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O documento do American Concrete Institute ACI 224R-16 fornece diretrizes abrangentes para engenheiros avaliarem e controlarem o cracking em membros de concreto sob várias condições de carga e ambiente. Compreender como calcular e limitar as larguras de fissuras garante que as estruturas mantenham sua integridade, resistam à corrosão de armaduras incorporadas e atendam às exigências estéticas ao longo de sua vida útil.

Compreender a importância do controle de largura de crack

O cracking em concreto armado é um fenômeno inevitável que ocorre devido à fraqueza de tração inerente do concreto. Enquanto o concreto exibe excelente resistência à compressão, sua capacidade de tração é significativamente menor – tipicamente apenas cerca de 10% de sua resistência à compressão. Quando as tensões de tração excedem a resistência à tração do concreto, as fissuras formam-se. Essas fissuras, se não controladas, podem comprometer a durabilidade e a capacidade de manutenção da estrutura de várias maneiras.

A preocupação principal com as larguras excessivas de fissura é o potencial de corrosão da armadura de aço incorporada, que pode impactar significativamente o aparecimento da estrutura e reduzir sua vida útil. Quando as fissuras são muito largas, elas fornecem caminhos para umidade, oxigênio, cloretos e outros agentes agressivos para alcançar o aço reforçado. Essa exposição inicia e acelera o processo de corrosão, levando à formação de ferrugem, expansão do aço e eventual espaçamento da cobertura de concreto.

Além das preocupações estruturais, o controle da largura de fissuras é essencial para manter o aspecto estético das superfícies expostas de concreto. As fissuras amplas e inestéticas podem diminuir o apelo visual do concreto arquitetônico e levantar preocupações entre os proprietários e ocupantes sobre a segurança estrutural, mesmo quando as fissuras não representam ameaça estrutural imediata.

Resumo das Orientações e Evolução ACI 224R-16

O documento ACI 224R passou por várias revisões desde sua publicação inicial no início da década de 1970, com cada iteração incorporando novos achados de pesquisa e experiência prática.A primeira edição foi publicada pelo Comitê ACI 224 sobre Cracking, e os objetivos do relatório são dar as principais causas de fissuração em concreto armado e protendido e recomendado critérios e procedimentos de controle de fissura.

O relatório apresenta as principais causas de fissuração e procedimentos recomendados de controle de fissuração, abrangendo o controle de fissuração devido à retração da secagem e controle de fissuras em barras flexurais, sobreposições e construção de concreto em massa em detalhes.O documento serve como recurso abrangente para engenheiros estruturais, fornecendo tanto o referencial teórico quanto a orientação prática para o controle de fissuras em vários tipos de estruturas de concreto.

Âmbito e cobertura da ACI 224R

O documento abrange o controle da fissuração em barras de flexão, o controle da fissuração em lajes e placas bidirecionais, as larguras de fissura toleráveis versus as condições de exposição em concreto armado, a fissuração flexural em concreto protendido, a fissuração em área de ancoragem em concreto protendido, o controle da fissuração em vigas profundas e a fissuração por tensão.

As diretrizes enfatizam que o controle da fissura deve ser realizado por meio de detalhamento adequado e não apenas por meio de cálculo.A base para os códigos de prática para limitar o trincamento de carga de serviço está enraizada em equações para prever larguras de fissura, e a tendência no dimensionamento de concreto armado e protendido é fornecer o detalhamento adequado, como fornecimento de armadura mínima e seleção adequada de diâmetros de barra, espaçamento de barra e redução de contenção.

Larguras de fenda toleráveis baseadas em condições de exposição

Um dos aspectos mais práticos da ACI 224R é a sua orientação sobre larguras aceitáveis de fissuras para diferentes condições de exposição, que ajudam os engenheiros a estabelecer critérios de projeto adequados com base nas condições ambientais que a estrutura enfrentará ao longo de sua vida útil.

Larguras máximas de crack recomendadas

ACI 224R-01 fornece diretrizes para larguras de fissura toleráveis na face de tração de estruturas de concreto armado para condições típicas, incluindo: ar seco ou membrana protetora (0,016 polegadas ou 0,41 mm), umidade, ar úmido, solo (0,012 polegadas ou 0,30 mm), produtos químicos de degelo (0,007 polegadas ou 0,18 mm), água do mar e spray de água do mar, molhando e secando (0,006 polegadas ou 0,15 mm), e estruturas de retenção de água excluindo tubos de não pressão (0,004 polegadas ou 0,10 mm), embora esses valores nem sempre são uma indicação confiável de corrosão e deterioração do aço que se espera.

O relatório afirma que o julgamento da engenharia deve ser exercido e outros fatores, como a cobertura concreta, devem ser levados em consideração para revisão desses valores, que reconhece que a largura da fissura por si só não é o único determinante da durabilidade, e que fatores como a qualidade do concreto, a profundidade da cobertura e o ambiente de exposição específico desempenham papéis importantes.

Considerações sobre a classificação da exposição

As condições de exposição listadas no ACI 224R refletem os diferentes graus de gravidade que diferentes ambientes impõem às estruturas de concreto. Estruturas em ambientes secos e protegidos podem tolerar fissuras mais amplas sem preocupações de durabilidade significativas, enquanto aquelas expostas a ambientes agressivos, como produtos químicos de degelo ou água do mar, requerem controle de largura de fissura muito mais apertado.

