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Análise de Uma Estrutura de Concreto Armado e seus Esforços em uma Edificação Residencial.
Aluno: Arquiteto e Urbanista Cristiano Ozório Cruz
Orientador: Professor DSc. Li Chong Lee Bacelar de Castro
Instituto de Ensino Superior Planalto – IESPLAN
Trabalho de Conclusão de Curso de Pós-graduação em Projeto Estrutural de Edifícios em
Concreto Armado e Protendido – PEECAP
Capítulo 1 - “GENERALIDADES” RESUMO
Neste trabalho será realizada uma breve alusão do concreto armado e
analisaremos a estrutura de uma pequena casa feita em concreto armada, com ênfase em
observando que em suas diferentes partes podem sofrer esforços (tração, compressão,
flexão, cisalhamento e torção) de vários tipos e várias intensidades e para resistir a estes
esforços as partes da estrutura devem ter formas e dimensões diferentes. Este trabalho
tem como objetivo abordar um linguagem fácil para que possa servir de parâmetros para
futuros estudos sobre concreto armado e seus esforços.
1 – INTRODUÇÃO
Chamamos de concreto armado à estrutura de concreto que possui em seu interior
armações feitas de barras de aço. Essas armações são necessárias para atender as
deficiências do concreto em resistir a esforços de tração (seu forte é a resistência de
esforços de compressão) e são indispensáveis na execução de peças como vigas, pilares
e lajes como por exemplo.
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______________________________________________________________________ Atualmente o concreto armado e o segundo material mais usado no mundo
perdendo apenas para a água. Hoje em dia e difícil imaginar construções de grande porte
sem o uso das estruturas em concreto armado. Em qualquer lugar que estejamos e fácil
estruturas de concreto armado de vários tipos e fins.
O concreto armado está presente em quase todo tipo de construção, como em
nossas casas de alvenaria, em rodovias, em pontes, nos edifícios mais altos do mundo,
em torres de resfriamento, em usinas hidrelétricas e nucleares, em obras de saneamento,
até em plataformas de extração petrolífera móveis.
Hoje sabe-se que a alcalinidade do cimento hidratado protege o aço contra a
corrosão, que a aderência do aço e do concreto é boa (melhor ainda nas barras com
nervuras) e que o concreto e o aço têm o mesmo coeficiente de dilatação (e de contração)
térmica. Em 1902 foi erguido o primeiro prédio comercial de grande altura (64 metros),
o Ingalls Building em Ohio, Estados Unidos. A construção gerou polêmica na época, devido
aos comentários de que o edifício poderia não resistir às ações do vento e à retração do
concreto.
2 – CONCRETO ARMADO - DEFINIÇÃO
Concreto Armado é um material de construção resultante da união do concreto
simples e de barras de aço, envolvidas pelo concreto, com perfeita aderência entre os dois
materiais, de tal maneira que resistam ambos solidariamente aos esforços a que forem
submetidos. Para a composição do concreto armado, pode-se indicar esquematicamente:
1) cimento + água = pasta
2) pasta + agregado miúdo = argamassa
3) argamassa + agregado graúdo = concreto
4) concreto + armadura de aço = concreto armado. Nesse item pode-se fazer uma
nova subdivisão em função da forma de trabalho da armadura:
4.1 - concreto + armadura passiva = concreto armado
4.2 - concreto + armadura ativa = concreto protendido; neste caso a armadura (ou a
cordoalha) é preliminarmente submetida a esforços de tração visando melhorar o
desempenho estrutural da peça a ser concretada. Deve-se destacar a possibilidade de
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______________________________________________________________________ utilização da “argamassa armada” (algumas vezes também chamada de “microconcreto”)
que tem a mesma origem do concreto armado só com a ausência do agregado graúdo.
Normalmente, como armação, são utilizadas as tradicionais telas soldadas. Os elementos
de argamassa armada são caracterizados pela pequena espessura - da ordem de 20 mm
em média
Atualmente, está sendo cada vez mais empregado nas estruturas o “Concreto de
Alto Desempenho” - CAD. É um concreto obtido com um aditivo superfluidificante e com a
adição de sílica ativa. O CAD é um concreto com propriedades superiores às do concreto
tradicional, sobretudo quanto à durabilidade e à resistência. Ele é mais resistente, menos
poroso, mais impermeável, mais resistente à ambientes agressivos, apresentando maior
proteção para as armaduras e possui maior durabilidade. Enquanto as resistências
características (fck) dos concretos tradicionais normalmente não ultrapassam 21 MPa, com
o CAD é possível se atingir resistências superiores a 100 MPa.
