Sobretudo, o diagrama de tensões do concreto, em uma seção transversal, sob a ação de cargas crescentes até a ruptura, passa por etapas, e denominam-se estádios do concreto.

Aliás, o conceito aplica-se também ao concreto protendido, porém o alvo aqui é somente o concreto armado.

Dito isso, as cargas são ortogonais ao eixo e provocam a curvatura de uma peça estrutural, por exemplo, uma viga ou uma laje.

Logo, elas geram esforços nas seções transversais, como momentos fletores, onde atuam isolados, e chama-se flexão pura, ou em conjunto, com os esforços cortantes, a famosa flexão simples.

Desse modo, gera-se uma distribuição de tensões e deformações nas seções transversais, e origina compressão em uma parte da seção e tração na outra, separadas pela linha neutra.

A propósito, entenda todas estas fases, pois é essencial para otimizar o uso dos materiais, como o concreto e o aço.

Sendo assim, projetam-se estruturas com segurança, economia e vida longa, bem como, previnem-se problemas potenciais.

Portanto, vamos aprender sobre os estádios do concreto armado sem complicações.

flexão-em-vigas-de-concreto-armado
Figura 1 – Viga Típica de Concreto Armado para Ensaios Experimentais.

Quais os Estádios do Concreto Armado?

Então, os estádios representam diferentes ciclos de tensão em um elemento de concreto armado, desde o início da aplicação da carga até atingir um Estado Limite Ùltimo, ou seja, o colapso.

Sendo assim, conforme os eventos ocorrem nessa trajetória, definem-se os estádios do concreto armado, tais como:

  • Estádio I: fase elástica;
  • Estádio II: fase de fissuração no concreto;
  • Estádio III; ruptura do aço e do concreto;

A propósito, durante a leitura do artigo, você encontra a sigla NBR-6118–2023, pois refere-se a norma brasileira. Agora, vamos examinar com mais detalhes cada um deles?

Estádio I do Concreto Armado;

Conforme o estádio I, o concreto permanece intacto, ou seja, sem fissuras, sob a ação de forças de tração e compressão, separadas pela linha neutra.

E também, existe uma relação linear entre tensão e deformação, em todos os pontos da seção transversal, e ainda na fase elástica em conjunto com o aço, Figura 2.

Estádio-I
Figura 2 – Estado de Tensões de uma Seção de Concreto Armado no Estádio I.

Onde;

  • σcc — tensão normal de compressão no concreto;
  • σct — tensão normal de tração no concreto;
  • εcc — deformação de compressão no concreto;
  • εct — deformação de tração no concreto;
  • d – altura útil da seção;
  • h – altura total da seção
  • M – momento fletor solicitante;

Por outro lado, no estádio I, verificam-se as deformações por flexão em serviço, em especial, as flechas, para elementos ainda não fissurados, como é o caso de alguns tipos de lajes.

Logo, calcula-se o momento de fissuração, pois representa o limite de passagem do estádio I para o estádio II, ou seja, o ponto onde ocorre a fissura de tração no concreto.

Dessa forma, uma peça de concreto armado sempre possui uma armadura mínima, para absorver possíveis tensões de tração oriundas deste momento, e assim, evitar o surgimento de fissuras.

Momento de Fissuração;

Sendo assim, obtém-se, o momento de fissuração (Mt), conforme NBR-6118–2023, Equação (1) abaixo:
Mt = (α. fct Ic) / yt (1)

Onde:

  • yt — distância do centro de gravidade até a área mais tracionada da seção.
  • Ic — momento de inércia da seção total de concreto;
  • fct — resistência à tração direta do concreto;

Entretanto, o fator de forma geométrica (α) na equação (1) é definido pela relação entre a resistência à tração na flexão e a resistência à tração direta, tem-se:

  • α=1.2, em caso de seções transversais em T ou duplo T;
  • α=1.3, para seções transversais em I ou T invertido;
  • α=1.5, para seções retangulares;

Por outro lado, o momento de inércia (Ic) de figuras geométricas tradicionais é obtido pelas formulações clássicas de Resistência dos Materiais, por exemplo, Figura 3.

momentos-de-inércia
Figura 3 – Momentos de Inércia de Seções Típicas de Concreto Armado.