ACI 224R-01 recomenda uma largura máxima de fissura de 0.007 polegadas (0,18 mm) para membros expostos a produtos químicos desfrigoríficos. Este limite rigoroso reflete a natureza altamente corrosiva dos sais de desidratação contendo cloretos, que podem iniciar rapidamente e propagar corrosão de aço reforçado quando penetram através de fissuras.

Para estruturas de retenção de água, a largura máxima de fissura recomendada de 0,004 polegadas (0,10 mm) é ainda mais restritiva. Este controle apertado é necessário não só para evitar a corrosão, mas também para minimizar o vazamento de água através do concreto, que é um requisito de manutenção primária para tanques, reservatórios e estruturas semelhantes.

Fatores que afetam o desenvolvimento da largura do crack

A largura das fissuras que se desenvolvem em elementos de concreto armado é influenciada por inúmeros fatores inter-relacionados, sendo essencial compreender esses fatores tanto para prever larguras de fissura quanto para implementar medidas efetivas de controle de fissuras durante o projeto e construção.

Características de reforço

A quantidade, distribuição e características do aço de reforço afetam significativamente o desenvolvimento da largura da fissura. A armadura devidamente colocada, utilizada em quantidades adequadas, reduzirá o número e as larguras das fissuras, distribuindo as tensões de encolhimento ao longo da armadura através de tensões de aderência, de modo que ocorra um maior número de fissuras estreitas em vez de algumas fissuras largas.

Os três parâmetros importantes na fissuração flexural são o tensionamento, a cobertura e o espaçamento de barras, sendo que a tensão de aço é o parâmetro mais importante, sendo que níveis de tensão mais elevados nas cargas de reforço no serviço levam a maiores deformações e, consequentemente, a fissuras mais amplas, que formam a base para muitas equações de predição de largura de fissura.

O espaçamento entre barras de reforço também desempenha um papel crucial. Barras que são espaçadas muito distantes não podem distribuir efetivamente rachaduras, resultando em menos mas mais largas fissuras. Por outro lado, o espaçamento de barras mais próximo promove a formação de fissuras mais numerosas, mas mais estreitas, que geralmente é mais desejável tanto a partir de perspectivas de durabilidade e estética.

O diâmetro da barra afeta a largura da fissura através de sua influência nas características de união e na área efetiva do concreto em cada barra de tensão. Barras de diâmetro menor geralmente proporcionam melhor controle de fissura do que barras maiores com área de aço total equivalente, pois podem ser distribuídas de forma mais eficaz em toda a zona de tensão.

Profundidade da capa do concreto

A cobertura do concreto sobre o aço reforçado, o tamanho da barra, a geometria da superfície da barra de armadura e a distribuição do aço na zona de tensão são fatores importantes que afetam as larguras das fissuras. A cobertura do concreto serve para vários fins: fornece proteção contra incêndio, protege a armadura contra corrosão e garante o desenvolvimento adequado da aderência.

Do ponto de vista da largura da fissura, maior profundidade de cobertura geralmente resulta em fissuras superficiais mais amplas para um determinado nível de deformação de armadura, o que ocorre porque a fissura deve propagar-se através de uma maior espessura de concreto do nível de armadura para a superfície. No entanto, essa relação é complexa, uma vez que a cobertura adequada também é essencial para a durabilidade e proteção contra corrosão.

O principal fator que afeta a largura da fissura é a distância do ponto calculado até a barra de aço mais próxima, ou seja, a espessura da cobertura de concreto; a largura da fissura superficial é formada apenas pela tensão e deformação desigual do concreto em torno da barra de aço. Este entendimento forma a base para os métodos de cálculo da largura da fissura que consideram o gradiente de deformação da armadura para a superfície de concreto.

Condições de carregamento e níveis de estresse

A magnitude e o tipo de carregamento influenciam significativamente o desenvolvimento da largura da fissura. As condições de carga de serviço determinam os níveis de tensão tanto no concreto quanto na armadura, que afetam diretamente a deformação que faz com que as fissuras se abram.

O histórico de carga também importa. Cargas sustentadas podem levar a efeitos dependentes do tempo, como fluência e encolhimento, o que pode causar rachaduras a ampliar ao longo do tempo, mesmo que a carga aplicada permanece constante. Carga cíclica, como o que experimentadas por estruturas de ponte, pode causar efeitos de fadiga que influenciam a propagação e largura de fissura.

Propriedades do concreto e Misture o Design

As propriedades do concreto em si afetam significativamente o comportamento de fissuração, determinando a resistência à tração do concreto quando as fissuras se formarão primeiro, enquanto o módulo de elasticidade influencia a distribuição da deformação entre o concreto e a armadura.

As características de encolhimento do concreto são particularmente importantes, pois a secagem ocorre de forma não uniforme da superfície para o núcleo de concreto, a contração irá criar tensões de tração interna perto da superfície e compressão no núcleo, e a contração diferencial pode resultar em fissuras deformadas e superficiais. Misturas de concreto com alto potencial de encolhimento são mais propensas a rachaduras e podem desenvolver fissuras mais amplas.

O tipo e o conteúdo agregados também influenciam o retração e o desenvolvimento de trincas. Agregados com maior rigidez proporcionam maior contenção para retração, potencialmente reduzindo as larguras de fissuras, mas possivelmente aumentando o número de fissuras. A relação água-cimento, o teor de cimento e o uso de materiais cimentícios suplementares afetam as características de retração do concreto e a resistência à tração.

