UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RAMON WATERKEMPER CASAGRANDE
ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DA SOLDA DE TOPO EM RELAÇÃO À
EMENDA POR TRASPASSE EM ARMADURAS DE CONCRETO
ARMADO
CRICIÚMA, JULHO DE 2010.
1
RAMON WATERKEMPER CASAGRANDE
ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DA SOLDA DE TOPO EM RELAÇÃO À
EMENDA POR TRASPASSE EM ARMADURAS DE CONCRETO
ARMADO
Projeto de Pesquisa apresentado como
requisito parcial, para obtenção do grau de
Engenheiro Civil, no curso de Engenharia Civil,
da Universidade do Extremo Sul Catarinense,
UNESC.
Orientador: Prof. Alexandre Vargas
CRICIÚMA, JULHO DE 2010.
2
RAMON WATERKEMPER CASAGRANDE
ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DA SOLDA DE TOPO EM RELAÇÃO À EMENDA POR
TRASPASSE EM ARMADURAS DE CONCRETO ARMADO
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado pela
Banca Examinadora para obtenção do Grau de
Engenheiro Civil, no Curso de Engenharia Civil
da Universidade do Extremo Sul Catarinense,
UNESC.
Criciúma, 01 de Julho de 2010.
BANCA EXAMINADORA
Prof. Alexandre Vargas - Eng - (UNESC) - Orientador
Prof. Ângela Costa Piccinini –Msc. Eng - (UNESC)
Prof. Daiane dos Santos da Silva – Msc. Eng - (UNESC)
3
Dedico este trabalho à minha família e
amigos que estiveram ao meu lado na
realização deste sonho.
4
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus por estar sempre ao meu lado me
amparando e me guiando nos momentos difíceis que enfrentei no curso e pelos
momentos de alegria que me proporcionou ao lado dos colegas e professores.
A minha mãe e meu pai, minhas irmãs e a todos os familiares que
estiveram ao meu lado, permitindo com que este trabalho se realizasse.
Aos colegas de sala de aula, que dividiram as dificuldades durante todo o
período em que estivemos juntos nesta jornada de aprendizado. Em especial as
amigas Camila e Josi que estiveram ao meu lado dando apoio na realização deste
trabalho.
Aos professores e funcionários da universidade pela dedicação e esforço
pessoal. Em especial ao meu orientador Alexandre Vargas que tornou possível a
realização deste trabalho, assim como a construtora LOCKS, o engenheiro Rogério
e o mestre de obras João.
E a todos que colaboraram de forma direta ou indireta com este trabalho,
o meu reconhecimento.
5
“Tornou-se chocantemente óbvio que a
nossa
tecnologia
excedeu
a
nossa
humanidade.”
Albert Einstein
6
RESUMO
Esta pesquisa apresenta a análise comparativa entre dois sistemas de
emendas em armaduras de concreto armado permitidos por norma. O trabalho
procura analisar a eficiência entre os dois sistemas e tem como objetivo levantar
qual sistema é mais eficiente e econômico para se executar em obra. Foram
executadas quatro vigas, sendo duas para cada tipo de emenda. As emendas
utilizadas foram a emenda por solda de topo, executada por caldeamento, e a
emenda por traspasse. As vigas foram carregadas e levadas a sofrer uma
deformação. Estas deformações foram medidas, com equipamento específico, para
que se pudesse fazer a comparação da eficiência dos distintos sistemas de emenda.
Encontrou-se resultados diferentes para os diferentes sistemas. Observou-se que
para o sistema de emenda por traspasse os valores de deformação se mostraram
menores do que os valores de deformação das vigas executadas por solda de topo.
E que as deformações iniciais também foram menores para as vigas com traspasse.
Os resultados indicam que o traspasse é mais eficiente que a emenda por solda,
devido à sua maior rigidez na parte central da viga. No entanto, este sistema de
emenda de forma direta apresenta maior custo devido ao desperdício de material.
Mas de forma indireta, levando em consideração o investimento necessário para se
poder realizar a solda, o sistema de traspasse ainda se mostra mais econômico.
Palavras-chave: Concreto Armado. Armaduras. Emendas.
7
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 01 – Colunas do Palácio da Alvorada ............................................................17
Figura 02 – Interação dos fatores que influenciam a resistência do concreto ...........20
Figura 03 – Gráfico Tensão x Deformação ...............................................................25
Figura 04 – Detalhamento da seção das vigas .........................................................34
Figura 05 – Montagem parcial das formas ................................................................34
Figura 06 – Formas para execução das vigas...........................................................35
Figura 07 – Detalhamento do traspasse ...................................................................36
Figura 08 – Armaduras executadas por traspasse....................................................36
Figura 09 – Detalhe do Traspasse ............................................................................37
Figura 10 – Detalhamento da emenda por solda ......................................................37
Figura 11 – Retificação das faces das barras ...........................................................38
Figura 12 – Barras sendo soldadas por caldeamento ...............................................38
Figura 13 – Armadura executada com solda de topo................................................39
Figura 14 – Emenda por solda ..................................................................................39
Figura 15 – Formas e armaduras prontas para concretagem ...................................40
Figura 16 – Concreto sendo vibrado manualmente...................................................40
Figura 17 – Vigas concretadas..................................................................................41
Figura 18 – Relógio comparador utilizado no experimento .......................................42
Figura 19 – Carregamento com tonéis metálicos ......................................................43
Figura 20 – Fissuras na viga com solda ....................................................................45
Figura 21 – Trinca entre viga e pilar da VS-2 ............................................................46
Figura 22 – Detalhe da trinca da VS-2 ......................................................................46
Figura 23 – Deformação da VT-1 ..............................................................................48
Figura 24 – Fissura na viga com traspasse...............................................................48
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 – Classe de resistência do Grupo I...........................................................21
Tabela 02 – Classe de resistência do Grupo II..........................................................21
Tabela 03 – Categoria dos aços................................................................................24
Tabela 04 – Coeficientes de aderência .....................................................................24
Tabela 05 – Características geométricas CA-25 e CA-50 .........................................26
Tabela 06 – Proporção entre barras tracionadas emendadas na mesma seção ......29
Tabela 07 – Deformação inicial solda .......................................................................44
Tabela 08 – Deformação das vigas com solda..........................................................45
Tabela 09 – Deformação inicial traspasse ................................................................47
Tabela 10 – Deformação das vigas com traspasse...................................................47
Tabela 11 – Resumo dos resultados.........................................................................49
Tabela 12 – Nº de emendas por hora........................................................................51
Tabela 13 – Consumo de energia .............................................................................51
Tabela 14 – Custo de energia para uma viga............................................................51
9
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
NBR – Norma Brasileira
ABNT – Associação brasileira de Normas Técnicas
Fck – Resistência Característica do Concreto
L.N. – Linha Neutra
µm – Micro metro (1x10-6 metros)
kW – kiloWatt
kWh – kiloWatt hora
10
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................11
1.1 TEMA ..................................................................................................................11
1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA...................................................................................11
1.3 PROBLEMA DE PESQUISA ...............................................................................11
1.4 OBJETIVOS ........................................................................................................12
1.4.1 Geral ................................................................................................................12
1.4.2 Específicos .....................................................................................................12
1.5 QUESTÕES DE PESQUISA ...............................................................................12
1.6 JUSTIFICATIVA ..................................................................................................13
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................14
2.1 A HISTÓRIA DO CONCRETO ARMADO............................................................14
2.2 O CONCRETO ARMADO ...................................................................................15
2.3 O CONCRETO ....................................................................................................17
2.4 BARRAS DE AÇO DESTINADOS À ARMADURA..............................................21
2.5 UTILIZAÇÃO DE ARMADURAS DE AÇO...........................................................24
2.6 EMENDAS DE BARRAS DE AÇO ......................................................................25
2.6.1 Emendas de barras de aço por Traspasse...................................................26
2.6.2 Emendas de barras de aço por Solda...........................................................27
3 METODOLOGIA ....................................................................................................30
3.1 DETALHAMENTO DAS VIGAS...........................................................................31
3.1.1 Armaduras das vigas com emenda por Traspasse .....................................33
3.1.2 Armaduras das vigas com emenda por Solda.............................................35
3.2 EXECUÇÃO DAS VIGAS ....................................................................................38
3.3 OBTENÇÃO DAS DEFORMAÇÕES ...................................................................39
3.4 CARREGAMENTO DAS VIGAS .........................................................................40
4 RESULTADOS E ANÁLISE DOS DADOS DA PESQUISA ..................................42
4.1 RESULTADOS E ANÁLISE DAS EMENDAS POR SOLDA................................42
4.2 RESULTADOS E ANÁLISE DAS EMENDAS POR TRASPASSE ......................45
4.3 ANÁLISE GERAL DAS EMENDAS .....................................................................47
4.4 ANÁLISE ECONÔMICA DAS EMENDAS ...........................................................48
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................51
REFERÊNCIAS.........................................................................................................52
11
1 INTRODUÇÃO
1.1 TEMA
Emendas em armaduras de concreto armado.