Resistência a Tração do Concreto (fct);

Então, define-se a resistência à tração indireta (fct,sp) e na flexão (fct,f) por meio de testes experimentais, segundo normas específicas, e assim, obtém a resistência à tração direta, conforme NBR-6118–2023:
fct = 0.9 × fct,sp ou fct = 0.7 x fct,f;

Porém, como obter os valores de fct,sp e fct,f, sem os ensaios? Avalia-se um valor médio ou característico pelas seguintes equações de acordo com a norma:

  • Concreto com fck ≤ 50 MPa: fct,m = 0.3 x (fck)2/3;
  • Concreto com fck > 50 MPa: fct,m = 2.12 x ln[1 0.1x(fck+8)];

Onde:

  • fct,m e fck entram com unidades em MPa;

Em suma, essas expressões acima também valem para concreto com idade diferente de 28 dias, porém, com fckj ≥ 7 MPa, onde j é o número de dias.

Portanto, vale as seguintes condições para um elemento estrutural em concreto armado, compara-se o momento solicitante (M) com o Momento de Fissuração (Mt):

  • M<Mt: Estádio I;
  • M ≥ Mt: Estádio II;

Dito isso, vamos entrar no estádio II de forma apropriada.

Estádio II do Concreto Armado;

Então, no estádio II o concreto já fissurou na sua região tracionada, porém, ele está bem íntegro a compressão.

No entanto, o diagrama de tensões e deformações permanece linear na região comprimida, porém, a parte tracionada é desprezível para o concreto, daí a armadura de aço executa o seu papel, Figura 4.

Estádio-II
Figura 4 – Estado de Tensões de uma Seção de Concreto Armado no Estádio II.

Aliás, utiliza-se o estádio II para avaliar peças fissuradas em serviço, e assim, o concreto também colabora na região entre as fissuras. E Isso se refere à verificação dos limites de fissuras e deformações excessivas em lajes e vigas de concreto armado.

Desse modo, a carga continua a aumentar, as fissuras se propagam e se movem em direção à linha neutra da seção.

Agora, a linha neutra eleva-se e inicia o escoamento do aço com deformação (εyd), por exemplo:

  • Aço CA50: εyd=0.207%;
  • Aço CA60: εyd=0.448%;

Sendo assim, compara-se o momento solicitante (M) com o momento de escoamento (My), têm-se:

  • M<My: Estádio II;
  • M ≥ My:Estádio III;

Em resumo, o momento de escoamento é bem complexo de ser obtido, e até a NBR-6118–2023 é desprovida de formulações com esse intuito.

Porém, existem teorias envolvidas no assunto com equações na literatura acadêmica, e aplicação de modelos numéricos refinados, com o uso do método dos elementos finitos.

Estádio III do Concreto Armado;

Então, já no Estádio III, com o aumento crescente do carregamento, força-se o elemento estrutural de concreto armado a trabalhar já fissurado, com exceção de algumas regiões.

Sendo assim, a linha neutra e as fissuras deslocam-se com intensidade e reduzem a zona comprimida.

Logo, a distribuição de tensões encurvam-se e chega a um patamar constante, e adquire um formato parábola-retângulo, Figura 5.

Estádio-III
Figura 5 – Estado de Tensões de uma Seção de Concreto Armado no Estádio III.

No ponto final, considera-se que o aço atinge a deformação máxima de 1% e o concreto esmaga a 0.35%.

Desse modo, chega-se ao estado limite último (ELU) com o esmagamento do concreto e a ruptura do aço, e assim, chega-se ao momento de dimensionamento (Md).

Já o cálculo de Md é mais usual de ser feito, pois, os estados limites últimos são definidos na NBR-6118–2023, através dos domínios de deformação do concreto armado.

No final do artigo, acesse o link para um artigo completo sobre o assunto.

Em resumo, todas as etapas dos estádios do concreto armado costumam ser representados pelo diagrama Momento Fletor vs Curvatura, veja Figura 6.

estádios-do-concreto-armado
Figura 6 – Estádios do Concreto Armado.

Importância do Controle de Fissuração nos Estádios do Concreto Armado;

Para começar, o controle das fissuras em estruturas de concreto armado é um aspecto crítico, pois garante uma longevidade e integridade estrutural ao longo do tempo.

Entretanto, as fissuras são inevitáveis até certo ponto, devido à natureza do concreto, pois ele possui baixa resistência à tração.

Porém, a sua extensão e largura devem ser controladas com rigor, e assim, evitar problemas que possam comprometer a estrutura.

De certo, fissuras, em excesso, abrem caminho para a penetração de agentes agressivos, como água, cloretos, dióxido de carbono e outros contaminantes presentes no ambiente.

