Fundamentos do Concreto Armado

A Igreja São Francisco de Assis da Pampulha, em Belo Horizonte, Minas Gerais, foi inaugurada em 1943. O projeto arquitetônico da igreja é de Oscar Niemeyer e cálculo estrutural de Joaquim Cardozo. Foi o último prédio a ser inaugurado do Conjunto Arquitetônico da Pampulha.

• Até março de 2003 a principal norma para o projeto de estruturas de Concreto Armado era NB 1/78, editada posteriormente como NBR 6118/80. Após processo de revisão por vários anos, a NB 1/78 foi substituída pela NBR 6118/2003 “Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento”, que incluiu também as estruturas de Concreto Protendido. As recomendações para a execução das estruturas de concreto passaram a fazer parte da norma NBR 14931/03. Todo o conteúdo desta apostila e das demais de Concreto Armado e Protendido está de acordo com as recomendações contidas na NBR 6118/03.

A NBR 6118/03 se aplica a estruturas com concretos convencionais, com massa específica seca maior que 2.000 kg/m3, não excedendo 2.800 kg/m3, do grupo I de resistência (C10 a C50), conforme classificação da NBR 8953/09.

• Além dos concretos convencionais existem também os chamados “concretos especiais”, com características particulares, como os concretos leves, de alto desempenho, auto-adensável, massa, rolado, colorido, entre tantos outros existentes, aos quais a NBR 6118/03 não se aplica.

Segundo a NBR 6118/03 (item 1.5), “No caso de estruturas especiais, tais como de elementos pré-moldados, pontes e viadutos, obras hidráulicas, arcos, silos, chaminés, torres, estruturas off-shore, ou em que se utilizam técnicas construtivas não convencionais, tais como formas deslizantes, balanços sucessivos, lançamentos progressivos e concreto projetado, as condições da NBR 6118/03 ainda são aplicáveis, devendo no entanto ser complementadas e eventualmente ajustadas em pontos localizados, por Normas Brasileiras específicas.”

• Outras normas também importantes e de interesse no desenvolvimento dos conteúdos são as estrangeiras: MC-90, do Comité Euro-International Du Béton, o Eurocode 2/2004, do European Committee Standartization, e o ACI 318-05, do American Concrete Institute..

Composição do Concreto Simples:

• Concreto simples é o material concreto sem armaduras. O Concreto Armado considera a existência do concreto simples com armaduras, geralmente na forma de barras de aço, nele inseridas. De início é importante caracterizar bem o concreto simples.

O concreto é um material composto, constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia), agregado graúdo (pedra ou brita) e ar. Pode também conter adições (cinza volante, pozolanas, sílica ativa, etc.) e aditivos químicos, com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas.

• Esquematicamente, pode-se indicar como pasta o cimento misturado com água, argamassa como a pasta misturada com areia, e concreto como a argamassa misturada com pedra - ou brita.

Cimento:

• O cimento portland, tal como hoje mundialmente conhecido, foi descoberto na Inglaterra no ano de 1824, sendo sua produção industrial iniciada após 1850.

O cimento portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, o cimento portland não se decompõe mais (ABCP, 2002). O cimento é o principal material componente do concreto.

• O cimento é composto de clínquer e de adições, sendo o clínquer seu principal componente, presente em todos os tipos de cimento. O clínquer tem como matérias-primas básicas o calcário e a argila. Para a fabricação, a rocha calcária inicialmente britada e moída é misturada com argila moída. A mistura é submetida a um calor intenso de até 1.450°C e então bruscamente resfriada, formando pelotas - o clínquer. Após moagem o clínquer transforma-se em pó. A propriedade básica do clínquer é ser um ligante hidráulico, que endurece em contato com a água.

Para formar o cimento, o clínquer recebe adições, que são matérias-primas misturadas ao clínquer no processo de moagem, e são as adições que definem as propriedades dos diferentes tipos de cimento. As principais adições são o gesso, as escórias de alto-forno, e os materiais pozolânicos e carbonáticos.

• Os tipos de cimento que existem no Brasil diferem em função da sua composição, como o cimento portland comum, o composto, o de alto-forno, o pozolânico, o de alta resistência inicial, o resistente a sulfatos, o branco e o de baixo calor de hidratação. Os diferentes tipos de cimento tem uma nomenclatura própria. Os de uso mais comum nas construções são o CP II-E-32, o CP II-F-32 e o CP III-40. O cimento CPV-ARI é também muito utilizado em fábricas de peças pré-moldadas.