1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA
Análise da eficiência da solda de topo em relação às emendas por traspasse
em armaduras de concreto armado.
1.3 PROBLEMA DE PESQUISA
A grande demanda de montagens de armaduras para as estruturas de
concreto armado leva a equipe de montagem a optar pela emenda por traspasse de
barras devido à facilidade e velocidade de execução, porém este tipo de emenda
provoca certo desperdício de material. Por conseqüência, devido ao aço ser um
material de alto custo na construção civil, este desperdício provoca um custo
adicional.
A partir do exposto se faz o seguinte questionamento: O sistema de emenda
por solda de topo é mais eficiente do que a emenda por traspasse, e pode reduzir o
custo devido à economia de material?
12
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Geral
Realizar uma análise de eficiência entre as emendas por solda de topo e as
emendas por traspasse nas armaduras de concreto armado.
1.4.2 Específicos
•
Mensurar o ganho de produtividade da armadura executada com solda de
topo.
•
Demonstrar a redução das perdas no canteiro de obras utilizando o sistema
de solda de topo;
•
Fazer a comparação entre os tipos de emendas;
•
Avaliar a diferença de custo entre os dois sistemas;
1.5 QUESTÕES DE PESQUISA
•
O custo direto do sistema de solda de topo é maior que o custo direto do
sistema por traspasse?
•
A produtividade da solda de topo é maior comparada com o sistema por
traspasse?
•
O sistema por traspasse apresenta uma perda de material menor que o custo
para se fazer à solda?
13
1.6 JUSTIFICATIVA
A busca pelo custo X benefício nas obras de construção civil no Brasil tem
sido muito discutido entre os profissionais da área, que buscam materiais de baixo
custo, mas com eficiência equivalente as de alto custo. Também é uma crescente
busca, as soluções inovadoras para se acabar com o desperdício de materiais no
canteiro de obras.
A NBR 6118:2003 permite a emenda de barras por vários tipos: por
traspasse, por luvas, rosqueadas, por solda, entre outros tipos, desde que sejam
justificados.
Como o comprimento máximo de barras encontradas hoje no comercio é de
12 metros, fatalmente serão encontradas armaduras a serem montadas com mais
de 12 metros. Com isso, se torna obrigatória a emenda de barras, onde a mais
comum na região é a emenda por traspasse, devido a sua facilidade de execução.
Porém a emenda por solda não produz desperdício de material, mas necessita de
equipamentos para realizar a solda.
Diante disso, com o objetivo de utilizar os conhecimentos obtidos durante
o período de graduação no curso de Engenharia Civil para ajudar nesta busca,
optou-se pelo estudo do comparativo de custo e eficiência entre o sistema de solda
de topo com o sistema de emenda por traspasse.
14
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 A história do concreto armado
O concreto armado surgiu na França, no ano de 1855, quando o francês
Joseph Lambot ao construir um barco de argamassa de cimento, utilizou de barras
finas e grossas de aço para dar o formado desejado ao barco. A partir deste fato o
produto foi patenteado com o nome de “cimento armado” e foi chamado assim até o
inicio do século XX.
Utilizando dos princípios do “cimento armado”, em 1877 outro francês
chamado Joseph Monier elaborou vasos de flores armados com arames para
reforçar o cimento. Todos os experimentos realizados até então não tinham
nenhuma base teórica, ou seja, eram totalmente empíricos e sem experimentações.
Por volta de 1900 começam a serem desenvolvidas teorias sobre o
concreto armado. Estas teorias são inicialmente elaboradas por Koenen, seguido por
Mörsh, o qual elaborou suas teorias baseado em diversos ensaios.
Mas foi o engenheiro alemão Gustav Wayss, que era proprietário de uma
empresa construtora que levou o concreto armado a ser utilizado para edificações
residenciais.
No Brasil, as primeiras obras em concreto armado foram executadas a
partir de 1904, conforme Isaia (2005):
As primeiras obras de concreto no Brasil podem ser creditadas a Carlos
Poma e depois a Hennebique. A partir de 1904, foram realizadas obras no
Rio de Janeiro, São Paulo, Santos e Belo Horizonte. Foi dessa época o
primeiro prédio construído em concreto armado em São Paulo, em 1909.
(Vasconcelos e Isaia, 2005, p. 46)
Uma das grandes obras em concreto armado que temos no Brasil é a
construção do Palácio da Alvorada em Brasília, onde as colunas foram executadas
em concreto armado, conforme mostra a Figura 1.
15
Figura 1 - Colunas do Palácio da Alvorada, executados em concreto armado.
Fonte: http://www.copa2014.org.br/midia/cidades-sedes-noticias/palacio_da_alvorada_3032009-13039-1.JPG
2.2 O Concreto Armado
Araújo (2003) diz que “concreto armado é o material composto formado
pela associação do concreto com barras de aço, convenientemente colocadas em
seu interior”.
Carvalho e Figueiredo (2005) definem o concreto armado como
“associação do concreto simples com a armadura convenientemente colocada, de
tal modo que ambos resistam solidariamente aos esforços solicitantes”.
Como o concreto sozinho não pode suportar grandes esforços à tração, a
união dos materiais torna o conjunto concreto/aço resistente à tração assim como à
compressão, onde o concreto resiste à compressão enquanto o aço resiste à tração.
Carvalho e Figueiredo Filho (2005) dizem que em virtude da baixa resistência à
tração do concreto (cerca de 10% da compressão), as barras de aço cumprem a
função de absorver os esforços à tração.
Em virtude de sua baixa resistência à tração, o concreto fissura na zona
tracionada do elemento estrutural. Desse momento em diante, os esforços
de tração passam a ser absorvidos pela armadura. Isso impede a ruína
brusca da estrutura, o que ocorreria, por exemplo, em uma viga de concreto
simples. (Araújo, 2003, p. 2)
16
A eficiência da mescla dos materiais diferentes é dada pela aderência que
ocorre entre os materiais.
O funcionamento conjunto desses dois materiais só é possível graças à
aderência. De fato, se não houvesse aderência entre o aço e o concreto,
não haveria o concreto armado. Devido à aderência, as deformações das
barras de aço são praticamente iguais às deformações do concreto que as
envolve. (Araújo, 2003, p. 1)
Outro fator que permite o aço trabalhar junto com o concreto é o
coeficiente de dilatação térmica dos dois materiais que são muito semelhantes.
