Concreto Armado - Aderencia e Ancoragem da Armadura Longitudinal

CONCRETO ARMADO II ADERÊNCIA ENTRE O CONCRETO E O AÇO ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL Curso Engenharia Civil Docente Leonardo Medeiros da Costa Campus I João PessoaPB 2025 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL Somos quem podemos ser sonhos que podemos ter H Gessinger Ancoragem Ancoragem é o termo utilizado para indicar a fixação de uma barra ao concreto de modo que a força que nela atua seja transferida em sua extremidade para o concreto Devese proceder o detalhamento da armadura longitudinal de tração de vigas ou até que posição do vão as barras devem se estender e também a ancoragem de barras nos apoios intermediários e extremos O objetivo final do detalhamento é usar as barras de aço com o menor comprimento possível não deixando de atender a todas as conduções de segurança do ELU ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Em certas situações é preferível empregar as barras em toda a extensão da viga do que cortar algumas delas poucos centímetros mais curta do que o comprimento total do elemento Entre diversos procedimentos possíveis para detalhar a armadura longitudinal de forma segura e econômica o mais indicado e usual é o gráfico em um processo chamado de decalagem será abordado posteriormente Ele pode ser desenvolvido de maneiras simples ou complexa dependendo de cada situação ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Aderência entre o concreto e o aço Aderência bond em inglês é a propriedade que impede que haja escorregamento de uma barra em relação ao concreto que a envolve Uma ótima aderência entre a armadura de aço e o concreto é de fundamental importância para a existência do Concreto Armado O fenômeno da aderência envolve dois aspectos o mecanismo de transferência de força da barra de aço para o concreto que a envolve e a capacidade do concreto resistir às tensões oriundas dessa força A transferência de força é possibilitada por ações químicas adesão por atrito e por ações mecânicas e pode ser estudada considerando diferentes estágios dependentes da intensidade da força da textura da superfície da barra de aço e da qualidade do concreto Existe uma classificação da aderência em três parcelas por adesão por atrito e mecânica meramente esquemática pois não é possível determinar precisamente a contribuição de cada uma delas individualmente ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Aderência por adesão Após o lançamento do concreto fresco sobre uma chapa de aço Figura 1 durante o endurecimento do concreto ocorrem ligações físicoquímicas com a chapa de aço na interface que faz surgir uma resistência de adesão indicada pela força Rb1 que se opõe à separação dos dois materiais A contribuição da adesão à aderência é pequena Figura 2 mostra a força Va devida à aderência entre o concreto e uma barra nervurada ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Aderência por atrito Ao se aplicar uma força que tende a arrancar uma barra de aço inserida no concreto verificase que a força de arrancamento Rb2 é muito superior à força Rb1 relativa à aderência por adesão Considerase que a superioridade da força Rb2 sobre a força Rb1 é devida às tensões de cisalhamento τb que originam forças de atrito que opõemse ao deslocamento relativo entre a barra de aço e o concreto Existe portanto uma contribuição do atrito à aderência ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Aderência mecânica A aderência mecânica é aquela proporcionada pelas saliências também chamadas nervuras ou mossas existentes na superfície das barras de aço de alta aderência e às irregularidades da laminação no caso das barras lisas As saliências criam pontos de apoio no concreto que causam uma resistência ao escorregamento relativo entre a barra e o concreto A aderência mecânica é a parcela mais importante e de maior intensidade da aderência total ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ensaio de arrancamento As tensões de tração produzem no concreto o esforço denominado fendilhamento que pode alcançar o valor de 025 da força Rs e que pode dar origem às chamadas fissuras de fendilhamento Como afirma FUSCO 2000 o importante na ancoragem de barras tracionadas é garantir a manutenção da integridade das bielas diagonais comprimidas e assegurar que os esforços transversais de tração possam ser adequadamente resistidos ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Mecanismo de aderência ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Situações de boa e má aderência Ensaios experimentais realizados mostraram que a resistência de aderência de barras de aço posicionadas na direção vertical é significativamente maior que a resistência de aderência de barras posicionadas na horizontal Para as barras horizontais a distância ao fundo ou ao topo da fôrma superfície de concreto determina a qualidade da aderência entre o concreto e a barra de aço Assim ocorre porque durante o adensamento e o endurecimento do concreto