Os cimentos são fabricados com resistências à compressão de 25, 32 ou 40 MPa. No comércio o cimento é fornecido em sacos de 25 kg e/ou 50 kg (Figura 8), com exceção do cimento ARI que pode ser encontrado também em sacos de 40 kg. Centrais dosadoras de concreto adquirem o cimento a granel, em grandes quantidades.

Agregados:

• Os agregados podem ser definidos como os “materiais granulosos e inertes que entram na composição das argamassas e concretos” (BAUER, 1979). São muito importantes no concreto porque cerca de 70 % da sua composição é constituída pelos agregados, além de ser o material de menor custo do concreto.

Os agregados são classificados quanto à origem em naturais e artificiais. Os agregados naturais são aqueles encontrados na natureza, como areias de rios e pedregulhos - também chamados cascalho ou seixo rolado.. Os agregados artificiais são aqueles que passaram por algum processo para obter as características finais, como as britas originárias da trituração de rochas, como basalto, gnaisse e granito.

• Na classificação quanto às dimensões os agregados são chamados de miúdo, como as areias, e graúdo, como as pedras ou britas. O agregado miúdo tem diâmetro máximo igual ou inferior a 4,8 mm, e o agregado graúdo tem diâmetro máximo superior a 4,8 mm.

Os agregados graúdos tem a seguinte numeração e dimensões máximas:

• Brita 0 – 4,8 a 9,5 mm;
• Brita 1 – 9,5 a 19 mm;
• Brita 2 – 19 a 38 mm;
• Brita 3 – 38 a 76 mm;
• Pedra-de-mão - > 76 mm.

As britas são os agregados graúdos mais usados no Brasil, com uso superior a 50 % do consumo total de agregado graúdo nos concretos (MEHTA e MONTEIRO, 1994). No passado era comum a mistura de britas 1 e 2 para a confecção de concretos, porém, hoje no Brasil, a grande maioria dos concretos feitos para as obras correntes utiliza apenas a brita 1 na sua confecção. Os agregados podem também ser classificados em leves, normais e pesados.

Água:

• A água é necessária no concreto para possibilitar as reações químicas de hidratação do cimento, que garantem as propriedades de resistência e durabilidade do concreto. Tem também a função de lubrificar as partículas para proporcionar o manuseio do concreto. Normalmente a água potável é a indicada para a confecção dos concretos.

Conceitos do Concreto Armado:

• Na Antiguidade, os primeiros materiais empregados nas construções foram a pedra natural (rocha) e a madeira, sendo o ferro e o aço empregados séculos depois. O Concreto Armado só surgiu mais recentemente, por volta de 1850.

Para um material de construção ser considerado bom, ele deve apresentar duas características básicas: resistência e durabilidade. Neste sentido, a pedra natural tem resistência à compressão e durabilidade muito elevadas, porém, tem baixa resistência à tração. A madeira tem razoável resistência, mas apresenta durabilidade limitada. O aço tem resistências elevadas, mas requer proteção contra o fogo e a corrosão.

• O Concreto Armado surgiu da necessidade de se aliar as qualidades da pedra (resistência à compressão e durabilidade) com as do aço (resistências mecânicas), com as vantagens de poder assumir qualquer forma, com rapidez e facilidade, e proporcionar a necessária proteção do aço contra a corrosão.

O concreto, como a rocha, é um material que apresenta alta resistência às tensões de compressão, porém, apresenta baixa resistência à tração (de 8 a 15 % da resistência à compressão). Assim sendo, é imperiosa a necessidade de juntar ao concreto um material com alta resistência à tração – a armadura, com o objetivo deste material, disposto convenientemente, resistir às tensões de tração atuantes. Com esse material composto - concreto e armadura, surge então o chamado “Concreto Armado”, onde a armadura, geralmente na forma de barras de aço, absorve as tensões de tração, e o concreto absorve as tensões de compressão, no que pode ser auxiliado por barras de aço (caso típico de pilares, por exemplo).

• No entanto, o conceito de Concreto Armado envolve ainda o fenômeno da aderência, que é essencial e deve obrigatoriamente existir entre o concreto e a armadura (aço), pois não basta apenas juntar os dois materiais para se ter o Concreto Armado. Para o Concreto Armado é necessário ocorrer a solidariedade entre o concreto e o aço, isto é, que o trabalho de resistir às tensões seja realizado de forma conjunta.

