Fundamentos do Concreto Armado

Até março de 2003 a principal norma para o projeto de estruturas de concreto armado era a NBR 6118/80, ou NB1/78. Após passar por vários anos em processo de revisão, a NB 1/78 foi substituída por uma nova versão, a 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 disciplina e das demais nas áreas de concreto armado e protendido seguem as recomendações constantes da NBR 6118/03. A norma se aplica a estruturas de concretos normais, 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. Concretos normais são também chamados convencionais, e excluem os “concretos especiais” com características particulares, como os concretos leves, de alto desempenho, autoadensável, massa, rolado, colorido, entre tantos outros existentes. 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 2/92, do EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION, e o ACI 318-05, do AMERICAN CONCRETE INSTITUTE.

Os primeiros materiais a serem empregados nas construções foram a pedra natural 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. A pedra natural tem resistência à compressão e durabilidade muito elevadas, porém, tem baixa resistência à tração.

A madeira tem razoável resistência, mas tem durabilidade limitada. O aço tem resistências elevadas, mas requer proteção contra a corrosão. O concreto armado pode ter surgido 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 é um material composto, constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia) e 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 que a pasta é o cimento misturado com a água, a argamassa é a pasta misturada com a areia, e o concreto é a argamassa misturada com a pedra ou brita, também chamado concreto simples (concreto sem armaduras). As Figura 1 a Figura 6 mostram fotografias do cimento, dos agregados miúdo e graúdo, da pasta de cimento, da argamassa que compõe o concreto e do concreto. A definição para o Concreto Simples, conforme a NBR 6118/03 (item 3.1.2) é:

Elementos de concreto simples estrutural: “elementos estruturais elaborados com concreto que não possui qualquer tipo de armadura ou que a possui em quantidade inferior ao mínimo exigido para o concreto armado”.

Cimento O cimento portland, tal como hoje mundialmente conhecido, foi descoberto na Inglaterra por volta do ano de 1824, e a produção industrial foi iniciada após o ano de 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). O cimento é o principal elemento dos concretos e é o responsável pela transformação da mistura de materiais que compõem o concreto no produto final desejado.

O cimento é composto de clínquer e de adições, sendo o clínquer o principal componente, presente em todos os tipos de cimento (Figura 7). O clínquer tem como matérias-primas básicas o calcário e a argila. A propriedade básica do clínquer é que ele é um ligante hidráulico, que endurece em contato com a água.

Para a fabricação do clínquer, a rocha calcária inicialmente britada e moída é misturada com a argila moída. A mistura é submetida a um calor intenso de até 1450°C e então bruscamente resfriadas, formando pelotas (o clínquer). Após processo de moagem, o clínquer transforma-se em pó. As adições são matérias-primas misturadas ao clínquer no processo de moagem, e são elas 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 portlando 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. Dentre os diferentes tipos de cimento listados na Tabela 1, os de uso mais comuns nas construções são o CPII E-32, o CPII F32 e o CPIII-40. O cimento CPV-ARI é também muito utilizado em fábricas de estruturas prémoldadas.

Os diferentes tipos de cimento têm uma nomenclatura própria e são fabricados segundo as resistências à compressão de 25, 32 ou 40 MPa. No comércio o cimento é fornecido em sacos de 25 kg e 50 kg, com exceção do cimento ARI que pode ser encontrado também em sacos de 40 kg. Usinas fabricantes de concreto adquirem o cimento a granel, em grandes quantidades.

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

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 (britas) têm 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 & MONTEIRO). 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. As britas normais são geralmente obtidas pela trituração de rochas, como basalto, gnaisse e granito.