Outra alternativa existente é a possibilidade de se adicionar às misturas de
argamassas e de concretos determinadas fibras sintéticas, de materiais poliméricos
(propileno), vidro (com restrições), poliéster ou náilon, fibras de aço e carbono. Estas fibras
melhoram o comportamento dos elementos com elas fabricados, trazendo vários
benefícios técnicos como: redução da retração plástica, aumento das resistências ao
impacto, à abrasão, ao fogo e à penetração de substâncias químicas e da água.
Entretanto, não possuem função estrutural e não devem substituir as armaduras
convencionais.
3 – RELAÇÃO CONCRETO / AÇO
Em uma estrutura de concreto armado, o aço tem como função básica resistir aos
esforços de tração. Isso ocorre pois o concreto não possui resistência à tração suficiente
para absorver os esforços solicitantes de uma edificação. Nessa lógica, durante a
realização do cálculo estrutural, as regiões sujeitas aos esforços de tração devem ser
armadas. Por exemplo, no caso de lajes simplesmente apoiadas, sob a ação de cargas
verticais dirigidas de cima para baixo, a armadura deve ser colocada na face inferior da
laje. O trabalho solidário do concreto com o aço é possível graças ás compatibilidades
física e química que ocorrem entre os dois materiais:
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______________________________________________________________________ • Compatibilidade física - o aço e o concreto possuem deformações próximas durante
variações térmicas.
• Compatibilidade química - o aço não se corrói com o ambiente alcalino do concreto.
Além disso, para que o concreto e o aço trabalhe solidariamente, resistindo aos esforços a
que são submetidos, deve haver uma aderência entre os dois materiais. Essa aderência é
garantida através de ligação mecânica, propiciada pela rugosidade das barras de aço e
também pela introdução de mossas e saliências na superfície das barras.
Durante a execução, deve-se tomar o cuidado para que as armaduras sejam
totalmente cobertas pelo concreto, para evitar a corrosão do aço.(figura 1)
Figura 1
4 – VIABILIDADE DO CONCRETO ARMADO
O sucesso do concreto armado se deve, basicamente, a três fatores:
Aderência entre o concreto e a armadura
Na região tracionada, onde o concreto possui resistência praticamente nula, ele
sofre fissuração, tendendo a se deformar, o que graças à aderência, arrasta
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______________________________________________________________________ consigo as barras de aço forçando-as a trabalhar e consequentemente, a absorver
os esforços de tração.
Nas regiões comprimidas, uma parcela de compressão poderá ser absorvida pela
armadura, no caso do concreto, isoladamente, não ser capaz de absorver a
totalidade dos esforços de compressão.
Valores próximos dos coeficientes de dilatação térmica do concreto e da armadura
- concreto: (0,9 a 1,4) x 10-5 / 0C (mais freqüente 1,0 x 10-5 / 0C)
- aço: 1,2 x 10-5 / 0C
Esta diferença de valores é insignificante.
- adota-se para o concreto armado = 1,0 x 10-5 / 0C
Proteção das armaduras feita pelo concreto envolvente
O concreto exerce dupla proteção ao aço:
Proteção física: através do cobrimento das barras protegendo-as do meio exterior
Proteção química: em ambiente alcalino que se forma durante a pega do concreto,
surge uma camada quimicamente inibidora em torno da armadura.
O principal fator de sucesso é a aderência entre o concreto e a armadura. Desta
forma, as deformações nas armaduras serão as mesmas que as do concreto adjacente,
não existindo escorregamento entre um material e outro. É este simples fato de
deformações iguais entra a armadura e o concreto adjacente, associado à hipótese das
seções planas de Navier (as seções planas permanecem planas após a deformação), que
permite quase todo o desenvolvimento dos fundamentos do concreto armado.