De acordo com Botelho e Marchetti (2002) o aço não pode estar isolado
do concreto que o rodeia. O aço deve estar solidário, atritado fundido junto,
trabalhando junto e se deformando junto e igualmente ao concreto.
Todo o elemento estrutural deve funcionar como uma peça única, ou seja,
deformar e trabalhar de forma concisa.
Para o concreto armado podem-se citar diversas vantagens, assim como
algumas desvantagens. Embora o concreto armado seja visto como uma opção de
grandes vantagens na construção civil, sendo este sistema construtivo de maior
utilização hoje em dia, o concreto possui desvantagens que podem ser significantes
no momento da escolha do sistema estrutural a ser utilizado.
O concreto armado tem inúmeras vantagens sobre os demais materiais
estruturais, como: economia, facilidade de execução em diversos tipos de
formas, resistência ao fogo, aos agentes atmosféricos e ao desgaste
mecânico; praticamente não requer manutenção ou conservação; permite
facilmente a construção de estruturas hiperestáticas. (Araújo, 2003, p. 2)
Sobre as vantagens do concreto, Carvalho e Figueiredo Filho (2005)
dizem que o concreto “tem boa trabalhabilidade e por isso de adapta a várias
formas, podendo, assim, ser escolhida a mais conveniente do ponto de vista
estrutural, dando maior liberdade ao projetista”.
Ainda pode-se citar como vantagens, a resistência elevada à maioria das
situações, material moldável, pode-se pré-moldar peças, resistente a choques entre
outras.
Como desvantagens, Araújo (2003) cita “o elevado peso das construções,
dificuldades para execução de reformas ou demolições, menor proteção térmica”.
17
Carvalho e Figueiredo Filho (2005) citam como desvantagens a boa
condutividade de som e de calor do concreto e a utilização necessária de
escoramentos até que o concreto obtenha a resistência adequada.
2.3 O Concreto
Segundo Carvalho e Figueiredo Filho (2005), “o concreto é um material
composto por água, cimento e agregados.” E afirmam que a associação destes
materiais resulta em “Pasta: cimento + água, Argamassa: pasta + agregado miúdo e
Concreto: argamassa + agregado graúdo”.
Araújo (2003) define o concreto como “material formado pela mistura dos
agregados (naturais ou britados) com cimento e água.”
O concreto possui uma alta resistência à compressão simples, mas ao
mesmo tempo possui uma resistência à tração muito baixa, cerca de 10% da
resistência à compressão.
Para a utilização estrutural, o concreto sozinho não é adequado como
elemento resistente, pois enquanto tem uma boa resistência a compressão,
pouco resiste à tração, embora este tipo de solicitação quase sempre esteja
presente nas estruturas das construções usuais. (Carvalho e Figueiredo
Filho, 2005, p. 19)
Vários fatores podem alterar a resistência do concreto em seu estado
endurecido. Consumo de cimento, relação água:cimento, tamanho dos agregados,
estes e outros diversos fatores alteram relativamente a resistência do concreto à
compressão. Araújo (2003) diz que “quanto maior é o consumo de cimento e quanto
menor é a relação água:cimento, maior é a resistência à compressão”.
18
Resistencia do Concreto
Parametros da
Amostra
Dimensões
Geometria
Estado da Umidade
Porosidade da
Matriz
Resistência das
fases componentes
porosidade do
agregado
Fator a/c
Aditivos minerais
Grau de Hidratação
Tempo de cura
Temperatura
Umidade
Conteúdo do ar
Ar preso
Parâmetros de
Carregamento
Tipo de tensão
Velocidade de aplicação
da tensao
Porosidade da Zona de
transição
Fator a/c
Aditivos minerais
Caracteristicas de Exudação
Distribuição granulometrica
do agregado
Tamanho máximo e
Geométrica
Grau de Compactação
Grau de Hidratação
Tempo de cura
Temperatura
Umidade
Integração química entre
agregado e pasta de cimento
Figura 2 - Interação dos fatores que influenciam a resistência do concreto.
(Isaia, 2005, p. 606)
Ainda sobre a relação água:cimento Araújo (2003) ressalta que “A relação
água:cimento determina a porosidade da pasta de cimento endurecida e, portanto,
as propriedades mecânicas do concreto”.
A porosidade da pasta endurecida de concreto pode afetar diretamente a
armadura no interior do elemento estrutural. Devido a sua porosidade, a entrada de
água pelos poros pode gerar um processo de corrosão nas armaduras. Conforme
Araújo (2003) a função do concreto não é de apenas resistir aos esforços de
compressão, mas também de proteger as barras de aço contra a corrosão.
Ensaios devem ser realizados para avaliar a resistência do concreto em
seu estado endurecido. Através da moldagem de corpos de prova cilíndricos, e
submetendo-os à um ensaio de compressão simples através de prensas hidráulicas
podemos mensurar a resistência média dos corpos de prova.
Para avaliar a resistência de um concreto à compressão é necessário
realizar um certo número de ensaios de corpo de provas. Os valores da
resistência proporcionados pelos distintos corpos de prova são mais ou
menos dispersos, variando de uma obra a outra e também de acordo com o
rigor com que se confecciona o concreto. (Carvalho e Figueiredo Filho,
2005, p. 33)
19
O concreto segundo a norma NBR 8953 (ABNT, 1992) pode ser
classificado em dois grupos distintos. Estes grupos são conhecidos como grupo I e
grupo II, sendo que o que os diferencia é o Fck, ou resistência à característica à
compressão. Esta resistência é obtida através do rompimento de corpos de prova
preparados e rompidos seguindo as normas da ABNT.
Os grupos de classe de resistência são apresentados nos quadros
abaixo:
Tabela 1 – Classe de Resistência do Grupo I
Grupo I de
Resistência
C10
C15
C20
C25
C30
C35
C40
C45
C50
Resistência Característica à Compressão (Fck)
(Mpa)
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Fonte: Isaia (2005, p.622)
Tabela 2 – Classe de Resistência do Grupo II
Grupo I de
Resistência
C55
C60
C70
C80
Resistência Característica à Compressão (Fck)
(Mpa)
55
60
70
80
Fonte: Isaia (2005, p.622)
Carvalho e Figueiredo Filho (2005) dizem que “as principais propriedades
do concreto fresco são: a consistência, trabalhabilidade e a homogeneidade”.
A consistência do concreto é a capacidade do concreto de se moldar.
Para Carvalho e Figueiredo Filho (2005) consistência “trata-se da maior ou menor
capacidade que o concreto fresco tem de se deformar; está relacionado ao
transporte e varia com a quantidade de água empregada”.
20
Com relação à trabalhabilidade Carvalho e Figueiredo Filho (2005) dizem
que está relacionado diretamente à maneira de adensamento do concreto. E Com
relação à homogeneidade afirmam:
Quanto mais uniformemente, ou regularmente, os agregados graúdos se
apresentarem dispersos na massa, totalmente envolvidos pela pasta, sem
apresenta desagregação, melhor será a qualidade do concreto,
principalmente quanto à permeabilidade e à proteção proporcionada à
armadura, além de resultar em um melhor acabamento, sem a necessidade
de reparos posteriores. (Carvalho e Figueiredo Filho, 2005, p. 29)
Outros pontos importantes que se devem levar em consideração na
execução do concreto é o tempo de “pega”, ou inicio de endurecimento, e a cura do
concreto.
O inicio de endurecimento, também chamado de “pega” é o tempo entre o
começo do endurecimento até o momento em que pode ser moldado mesmo sem
ter atingido a resistência adequada. Para Carvalho e Figueiredo Filho (2005) “definese o inicio de “pega” quando a consistência do concreto não permite mais sua
trabalhabilidade”.