Dessa forma, a água e os cloretos penetram nas fissuras e alcançam as armaduras de aço, onde pode iniciar o processo de corrosão.

Dessa forma, a corrosão do aço expande o volume do material, aumenta a pressão interna no concreto e provoca o desprendimento de pedaços de concreto.

Portanto, reduz a capacidade de carga da estrutura e pode levar a falhas catastróficas.

Por outro lado, as fissuras visíveis também afetam a aparência estética da estrutura e assim, reduzem a confiança dos usuários na sua segurança.

Por exemplo, em algumas aplicações, como em reservatórios de água ou piscinas, a estanqueidade é crucial, e fissuras podem resultar em vazamentos significativos e deterioração.

Em vista disso, o controle da fissuração é uma parte essencial do projeto estrutural e manutenção das estruturas de concreto, pois preserva sua integridade ao longo de sua vida útil.

Tecnologias de Monitoramento e Diagnóstico de Fissuras;

Acima de tudo, monitorar e diagnosticar fissuras em estruturas de concreto armado são essenciais para segurança das construções durante seu ciclo de vida.

Desse modo, as tecnologias permitem a detecção precoce de fissuras e o controle contínuo da evolução dessas imperfeições, logo, propicia o uso de medidas corretivas, antes que se tornem críticas, tais como:

Sensores;

A propósito, sensores de fibra óptica podem ser embutidos no concreto durante a construção, pois eles são resistentes à corrosão e fornecem dados em tempo real.

Sendo assim, eles detectam variações mínimas nas deformações, através do monitoramento constante e preciso das tensões e deformações internas.

E também, sensores do tipo “Strain Gauge” medem a deformação em pontos específicos da estrutura.

Portanto, eles são úteis para monitorar áreas críticas onde se espera a formação de fissuras, e fornecem dados valiosos sobre a integridade estrutural ao longo do tempo.

Tecnologias de Imagem;

Por aqui, a termografia utiliza câmeras de infravermelho para detectar variações de temperatura na superfície do concreto.

Desse modo, as fissuras, em geral, alteram a distribuição de calor, e assim, possibilitam a detecção não invasiva de problemas estruturais.

Por outro lado, tomografia por Raios X e GPR (Ground Penetrating Radar) são técnicas usadas para visualizar a estrutura interna do concreto.

Logo, eles detectam fissuras ocultas, vazios ou áreas de segregação invisíveis na superfície.

Monitoramento Remoto e Sistemas de Alerta:

Já pela integração de sensores com sistemas do tipo Internet das Coisas, do inglês, Internet of things (IoT) permite o monitoramento remoto das estruturas.

Nesse meio tempo, dados coletados pelos sensores são transmitidos em tempo real, para uma central de monitoramento, onde algoritmos de análise de dados, identificam possíveis anomalias e acionam alertas automáticos.

Ainda mais, drones equipados com câmeras de alta resolução e sensores inspecionam grandes pontes e edifícios altos, de forma rápida e segura, e assim, robôs realizam inspeções detalhadas em áreas de difícil acesso.

Considerações Finais sobre Estádios do Concreto Armado;

Enfim, a compreensão dos estádios do concreto armado é fundamental para a engenharia estrutural, pois oferece uma visão detalhada do comportamento das estruturas sob diferentes níveis de carga.

Dessa forma, desde a fase inicial elástica no Estádio I, onde a relação tensão-deformação é linear, passa para o Estádio II, onde a formação de fissuras começa a alterar o comportamento da estrutura.

Já no Estádio III, o estado plástico do concreto armado é dominado pela deformação do aço além do limite de escoamento, até o esmagamento do concreto.

Logo, o engenheiro mantém as tensões, deformações dentro de limites seguros, para prolongar a durabilidade e funcionalidade do empreendimento a construir.

Clique aqui e acesse o artigo sobre os domínios de deformação do concreto armado

Sobre o Autor

0 Comentários

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Solicitar exportação de dados

Use este formulário para solicitar uma cópia de seus dados neste site.

Solicitar a remoção de dados

Use este formulário para solicitar a remoção de seus dados neste site.

Solicitar retificação de dados

Use este formulário para solicitar a retificação de seus dados neste site. Aqui você pode corrigir ou atualizar seus dados, por exemplo.

Solicitar cancelamento de inscrição

Use este formulário para solicitar a cancelamento da inscrição do seu e-mail em nossas listas de e-mail.