Fatores ambientais

As condições ambientais durante e após a construção afetam significativamente o desenvolvimento de fissuras. Variações de temperatura causam expansão térmica e contração, que podem induzir tensões de tração e fissuração.

Os níveis de umidade afetam a taxa e a extensão da retração da secagem. A secagem é um processo lento, e pode levar muitos anos até que a retração final seja alcançada porque a perda de água do concreto endurecido é gradual. Estruturas em climas secos experimentam secagem mais rápida e extensa, levando potencialmente a uma quebra de retração mais severa.

As condições de retenção também desempenham um papel crucial. Quando o concreto tenta encolher ou contrair devido a secagem ou mudanças de temperatura, qualquer restrição a este movimento induz tensões de tração. A tensão de tração induzida pela retração da secagem é reduzida com o tempo devido à fluência ou ao relaxamento de tensão, e as fissuras se desenvolvem apenas quando a tensão de tração líquida atinge a resistência à tração do concreto.

Base teórica para a previsão de largura de fenda

A compreensão dos mecanismos teóricos por trás da formação e propagação de crack é essencial para o desenvolvimento de métodos de predição precisos.Duas teorias primárias foram desenvolvidas para explicar o comportamento da largura de fissura em concreto armado: a teoria de união-derrapagem e a teoria de não-deslizamento.

Teoria de Escorregamento de Ligação

A teoria da aderência-derrapagem foi proposta por R. Saligar em 1936 e sustenta que a fissura depende principalmente da força de união entre barra de aço e concreto; na seção de fissura, a falha de aderência ocorre entre barra de aço e concreto, e quando a barra de aço se alonga, o concreto se recupera e produz deslizamento relativo.

De acordo com esta teoria, a largura da fissura é essencialmente igual ao deslizamento relativo entre a barra de reforço e o concreto circundante no local da fissura. A tensão de ligação entre o aço e o concreto varia ao longo do comprimento da barra, sendo maior no local da fissura e diminuindo com a distância da fissura. Essa variação na tensão de aderência provoca o movimento diferencial que se manifesta como largura da fissura na superfície do concreto.

Teoria de Não Deslize

A teoria do no-slip foi estabelecida na década de 1960 e assume que a largura da fissura na superfície da barra de aço é zero, usando o gradiente de deformação da barra de aço da seção de fissura para a superfície da estrutura como mecanismo para calcular a fissura, e o método da teoria elástica pode ser usado para calcular a diferença de deformação entre a barra de aço e uma determinada posição para determinar a largura da fissura nessa posição.

Essa teoria pressupõe que dentro da faixa de largura de fissuras permitida, o deslizamento relativo entre barras de armadura deformadas e concreto pode ser ignorado, mas a largura de fissura é calculada com base no gradiente de deformação que se desenvolve do nível de armadura até a superfície do concreto. Essa abordagem reconhece que o concreto que envolve a armadura experimenta níveis variados de deformação, com o deformação máxima ocorrendo no nível de armadura e diminuindo em direção à superfície.

Desenvolvimento de Equações de Largura de Crack

As equações modernas de predição de largura de fissura evoluíram de extensa pesquisa experimental e análise estatística, sendo que a equação de Gergely-Lutz foi desenvolvida em 1968 por meio de análise estatística sobre os dados do ensaio de fissura de seis grupos de membros flexurais para determinar a importância de cada fator influenciador, com os principais fatores que determinam a largura de fissura incluindo a espessura da cobertura de concreto, a área de seção transversal efetiva do concreto de tração, o número de barras de aço, o gradiente de deformação da barra de aço para a borda de tração da seção e a tensão da barra de aço, entre as quais a tensão da barra de aço é o fator mais importante.

Essas equações normalmente incorporam parâmetros como tensão de aço, cobertura de concreto, espaçamento de barras e a área de tensão efetiva do concreto em torno de cada barra. Os coeficientes dessas equações são derivados da análise de regressão de dados experimentais, garantindo que as previsões razoavelmente coincidem com as larguras de fissuras observadas em corpos de prova testados.

Metodologias de cálculo da largura do crack

ACI 224R e documentos relacionados apresentam diversas abordagens para o cálculo e controle de larguras de fissuras em estruturas de concreto armado, que variam desde cálculo direto de largura de fissura até controle indireto até limitações de espaçamento.

Cálculo direto da largura do crack

Métodos de cálculo diretos tentam prever a largura real da fissura que se desenvolverá em condições de carga de serviço, geralmente determinando a deformação na armadura e no concreto, utilizando equações empíricas para estimar a largura resultante da deformação na superfície do concreto.

A abordagem geral envolve várias etapas. Primeiro, o momento ou força de carga de serviço é determinado com base em cargas não fatoradas. Em seguida, a tensão na armadura no local da fissura é calculada usando análise de seção transformada ou outros métodos apropriados. A deformação da armadura é então calculada a partir da tensão usando o módulo de elasticidade do aço. Finalmente, esta deformação é usada em conjunto com parâmetros geométricos (cobertura, espaçamento, diâmetro da barra) para calcular a largura esperada da fissura.