a sedimentação do cimento e principalmente o fenômeno da exsudação tornam o concreto da camada superior mais poroso podendo diminuir a aderência à metade daquela das barras verticais ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Situações de boa e má aderência A NBR 6118 define as situações chamadas boa e má aderência Consideramse em boa situação quanto à aderência os trechos das barras que estejam em uma das posições seguintes a com inclinação maior que 45º sobre a horizontal b horizontais ou com inclinação menor que 45º sobre a horizontal desde que para elementos estruturais com h 60 cm localizados no máximo 30 cm acima da face inferior do elemento ou da junta de concretagem mais próxima para elementos estruturais com h 60 cm localizados no mínimo 30 cm abaixo da face superior do elemento ou da junta de concretagem mais próxima ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Situações de boa e má aderência ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Resistência de aderência A determinação da resistência de aderência fbd entre o concreto e a armadura é importante e necessária ao cálculo do comprimento de ancoragem e do comprimento de emenda das barras da armadura O que influencia a resistência tensão de aderência A resistência de aderência depende da resistência do concreto da rugosidade da superfície da barra de aço da posição da barra na massa de concreto situação de aderência e do diâmetro da barra As nervuras saliências na superfície da barra aumentam significativamente a resistência de aderência ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Resistência de aderência Embora a distribuição da tensão de aderência sobre o comprimento de ancoragem seja não linear para aplicações práticas e de projeto considerase seguro considerar uma tensão média de valor constante ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Resistência de aderência De acordo com a NBR 6118 a resistência de aderência de cálculo entre a armadura e o concreto na ancoragem de armaduras passivas deve ser obtida pela seguinte expressão 𝑓𝑏𝑑 𝜂1 𝜂2 𝜂3 𝑓ctd onde 𝑓ctd resistência de cálculo do concreto à tração direta 𝜂1 parâmetro que considera a rugosidade da barra de aço 𝜂1 225 Aço CA50 e 10 Aço CA25 e CA60 𝜂2 parâmetro que considera a posição da barra na peça 𝜂2 10 para situações de boa aderência 𝜂2 07 para situações de má aderência 𝜂3 parâmetro que considera o diâmetro da barra 𝜂3 10 para φ 32 mm 𝜂3 132 φ100 para φ 32 mm com φ diâmetro da barra em mm ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ancoragem de armadura passiva por aderência Define a NBR 6118 item 941 que Todas as barras das armaduras devem ser ancoradas de forma que as forças a que estejam submetidas sejam integralmente transmitidas ao concreto seja por meio de aderência ou de dispositivos mecânicos ou por combinação de ambos A ancoragem por aderência da força na barra pode ser por meio de um comprimento reto ou com grande raio de curvatura seguido ou não de gancho Comprimento de ancoragem básico e necessário O comprimento de ancoragem básico de uma barra reta é definido como o comprimento reto de uma barra de armadura passiva necessário para ancorar a forçalimite Rst As fyd nessa barra admitindose ao longo desse comprimento resistência de aderência uniforme e igual a fbd O comprimento de ancoragem de uma barra de aço depende da qualidade e da resistência do concreto da posição e inclinação da barra na peça da força de tração na barra e da conformação superficial da barra saliências entalhes nervuras etc ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ancoragem de armadura passiva por aderência A força na barra Rst As fyd é equilibrada pela força resultante das tensões de aderência aplicadas ao concreto na superfície da barra 𝑅𝑏𝑑 𝑓bd 𝑢 𝑙b com u 𝜋 𝜙 e 𝐴s Τ 𝜋 𝜙2 4 então 𝑙b 𝜙 4 𝑓yd 𝑓bd 25 𝜙 ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ancoragem de armadura passiva por aderência A norma define o comprimento de ancoragem necessário lbnec que leva em consideração a existência ou não de gancho e a relação entre a armadura calculada Ascalc e a armadura efetivamente disposta Asef cujo valor é 𝑙bnec 𝛼 𝑙𝑏 𝐴scalc 𝐴sef 𝑙bmin ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS onde α 10 para barras sem gancho α 07 para barras tracionadas com gancho com cobrimento no plano normal ao do gancho 3φ α 07 quando houver barras transversais soldadas α 05 quando houver barras transversais soldadas e gancho com cobrimento no plano normal ao do gancho 3φ Ascalc área da armadura calculada Asef área da armadura efetiva Ancoragem de armadura passiva por aderência O comprimento de ancoragem deve atender ao comprimento de ancoragem mínimo 𝑙bmin ቐ 03 𝑙𝑏 10 𝜙 100 𝑚𝑚 As barras tracionadas podem ser ancoradas ao longo de um comprimento retilíneo ou com grande raio de curvatura em sua extremidade de acordo com as condições a seguir a obrigatoriamente com gancho para barras lisas b sem gancho nas que tenham alternância de solicitação de tração e compressão c com ou sem gancho