Em resumo, pode-se definir o Concreto Armado como “a união do concreto simples e de um material resistente à tração (envolvido pelo concreto) de tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços solicitantes”. De forma esquemática pode-se indicar:

• Concreto Armado = concreto simples + armadura + aderência.

Com a aderência, a deformação es num ponto da superfície da barra de aço e a deformação ec do concreto neste mesmo ponto, devem ser iguais, isto é: ec = es .

• No Concreto Armado a armadura é chamada “passiva”, o que significa que as tensões e deformações nela aplicadas devem-se exclusivamente aos carregamentos externos aplicados na peça.

Como armadura é indicado ter um material com altas resistências mecânicas, principalmente resistência à tração. Além do aço, outros materiais podem ser utilizados, como fibra de carbono, bambu, etc. O trabalho conjunto, solidário entre o concreto e a armadura, fica bem caracterizado na análise de uma viga de concreto simples - sem armadura, que rompe bruscamente tão logo inicia-se a primeira fissura, após a tensão de tração atuante alcançar e superar a resistência do concreto à tração. Entretanto, colocando-se uma armadura posicionada próxima à tensão de tração máxima, eleva-se significativamente a capacidade resistente da viga à flexão

• Um aspecto positivo no Concreto Armado é que o concreto protege o aço da oxidação (corrosão), garantindo a durabilidade do conjunto. Entretanto, a proteção do aço só é garantida com a existência de uma espessura de concreto entre a barra de aço e a superfície externa da peça. - denominado cobrimento, entre outros fatores também importantes relativos à durabilidade, como a qualidade do concreto e da execução.

Conceito de Concreto Protendido:

• O Concreto Protendido é um refinamento do Concreto Armado, onde a idéia básica é aplicar tensões prévias de compressão nas regiões da peça que serão tracionadas pela ação do carregamento externo aplicado. Desse modo, as tensões de tração são diminuídas ou até mesmo anuladas pelas tensões de compressão pré-existentes ou pré-aplicadas na peça. Com a protensão procura-se eliminar a característica negativa da baixa resistência do concreto à tração.

São dois os sistemas principais de protensão aplicados na fabricação das peças de Concreto Protendido. No sistema de pré-tensão mais comum, a armadura de protensão é ancorada (fixada) numa extremidade da pista de protensão, e na outra extremidade um cilindro hidráulico estira (traciona) essa armadura, nela aplicando uma tensão de tração dentro do limite elástico do aço. Em seguida, o concreto é lançado na fôrma, envolve e adere a armadura de protensão. Após decorrido o tempo necessário para o concreto adquirir resistência, a armadura de protensão é solta das ancoragens e, como a armadura tende a voltar à deformação inicial nula, aplica uma força de protensão na peça, dando origem a tensões de compressão no concreto.

• Esse sistema de protensão é geralmente utilizado na produção intensiva de grandes quantidades de peças, geralmente em pistas de protensão

Um outro sistema de protensão muito importante é o de pós-tensão, onde primeiro é fabricada a peça de concreto, contendo dutos (bainhas) ao longo do comprimento da peça, onde posteriormente é colocada a armadura de protensão. Quando o concreto apresenta a resistência necessária, a armadura de protensão, ancorada (fixada) numa das extremidades da peça, é estirada (tracionada) pelo cilindro hidráulico na outra extremidade, com o cilindro apoiando-se na própria peça. Nesta operação uma força de compressão é aplicada na peça, dando origem a tensões de compressão no concreto. Terminada a operação de estiramento, o próprio cilindro fixa a armadura de protensão na peça.

• O sistema de pós-tensão tem produção limitada de peças nas fábricas, sendo muito aplicado em estruturas de pontes, em lajes de pavimento com cordoalha engraxada e diversas outras estruturas protendidas. 

Fissuração no Concreto Armado:

Fissura é uma trinca de pequena espessura, de 0,05 a 0,4 mm, num volume de concreto.

• A fissuração nos elementos estruturais de Concreto Armado deve-se à baixa resistência do concreto à tração, caracterizando-se por um fenômeno natural, embora indesejável. Deve ser controlada a fim de atender as condições de funcionalidade, estética, durabilidade e impermeabilização. O projetista deve garantir que as fissuras que venham a ocorrer apresentem aberturas menores que as aberturas limites estabelecidas pela NBR 6118.