E a cura do concreto é não permitir que o concreto perca água para o
meio ao qual está inserido, evitando que o concreto sofra retração e
consequentemente ocorram às fissuras.
É necessário tomar medidas que evitem a evaporação precoce, ou mesmo
forneçam água ao concreto, de modo a conservar a umidade necessária às
reações de hidratação, até que as propriedades esperadas para esse
concreto sejam atingidas. Ao conjunto dessas medidas dá-se o nome de
cura. (Carvalho e Figueiredo Filho, 2005, p. 31)
A execução da cura nos elementos de concreto pode ser um fator
importante na qualidade final da obra.
21
2.4 Barras de aço destinado às armaduras
Diversos tipos de barras e fios de aço são encontrados atualmente no
mercado brasileiro destinados ao uso em armaduras de estruturas de concreto
armado. Para a distinção destas barras e fios é utilizado o prefixo CA, indicando seu
emprego para concreto armado.
As barras são fabricadas através de laminação e os fios pro processo de
trefilação. As barras são encontradas a partir da bitola com diâmetro de 5mm,
enquanto que os fios têm a bitola máxima de 12,5mm de diâmetro.
Os valores das bitolas são números arredondados do diâmetro da barra
com tratamento numérico de arredondamento. A norma admite as seguintes bitolas
padronizadas:
3,2 – 4,0 – 5,0 – 6,3 – 8,0 – 10 – 12,5 – 16 – 20 – 25 – 32 e 40 mm.
As barras encontradas no mercado até 1996 eram divididas em duas
classes distintas, conforme descrito abaixo:
CLASSE A: Barras produzidas por laminação a quente sem esfriamento
posterior. Materiais desta classe possuem escoamento bem definido.
CLASSE B: Barras produzidas por processos a frio que provocam o
encruamento. Admite-se que a resistência dos materiais desta classe seja
determinada através da tensão que provoca a deformação residual de 0,2%.
Conforme Carvalho e Figueiredo Filho (2005) a divisão em classes
correspondia apenas ao processo de fabricação: laminação à quente e à frio.
Isto resulta no seguinte quadro:
22
Tabela 3 – Categorias dos aços.
Categoria
CA
CA
CA
CA
CA
CA
CA
25
32
40-A
40-B
50-A
50-B
60-B
Tensao de escoamento Tensão para o qual
ocorre a deformação
minima ou, valor
de 0,2 %
característico
fyk( kgf/cm²)
σsd (kgf/cm²)
2500
2150
3200
2800
4000
3500
4000
3000
5000
4200
5000
3500
6000
4000
Tensão de
cálculo
fyd (kgf/cm²)
Aderência
com o
concreto
2150
2800
3478
3478
4350
4350
5217
1,0
1,0
1,2
1,2
1,5
1,5
0,8
Fonte: Botelho e Marchetti (2005, p. 71)
As armaduras padronizadas para o uso em concreto armado são: CA-25,
CA-40, CA-50 para barras e CA-60 para fios.
Para que ocorra a aderência necessária entre o concreto e as barras de
aço, em algumas dessas barras são criadas saliências sobre a superfície das barras
para que este atrito necessário seja possível. A estas saliências é dado o nome de
“mossas”.
Para aços de maior resistência a aderência tem que ser maior do que os
aços de menor resistência, pois os de maior resistência trabalham em geral
com maiores tensões. Face a isso temos, nos aços de alta resistência, dar a
ele mais atrito no concreto. Consegue-se isso com saliências e mossas.
(Botelho e Marchetti, 2005, p. 72)
As mossas são encontradas nas barras com diâmetro acima de 6,3mm.
De acordo com Isaia (2005) as características de aderência das barras de
aço são estabelecidas pelo coeficiente de conformação superficial (ηb), que é
determinado através de ensaios previstos em norma.
Tabela 4 – Coeficientes de Aderência
Categoria do Aço
CA-60
CA-60
Tipo de
barra
CA-25
Lisa
Alta
Aderência
Entalhada ou
Nervurada
ηb
1,0
> 1,5
1,2
η1
1,0
2,25
1,4
Fonte: Isaia (2005, p. 238)
23
Para Carvalho e Figueiredo Filho (2005) as características mecânicas
mais importantes para a definição dos aços são: a resistência característica de
escoamento (fyk), o limite de resistência (fstk) e o alongamento na ruptura.
Carvalho e Figueiredo Filho (2005) definem a resistência característica de
escoamento como “a máxima tensão que a barra deve suportar, pois a partir dela o
aço passa a sofrer deformações permanentes”. A deformação das barras de aço
pode ser entendida através da lei de Hooke, que apresenta o diagrama tensãodeformação dos materiais.
Figura 3 – Gráfico tensão x deformação
Fonte: www.df.ufcg.edu.br
Após atingir a tensão de escoamento o aço muda de comportamento, de
elástico para plástico, e mantém a mesma tensão até uma determinada
tensão de deformação limite εs= 0,1 %, que é a deformação limite do
concreto armado alongado.
Quanto ao limite de resistência Carvalho e Figueiredo Filho (2005) dizem
que “é a força máxima suportada pelo material na qual ele se rompe, ou seja, é o
ponto máximo de resistência da barra”. Conhecendo-se a área da seção transversal
e a força de ruptura pode-se fazer a relação entre os valores e obter a máxima
tensão suportada.
24
Para se obter o alongamento na ruptura pode-se utilizar da seguinte
equação:
ε=
l1 - l0
.100
l0
Onde, l0 e l1 são os comprimentos inicial e final respectivamente de
um determinado corpo de prova. O valor do alongamento de ruptura é obtido em
forma de percentual.
As características geométricas conforme Isaia (2005) são barras de 12
metros, retas, que quando solicitadas ao fabricante podem ser fornecidas em feixes
dobrados ao meio ou em rolos.
O quadro seguinte apresenta as bitolas das barras utilizadas em concreto
armado, CA-25 e CA-50, comerciais no Brasil com suas características geométricas:
Tabela 5 – Características Geométricas CA-25 e CA-50
CA-25 e CA-50
Seção transversal
Massa linear
Bitola (mm)
(cm²)
nominal (Kg/m)
6,3
0,312
0,245
8,0
0,503
0,395
10,0
0,785
0,617
12,5
1,227
0,963
16,0
2,011
1,578
20,0
3,142
2,466
25,0
4,909
3,853
32,0
8,042
6,313
40,0
12,566
9,865
Fonte: Isaia (2005, p. 239)
2.5 Utilização de armaduras de aço
Com o passar do tempo, a evolução da arte de projetar estruturas de
concreto armado acompanhou a evolução do conhecimento. O concreto armado
deixou de ser reconhecido como um material único, e passou a ser tratado como um
material composto. Composto por concreto e aço respeitando a compatibilidade
entre os diferentes materiais.
25
As barras de aço deixaram de ser vistas como simples barras resistentes
à tração, sendo agora, respeitadas devido aos seus objetivos reais de
comportamento no estado limite último.
Um conjunto de barras de aço na montagem da armadura é considerado
satisfatório se atender as seguintes exigências:
1 – Facilidade de montagem e da concretagem dos elementos estruturais.
2 – Dentro das condições de segurança, tanto o concreto como o aço
devem ter um consumo mínimo possível.
3 – Antes do colapso do elemento estrutural as barras efetivamente
entram em carga.
4 – A mobilização da resistência das barras não deve exercer perda de
aderência entre concreto e aço.
5 – As peças em concreto armado não devem apresentar fissuras
exageradas.