Uma forma simplificada de cálculo da largura da fissura pode ser expressa como relacionando a largura da fissura à diferença de deformação entre a armadura e o concreto, multiplicada por um comprimento característico que depende do espaçamento e distribuição da armadura. A formulação específica varia dependendo do código ou diretriz que está sendo seguida, mas o princípio fundamental permanece consistente em diferentes abordagens.

ACI 318 Método de espaçamento

Atualmente, os requisitos do ACI 318-14 baseiam-se na crença de que pode ser enganador calcular larguras de fissura explícitas, dada a variabilidade inerente ao cracking, e a base de desenho foi trocada nos últimos anos pela premissa de que a largura de fissura não está diretamente relacionada à durabilidade de longo prazo, sendo de maior importância a profundidade de cobertura e a qualidade do concreto, pois pode ser enganosa a utilização de um método de projeto que pretende efetivamente calcular larguras de fissura.

O controle do crack é alcançado no ACI 318 através do uso de um critério de espaçamento para o reforço do aço baseado no estresse em condições de serviço e na clara cobertura das barras, que reconhece as dificuldades práticas e incertezas inerentes à previsão de larguras exatas de fissura e, em vez disso, foca no controle dos parâmetros conhecidos por influenciarem o cracking.

O método de limitação de espaçamento proporciona o espaçamento máximo admissível entre barras de reforço em função da tensão calculada de aço nas cargas de serviço e na cobertura de concreto. Ao limitar o espaçamento de barras, o método garante que as fissuras sejam distribuídas e que suas larguras permaneçam dentro dos limites aceitáveis, sem que seja necessário calcular a largura de fissura explícita.

Parâmetros nas Equações de Largura de Crack

Independentemente do método de cálculo específico utilizado, vários parâmetros-chave aparecem consistentemente nas equações de previsão da largura de fissuras:

  • Tensão de aço (fs):] A tensão nas cargas de armadura em serviço, normalmente calculada com base em momentos ou forças não faccionados. Este é geralmente considerado o parâmetro mais importante que afeta a largura da fissura.
  • Cobertura de betão (cc ou dc):] A distância do centro da barra de reforço até à superfície de betão mais próxima.A cobertura maior resulta geralmente em fissuras de superfície mais largas.
  • Espaço de barras (s):] A distância centro-a-centro entre barras de reforço adjacentes.Espaço mais próximo promove melhor distribuição de fissuras e fissuras individuais mais estreitas.
  • Área de tensão efetiva (A):] A área de concreto em tensão ao redor de cada barra de reforço, o que influencia como as fissuras se propagam da barra para a superfície.
  • Diâmetro da barra (db):]Diâmetro das barras de reforço, que afeta as características de ligação e distribuição de fissuras.
  • Fator Beta (β):] Um coeficiente que representa o gradiente de deformação do nível de armadura até a fibra de tensão extrema, particularmente importante em membros flexurais.

Calculando o estresse de aço em cargas de serviço

A determinação precisa da tensão de aço em condições de carga de serviço é crucial para a previsão da largura da fissura. O cálculo geralmente começa com a determinação do momento de fissuração da seção, que é o momento em que a resistência à tração do concreto é excedida pela primeira vez.

Uma vez que ocorre o cracking, o comportamento da seção muda significativamente, sendo necessário determinar a profundidade do eixo neutro e o momento de inércia da seção transformada, e calcular a tensão de aço utilizando a relação entre o momento de serviço aplicado, as propriedades da seção trincada e a distância do eixo neutro à armadura.

Para fins de projeto, muitos códigos permitem que a tensão de aço seja aproximada em dois terços da resistência de escoamento, proporcionando uma abordagem simplificada que evite uma análise detalhada da carga de serviço. No entanto, para previsões mais precisas da largura da fissura ou para verificação das estruturas existentes, é preferível calcular a tensão de aço real com base em cargas de serviço.

Aplicação a diferentes elementos estruturais

Os princípios de cálculo e controle da largura da fissura se aplicam em vários tipos de elementos de concreto armado, embora considerações específicas possam variar dependendo da forma estrutural e das condições de carga.

Membros da Comissão (Vigas e Escórias de Mancha Única)

Os membros flexurais, como vigas e lajes unidirecionais, desenvolvem fissuras perpendiculares à direção das tensões de tração causadas por momentos fletores, sendo a largura da fissura na face tensionada a principal preocupação, pois é aqui que ocorrem as fissuras mais largas e onde são mais visíveis.

O comportamento de fissuração em lajes de sentido único (razão de profundidade de espaço 15 a 20) é semelhante ao de vigas rasas, e para lajes de sentido único com cobertura de concreto transparente superior a 25,4 mm (1 pol.), a equação de largura de fissura pode ser aplicada corretamente se β = 1,25 a 1,35. Este ajuste do fator beta é responsável pelo gradiente de deformação diferente que se desenvolve em lajes em relação a seções de viga mais profundas.

Em membros flexurais, a distribuição da armadura é particularmente importante. A armadura inferior em vigas simplesmente suportadas ou o suporte superior em barras contínuas deve ser devidamente espaçada para garantir o adequado controle de fissuras.

Pratos e lajes de duas vias

As lajes bidirecionais apresentam complexidade adicional, pois podem ocorrer fissuras em múltiplas direções, dependendo da distribuição do momento, sendo que as armaduras devem ser devidamente distribuídas em ambas as direções para controlar eficazmente a fissuração, e os princípios de cálculo da largura da fissura permanecem semelhantes, mas a análise deve considerar o estado de tensão biaxial e a interação entre armaduras em direções perpendiculares.

