ser tracionados os cabos de protensão. Para o arranjo dessas ancoragens, deverão ser empregados recessos na peça, formando-se assim os nichos de ancoragem.

As ancoragens intermediárias fixas ficam embutidas na massa de concreto, o que permite maior liberdade na escolha da localização das mesmas está apresentado um exemplo típico de arranjo dos cabos de protensão de uma viga contínua, com o emprego dos três tipos de ancoragens acima consideradas. Usualmente uma parte dos cabos de protensão é alojada nas mesa da viga, conseguindo-se com isso um melhor arranjo das armaduras. As ancoragens intermediárias dessescabos são feitas com uma das alternativas mostradas. A escolha de cada um desses tipos dependerá da espessura da laje e das condições de acesso às faces da mesma.

Em qualquer caso, as ancoragens intermediárias provocarão descontinuidades no campo de tensões da peça. Na face de contato com o dispositivo de ancoragem, o concreto estará submetidaa tensões axiais de tração. Além disso, em virtude de a força de protensão ser aplicada em área reduzida,surgirão esforços transversais de tração, como já foi discutido anteriormente.

Está mostrada a distribuição de tensões determinada num exemplo particular de ancoragem intermediária.

Observamos que a descontinuidade de tensões axiais tende a provocar a fissuração da peça, pois em geral o concreto situado antes e dos lados da ancoragem não consegue acompanhar as deformações provocadas pela força ancorada. Mais ainda, a deformação lenta do concreto energicamente comprimido pela ancoragem tende a agravar essa fissuração. Nessas condições, há necessidade de uma armadura longitudinal, situada em ambos os lados da ancoragem, a fim de se evitaruma fissuração visível. Além disso, também deve ser colocada uma armadura transversal conta o fendilhamento, tenso-se em vista a difusão das forças aplicadas de forma concentrada.

Essa armadura deverá ser constituída por 2 a 4 barras colocadas de ambos os lados do nicho de ancoragem. De modo análogo, a área da armadura transversal contra o fendilhamento será indicada, na forma usual, por Ast1.

A aplicação da força de protensão com inclinação em relação ao plano médio da laje acarreta a presença de uma componente transversal de intensidade não desprezível. A laje deve, portanto, ser armada para absorver os esforços decorrentes dessa carga transversal localizada. Frequentemente esses esforços são muitos intensos, o que exige o emprego de uma nervura especialmente colocada para absorver o componente transversal da força de protensão.

Armaduras das lajes

Nas estruturas de concreto, as placas usualmente ganham o nome de lajes.

Funcionamento global das lajes

As lajes de concreto, sob ação de cargas que agem perpendicularmente a seu plano médio, tem comportamento de placa e sob ação de cargas atuantes em seu próprio plano médio, tem comportamento de chapa fig. (1).