Num tirante de Concreto Armado, por exemplo, se a tensão de tração aplicada pelo carregamento externo é pequena e inferior à resistência do concreto à tração (fct), não surgem fissuras no concreto do tirante. No entanto, se aumentar o carregamento e a tensão de tração atuante igualar a resistência do concreto à tração, surge neste instante a primeira fissura. Quando o concreto fissura ele não mais resiste às tensões de tração, vindo daí a necessidade de uma armadura resistente à tração. Aumentando-se gradativamente a intensidade das tensões de tração, novas fissuras surgem, e aquelas existentes tem a abertura aumentada. Analogia semelhante pode ser feita com a região tracionada de outros elementos estruturais.

• Eliminar as fissuras completamente não seria viável economicamente, pois as tensões de tração na peça e na armadura teriam que ser muito baixas. Isso resulta que deve-se aceitar as fissuras no Concreto Armado, embora limitando-se as abertura a valores aceitáveis (geralmente até 0,3 mm), em função do ambiente que a peça atuar em serviço, e que não prejudiquem a estética e a durabilidade. No projeto de elementos estruturais o procedimento é verificar o comportamento da peça nos chamados Estados Limites de Serviço, como os Estados Limites de Formação de Fissuras (ELS-F) e de Abertura das Fissuras (ELS-W), em função da utilização e desempenho requeridos para o elemento estrutural.

No Concreto Armado, a armadura submetida a tensões de tração alonga-se, até o limite máximo de 10 ‰ (1 % = 10 ‰ = 10 mm/m), preconizado pela NBR 6118/03 a fim de evitar fissuração excessiva no concreto. O concreto, aderido às barras da armadura, fissura, porque não tem capacidade de alongar-se 10 ‰ sem fissurar, de modo que as tensões de tração têm que ser totalmente absorvidas pela armadura.

• Segundo LEONHARDT e MÖNNIG (1982), dispondo-se barras de aço de diâmetro não muito grande e de maneira distribuída, as fissuras terão apenas características capilares, não levando ao perigo de corrosão do aço.

As fissuras surgem no Concreto Armado também devido ao fenômeno da retração no concreto, que pode ser significativamente diminuída com uma cuidadosa cura nos primeiros dez dias de idade do concreto, barras de aço de pequeno diâmetro dispostas próximas às superfícies externas da peça (armadura de pele).

A Rio-Niterói tem três vãos centrais, medindo 200, 300 e 200 metros. Nestes trechos, as estruturas assentadas sobre as imensas colunas de concreto protendido são metálicas. 

Histórico do Concreto Armado:

• A cal hidráulica e o cimento pozolânico, de origem vulcânica, já eram conhecidos pelos romanos como aglomerante. O cimento Portland, tal como hoje conhecido, teve a produção industrial foi iniciada após 1850.

A primeira associação de um metal à argamassa de pozolana remonta à época dos romanos. No ano de 1770, em Paris, associou-se ferro com pedra para formar vigas como as modernas, com barras longitudinais na tração e barras transversais ao cortante.

• Considera-se que o cimento armado surgiu na França, no ano de 1849, sendo um barco o primeiro objeto do material registrado pela História, do francês Lambot, apresentado oficialmente em 1855. O barco foi construído com telas de fios finos de ferro, preenchidas com argamassa. Embora os barcos funcionassem, não alcançaram sucesso comercial.

A partir de 1861, outro francês, Mounier, que era um paisagista, horticultor e comerciante de plantas ornamentais, fabricou uma enorme quantidade de vasos de flores de argamassa de cimento com armadura de arame, e depois reservatórios (25, 180 e 200 m3) e uma ponte com vão de 16,5 m.

• Foi o início do que hoje se conhece como “Concreto Armado”. Até cerca do ano de 1920 o concreto armado era chamado de “cimento armado”.

Em 1850, o norte americano Hyatt fez uma série de ensaios e vislumbrou a verdadeira função da armadura no trabalho conjunto com o concreto. Porém, seus estudos não ganharam repercussão por falta de publicação.

• Na França, Hennebique foi o primeiro após Hyatt a compreender a função das armaduras no concreto. “Percebeu a necessidade de dispor outras armaduras além da armadura reta de tração. Imaginou armaduras dobradas, prolongadas em diagonal e ancoradas na zona de compressão. Foi o primeiro a colocar estribos com a finalidade de absorver tensões oriundas da força cortante e o criador das vigas T, levando em conta a colaboração da laje como mesa de compressão”, (VASCONCELOS, 1985).