2.6 Emendas de barras de aço
As barras de aço destinadas ao uso em armaduras para elementos de
concreto armado são encontradas comercialmente em comprimentos de 12m.
Segundo Carvalho e Figueiredo Filho (2005) “frequentemente é preciso emendar
uma barra de aço, seja pela necessidade de um comprimento maior que 12 metros
ou por outro motivo qualquer”.
Como formas de executar as emendas nas barras de aço, podem ser
encontradas várias formas. De acordo com Carvalho e Figueiredo Filho “as emendas
das barras podem ser dos seguintes tipos: por traspasse; por luvas com
preenchimento metálico, rosqueadas ou prensadas; por solda; e por outros
dispositivos, devidamente justificados”.
As emendas das barras da armadura devem ser evitadas sempre que
possível. Quando necessário, as emendas podem ser feitas por traspasse,
através de solda, com luvas rosqueadas ou com outros dispositivos
devidamente justificados. (Araújo, 2003, p.217)
26
2.6.1 Emendas de barras de aço por traspasse
Fusco (2000) define as emendas de barras de aço por traspasse como
“justaposição de duas barras ao longo do comprimento de transmissão “lv”“.
Para Araújo (2003) a emenda por traspasse é a forma mais barata, pois
possui fácil execução e faz o uso da própria aderência entre o concreto e o aço.
A norma NBR 6118/2003 não permite o uso de emendas por traspasse
para bitolas acima de 32 mm e tirantes.
As emendas por traspasse em barras de armaduras de concreto armado
são dimensionadas através do cálculo do comprimento de traspasse “lv”, calculado
pela formula:
lv=kv.lbefet
Sendo que:
lbefet = comprimento de ancoragem reta.
Kv = Coeficiente que depende do arranjo da emenda, sendo k=1 quando
houver uma armadura de emenda eficiente.
Segundo Fusco (2000), “nas emendas por traspasse, a transmissão de
esforços é feita por solicitações tangenciais no concreto situado entre as barras, com
a mobilização de bielas comprimidas de concreto e o aparecimento de tensões
transversais de tração”. Para Araújo (2003), “nas emendas por traspasse, a
transferência de uma barra a outra se faz através de bielas comprimidas inclinadas”.
E complementa dizendo que “a distância entre as barras emendadas deve ser no
máximo a 4Ø”.
Para que a transmissão dos esforços ocorra com eficiência, a distância
entre as barras a serem traspassadas não deve passar de quatro vezes o valor do
diâmetro das barras.
27
Na região das emendas por traspasse surgem esforços de tração que
devem ser resistidos por uma armadura transversal. Essa armadura deve
concentrar-se nos terços extremos da emenda. O espaçamento da
armadura transversal, medido na direção das barras emendadas, não deve
ser maior que 15 cm. (Araújo, 2003, p. 220)
Em barras tracionadas da armadura principal, deve haver uma proporção
máxima a ser adotada para as emendas por traspasse. Sendo para barras lisas ou
de alta aderência, esta proporção máxima deve seguir o quadro a seguir:
Tabela 6 – Proporção entre barras tracionadas emendadas na mesma direção.
Situação
Carregamento
estático
Carregamento
dinâmico
Em uma camada
Em mais de uma camada
Ø<16 mm
Ø>16 mm
100%
50%
50%
25%
100%
50%
25%
25%
Tipo de barra
Alta aderência
Lisa
Fonte: Carvalho e Figueiredo Filho (2005, p.222)
Para barras de alta aderência podem ser aplicados os ganchos ou pode
ser executadas de forma reta. Já para barras lisas é obrigatório o uso de ganchos na
emenda por traspasse.
Nas emendas por traspasse os esforços das barras são transmitidos
através de solicitações tangenciais no concreto entre as barras. As barras a serem
emendadas devem ser colocadas próximas umas das outras. Para barras de alta
aderência as barras podem ser encostadas, ou seja, em contato direto entre as
barras. No caso de barras com contato direto, a emenda pode ser feita com a
amarração das barras através de arame recozido.
2.6.2 Emendas de barras de aço por solda
Segundo Fusco (2005), usualmente recorre-se ao emprego da solda para
a confecção de uniões metálicas. Nas barras comprimidas normalmente podem ser
aplicadas soldas de topo.
28
A utilização da solda para as emendas de barras de aço para a utilização
em armaduras de estruturas de concreto armado deve respeitar as características
de soldabilidade dos materiais utilizados, em especial nos aços encruados ou
tratados termicamente. A norma no que rege a emenda por solda é a NBR
6118/2003 no item 3.9.5.4.
As soldas podem ser executadas pelo topo da barra ou por meio de
cordões longitudinais. As barras emendadas por solda são muito resistentes tanto a
tração como a compressão.
Para Fusco (2005), “de modo geral as barras emendadas por solda são
tão resistentes quanto as partes interligadas, permitindo que toda a armadura,
tracionada ou comprimida, seja emendada na mesma seção da peça”.
A solda de topo por caldeamento só pode ser executada em barras com
diâmetro maior que 10 mm, já para bitolas maiores que 20 mm é permitida a solda
por eletrodo.
Para a execução da emenda por solda de topo é recomendado que se
preparem às extremidades em forma de X, para que ocorra uma deposição eficiente
de material do eletrodo entre as barras. De forma geral é dada uma espessura de
10% a 20% do diâmetro da barra no local da solda. Desta forma se considera que a
barra soldada tem a mesma resistência que o material base. Para isto a barra deve
estar submetida a solicitações estáticas.
A não coincidência nos eixos das barras tracionadas é corrigida dentro da
massa de concreto pelo efeito de cintamento que este oferece às barras.
Isto já não ocorre quando as barras não estão envolvidas pelo concreto, o
que geralmente produz resultados desfavoráveis nos ensaios de tração das
barras soldadas da maneira descrita. (Isaia, 2005, p. 243)
As emendas devem estar localizadas em seções que não haja
solicitações variadas, que poderiam levar a barra a uma ruptura por fadiga. Esta
fadiga pode ocorrer devido ao aparecimento de tensões de tração nas emendas que
são causados pelo esfriamento do material fundido durante o processo de emenda
por solda.
29
A localização das emendas soldadas deve ser feita em seções da peça em
que não haja predominância de solicitações variáveis, a fim de diminuir o
risco de ruptura por fadiga. Este risco de ruptura por fadiga decorre da
existência de descontinuidades estruturais e da possibilidade do
aparecimento de estados triplos de tensões de tração, como consequência
do resfriamento do metal fundido durante o processo de solda. (Fusco, 2005,
p.194)
Todas as emendas soldadas para armaduras de estruturas de concreto
armado devem ser executadas com técnica da solda estrutural.
30
3 METODOLOGIA
Para a realização desta pesquisa serão executadas quatro vigas biapoiadas em concreto armado, sendo que, estas vigas possuirão emendas nas
armaduras. Duas destas vigas terão a emenda das armaduras executadas pelo
procedimento de traspasse. Para a execução destas vigas, serão seguidos os
procedimentos de traspasse conforme a norma NBR6118/2003 da ABNT.
Outras duas vigas terão a emenda executada por solda de topo. Para
este caso também serão seguidos os procedimentos de norma para a execução da
emenda.
As vigas para esta pesquisa serão dimensionadas e executadas seguindo
um controle para se garantir o objetivo da pesquisa.
As vigas serão submetidas a um carregamento, provocando sua flexão,
até o rompimento. O carregamento para os tipos de emendas se dará de igual forma
e sob as mesmas condições. O concreto utilizado na execução das vigas será de
mesma resistência e o aço utilizado será da mesma categoria para todas as
armaduras.