A proximidade de valores entre os coeficientes de dilatação térmica do aço e do
concreto torna praticamente nulos os deslocamentos relativos entre a armadura e o
concreto envolvente, quando existe variação de temperatura. Este fato permite que se
adote para o concreto armado o mesmo coeficiente de dilatação térmica do concreto
simples.
Finalmente, o envolvimento das barras de aço por concreto evita a oxidação da
armadura fazendo com que o concreto armado não necessite cuidados especiais como
ocorre, por exemplo, em estruturas metálicas.
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5 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CONCRETO ARMADO
O concreto armado, assim como todo e qualquer outro material de construção,
apresenta vantagens e desvantagens em relação a sua aplicação, sendo as mais
significativas listadas a seguir:
5.1 - VANTAGENS
Como vantagens do concreto armado, são citadas:
- O concreto fresco é facilmente moldável, adaptando-se a qualquer tipo de forma,
permitindo grande variabilidade de formas e de concepções arquitetônicas;
- É próprio para concepção de estruturas monolíticas, ou seja, sem juntas, que, por
serem muitas vezes hiperestáticas, apresentam uma elevada reserva de capacidade
resistente e segurança, pois fazem com que todo o conjunto trabalhe quando a peça é
solicitada;
- Apresenta boa resistência à maioria dos tipos de solicitação, desde que seja feito
um correto dimensionamento e um adequado detalhamento das armaduras;
- É um material que, em comparação aos outros tipos de estruturas, apresenta boa
segurança contra o fogo, desde que a armadura seja convenientemente protegida pelo
cobrimento;
- Economia, devido principalmente à facilidade e à disponibilidade de obtenção de
seus principais materiais componentes (água, cimento e agregados), e a um custo
relativamente baixo;
- Baixo custo de mão-de-obra, pois em geral não exige profissionais com elevado
nível de qualificação;
- Seus processos construtivos são conhecidos e bem difundidos em quase todo o
país;
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______________________________________________________________________ - É um material durável e protege a armação contra a corrosão; - Os gastos de
manutenção são reduzidos, desde que a estrutura seja bem projetada e adequadamente
construída;
- O concreto é pouco permeável à água, quando executado em boas condições de
plasticidade, adensamento e cura;
- É resistente a choques e vibrações, efeitos térmicos, atmosféricos e a desgastes
mecânicos;
- É um material “ecologicamente correto”, não só por requerer, na sua produção, um
consumo relativamente baixo de energia, como também por ser um material que pode
reciclar grande quantidade de restos industriais;
5.2 – DESVANTAGENS
O concreto armado apresenta algumas restrições, que precisam ser analisadas mais
cuidadosamente, tomando-se as providências adequadas para atenuar suas
consequências. As principais são:
- Elevado peso próprio, da ordem de 25 kN/m³;
- Custo relativamente elevado das fôrmas para sua moldagem; - Dificuldade de reformas,
demolições e desmontes;
- Não apresenta um bom isolamento acústico nem térmico, o que pode ser corrigido com o
uso de materiais isolantes térmicos e acústicos, como o isopor e a cortiça;
6 - NORMAS TÉCNICAS
No Brasil o órgão responsável pelas atividades normativas é a ABNT - Associação
Brasileira de Normas Técnicas.
Há diversos tipos de normas técnicas: - Procedimento (NB) - Especificação (EB) -
Método de Ensaio (MB) - Padronização (PB) - Terminologia (TB) - Simbologia (SB) -
Classificação (CB).
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______________________________________________________________________ Quando uma norma qualquer dos tipos acima é registrada no INMETRO - Instituto
Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - recebe um número colocado
após a sigla NBR, que significa norma brasileira registrada.