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

O concreto é um material que apresenta alta resistência às tensões de compressão, porém, apresenta baixa resistência à tração (cerca de 10 % da sua resistência à compressão). Assim sendo, é imperiosa a necessidade de juntar ao concreto um material com alta resistência à tração, com o objetivo deste material, disposto convenientemente, resistir às tensões de tração atuantes. Com esse material composto (concreto e armadura  barras de aço), surge então o chamado “concreto armado”, onde as barras da armadura absorvem as tensões de tração e o concreto absorve as tensões de compressão, no que pode ser auxiliado também 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, pois não basta apenas juntar os dois materiais para se ter o concreto armado. Para a existência do concreto armado é imprescindível que haja real solidariedade entre ambos o concreto e o aço, e que o trabalho 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 que concreto armado é:

Concreto armado = concreto simples + armadura + aderência.

Com a aderência, a deformação εs num ponto da barra de aço e a deformação εc no concreto que a circunda, devem ser iguais, isto é: εc = εs . 

A NBR 6118/03 (item 3.1.3) define:

Elementos de concreto armado: “aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência”. Armadura passiva é “qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada”

A armadura do concreto armado é chamada “armadura passiva”, o que significa que as tensões e deformações nela aplicadas devem-se exclusivamente aos carregamentos aplicados nas peças onde está inserida. Como armadura tem-se que ter um material com altas resistências mecânicas, principalmente resistência à tração. A armadura não tem que ser necessariamente de aço, pode ser de outro tipo de material, 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 surge a primeira fissura, após a tensão de tração atuante alcançar e superar a resistência do concreto à tração (Figura 12a). Entretanto, colocando-se uma armadura convenientemente posicionada na região das tensões de tração, eleva-se significativamente a capacidade resistente da viga (Figura 12b).

O trabalho conjunto do concreto e do aço é possível porque os coeficientes de dilatação térmica dos dois materiais são praticamente iguais. Outro aspecto positivo é que o concreto protege o aço da oxidação (corrosão), garantindo a durabilidade do conjunto. Porém, a proteção da armadura contra a corrosão 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, por exemplo.

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. Com a protensão contornase a característica negativa de baixa resistência do concreto à tração. A Figura 13 ilustra os diagramas de tensão num caso simples de aplicação de tensões prévias de compressão numa viga.

A NBR 6118/03 (item 3.1.4) define:

Elementos de concreto protendido: “aqueles nos quais parte das armaduras é previamente alongada por equipamentos especiais de protensão com a finalidade de, em condições de serviço, impedir ou limitar a fissuração e os deslocamentos da estrutura e propiciar o melhor aproveitamento de aços de alta resistência no estado limite último (ELU)”. Armadura ativa (de protensão): “constituída por barra, fios isolados ou cordoalhas, destinada à produção de forças de protensão, isto é, na qual se aplica um pré-alongamento inicial”.

São diversos os sistemas de protensão aplicados nas fábricas e nos canteiros de obra. No sistema de pré-tensão, por exemplo, a protensão se faz pelo estiramento (tracionamento) da armadura ativa (armadura de protensão) dentro do regime elástico, antes que haja a aderência entre o concreto e a armadura ativa. Terminado o estiramento o concreto é lançado para envolver a armadura de protensão e dar a forma desejada à peça. Decorridas algumas horas ou dias, tendo o concreto a resistência mínima necessária, o esforço que estirou a armadura é gradativamente diminuído, o que faz com que a armadura aplique esforços de compressão ao concreto ao tentar voltar ao seu estado inicial de deformação zero. Esse sistema de protensão é geralmente utilizado na produção intensiva de grande quantidade de peças nas fábricas. A Figura 14 ilustra a fabricação de apenas duas peças (dormente ferroviário) com o sistema de pré-tensão com intuito de pesquisa.

Um outro sistema de protensão é a pós-tensão, onde a força de protensão é aplicada após a peça estar concretada e com o concreto com resistência suficiente para receber a força de protensão. Esse sistema é utilizado na produção limitada de peças nas fábricas, em vigas de pontes, em lajes de pavimento com cordoalha engraxada e diversas outras estruturas protendidas. A Figura 15 ilustra a fabricação de apenas duas peças (dormente ferroviário) com o sistema de pós-tensão.

O concreto protendido será estudado em profundidade na disciplina 1354 - Concreto Protendido.