Esta metodologia foi adotada, pois na flexão para momento positivo de
vigas de concreto armado, é a barra de aço da armadura que suporta as tensões de
tração na face inferior a linha neutra (L.N.). Desta forma as emendas sofrerão o
carregamento diretamente, podendo assim obter resultados para uma comparação
final á resistência entre os distintos tipos de emendas.
A pesquisa foi desenvolvida com base na flexão de vigas de concreto
armado conforme a norma específica. Para a realização do trabalho, foram
estabelecidas três etapas as quais se deram de forma contínua e subseqüente.
A pesquisa bibliográfica foi realizada numa primeira etapa, sendo que
durante este período vários livros relacionados ao assunto foram utilizados para que
se obtivesse uma base para a realização do trabalho.
Numa segunda etapa foram realizados os ensaios à flexão das vigas para
as diferentes formas de emendas. Nesta etapa foram obtidos os números e
resultados a serem analisados numa etapa seguinte.
Na terceira etapa os dados obtidos através dos ensaios à flexão foram
analisados para que se chegasse a um resultado de diferença de eficiência entre os
tipos de emenda.
31
Como o trabalho tem o objetivo de comparar a eficiência entre dois
sistemas de emendas para armaduras de concreto armado, os tipos de emendas
analisados serão:
•
Emenda por traspasse, onde:
- Exige um comprimento mínimo de traspasse;
- Fácil execução.
•
Emenda por solda de topo:
- não necessita de traspasse;
- Economia de material;
- Exige equipamento especifico para solda.
Listando em tópicos, para alcançar o objetivo proposto foram realizadas
as atividades abaixo:
a) Revisão bibliográfica, verificação sobre concreto armado,
armaduras e tipos e execução de emendas;
b) Execução de vigas com os tipos de emendas a serem
analisados;
c) Realização dos ensaios à flexão das vigas moldadas;
d) Obtenção dos dados retirados dos ensaios;
e) Análise dos resultados obtidos;
f) Conclusões
3.1 DETALHAMENTO DAS VIGAS
Todas as vigas foram executadas com um comprimento de 5m, bi
apoiadas, e submetidas a um carregamento além do peso próprio. As vigas
executadas foram concebidas com uma seção de 12x25cm, aço CA-50 nas bitolas
de 10,0mm e 5,0mm e concreto C25, ou seja, com uma resistência estimada de
25MPa. O cobrimento será de 2,5cm. As formas são mostradas na figura 6.
32
Os estribos foram confeccionados com bitolas de 5 mm e espaçados a
cada 13 cm.
As vigas foram executadas conforme a seção abaixo:
2Ø 5,0mm
10,0mm
2Ø 10,0mm
Figura 4 – Detalhamento da seção das vigas.
Figura 5 – Montagem parcial das formas.
33
Figura 6 – Formas para execução das vigas.
3.1.1 ARMADURAS DAS VIGAS COM EMENDAS POR TRASPASSE
As vigas com emendas por traspasse tiveram as armaduras executadas
conforme a figura 7. Conforme a norma NBR 6118/2003, as barras de aço
necessitam de uma ancoragem de 44Ø, e como as emendas se encontram
alinhadas na seção o comprimento de ancoragem é multiplicado por um fator que
depende da porcentagem de emendas na seção. Conforme a NBR 6118/2003 para
seções com 100% de emenda na seção o valor do coeficiente multiplicador é 2.
Como o diâmetro utilizado é de 10 mm, ou seja, 1 cm, isso resulta numa
ancoragem de 44cm. Multiplicando por 2, pois as emendas estão na mesma seção,
o comprimento de traspasse necessário é de 88 cm.
34
2 Ø5.0 - 540
2 Ø10.0 - 305
Traspasse
88cm
2 Ø10.0 - 305
Figura 7 – Detalhamento do traspasse.
Figura 8 – Armaduras executadas por traspasse.
35
Figura 9 – Detalhe do traspasse.
3.1.2 ARMADURAS DAS VIGAS COM EMENDAS POR SOLDA DE TOPO
As vigas com emendas por solda de topo não necessitam de ancoragem,
porém a solda deve ser executada através do caldeamento, ou seja, as barras
devem se fundir e tornar-se uma só. Para a execução das barras da armadura por
solda foram seguidos os detalhamentos da figura.
Para a realização da emenda por solda as faces das barras devem ser
retificadas para estarem lisas para garantir a eficiência da solda, conforme figura.
2 Ø5.0 - 540
2 Ø10.0 - 270
2 Ø10.0 - 270
Solda por
Caldeamento
Figura 10 – Detalhamento da emenda por solda.
36
Figura 11 – Retificação das faces das barras.
Através da utilização de maquinário específico, foram executadas as
emendas por caldeamento das barras de aço, com o apoio da empresa BPM prémoldados. As barras são fundidas através de uma corrente elétrica conduzida
através das barras que leva o aço a entrar em temperatura de fusão. Neste
momento os topos das barras são empurrados um contra o outro para que ocorra a
fusão entre elas, conforme figura 12.
Figura 12 – Barras sendo soldadas por caldeamento.
37
Figura 13 – Armadura executada com solda de topo.
Figura 14 – Emenda por solda.
38
3.2 EXECUÇÃO DAS VIGAS
Com todas as formas montadas e niveladas, foram inseridas as
armaduras para a realização da concretagem das vigas. Foram confeccionadas
duas vigas com armadura emendada por traspasse e outras duas emendadas por
solda. Todas as vigas foram executadas em concreto usinado de 25MPa do mesmo
caminhão betoneira. O concreto foi aplicado com pá e vibrado manualmente com
barras de aço ou madeira e martelos.
Figura 15 – Formas e armaduras prontas para concretagem.
Figura 16 – Concreto sendo vibrado manualmente.
39
Figura 17 – Vigas concretadas.
3.3 OBTENÇÃO DAS DEFORMAÇÕES
Para se poder comparar a eficiência dos diferentes tipos de solda, foi
medida as deformações das vigas durante a aplicação de carga sobre elas. Como
forma de se obter as deformações, foi utilizado um instrumento de metrologia que
faz medições a cada 10µm, ou seja, 0,01mm. O instrumento utilizado é conhecido
como relógio comparador, o qual possui uma haste móvel que move um ponteiro,
indicando assim a deformação sofrida pela viga.
O relógio foi aplicado sobre a viga, exatamente no centro para se obter a
deformação no centro da viga, e em seguida foi zerado. Após o relógio ser zerado,
as vigas foram desformadas e carregadas conforme será visto no item 3.4, sofrendo
assim a deformação. Para cada volta do ponteiro do relógio comparador, equivale a
uma deformação de 1mm da viga. E para cada fração do relógio, representa
0,01mm de deformação da viga.
O relógio utilizado neste experimento possui um curso máximo de 30 mm,
ou seja, a capacidade máxima de deformação que pode ser medida com este
instrumento é de 3,0 cm.
40
Figura 18 – Relógio comparador utilizado no experimento.
3.4 CARREGAMENTO DAS VIGAS
Além do peso próprio das vigas, foram aplicadas outras cargas para que
se provocasse a deformação das vigas. O carregamento se deu de forma pontual,
igualmente espaçadas do centro. Procurou-se fazer o carregamento de forma
homogênea, evitando carregar um lado mais do que o outro, para que a deformação
ocorresse de forma mais distribuída.
Para fazer a aplicação do peso sobre as vigas, foram utilizados tonéis
metálicos, conforme figura 19, aplicados diretamente sobre a viga e preenchidos
com água. O peso de cada tonel vazio gira em torno de 30 quilos e o peso
específico da água é de 1000 quilos por metro cúbico, ou seja, cada litro pesa 1
quilo, já que cada litro possui 10 cm³. Cada tonel tem a capacidade de 200 litros, que
preenchidos com água chegam a um peso de 200 quilos.