As principais normas relacionadas com estruturas de concreto armado, além de
diversas outras, são:
- NB 1 NBR 6118 Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado
- NB 2 NBR 7187 Cálculo e Execução de Pontes de Concreto Armado
- NB 4 NBR 6119 Cálculo e Execução de Lajes Mistas
- NB 5 NBR 6120 Cargas Para o Cálculo de Estruturas de Edificações
- NB 6 NBR 7188 Cargas Móveis em Pontes Rodoviárias
- NB 7 NBR 7189 Cargas Móveis em Pontes Ferroviárias
- NB 8 NBR 5984 Norma Geral do Desenho Técnico
- NB 16 NBR 7191 Execução de Desenhos para Obras de Concreto Simples ou
Armado
- NB 49 Projeto e Execução de Obras de Concreto Simples
- NB 51 Projeto e Execução de Fundações
- NB 116 NBR 7197 Cálculo e Execução de Obras de Concreto Protendido
- NB 599 NBR 6123 Forças Devidas ao Vento em Edificações
- EB 1 NBR 5732 Cimento Portland Comum Outras Especificações para Cimentos
ver Capítulo2 (item 2.1.1)
- EB 3 NBR 7480 Barras e Fios de Aço Destinados a Armaduras para Concreto 6
Estruturas de Concreto Armado Eng. Civil Tarley Ferreira de Souza Junior Armado
- EB 4 NBR 7211 Agregados para Concreto
- NBR 722 Execução de Concreto Dosado em Central EB 565 Telas de Aço
Soldadas para Armaduras de Concreto
- EB 780 Fios de Aço para Concreto Protendido
- EB 781 Cordoalhas de Aço para Concreto Protendido
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______________________________________________________________________ - MB 1 NBR 7215 Ensaio de Cimento Portland
- MB 2 NBR 5738 Confecção e Cura de Corpos de Prova de Concreto Cilíndricos ou
Prismáticos
- MB 3 NBR 5739 Ensaio de Compressão de Corpos de Prova Cilíndricos de
Concreto
- MB 4 NBR 6152 Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração de Materiais
Metálicos
- MB 215 Determinação do Inchamento de Agregados Miúdos para Concreto
- MB 256 Consistência do Concreto pelo Abatimento do Tronco de Cone
- NBR 7187 Cálculo e Execução de Ponte em Concreto Armado NBR 7212
Execução de Concreto Dosado em Central
- NBR 7807 Símbolo Gráfico para Projeto de Estruturas - Simbologia
- NBR 8681 Ações e Segurança nas Estruturas
- NBR 8953 Concreto para Fins Estruturais – Classificação por Grupos de
Resistência
- NBR 9062 Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-Moldado
- NBR 11173 Projeto e execução de Argamassas Armadas
- NBR 12317 Controle Tecnológico de Materiais Componentes do Concreto
- NBR 12654 Controle tecnológico dos Materiais Componentes do Concreto
- NBR 12655 Concreto – Preparo, Controle e Recebimento do Concreto
- * NBR 02:107.01-001 – Lajes Pré-Fabricadas
- *NBR 02:107.01-004 – Treliças de Aço Eletro-Soldadas para Armaduras de
Concreto
- * Normas ainda não homologadas pela ABNT
- Diversas outras normas poderiam ser listadas (ver relação em folhetos da ABNT)
Algumas entidades com trabalhos na área de concreto: • ABCP - Associação
Brasileira de Cimento Portland • IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto • IBTS –
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______________________________________________________________________ Instituto Brasileiro de Telas Soldadas Normas Estrangeiras: - ACI - American Concrete
Institute - CEB - Comité Européen du Beton.
Capítulo 2 - “GENERALIDADES”
7 – ANÁLIZE ESTRUTURAL E SEUS ESFORÇOS (TRAÇÃO, COMPRESSÃO,
FLEXÃO, CISALHAMENTO E DE UMAPEQUENA CASA FEITA EM CONCRETO ARMADO.
Ao analisarmos a estrutura de uma pequena casa, podemos reconhecer que as
suas diferentes partes sofrem esforços de diversos tipos e de várias intensidades e que,
para resistir a esses esforços, as partes da estruturas devem ter formas e dimensões
diferentes além de atender à economia.
7.1 TIPOS DE ESFORÇOS
Uma força pode ser aplicada num corpo de diferentes maneiras, originando
portanto, diversos tipos de solicitações, tais como: tração, compressão, cisalhamento,
flexão e torção.
Quando cada tipo se apresenta isoladamente, diz-se que a solicitação é SIMPLES.
No caso de dois ou mais tipos agirem conjuntamente a solicitação é COMPOSTA.
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Figura 2
TABELA 1
7.1.1 TRAÇÃO E COMPRESSÃO
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______________________________________________________________________ Tração - ocorre tração numa estrutura quando suas partes sofrem estiramentos ou
afastamento. Uma corda sofre tração quando é esticada.