Os alemães estabeleceram a teoria mais completa do novo material, baseada em experiências e ensaios. “O verdadeiro desenvolvimento do concreto armado no mundo iniciou-se com Gustavo Adolpho Wayss” que fundou sua firma em 1875, após comprar as patentes de Mounier para empregar no norte da Alemanha (VASCONCELOS, 1985).

• A primeira teoria realista e consistente sobre o dimensionamento das peças de Concreto Armado surgiu com uma publicação, em 1902, de E. Mörsch, eminente engenheiro alemão, professor da Universidade de Stuttgart (Alemanha). Suas teorias resultaram de ensaios experimentais, dando origem às primeiras normas para o cálculo e construção em Concreto Armado. A treliça clássica de Mörsch é uma das maiores invenções em Concreto Armado, permanecendo ainda aceita, apesar de ter surgido há mais de 100 anos.

As fissuras (trincas de pequena abertura, » 0,05 a 0,4 mm), causadas pela tensão de tração no concreto, atrasaram o desenvolvimento do Concreto Armado devido à dificuldade de como tratar e resolver o problema. Como forma de contornar o problema da fissuração no concreto, M. Koenen propôs, em 1907, tracionar previamente as barras de aço, para assim originar tensões de compressão na seção, como forma de eliminar a tração no concreto e consequentemente eliminar as fissuras. Surgia assim o chamado “Concreto Protendido”. Porém, as experiências iniciais não lograram êxito.

Outras datas e fatos significativos nos primeiros desenvolvimentos do concreto armado são:

• 1852 Coignet executa elementos de construção com emprego de concreto armado (vigotas e pequenas lajes);
• 1867 a 1878 Mounier registra patentes para construção, primeiramente de vasos, tubos e depósitos e, depois, de elementos de construção;
• 1880 Hennebique constrói a primeira laje armada com barras de aço de seção circular;
• 1884 Freytag adquire as patentes de Mounier para emprego na Alemanha;
• 1892 Hennebique obtém patente do primeiro tipo de viga, como as atuais, com estribos;
• 1897 Rabut inicia o primeiro curso sobre concreto armado, na França;
• 1902 a 1908 São publicados os trabalhos experimentais realizados por Wayss e Freytag;
• 1902 Mörsch, engenheiro alemão, publica a 1º edição de seu livro de concreto armado, com resultados de numerosas experiências;
• - 1900 a 1910 São publicados os resultados de diversas comissões na França, Alemanha e Suíça.

Com o desenvolvimento do novo tipo de construção, tornou-se necessário regulamentar o projeto e a execução, surgindo as primeiras instruções ou normas: 1904 na Alemanha, 1906 na França e 1909 na Suíça.

No Brasil:

• Em 1904 foram construídas casas e sobrados em Copacabana, no Rio de Janeiro. Em 1901, ocorreram construções de galerias de água em cimento armado, com 47 m e 74 m de comprimento.

Em 1909 foi construída a ponte na Rua Senador Feijó, com vão de 5,4 m. Em 1908, construção de uma ponte com 9 m de vão, executada no Rio de Janeiro pelo construtor Echeverria, com projeto e cálculo do francês François Hennebique.

• Em São Paulo, no ano de 1910, foi construída uma ponte de concreto armado com 28 m de comprimento, na Av. Pereira Rebouças sobre o Ribeirão dos Machados. Essa ponte ainda existe em ótimo estado de conservação, segundo VASCONCELOS (1985), o qual afirma que em 1913, a “vinda da firma alemã Wayss & Freytag constituiu talvez o ponto mais importante para o desenvolvimento do concreto armado no Brasil”. Sua empresa no Brasil foi registrada somente em 1924, sob o nome de Companhia Construtora Nacional, funcionando até 1974. 

Imagina-se que, de 1913 a 1924, Wayss utilizou-se da firma de um alemão, L. Riedlinger, para construir várias obras no Brasil, como 40 pontes de concreto armado. Riedlinger importou mestres de obras da Alemanha, e a firma serviu de escola para a formação de especialistas nacionais, evitando a importação de mais estrangeiros. O primeiro edifício em São Paulo data de 1907/1908, sendo um dos mais antigos do Brasil em “cimento armado”, com três pavimentos.

• A partir de 1924 quase todos os cálculos estruturais passaram a serem feitos no Brasil, com destaque para o engenheiro estrutural Emílio Baumgart. 