Segundo SILVA (2003), “A fissuração nos elementos estruturais de concreto armado é causada pela baixa resistência à tração do concreto. Apesar de indesejável, o fenômeno da fissuração é natural (dentro de certos limites) no concreto armado. O controle da fissuração é importante para a segurança estrutural em serviço, condições de funcionalidade e estética (aparência), desempenho (durabilidade, impermeabilidade, etc.). Deve-se garantir, no projeto, que as fissuras que venham a ocorrer apresentem aberturas menores do que os limites estabelecidos considerados nocivos.

Pequenas aberturas de fissuras, mesmo sem colocar em risco a durabilidade da estrutura, podem provocar alarme nos usuários leigos pelo efeito psicológico. Assim, a abertura máxima das fissuras, sem prejudicar a estética ou causar preocupação nos usuários depende da posição, profundidade, finalidade da estrutura, distância do observador, etc.” 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 aparecem fissuras na superfície do tirante. Porém, se o carregamento for aumentado e a tensão de tração atuante igualar a resistência do concreto à tração, surge neste instante a primeira fissura. Quando o concreto fissura ele passa a não resistir mais às tensões de tração, vindo daí a necessidade de uma armadura resistente. Com o aumento do carregamento e das tensões de tração, novas fissuras vão surgindo, e aquelas existentes vão aumentando a abertura. Analogia semelhante pode ser feita com a região tracionada de uma viga fletida.

Eliminar completamente as fissuras seria antieconômico, pois teria-se que aplicar tensões de tração muito baixas na peça e na armadura. Isso leva a que o concreto armado deve conviver com as fissuras, que não serão eliminadas e sim diminuídas a valores de abertura aceitáveis (geralmente até 0,3 mm) em função do ambiente em que a peça estiver, 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), imposto pela NBR 6118/03 a fim de evitar fissuração excessiva no concreto. Pode-se imaginar um tirante com 1 m de comprimento tendo dez fissuras com abertura de 1 mm, distribuídas ao longo do seu comprimento (Figura 16).

O concreto, aderido e adjacente às barras da armadura, fissura, porque não tem capacidade de alongar-se de 10 ‰ sem fissurar, de modo que as tensões de tração têm que ser totalmente absorvidas pela armadura. Segundo LEONHARDT & 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 à retração do concreto, que pode ser significativamente diminuída por uma cura cuidadosa nos primeiros dez dias de idade do concreto, e com a utilização de armadura suplementar (armadura de pele), como será estudado adiante. A Figura 17 ilustra peças de concreto protendido já rompidas e fissuradas.

A cal hidráulica e o cimento pozolânico (de origem vulcânica) já eram conhecidos pelos romanos como aglomerante. O cimento Portland, tal como hoje conhecido, foi descoberto na Inglaterra por volta do ano de 1824, e 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, com o primeiro objeto do material registrado pela História sendo um barco, do francês Lambot, o qual foi 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). Os alemães estabeleceram a teoria mais completa do novo material, toda ela 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).

A primeira teoria realista ou 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 conseqüentemente 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 constroi 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 - Alemanha; 1906 - França; 1909 - 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.

O concreto armado é um material que vem sendo largamente usado 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: desde que dosado e executado de forma correta;

g) Resistência a choques e vibrações: os problemas de fadiga são menores.

Por outro lado, o concreto armado também apresenta desvantagens, sendo as principais as seguintes:

a) Peso próprio elevado, relativamente à resistência:

b) Reformas e adaptações são de difícil execução;

c) Fissuração (existe, ocorre e deve ser controlada);

d) Transmite calor e som.