Em placas planas e placas planas, deve-se prestar especial atenção às regiões de tiras de coluna onde os momentos negativos são mais altos. Essas áreas são propensas a rachar na superfície superior, o que pode ser esteticamente problemático em sofites expostos e pode afetar a durabilidade se não devidamente controlada.

Membros em Tensão Direta

Um relatório separado do Comitê ACI 224 (ACI 224R) abrange o controle de fissuração em membros de concreto em geral, mas contém apenas uma breve referência ao trincamento de tensão, enquanto o ACI 224.2R trata especificamente de fissuração em membros submetidos à tensão direta.

Equações podem ser utilizadas para predizer a provável largura máxima de fissura em barras de tração totalmente rachadas, embora, como com barras de flexão, haja uma grande variabilidade na largura máxima de fissura. Os membros de tensão requerem atenção cuidadosa à distribuição de armaduras para garantir que as fissuras sejam bem distribuídas e não concentradas em alguns locais.

Exemplos de barras de tensão incluem vigas de amarração, cordas de tensão em treliças, paredes ou lajes submetidas a retração restrita ou movimentos térmicos.O cálculo da largura da fissura para os membros de tensão é geralmente mais simples do que para os membros flexurais, pois a distribuição de tensões é mais uniforme, mas as consequências do controle inadequado da fissura podem ser severas.

Vigas Profundas e Regiões Perturbadas

Vigas profundas e outras regiões perturbadas (regiões D) onde as seções planas não permanecem planas requerem consideração especial para o controle de fissuras. A distribuição de tensões nessas regiões é complexa, e a teoria simples do feixe não se aplica. A modelagem de estruturas e gravatas é frequentemente usada para o projeto de resistência, mas o controle de fissuras ainda requer atenção ao detalhamento de armaduras.

A armadura distribuída em ambas as direções horizontal e vertical é tipicamente necessária em vigas profundas para controlar o fissuramento em toda a região da web. As equações de previsão de largura de fissura desenvolvidas para vigas normais podem não ser diretamente aplicáveis, e julgamento de engenharia combinado com práticas de detalhamento adequadas torna-se particularmente importante.

Membros do Concreto Prestido

As barras de concreto pré-stressadas são projetadas para permanecer sem fissuras ou para ter fissuras limitadas sob cargas de serviço. Quando as fissuras ocorrem em barras parcialmente pré-stressadas, o cálculo da largura da fissura deve ser responsável pelos efeitos da protensão, incluindo a tensão de tração reduzida no concreto e a presença de armaduras de pré-tensão e não-prestressadas.

A largura da fissura em barras protendidas é tipicamente menor do que em barras de concreto armado comparáveis devido à pretensão compressiva que deve ser superada antes da fissuração por tração. Entretanto, quando as fissuras se formam, elas podem ser mais espaçadas, e a distribuição adequada de armaduras não pré-stressadas pode ser necessária para garantir o controle adequado da fissura.

Considerações práticas do projeto para o controle do crack

Enquanto os cálculos de largura de fissura fornecem valiosas orientações quantitativas, o controle eficaz de fissuras na prática requer atenção para inúmeros detalhes de projeto e construção que vão além de cálculos simples.

Requisitos mínimos de reforço

A quantidade mínima e o espaçamento de armadura a serem utilizados em pisos estruturais, lajes de telhado e paredes para controle da temperatura e retração do cracking são dados no ACI 318 ou no ACI 350R. Esses requisitos mínimos de armadura garantem que mesmo quando o cracking ocorre devido à retração, mudanças de temperatura ou outros efeitos, as fissuras serão bem distribuídas e de largura limitada.

A armadura mínima é particularmente importante nos membros onde a armadura primária está concentrada em locais específicos, deixando outras áreas vulneráveis a fissuras descontroladas. A armadura de temperatura e retração em lajes, a armadura de distribuição em lajes unidirecionais e a armadura de pele em vigas profundas servem para controlar a fissuração em regiões afastadas da armadura flexural principal.

Distribuição e Espaço de Reforço

A distribuição de armaduras em toda a zona de tensão é frequentemente mais importante do que a quantidade total de aço fornecida. Várias barras menores distribuídas na largura de um membro proporcionam melhor controle de fissuras do que menos barras maiores com a mesma área total. Isto porque as barras menores podem ser espaçadas mais de perto, reduzindo a distância entre barras e promovendo melhor distribuição de fissuras.

As limitações máximas de espaçamento nos códigos servem para garantir uma distribuição adequada. Esses limites variam tipicamente com base na condição de exposição e no nível de tensão na armadura. Condições de exposição mais graves ou níveis de tensão mais elevados requerem espaçamento mais próximo da barra para manter larguras de fissura aceitáveis.

Requisitos de cobertura de betão

A cobertura de concreto serve para vários fins, incluindo proteção contra incêndio, proteção contra corrosão e desenvolvimento de aderências. Do ponto de vista do controle de fissuras, a relação entre cobertura e largura de fissuras é complexa. Embora a cobertura maior proporcione uma melhor proteção contra corrosão criando uma barreira mais espessa entre a armadura e o ambiente, ela também tende a resultar em fissuras superficiais mais amplas para um determinado nível de deformação de armadura.