No século passado o Brasil colecionou diversos recordes, vários mundiais, como os seguintes:

• Marquise da tribuna do Jockey Clube do Rio de Janeiro, com balanço de 22,4 m (recorde mundial em 1926);
• Ponte Presidente Sodré em Cabo Frio, em 1926, com arco de 67 m de vão (recorde na América do Sul);
• - Edifício Martinelli em São Paulo em 1925, com 106,5 m de altura (30 pavimentos – recorde mundial);
• Elevador Lacerda em Salvador em 1930, com altura total de 73 m;
• Ponte Emílio Baumgart em Santa Catarina em 1930, com o maior vão do mundo em viga reta (68 m), onde foi utilizado pela primeira vez o processo de balanço sucessivo;
• Edifício “A Noite” no Rio de Janeiro em 1928, com 22 pavimentos, o mais alto do mundo em concreto armado, com 102,8 m de altura, projeto de Emílio Baumgart;
• Ponte da Amizade em Foz do Iguaçu em 1962, com o maior arco de concreto armado do mundo, com 290 m de vão;
• Museu de Arte de São Paulo em 1969, com laje de 30 x 70 m livres, recorde mundial de vão, com projeto estrutural de Figueiredo Ferraz;
• Edifício Itália em São Paulo em 1962, o mais alto edifício em concreto armado do mundo durante alguns meses;
• Ponte Colombo Salles em Florianópolis em 1975, a maior viga contínua protendida do mundo, com 1.227 m de comprimento, projeto estrutural de Figueiredo Ferraz;
• Usina Hidroelétrica de Itaipu em 1982, a maior do mundo com 190 m de altura, projetada e construída por brasileiros e paraguaios, com coordenação americano-italiana.

Vantagens e Desvantagens do Concreto Armado:

O Concreto Armado é um material que vem sendo largamente aplicado em todos os países do mundo, em todos tipos de construção, em função de várias características positivas, como por exemplo:

a) Economia: especialmente no Brasil, os seus componentes são facilmente encontrados e relativamente a baixo custo;
b) Conservação: em geral, o concreto apresenta boa durabilidade, desde que seja utilizado com a dosagem correta. É muito importante a execução de cobrimentos mínimos para as armaduras;
c) Adaptabilidade: favorece à arquitetura pela sua fácil modelagem;
d) Rapidez de construção: a execução e o recobrimento são relativamente rápidos;
e) Segurança contra o fogo: desde que a armadura seja protegida por um cobrimento mínimo adequado de concreto;
f) Impermeabilidade: se dosado e executado de forma correta;
g) Resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são menores e podem ser controlados.

Por outro lado, o Concreto Armado também apresenta desvantagens, sendo as principais as seguintes:

a) Peso próprio elevado, relativamente à resistência: peso específico gconc = 25 kN/m3 = 2,5 tf/m3 = 2.500 kgf/m3;
b) Reformas e adaptações são de difícil execução;
c) Fissuração (existe, ocorre e deve ser controlada);
d) Transmite calor e som.

Principais Normas Brasileiras para Concreto Armado:

Além da NBR 6118/2003 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento, outras normas regulamentam o projeto e a execução de obras de concreto:

• NBR 6120/80 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento;
• NBR 6122/10 - Projeto e execução de fundações – Procedimento;
• NBR 6123/88 - Forças devido ao vento em edificações - Procedimento;
• NBR 7187/03 - Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido - Procedimento;
• NBR 7191/82 - Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado;
• NBR 7480/07 - Barras e fios destinados a amaduras de concreto armado – Especificação;
• NBR 8681/03 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento;
• NBR 8953/09 - Concreto para fins estruturais - Classificação por grupos de resistência – Classificação;
• NBR 9062/06 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado – Procedimento;
• NBR 14432/01 - Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações – Procedimento.

Elementos Estruturais em Concreto Armado:

• Neste item apresenta-se uma classificação dos elementos estruturais com base na geometria e nas dimensões, e também as principais características dos elementos estruturais mais importantes e comuns nas construções em Concreto Armado.