A principal norma para o projeto de estruturas de concreto armado e protendido é a NBR 6118/2003 - Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. Outras normas que regulamentam o projeto e a execução de obras de concreto são:

• NBR 6120/80 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento;
• NBR 6122/96 - Projeto e execução de fundações – Procedimento;
• NBR 6123/87 - Forças devido ao vento em edificações - Procedimento;
• NBR 6349/91 - Fios, barras e cordoalhas de aço para armaduras de protensão - Ensaio de tração – Método de ensaio;
• NBR 7187/03 - Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido - Procedimento;
• NBR 7188/84 - Cargas móveis em ponte rodoviária e passarela de pedestre;
• NBR 7189/85 - Cargas móveis para projeto estrutural em obras ferroviárias; 
• NBR 7191/82 - Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado;
• NBR 7477/82 - Determinação do coeficiente de conformação superficial de barras e fios de aço destinados a armaduras de concreto armado - Método de ensaio;
• NBR 7480/96 - Barras e fios destinados a amaduras de concreto armado – Especificação;
• NBR 7481/90 - Tela de aço soldada – Armadura para concreto – Especificação;
• NBR 8522/84 - Concreto - Determinação do módulo de deformação estática e diagrama - Tensão-deformação - Método de ensaio;
• NBR 8548/84 - Barras de aço destinadas a armaduras para concreto armado com emenda mecânica ou por solda - Determinação da resistência à tração - Método de ensaio;
• NBR 8681/84 - Ações e segurança nas estruturas – Procedimento;
• NBR 8953/92 - Concreto para fins estruturais - Classificação por grupos de resistência – Classificação;
• NBR 8965/85 - Barras de aço CA 42S com características de soldabilidade destinadas a armaduras para concreto armado – Especificação;
• NBR 9062/85 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado – Procedimento;
• NBR 11919/78 - Verificação de emendas metálicas de barras de concreto armado – Método de ensaio;
• NBR 12142/92 - Concreto - Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos - Método de ensaio;
• NBR 14432/00 - Exigências de resistência ao fogo de elementos construtivos de edificações – Procedimento.

A NBR 6118/03 indica uma série de notações para as estruturas de concreto. Apenas as principais notações são apresentadas na seqüência. A simbologia completa deve ser consultada na própria norma.

a - Distância ou dimensão, deslocamento máximo (flecha);

b – Largura de um retângulo;

bw - Largura da alma de uma viga;

c - Cobrimento da armadura em relação à face do elemento;

d - Altura útil, dimensão ou distância;

f – Resistência;

h – Dimensão, altura;

k – Coeficiente;

l - Altura total da estrutura ou de um lance de pilar, comprimento, vão;

r - Raio de curvatura interno do gancho, rigidez;

s - Espaçamento das barras da armadura;

u – Perímetro;

w - Abertura de fissura;

x - Altura da linha neutra;

z - Braço de alavanca, distância.

Ac - Área da seção transversal de concreto;

As - Área da seção transversal da armadura longitudinal de tração;

A´s - Área da seção da armadura longitudinal de compressão;

D – diâmetro dos pinos de dobramento das barras de aço;

E - Módulo de elasticidade;

(EI) – Rigidez;

F – Força;

G - Ações permanentes;

Gc - Módulo de elasticidade transversal do concreto;

H – Altura;

Ic - Momento de inércia da seção de concreto;

M - Momento fletor;

M1d - Momento fletor de 1ª ordem de cálculo;

M2d - Momento fletor de 2ª ordem de cálculo;

MRd - Momento fletor resistente de cálculo;

MSd - Momento fletor solicitante de cálculo;

Nd - Força normal de cálculo;

NRd - Força normal resistente de cálculo;

NSd - Força normal solicitante de cálculo;

Q - Ações variáveis;

R - Reação de apoio;

Rd - Esforço resistente de cálculo;

Sd - Esforço solicitante de cálculo;

T – Temperatura, momento torçor;

TRd - Momento torçor resistente de cálculo;

TSd - Momento torçor solicitante de cálculo;

Vd - Força cortante de cálculo.