Compressão - ocorre compressão numa estrutura quando suas partes sofrem
encurtamento, aproximação. Um pilar sofre compressão quando em trabalho. Figura
1,2,3,4.
Figura 3
As paredes e pilares sofrem compressão (Figura 4)
Tentativa de aproximação das partículas.
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Viga (exageradamento) deformada por flexão (Figura 5)
Ponta da Viga em balanço (Figura 6 )
7.1.2 - FLEXÃO
As cargas que atuam numa viga a fazem fletir (ou curvar), e assim deformar o seu
eixo em uma curva. Como, exemplo considere a viga engastada AB da Figura 1 submetida
a uma carga P em sua extremidade livre. Figura 5.
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(Figura 7)
Figura 5 - Flexão em uma viga engastada: (a) Viga com carregamento (b) Curva de
deflexão. (Gere, 2003).
Vigas consideradas no nosso estudo de flexão
1- Todas as forças aplicadas a uma viga serão consideradas sem a ocorrência de
choque ou impacto.
2- Todas as vigas serão consideradas estáveis sob a ação das forças aplicadas.
3- As vigas serão consideradas como simétricas em relação ao plano xy, ou seja, o
eixo y é um eixo de simetria da seção transversal.
4- Todas as cargas atuam no plano xy, consequentemente a deflexão da viga
ocorre neste mesmo plano, conhecido como plano de flexão.
A deflexão da viga em qualquer ponto ao longo de seu eixo é o deslocamento desse
ponto em relação à sua posição original, medida na direção de y.
7.1.3 - TORÇÃO
Dizem que um elemento de estrutura está submetido a um esforço de torção quando
sobre ele atuam forças que tendem a roda-lo ou a torce-lo. Figura 6 e 7
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Efeito de torção da viga 6 Esforço de Torção (Figura 9 )
Sobre a viga 01 (Figura 8 )
7.1.4 - CISALHAMENTO
Acontece cisalhamento quando existe uma tendência de cortar uma estrutura. A
ação de uma faca cortando um pedaço de queijo é o que chamamos de corte puro. Na
flexão de uma viga as lamelas (de existência teórica) sofrem a ação de tendência de
separação uma das outras, gerando efeito de “cisalhamento na flexão”.
FIGURA 10 – Viga sem armadura de cisalhamento que atingiu a ruptura no momento da primeira fissura inclinada
(Hanson, 1958).
FIGURA 11 – Viga sem armadura de cisalhamento que atingiu a ruptura após a ocorrência da primeira fissura
(Hanson, 1958).
8 – EFEITO DOS ESFORÇOS QUE TAMBÉM OCORREM NAS ESTRUTURA
8.1 – DEFORMAÇÃO
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______________________________________________________________________ Peças que se deformam, sem se romper, podem ser indesejáveis, como, por
exemplo, a flecha exagerada de uma laje (Figura 12, 13).
FIGURA 12
FIGURA 13
8.1.2 – CAUSAS DAS DEFORMAÇÕES NAS ESTRUTURAS
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______________________________________________________________________ As deformações geralmente tem origens física, ou seja, originadas dos próprios
materiais e peças estruturais durante as fases de execução ou utilização das obras, por
falhas humanas, por ações externas, acidentes inclusive.