Classificação Geométrica:

A classificação dos elementos estruturais segundo a sua geometria se faz comparando a ordem de grandeza das três dimensões principais do elemento (comprimento, altura e espessura), com a seguinte nomenclatura:

• Elementos lineares: são aqueles que têm a espessura da mesma ordem de grandeza da altura, mas ambas muito menores que o comprimento. São os elementos chamados “barras”. Como exemplos mais comuns encontram-se as vigas e os pilares.Como um caso particular existem também os elementos lineares de seção delgada, definidos como aqueles cuja espessura é muito menor que a altura. No concreto armado inexistem tais elementos. Por outro lado, podem ser confeccionados com a chamada “Argamassa Armada”, onde os elementos devem ter espessuras menores que 40 mm, conforme a NBR 1259/89. Perfis de aço aplicados nas construções com estruturas metálicas são exemplos típicos de elementos lineares de seção delgada.
• Elementos bidimensionais: são aqueles onde duas dimensões, o comprimento e a largura, são da mesma ordem de grandeza e muito maiores que a terceira dimensão (espessura). São os chamados elementos de superfície. Como exemplos mais comuns encontram-se as lajes, as paredes de reservatórios, etc. As estruturas de superfície podem ser classificadas como cascas, quando a superfície é curva, e placas ou chapas quando a superfície é plana. As placas são as superfícies que recebem o carregamento perpendicular ao seu plano e as chapas têm o carregamento contido neste plano. O exemplo mais comum de placa é a laje e de chapa é a viga-parede.
• Elementos tridimensionais: são aqueles onde as três dimensões têm a mesma ordem de grandeza. São os chamados elementos de volume. Como exemplos mais comuns encontram-se os blocos e sapatas de fundação, consolos, etc.

Principiais Elementos Estruturais:

• Nas construções de Concreto Armado, sejam elas de pequeno ou de grande porte, três elementos estruturais são os mais comuns: as lajes, as vigas e os pilares. Há diversos outros elementos, que podem não ocorrer em todas as construções, são: blocos e sapatas de fundação, estacas, tubulões, consolos, vigas-parede, tirantes, etc. Uma breve noção das características de alguns dos elementos de Concreto Armado é apresentada a seguir.

Laje:

• Laje é um elemento plano, bidimensional, cuja função principal é servir de piso ou cobertura nas construções, e que se destina a receber as ações verticais aplicadas, como de pessoas, móveis, pisos, paredes, e os mais variados tipos de carga que podem existir em função da finalidade arquitetônica do espaço físico que a laje faz parte.

As ações são comumente perpendiculares ao plano da laje, podendo ser divididas em:

• Distribuída na área: peso próprio, contrapiso, revestimento na borda inferior, etc;
• Distribuída linearmente: carga de parede apoiada na laje;
• Concentrada: pilar apoiado na laje.

As ações são geralmente transmitidas para as vigas de apoio nas bordas da laje. , mas eventualmente também podem ser transmitidas diretamente aos pilares. As lajes existem em variados tipos, como maciças, nervuradas, lisas, etc., como descritas a seguir.

Laje Maciça:

• Lajes maciças são aquelas com a espessura totalmente preenchida com concreto – sem vazios, contendo armaduras embutidas no concreto, e apoiadas ao longo do comprimento de toda ou parte das bordas.

Se a viga V104 for retirada, a laje 2 ainda será laje maciça, chamada laje com uma borda livre. Uma laje em balanço, comum em varandas de edifícios de apartamentos, também será chamada maciça, embora engastada em apenas uma borda.

• As lajes maciças de concreto são comuns em edifícios de pavimentos e em construções de grande porte, como escolas, indústrias, hospitais, pontes, etc. De modo geral, não são aplicadas em construções residenciais e outras de pequeno porte, pois nesses tipos de construção as lajes nervuradas pré-fabricadas apresentam vantagens nos aspectos custo e facilidade de construção. A NBR 6118 especifica a espessura mínima de 7 cm para as lajes maciças de piso. 

Laje Lisa e Cogumelo:

Laje lisa é uma laje também maciça, mas que se apóia diretamente nos pilares.

• Segundo a definição da NBR 6118/03 (14.7.8): “Lajes cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis.” Capitel é a região nas adjacências dos pilares onde a espessura da laje é aumentada com o objetivo de aumentar a sua capacidade resistente nessa região de alta concentração de esforços cortantes e de flexão. As lajes lisa e cogumelo são também chamadas pela norma como lajes sem vigas.

Apresentam a eliminação de grande parte das vigas como a principal vantagem em relação às lajes maciças, embora por outro lado tenham maior espessura. São usuais em todo tipo de construção de médio e grande porte, inclusive edifícios relativamente altos. Apresentam como vantagens custos menores e maior rapidez de construção. No entanto, são suscetíveis a maiores deformações verticais – flechas.