Ao total foram aplicados sete tonéis em cada viga, totalizando uma carga
de 1400 quilos de água, mais 210 quilos de peso dos tonéis e mais 375 quilos de
peso próprio da viga de concreto.
41
Figura 19 – Carregamento com tonéis metálicos.
42
4 RESULTADOS E ANÁLISES DOS DADOS DA PEQUISA
Apresenta-se neste capitulo os resultados, informações e dados obtidos
durante a execução desta pesquisa, assim como a análise destes resultados para
que se alcancem os objetivos propostos.
Este trabalho foi realizado com o intuito de reunir informações para se
fazer uma comparação entre os diferentes tipos de emenda permitidos por norma
para as barras de aço utilizadas em armaduras de concreto armado.
Optou-se para a analise final da pesquisa utilizar dos valores médios de
deformação das vigas com emenda por solda, pois devido a problemas na execução
dos carregamentos não foi possível fazer o carregamento total em umas das vigas
com emenda por traspasse.
4.1 RESULTADOS E ANÁLISE DAS EMENDAS POR SOLDA
Inicialmente foram medidas as deformações sofridas pelas vigas apenas
com a aplicação do peso próprio das vigas. O relógio comparador foi instalado na
face superior da viga e zerado antes da desforma, para que se pudessem obter as
deformações iniciais. Para a medida da deformação inicial, foi selecionado apenas
uma das duas vigas para se medir a deformação. Para as vigas com emenda por
solda se obteve os seguintes resultados:
Tabela 7 – Deformação Inicial Solda
Deformação
Viga
Emenda
Sigla
Inicial (mm)
1
Solda
VS-1
0,03
2
Solda
VS-2
Fonte: Autor
Após a obtenção da deformação inicial o relógio comparador foi zerado
novamente e o carregamento foi iniciado. Ao fim do carregamento total de 07 tonéis
preenchidos com água, juntamente com o peso dos tonéis e mais o peso próprio da
viga de concreto, se chegou aos seguintes resultados:
43
Tabela 8 – Deformações das Vigas com Solda
Viga
Emenda
Sigla
Deformação
(mm)
1
Solda
VS-1
26,25
2
Solda
VS-2
25,23
Fonte: Autor.
Durante a execução da pesquisa pode-se perceber que as vigas
executadas com solda de topo sofriam a deformação de forma rápida, ou seja,
quando o peso dos tonéis vazios era aplicado sobre a viga o relógio comparador já
acusava alguma deformação na viga. Com os valores obtidos de deformação
percebe-se que as vigas VS-1 e VS-2 tiveram deformações muito parecidas. O
comportamento destas vigas se deu também de forma parecida, deformações
rápidas com apenas a aplicação de tonéis vazios.
Nas vigas com este tipo de emenda apareceu um número grande de
fissuras na parte inferior da viga, devido à flexão ocorrida que gera esforços de
tração. Muitas dessas fissuras tinham o comprimento superior a 50% da altura da
viga, sendo que, as fissuras maiores se encontravam no centro da viga e se
distribuindo em direção aos apoios.
Figura 20 – Fissuras nas vigas com solda.
44
Na viga VS-2, devido à sua excessiva deformação, ocorreu a ruptura do
concreto em um dos seus apoios. A trinca ocorreu exatamente no encontro da viga
com o pilar de apoio, apresentando uma abertura de aproximadamente 1 mm.
No momento da ruptura pôde-se ouvir o som característico de ruptura do
concreto.
Figura 21 – Trinca entre viga e pilar da VS-2.
Figura 22 – Detalhe da trinca da VS-2
45
4.2 RESULTADOS E ANÁLISE DAS EMENDAS POR TRASPASSE
Assim como foi feito para as vigas com solda, o mesmo procedimento foi
aplicado para a obtenção das deformações iniciais das vigas com emendas por
traspasse. No momento da desforma o relógio comparador foi aplicado para medir a
deformação sofrida com a aplicação do peso próprio da viga. Com isso, se obteve os
seguintes resultados:
Tabela 9 – Deformação Inicial Traspasse
Viga
Emenda
Sigla
1
Traspasse
VT-1
2
Traspasse
VT-2
Deformação
Inicial (mm)
<0,01
Fonte: Autor.
Como cada fração do relógio comparador equivale a 0,01 mm, não é
possível medir distâncias menores do que este valor. Para a deformação inicial das
vigas por traspasse o relógio comparador moveu em seu ponteiro um valor inferior a
uma fração.
O valor mostrado pelo relógio foi algo muito próximo de zero, mas como
não é possível mensurar o valor exato, optou-se por apresentar o resultado como
um valor menor do que o menor valor medido pelo relógio, ou seja, apresentou-se
como resultado um valor menor que 0,01mm.
Depois de zerado o relógio e aplicadas as cargas totais obteve-se os
resultados a seguir:
Tabela 10 – Deformações das vigas com Traspasse.
Viga
Emenda
Sigla
Deformação
(mm)
1
Traspasse
VT-1
21,82
2
Traspasse
VT-2
8,31
Fonte: Autor.
46
Figura 23 – Deformação da VT-1.
Durante a execução do ensaio na viga VT-2, devido a problemas no local
da execução dos ensaios, não foi possível terminar o ensaio por completo. O
resultado apresentado para a viga VT-2 na tabela anterior foi a deformação ocorrida
com a aplicação de aproximadamente 70% da carga aplicada a todas as outras
vigas.
Para este tipo de emenda, foi possível perceber que a deformação ocorria
de forma muito mais lenta. O relógio comparador começou a mostrar deformações
apenas após a aplicação de aproximadamente 995 quilos de carga. Isso representa
50,12% da carga total aplicada.
Figura 24 – Fissura na viga por traspasse.
47
O número de trincas nas vigas com traspasse também foi menor em
relação às vigas por solda e seus comprimentos não ultrapassavam 50% da altura
da viga. As aberturas das fissuras encontradas nas vigas por traspasse também
eram menores do que as fissuras das vigas por solda.
4.3 ANÁLISE GERAL DAS EMENDAS
Para se fazer uma análise geral das emendas, foi elaborado um resumo
dos resultados. Estes resultados são apresentados em forma de tabela, como
anteriormente, para facilitar o entendimento dos dados.
Nesta análise geral, os valores obtidos nas vigas VS-1 e VS-2 foram
tratados e obteve-se uma média aritmética, apresentando assim um resultado único.
Para os valores de VT-1 e VT-2, não se aplicou o mesmo procedimento,
pois o valor de VT-2 não foi retirado do ensaio por completo. Sendo assim, para se
ter um resultado único para as vigas por traspasse, foi descartado o resultado de
VT-2 e adotado como valor único o resultado de deformação da VT-1.
Embora descartado o resultado da VT-2, durante todo o carregamento a
viga apresentou um comportamento muito parecido com a VT-1. Nos dois ensaios,
VT-1 e VT-2, a deformação começou a ocorrer após o carregamento passar dos
50% do carregamento total.
Assim, resumidamente se tem:
Tabela 11 – Resumo de resultados.
Viga
Carregamento
(Kg)
Deformação
inicial
(mm)
Deformação por Deformação
carregamento
total
(mm)
(mm)
VSmédio
1985
0,03
25,74
25,77
VTmédio
1985
<0,01
21,82
21,82
Fonte: Autor.
Inicialmente,
percebesse
uma
diferença
considerável
entre
as
deformações iniciais entre as vigas com diferentes tipos de emendas nas
armaduras. Enquanto as vigas com solda deformaram 0,03 mm, as vigas com
traspasse sofreram uma deformação praticamente nula. Essas deformações foram
48
sofridas com o carregamento apenas do peso próprio das vigas, que representa
18,89% do carregamento total das vigas.