γc - Coeficiente de ponderação da resistência do concreto;

γf - Coeficiente de ponderação das ações;

γm - Coeficiente de ponderação das resistências;

γs - Coeficiente de ponderação da resistência do aço;

ε – Deformação;

εc - Deformação específica do concreto;

εs - Deformação específica do aço da armadura passiva;

λ - Coeficiente para cálculo de comprimento de ancoragem, índice de esbeltez;

ρ - Taxa geométrica de armadura longitudinal de tração;

ρmín - Taxa geométrica mínima de armadura longitudinal de vigas e pilares;

σc - Tensão à compressão no concreto;

σct - Tensão à tração no concreto;

σRd - Tensões normais resistentes de cálculo;

σs - Tensão normal no aço de armadura passiva;

σSd - Tensões normais solicitantes de cálculo;

τRd - Tensões de cisalhamento resistentes de cálculo;

τSd - Tensão de cisalhamento de cálculo usando o contorno adequado ao fenômeno analisado;

τTd - Tensão de cisalhamento de cálculo, por torção;

τwd - Tensão de cisalhamento de cálculo, por força cortante;

φ - Diâmetro das barras da armadura;

φl - Diâmetro das barras de armadura longitudinal de peça estrutural;

φn - Diâmetro equivalente de um feixe de barras;

φt - Diâmetro das barras de armadura transversal;

φvibr - Diâmetro da agulha do vibrador;

φ - Coeficiente de fluência.

c – concreto;

d - valor de cálculo;

ef – efetivo;

eq – equivalente;

fic – fictícia;

g - ações permanentes;

h – horizontal;

inf – inferior;

j - idade (referente à cura do concreto);

k - valor característico;

m – média;

máx – máximo;

mín – mínimo;

nec – necessário;

nom – nominal;

q - ações variáveis;

s - aço de armadura passiva;

sec – secante;

ser – serviço;

sup – superior;

t – tração, transversal;

tot – total;

u – último, de ruptura;

v – vertical, viga;

vão – vão;

vig – viga;

w – alma, transversal;

y - escoamento do aço;

R – resistências;

S – solicitações.

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

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:

a) 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.

b) 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.

c) 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.

Nas construções de concreto armado, sejam elas de pequeno ou de grande porte, três elementos estruturais são bastante comuns: as lajes, as vigas e os pilares. Por isso, esses são os elementos estruturais mais importantes. Outros elementos, que podem não ocorrer em todas as construções, são: blocos e sapatas de fundação, estacas, tubulões, consolos, vigas-parede, tirantes, etc. Uma noção geral das características de alguns dos elementos de concreto armado é apresentada a seguir. Há uma infinidade de outros elementos estruturais, que embora não estejam aqui descritos, serão estudados ao longo das disciplinas na área de concreto armado. Entre eles podem ser citados: viga-parede, consolo, dente gerber, tirante, viga alavanca e elementos compostos, como escadas, reservatórios, muros de arrimo, etc.

As lajes são os elementos planos que se destinam a receber a maior parte das ações aplicadas numa construção, 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: distribuídas na área (peso próprio, revestimento de piso, etc.), distribuídas linearmente (paredes) ou forças concentradas (pilar apoiado sobre a 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 maciças de concreto, com espessuras que normalmente variam de 7 cm a 15 cm, 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.

Alguns dos tipos mais comuns de lajes são: maciça apoiada nas bordas, nervurada, lisa e cogumelo. Laje maciça é um termo que se usa para as lajes sem vazios apoiadas em vigas nas bordas, como as lajes 1 e 2 da figura. As lajes lisa e cogumelo também não têm vazios, porém, tem outra definição. “Lajes cogumelo são lajes apoiadas diretamente em pilares com capitéis, enquanto lajes lisas são as apoiadas nos pilares sem capitéis” (NBR 6118/03, item 14.7.8). As lajes lisa e cogumelo também são chamadas pela norma como lajes sem vigas

. Elas 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 de até 20 pavimentos. Apresentam como vantagens custos menores e maior rapidez de construção. No entanto, são suscetíveis a maiores deformações (flechas).

“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.

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”.

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.

Os blocos de fundação são utilizados para receber as ações dos pilares e transmití-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.

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. São comuns em construções de pequeno porte onde o solo tem boa capacidade de suporte de carga a baixas profundidades.