A profundidade de cobertura ideal deve equilibrar estas considerações concorrentes. Requisitos mínimos de cobertura especificados em código são baseados principalmente em durabilidade e necessidades de proteção contra incêndios, mas os designers devem estar cientes de que o aumento da cobertura além do mínimo pode exigir espaçamento de barras mais próximo ou outras medidas para manter larguras de fissura aceitáveis.

Controle de efeitos de encolhimento e temperatura

ACI 224R-01 afirma que o cracking devido à retração de secagem nunca pode ser eliminado na maioria das estruturas. No entanto, a gravidade do cracking de retração pode ser minimizada através de práticas de design e construção adequadas.

O concreto pode suportar tensões mais elevadas se o estresse for aplicado lentamente, portanto, é desejável evitar a secagem rápida do concreto, que pode ser alcançada através da cura de compostos, mesmo após a cura da água. A cura adequada é uma das medidas mais eficazes para controlar o retração de fissuras, pois permite que o concreto ganhe resistência antes que ocorra uma retração significativa da secagem.

O design de mistura de concreto também desempenha um papel crucial no controle da retração. Usando menores relações água-cimento, incorporando materiais cimentícios suplementares, selecionando agregados com características de baixa retração e evitando o excesso de teor de cimento todos ajudam a reduzir o potencial de retração. No entanto, essas medidas devem ser equilibradas com outras exigências de desempenho concreto, como a capacidade de trabalho, o desenvolvimento de resistência e durabilidade.

A colocação articular é outra importante consideração para controlar o retração do cracking. As articulações de controle adequadas e detalhadas fornecem locais pré-determinados para a formação de fissuras, impedindo a fissuração aleatória em toda a estrutura. O espaçamento das articulações de controle deve ser baseado no retração esperada, no grau de contenção e no reforço fornecido.

Práticas de Construção

Mesmo com o design adequado, as práticas de construção pobres podem levar a rachaduras excessivas. Principais considerações de construção incluem:

  • Colocação e consolidação adequadas do concreto: A consolidação inadequada pode criar vazios e planos fracos que promovem o cracking.A sobrevibração pode causar segregação e sangramento, levando também a problemas de fissuração.
  • Cura adequada: Cura insuficiente permite rápida perda de umidade e pode resultar em extensa fissuração superficial. Cura deve ser mantida por uma duração adequada, normalmente pelo menos sete dias para concreto normal.
  • Proteção contra mudanças rápidas de temperatura:] Proteger o concreto fresco de temperaturas extremas, vento e luz solar direta ajuda a evitar o retração plástica e reduz as tensões térmicas precoces.
  • Construção de juntas adequada: As juntas de controle, as juntas de construção e de expansão devem ser devidamente formadas e localizadas para funcionar como pretendido.
  • Evitar a contenção excessiva: Removendo a cofragem em momentos apropriados e evitando ligações rígidas às estruturas existentes até que o concreto tenha sofrido a maior parte da sua retração precoce pode reduzir a fissura induzida pelo sistema de retenção.

Comparação com as Normas Internacionais

Embora o ACI 224R forneça orientações abrangentes para o controle de crack na prática norte-americana, é valioso entender como essas recomendações se comparam com as normas internacionais, particularmente o Eurocódigo 2, que é amplamente utilizado na Europa e em muitas outras partes do mundo.

Método Eurocódigo 2

O Eurocode 2 fornece uma expressão para o cálculo da largura da fissura, onde a largura do desenho da fissura é igual ao espaçamento máximo da fissura multiplicado pela diferença entre a deformação média na armadura e a deformação média no concreto entre as fissuras, sendo considerada apenas a deformação adicional da tração além do estado de deformação zero do concreto no mesmo nível.

A abordagem Eurocode é mais explicitamente baseada no cálculo do que as disposições atuais do ACI 318, exigindo o cálculo direto das larguras esperadas de fissuras, em vez de se basear principalmente em limitações de espaçamento.O CEB-FIP Model Code for Concrete Structures (1990) fornece a abordagem europeia para a avaliação da largura de fissuras e larguras de fissuras admissíveis.

Diferenças nas Larguras de Crack Permitidas

Não há consenso quanto às larguras máximas de fissura, pois a largura máxima admissível de fissura em barras de concreto armado expostas a produtos químicos de degelo é de 0,18 mm pelo Comitê ACI 224 e 0,3 mm pelo Eurocódigo 2. Essa diferença significativa reflete diferentes filosofias quanto à relação entre largura e durabilidade da fissura.

A recomendação mais conservadora do ACI para degelo da exposição química reflete a experiência norte-americana com condições severas de corte de gelo combinadas com aplicação de sal pesado. O Eurocode limita, embora menos restritivo para a largura de fissuras isoladamente, colocar maior ênfase na qualidade do concreto e profundidade de cobertura como fatores primários de durabilidade.

Diferenças Filosóficas

A evolução das disposições de controle de fissuras em diferentes códigos reflete debates contínuos sobre a abordagem mais eficaz para garantir durabilidade.A recente tendência do ACI 318 longe dos cálculos explícitos de largura de fissuras em relação às disposições baseadas em espaçamentos representa um reconhecimento de que a largura de fissuras por si só não é um preditor confiável de durabilidade a longo prazo e que a variabilidade inerente ao cracking torna as previsões precisas difíceis.