Sendo assim, veremos a seguir como se classificam:
- Falhas humanas durante a construção da estrutura;
- Deficiência de concretagem;
- Inadequação de fôrmas e escoramentos;
- deficiências nas armaduras;
- Utilização incorreta de materiais de construção;
- Inexistência de controle de qualidade;
- Falhas humanas na fase de utilização;
- Causas naturais;
- Causas próprias à estrutura porosa do concreto;
- causas químicas;
- reações internas do concreto;
- Expansibilidade de certos constituintes do cimento;
- Presença de cloretos no concreto;
- Presença de sais e ácidos no concreto;
- Presença de anidrido carbônico;
- Presença de água;
- Elevação da temperatura internado concreto;
- Causas físicas;
- Causas biológicas;
- Causas extrínsecas;
- Falhas humanas durante a concepção (projeto) da estrutura;
- Modelização estrutural inadequada;
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______________________________________________________________________ - Má avaliação das cargas;
- Detalhamento errado ou insuficiente;
- Inadequação ao ambiente;
- Incorreção na interação (solo-estrutura);
- Incorreção na consideração de juntas de dilatação;
- Sobrecargas exageradas;
- Alteração das condições do terreno de fundação;
- Ações mecânicas;
- Recalque de fundações;
- Acidentes (ações imprevisíveis) ;
- Ações físicas;
- Ações químicas;
- Ar e gases;
- Águas agressivas;
- Águas Puras;
- Reações com ácidos e sais;
- Reações com sulfatos;
- Ações biológicas;
8.2 – VIBRAÇÃO
Peças sofrendo tração podem vibrar com certas peças de alumínio com a ação do
vento. Em instrumentos musicais, a vibração pode ser o objetivo, como as cordas de um
violão. Na construção civil se construirmos lajes muito pouca espessas, podem acontecer
vibrações com a passagem de pessoas ou cargas, uma solução é usar lajes mais
espessas ou diminuir o vão das lajes com o uso de vigas de rigidez.
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______________________________________________________________________ 8.3 – FLAMBAGEM
É um fenômeno que ocorre em peças esbeltas (peças onde a área de secção
transversal é pequena em relação ao seu comprimento), quando submetidas a um esforço
de compressão axial. A flambagem acontece quando a peça sofre flexão tranversalmente
devido à compressão axial. A flambagem é considerada uma instabilidade elástica, assim,
a peça pode perder sua estabilidade sem que o material já tenha atingido a sua tensão de
escoamento.
FIGURA 14
FIGURA 15
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Várias são as causas da ocorrência de flambagem abaixo citado algumas:
a) a instabilidade de forma a que fica sujeita a peça quando a carga compressiva atinge a
um determinado valor, próprio de cada peça. Essa e a causa mais importante e está
presente em todas as situações;
b) a falta de retilineidade perfeita do eixo da peça, no caso das peças que devem ser retas;
c) a existência de uma, pequena que seja, excentricidade na atuação da carga
compressiva;
d) a falta de homogeneidade perfeita do material de que se constitui a peça.
Compreende-se perfeitamente que qualquer das circunstâncias acima entre b , c, d,
possam isoladamente ou em conjunto, provocar a flexão da peça comprimida em maior ou
em menor grau; por mais que se procure eliminar, entretanto, as suas incidências, ainda
assim uma peça, perfeitamente reta e homogênea, submetida a uma carga compressiva
rigorosamente centrada continua sob a ameaça de flambagem quando essa carga atinge
certo valor critico, a partir do qual seu estado de equilíbrio se torna instável e será rompido
à menor perturbação, com o que a peça se encurvará e será levada rapidamente ao
colapso.
9 – CONCLUSÃO
Está comprovado que o concreto armado trouxe melhorias para todos os setores da
sociedade, como, por exemplo, na área social de habitação, no desenvolvimento urbano,
na educação, saúde, saneamento básico, lazer, conforto entre outras.
A aceitação veio devido a suas características, principalmente a elevada resistência
à tração. Apesar de possuir algumas desvantagens como já foi descrito neste trabalho,
posso concluir que com o aperfeiçoamento tecnológico, profissionais capacitados,
conhecimentos adquiridos e normatizações através de métodos de ensaios e não mais
empíricos, onde podemos dimensionar uma estrutura com segurança, economia, evitando
assim esforços que possam danifica-la, tendo assim uma estrutura estável e saudável.
10 – REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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______________________________________________________________________ BOTELHO, MANOEL HENRIQUE CAMPOS, Concreto Armado E te amo, Para Arquitetos
SOUZA, VICENTE CUSTÓDIO DE e RIPPER, THOMAZ, Patologia, Recuperação e
Reforço de Estruturas de Concreto Armado, São Paulo, Pini 1998.
CAMARA BRASILEIRA DA INDUSTRIA DA CONSTRUÇÃO, Desempenho de Edificações
Habitacionais, Guia orientativo para Atendimento à Norma ABNT NBR 15575/2013
Dec.ufcg.edu.br
faq.altoqi.com.br
lyceumonline.usf.edu.br
aquarius.ime.eb.br
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