Durante o carregamento, se tornou visível a diferença de tempo para o
inicio da deformação. As vigas executadas com solda sofriam deformações muito
facilmente em comparação às vigas com traspasse.
As vigas executadas com traspasse sofriam a deformação após o
carregamento passar de 50% de sua totalidade, enquanto que as vigas executadas
com solda de topo sofriam deformação já com 120 quilos de carga, ou seja, 6,04%
da carga total aplicada.
Comparando estas informações com as deformações inicias das vigas,
percebe-se uma resistência maior à deformação nas vigas com traspasse. Pois
estas já sofreram uma deformação menor na desforma e tiveram uma resistência a
sofrer deformação maior.
Quanto aos valores de deformação total, percebe-se que as vigas com
traspasse ainda possuem uma maior resistência à deformação. As vigas executadas
com solda de topo sofreram uma deformação de 3,95 mm a mais que as vigas por
traspasse. Assim, as vigas por traspasse sofreram apenas 84,67% da deformação
sofrida pelas vigas de solda. Há uma redução de aproximadamente 15% na
deformação, apenas aplicando o traspasse na emenda da viga.
4.4 ANÁLISE ECONÔMICA DAS EMENDAS
Fazendo uma análise econômica, nas emendas por traspasse há um
desperdício de material. Para esta pesquisa, em cada barra emendada por
traspasse há um desperdício de 88 cm de barras de aço com bitola de 10 mm. Para
cada viga, isso se totaliza em um desperdício de 176 cm de aço, sendo que são
aplicadas duas barras a cada viga. Considerando que a barra de aço de 10 mm
possui uma massa nominal de 0,617Kg/m e um preço médio de R$ 5,54 por quilo,
temos com o desperdício de 176 cm, que leva a um custo de R$ 6,01 para a
execução de uma viga por traspasse. Além deste valor deve ser somado o arame
recozido para fazer a amarração e a mão de obra para a execução.
Já para a execução das barras com solda não há desperdício de material.
Porém a execução da solda exigida por norma, tem que ser solda por caldeamento.
49
Sendo assim, se faz necessário o uso de equipamento específico para a execução
das soldas e, além disso, mão de obra qualificada para o manuseio do equipamento.
Segundo a tabela abaixo, o número de emendas executadas por hora, por
um equipamento específico de solda de topo por caldeamento:
Tabela 12 – Nº de emendas por hora.
Bitola
nº de emendas
10
12,5
16
20
25
25
23
20
15
10
Fonte: xa.yimg.com
Destes valores foram obtidos os consumos para cada diâmetro de barra.
Em uma hora de emendas de barras de 10 mm se consome 7,08 kW. Este valor,
divido pelo numero de barras executadas no período de uma hora, resulta no
consumo em kWh para a solda de uma única barra. Ver tabela 13.
Para mensurar o custo para se executar as emendas por solda, deve-se
conhecer o consumo de energia gerado pelo equipamento e a tarifa cobrada pela
concessionária de energia local. Para o consumo de energia do equipamento se
tem:
Tabela 13 – Consumo de Energia
Bitola
(mm)
Consumo de
Energia
(kWh)
10
0,083
Fonte: xa.yimg.com
Conhecendo o valor cobrado pela concessionária de energia em R$/kWh
é possível se chegar a um consumo de energia para a execução de uma viga que
utiliza de duas barras emendadas por solda de topo por processo de caldeamento.
Tabela 14 – Custo de Energia para uma Viga.
Bitola
(mm)
10
Consumo
Tarifa
(kWh)
(R$/kWh)
0,083
0,424886
Custo para
uma barra
(R$)
Custo para uma
viga (2 barras)
(R$)
0,035
0,071
Fonte: Autor.
50
Analisando os dados de custo para a execução de uma viga com
armadura emendada com solda de topo e os dados de custo para a execução de
uma viga com armadura por traspasse, percebe-se que o custo para a solda é bem
inferior ao custo do traspasse. De forma direta, se torna mais econômico executar a
solda para as emendas, porém tem que se levar em consideração o preço para a
aquisição do equipamento ou o aluguel do mesmo. Deve-se levar em consideração
também que o equipamento possui um peso considerável, que necessitaria de
transporte de uma obra para outra, ou um transporte para que as barras soldadas
fossem levadas até a obra em que serão utilizadas. Desta forma deveria se
acrescentar aos custos o frete do equipamento ou o combustível para o translado
das barras.
51
5 CONCLUSÃO
Com a análise realizada entre os tipos de emendas utilizadas em
armaduras de concreto armado permitidas por norma, foi possível mostrar que os
diferentes métodos de emenda adotados nesta pesquisa alteram realmente o
comportamento das vigas aos quais estão inseridas. Pode se notar uma redução de
deformação nas vigas executadas com emendas por traspasse, tanto na
deformação inicial como na deformação total. Sendo que a deformação inicial foi
praticamente nula.
A parte central das vigas com traspasse possui uma região em que estão
atuando quatro barras de aço na seção tracionada da viga. Essas barras criam uma
rigidez maior, ou seja, criam uma tensão de tração maior evitando a flexão da viga,
reduzindo em até 15% a deformação em relação à solda. Há também nesta região
central da viga um aumento da área de aço nesta seção.
As armaduras com emenda por solda de topo tiveram valores de
deformação maiores, pois atuam como barras inteiras. A solda em si não gera
nenhum tipo de dispositivo contra a flexão, diferentemente do traspasse que devido
ao seu comprimento de ancoragem acaba dando uma maior rigidez à viga,
tornando-a mais resistente à deformação.
Economicamente, se pode dizer que a solda tem um custo direto menor
que o custo da execução do traspasse. Mas vale ressaltar que para executar a solda
se deve fazer um investimento muito maior, sendo que é necessária a aquisição de
equipamento e treinamento de pessoas qualificadas.
Considerando que as emendas não são tão comuns em obras, o custo da
emenda por traspasse se torna mais viável pelo tempo de execução e mão de obra
reduzida, já que para se realizar o traspasse basta amarrar as barras com arame
recozido em alguns pontos.
Nota-se importante o estudo de diferentes tipos de emenda permitidos por
norma, pois se utiliza sempre aquele em que a execução é mais fácil. Não se busca
conhecer qual sistema tem melhor desempenho ou menor custo. Assim, esta
pesquisa mostra que mesmo o sistema por traspasse sendo o mais utilizado em
obra por facilidade de execução, ele apresenta uma maior eficiência sobre o sistema
por solda assim como um menor investimento e tempo de execução.
52
REFERÊNCIAS
FUSCO, Péricles Brasiliense. Técnica de armar as estruturas de concreto. São
Paulo: PINI, 1995. 382 p.
CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo e
detalhamento de estruturas usuais de concreto armado: segundo a NBR 6118:2003.
2. ed São Carlos, SP: EDUFSCAR, 2005. 374 p.
ARAÚJO, José Milton de. Curso de concreto armado. Rio Grande, RS: Editora
DUNAS, 2003. 4 v.
BOTELHO, Manoel Henrique Campos; MARCHETTI, Osvaldemar. Concreto
armado, eu te amo. São Paulo: Edgard Blücher, 2004. v.2.
ISAIA, Geraldo Cechella. Concreto: ensino, pesquisas e realizações. São Paulo:
IBRACON, 2005. 792 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de
concreto: procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. 221 p.
http://xa.yimg.com/kq/groups/2354326/672397096 Acesso em 21 de Junho de 2010.
http://gerdau.com.br Acesso em 21 de Junho de 2010.