Laje Nervurada:

• “Lajes nervuradas são as lajes moldadas no local ou com nervuras pré-moldadas, cuja zona de tração para momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte” (NBR 6118/03, item 14.7.7). As lajes com nervuras pré-moldadas são comumente chamadas pré-fabricadas.

Existem também lajes nervuradas moldadas no local sem material de enchimento, feitas com moldes plásticos removíveis.

• As lajes pré-fabricadas do tipo treliçada, onde a armadura tem o desenho de uma treliça espacial, vêm ganhando maior espaço na aplicação em construções residenciais de pequeno porte e até mesmo em edifícios de baixa altura, principalmente devido ao bom comportamento estrutural e facilidade de execução.

Em algumas cidades do Estado de São Paulo começam a surgir também lajes com nervuras pré-fabricadas protendidas, com preenchimento de blocos cerâmicos entre as nervuras. Há longos anos existem também as lajes alveolares protendidas, largamente utilizadas nas construções de concreto pré-moldado.

Viga:

• Pela definição da NBR 6118/03 (item 14.4.1.1), vigas “são elementos lineares em que a flexão é preponderante”. As vigas são classificadas como barras e são normalmente retas e horizontais, destinadas a receber ações das lajes, de outras vigas, de paredes de alvenaria, e eventualmente de pilares, etc. A função das vigas é basicamente vencer vãos e transmitir as ações nelas atuantes para os apoios, geralmente os pilares.

As ações são geralmente perpendicularmente ao seu eixo longitudinal, podendo ser concentradas ou distribuídas. Podem ainda receber forças normais de compressão ou de tração, na direção do eixo longitudinal. As vigas, assim como as lajes e os pilares, também fazem parte da estrutura de contraventamento responsável por proporcionar a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais.

• As armaduras das vigas são geralmente compostas por estribos, chamados “armadura transversal”, e por barras longitudinais, chamadas “armadura longitudinal”.

Pilar:

• Pilares são “elementos lineares de eixo reto, usualmente dispostos na vertical, em que as forças normais de compressão são preponderantes” (NBR 6118/2003, item 14.4.1.2). São destinados a transmitir as ações às fundações, embora possam também transmitir para outros elementos de apoio. As ações são provenientes geralmente das vigas, bem como de lajes também.

Os pilares são os elementos estruturais de maior importância nas estruturas, tanto do ponto de vista da capacidade resistente dos edifícios quanto no aspecto de segurança. Além da transmissão das cargas verticais para os elementos de fundação, os pilares podem fazer parte do sistema de contraventamento responsável por garantir a estabilidade global dos edifícios às ações verticais e horizontais.

Tubulão e Bloco de Fundação:

• Os blocos de fundação são utilizados para receber as ações dos pilares e transmiti-las ao solo, diretamente ou através de estacas ou tubulões. Estacas são elementos destinados a transmitir as ações ao solo, por meio do atrito ao longo da superfície de contato e pelo apoio da ponta inferior no solo.

Os blocos sobre estacas podem ser para 1,2,3, e teoricamente para n estacas. Há uma infinidade de tipos diferentes de estacas, cada qual com finalidades específicas, sendo objeto de estudo na disciplina 1313 - Fundações.

• Tubulões são também elementos destinados a transmitir as ações diretamente ao solo, por meio do atrito do fuste com o solo e da superfície da base. O projeto dos tubulões é estudado nas disciplinas 1313 - Fundações e 1333 - Estruturas de Concreto III.

Os blocos sobre tubulões podem ser suprimidos, mas neste caso faz-se um reforço com armadura na parte superior do fuste (cabeça do tubulão), que passa a receber o carregamento diretamente do pilar.

Sapata:

• As sapatas recebem as ações dos pilares e as transmitem diretamente ao solo. Podem ser localizadas ou isoladas, conjuntas ou corridas.

As sapatas isoladas servem de apoio para apenas um pilar. As sapatas conjuntas servem para a transmissão simultânea do carregamento de dois ou mais pilares e as sapatas corridas têm este nome porque são dispostas ao longo de todo o comprimento do elemento que lhe aplica o carregamento, geralmente paredes de alvenaria ou de concreto (Figura 55). São comuns em construções de pequeno porte onde o solo tem boa capacidade de suporte de carga a baixas profundidades.

Projeto de Estruturas de Concreto Armado Protendido