Em contraste, o Eurocode 2 mantém uma abordagem mais intensiva em cálculo, exigindo que os engenheiros verifiquem explicitamente que as larguras calculadas de fissuras permanecem dentro dos limites especificados. Ambas as abordagens podem ser eficazes quando aplicadas adequadamente, e entender os princípios por trás de cada um fornece aos engenheiros uma perspectiva mais completa sobre o controle de fissuras.

Tópicos Avançados em Análise de Largura de Crack

Efeitos dependentes do tempo

As larguras de fissura não são estáticas, mas podem mudar ao longo do tempo devido a vários efeitos dependentes do tempo. O aumento do concreto sob tensão sustentada pode causar redistribuição de tensões entre o concreto e a armadura, podendo afetar as larguras de fissura. A redução continua por meses ou anos após a construção, e a contenção a esta contração pode causar novas fissuras para formar ou as fissuras existentes para ampliar.

A corrosão da armadura, se ocorrer, pode causar uma expansão significativa das fissuras, pois os produtos de ferrugem ocupam maior volume do que o aço original. Isto cria um circuito de retroalimentação positivo onde as fissuras mais amplas permitem que agentes mais agressivos cheguem ao aço, acelerando a corrosão e causando maior alargamento da fissura.

Efeito do Carregamento do Histórico

O histórico de carga experimentado por uma estrutura afeta seu comportamento de fissuração. O carregamento inicial aos níveis de serviço faz com que as fissuras se formem e se abram. Ao descarregar, as fissuras podem fechar parcialmente, mas normalmente não se fecham completamente devido às deformações residuais e à formação de detritos na fissura.

A carga cíclica, como a que é experimentada por estruturas de ponte sob o tráfego, pode causar efeitos de fadiga que influenciam a propagação de fissuras. Embora as larguras de fissura sob cargas de serviço estáticas possam ser aceitáveis, a abertura e fechamento cíclicos de fissuras podem acelerar a deterioração e devem ser consideradas em estruturas sujeitas a ciclagem de carga significativa.

Tensão a Esticar

A rigidez da tensão refere-se à contribuição do concreto na tensão entre as fissuras para a rigidez global de um membro de concreto armado. Mesmo após a fissuração, o concreto entre as fissuras continua a carregar alguma tensão através da união com a armadura.

O enrijecimento por tensão é mais significativo em níveis de carga baixos pouco depois da primeira fissuração e diminui conforme a carga aumenta e mais fissuras se formam. O efeito também diminui ao longo do tempo devido à fluência e encolhimento. Embora o enrijecimento por tensão seja benéfico para a manutenção, é tipicamente negligenciado em cálculos de força por razões de segurança.

Variabilidade e Considerações Estatística

Um dos desafios na predição da largura de fissura é a variabilidade inerente ao comportamento de fissuração, mesmo em ensaios laboratoriais cuidadosamente controlados, as larguras de fissura podem variar significativamente entre corpos de prova nominalmente idênticos, o que surge de inúmeras fontes, incluindo variações na resistência à tração do concreto, condições de aderência locais e natureza aleatória da formação de fissuras.

As equações de previsão de largura de fissuras geralmente predizem uma largura de fissura média ou característica em vez do máximo absoluto que pode ocorrer. Os engenheiros devem reconhecer que as larguras máximas reais de fissuras podem exceder os valores previstos em 30% ou mais devido a essa variabilidade inerente. As disposições de projeto normalmente incluem fatores de segurança implícitos para explicar esta incerteza.

Considerações Especiais para Aplicações Específicas

Estruturas de retenção de água

Estruturas de retenção de água, como tanques, reservatórios e piscinas, requerem controle de fissuras particularmente rigoroso para evitar vazamentos.A largura máxima recomendada de fissura de 0,004 polegadas (0,10 mm) para essas estruturas reflete a necessidade de manter a estanqueidade da água, bem como evitar a corrosão.

Além de controlar as larguras de fissuras através de detalhamento de armaduras, as estruturas de retenção de água muitas vezes empregam outras medidas, como pós-tensão para manter a compressão no concreto, uso de concreto compensador de encolhimento para reduzir o cracking de encolhimento e aplicação de membranas ou revestimentos impermeabilização para proporcionar proteção adicional contra vazamentos.

Decks de Pontes

O deck de ponte é um problema comum nos Estados Unidos e afeta a durabilidade e vida útil de pontes de concreto armado, com inspeções físicas de pontes de lajes estruturais de três dimensões em Ohio revelando fissuras maiores que 3⁄8 polegadas (3,2 mm). Essas larguras de fissuras excedem muito os limites recomendados para estruturas expostas a produtos químicos de degelo.

As plataformas de ponte estão sujeitas a condições particularmente severas, incluindo cargas de tráfego pesadas, exposição ao sal, ciclos de corte de congelamento e retenção das vigas de apoio. O controle eficaz de fissuras nas plataformas de ponte requer atenção ao detalhamento de armaduras, qualidade do concreto, cura adequada e práticas de construção. O uso de armaduras de aço inoxidável ou epóxi fornece proteção adicional contra corrosão, mas não elimina a necessidade de controle adequado de fissura.

Estruturas de estacionamento

As estruturas de estacionamento enfrentam desafios semelhantes aos decks de ponte, com exposição a sais de degelo, ciclos de corte e cargas de veículos. As superfícies horizontais dos decks de estacionamento são particularmente vulneráveis a fissuras e corrosão subsequente. A drenagem adequada é essencial para minimizar a acumulação de água de pé e sal.