nos demais casos não sendo recomendado o gancho para barras de φ32 mm ou para feixes de barras As barras comprimidas devem ser ancoradas sem ganchos ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ganchos das armaduras de tração Os ganchos das extremidades das barras da armadura longitudinal de tração podem ser a semicirculares com ponta reta de comprimento não inferior a 2 φ b em ângulo de 45º interno com ponta reta de comprimento não inferior a 4 φ c em ângulo reto com ponta reta de comprimento não inferior a 8 φ Para as barras lisas os ganchos devem ser semicirculares O diâmetro interno da curvatura dos ganchos das armaduras longitudinais de tração deve ser pelo menos igual ao estabelecido na Tabela 91 ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ancoragem de estribos Os ganchos dos estribos podem ser a semicirculares ou em ângulo de 135º com orientação para o interior do elemento estrutural com ponta reta de comprimento igual a 5φt porém não inferior a 5 cm b em ângulo reto com ponta reta de comprimento maior ou igual a 10 φt porém não inferior a 7 cm este tipo de gancho não pode ser utilizado para barras e fios lisos Os ganchos dos estribos devem preferencialmente ser executados em ângulo de 135º com orientação para o interior do elemento estrutural conforme a Figura 92 ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Ancoragem de estribos ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Tipos de emendas das barras por traspasse por luvas com preenchimento metálico rosqueadas ou prensadas por solda por outros dispositivos devidamente justificados ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Tipos de emendas das barras por traspasse Esse tipo de emenda não é permitido para barras de bitola maior que 32 mm Cuidados especiais devem ser tomados na ancoragem e na armadura de costura dos tirantes e pendurais elementos estruturais lineares de seção inteiramente tracionada A transferência de força de uma barra para outra é se dá através de bielas comprimidas inclinadas A distância entre as barras emendadas deve ser 4φ respeitando o comprimento de traspasse l0t ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Tipos de emendas das barras por traspasse Comprimento de traspasse Quando a distância livre entre barras emendadas estiver compreendida entre 0 e 4φ o comprimento do trecho de traspasse para barras tracionadas deve ser 𝑙0t 𝛼0t 𝑙bnec 𝑙0tmin ቐ 03 𝛼0t 𝑙b 15ϕ 200 𝑚𝑚 𝛼0t é o coeficiente função da porcentagem de barras emendadas na mesma seção conforme Tabela 94 ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Tipos de emendas das barras por traspasse Consideramse como na mesma seção transversal as emendas que se superpõem ou cujas extremidades mais próximas estejam afastadas de menos que 20 do comprimento do trecho de traspasse A proporção máxima de barras tracionadas da armadura principal emendadas por traspasse na mesma seção transversal do elemento estrutural deve ser a indicada na Tabela 93 ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS Exemplo 1 Calcular o comprimento de ancoragem reto básico lb para uma barra de 125 mm aço CA50 e concreto C20 considerando situação de boa aderência ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS O comprimento total gasto para as barras com e sem gancho é praticamente o mesmo Colocar ganho quando não houver distância disponível Detalhe de armação Para que possa ser confeccionada por um armador é preciso identificar a barra e informar suas dimensões as quais permitam sua fabricação Cada barra será designada por uma denominação genérica a saber x NnΦD C onde x é o número de barras n é o número que identifica a posição da barra D é o diâmetro da barra em mm C é o comprimento total da barra em cm Por exemplo 3 N5Φ10 525 3 barras na posição 5 com diâmetro de 10 mm e comprimento total de 525 cm ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS 160 3 N2 Φ 10 C180 2 N1 Φ 63 C460 190 3 N3 Φ 10 C205 Corte A 3 Φ 10 5x2 Φ 63 3 Φ 16 1775 35 N6 Φ 5 C174 35 Φ 5 C20 N6 687 costela 725 2x5 N7 Φ 63 C725 1 N5 Φ 16 C465 750 2 N4 Φ 16 C800 P92 P82 P92A 19 25 20 15 25 63 69 11 101 Exemplo 2 Detalhar uma barra de aço CA50 diâmetro de 125 mm de modo que ela se estenda sobre todo o comprimento de uma viga em sua parte inferior utilizando ganchos semicirculares 180º nas duas extremidades A distância entre as faces externas da viga é de 800 cm e o cobrimento é de 3 cm ANCORAGEM DA ARMADURA LONGITUDINAL DE VIGAS CONSIDERAÇÕES FINAIS Dúvidas NBR 8681 ABNT 2003 Ação e segurança nas estruturas NBR 6118 ABNT 2023 Versão 2024 Projeto de estruturas de concreto NBR 6120 ABNT 2019 Ações para o cálculo de estruturas de edificações NBR 6123 ABNT 2023 Forças devidas ao vento em edificações ARAÚJO JM Curso de concreto armado Vol 1 a 4 CARVALHO R C FILHO J R F Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado PAULO BASTOS Estruturas de concreto I Unesp Notas de aula PINHEIRO LIBÂNIO Fundamentos do concreto e projeto de edifícios CARINI M Notas de aula Udemy 2023 REFERÊNCIAS