Além do controle de fissuras através de detalhamento de reforços, as estruturas de estacionamento se beneficiam de medidas de proteção, como seladores, sobreposições e membranas impermeáveis. A manutenção regular, incluindo vedação de fissuras e reaplicação de tratamentos de proteção é importante para a durabilidade a longo prazo.

Estruturas Marinhas

As estruturas expostas à água do mar ou à pulverização de água do mar enfrentam condições extremamente agressivas devido ao alto teor de cloreto de água do mar combinado com ciclismo seco-amado. A largura máxima recomendada de fissura de 0,006 polegadas (0,15 mm) para estas condições reflete o grave risco de corrosão.

Estruturas marinhas requerem concreto de alta qualidade e baixa permeabilidade com profundidade de cobertura adequada, além de controle adequado de fissuras.O uso de materiais cimentícios suplementares, como cinza volante ou cimento de escória, pode melhorar significativamente a resistência à penetração de cloretos.Reforçadores resistentes à corrosão, como aço inoxidável ou barras de polímero reforçado com fibra, podem ser justificados para aplicações críticas, apesar de custos iniciais mais elevados.

Avaliação e reparação de estruturas existentes

Ao avaliar estruturas existentes, os engenheiros devem avaliar se as larguras observadas de fissuras indicam sofrimento estrutural ou simplesmente fissuração normal de manutenção.A localização, orientação, padrão e largura das fissuras fornecem pistas sobre sua causa e significância.

Avaliação do Crack

As fissuras flexurais perpendiculares ao eixo da barra em regiões de momento alto são geralmente esperadas e aceitáveis se suas larguras estiverem dentro dos limites recomendados. As fissuras diagonais podem indicar dificuldade de cisalhamento e requerer uma avaliação cuidadosa. As fissuras longitudinais paralelas à armadura podem indicar corrosão da armadura ou cobertura inadequada.

O cracking aleatório de mapas em superfícies normalmente indica retração plástica ou reação alcalino-agregada em vez de angústia estrutural. O cracking padrão em lajes pode resultar de retração contida ou movimentos térmicos. Compreender a provável causa de cracking é essencial para determinar medidas corretivas adequadas.

Monitorização de Crack

Para fissuras que podem indicar sofrimento estrutural contínuo, monitorar mudanças de largura de fissura ao longo do tempo fornece informações valiosas. Monitores de fissura simples ou instrumentação mais sofisticada podem rastrear se as fissuras são estáveis, ampliando ou fechando. Variações sazonais na largura de fissura devido às mudanças de temperatura são normais e não devem ser confundidas com deterioração estrutural progressiva.

Métodos de reparação

O método de reparo adequado depende da largura, causa e significado estrutural da fissura. As fissuras dormentes estreitas podem ser seladas com injeção de epóxi ou poliuretano para evitar a entrada de umidade e cloreto. As fissuras mais largas ou as sujeitas a movimento podem exigir selantes flexíveis aplicados na superfície.

Para as fissuras que indicam sofrimento estrutural, pode ser necessário o fortalecimento, além do reparo de fissuras, que podem envolver a adição de reforço externo, pós-tensão ou reforço de polímero reforçado com fibras. Nos casos em que ocorreu corrosão, a armadura corroída pode precisar ser exposta, limpa ou substituída e o concreto reparado.

Instruções futuras e necessidades de pesquisa

Enquanto os métodos atuais de previsão de largura de fissura e as disposições de controle são geralmente eficazes, pesquisas em andamento continuam a refinar nosso entendimento do comportamento de fissuração e desenvolver abordagens melhoradas.

Concreto de alta resistência e alta performance

Os concretos modernos de alta resistência e alto desempenho têm características de fissuração diferentes do concreto convencional, cujo maior módulo de elasticidade e comportamento de retração podem exigir modificações nas equações tradicionais de predição de largura de fissuras.

Materiais de Reforço Alternativos

Reforço de polímero reforçado com fibra (FRP) e outros materiais de reforço não metálico têm propriedades mecânicas diferentes do aço, incluindo menor módulo de elasticidade e nenhuma preocupação com corrosão. Essas diferenças afetam o comportamento de fissuração e requerem abordagens de controle de fissura modificada. A falta de risco de corrosão pode permitir larguras de fissura mais amplas para ser aceitável, mas a menor rigidez da armadura FRP pode resultar em fissuras mais amplas para um determinado nível de tensão.

Concreto reforçado com fibra

Os corpos de prova com fibra apresentaram maiores cargas de fissuração, menores larguras de fissuração, menores deformações de meio-espanhola e maiores cargas de ruptura final em comparação com corpos de prova idênticos sem fibra, e espera-se que a adição de fibra ao concreto sem alterações nos detalhes de armadura de aço interno reduza a gravidade e extensão do fissuramento em pavimentos de ponte de concreto armado, demonstrando que a adição de fibra melhora a resistência ao crack.

A adição de fibras discretas ao concreto pode melhorar significativamente o controle de fissuras, através da ponte entre trincas e da distribuição mais uniforme. A pesquisa continua na otimização de tipos de fibras, dosagens e combinações com armadura convencional para alcançar melhor controle e durabilidade de fissuras.

Modelação Computacional

A análise avançada de elementos finitos e outros métodos computacionais estão sendo cada vez mais usados para modelar o comportamento de fissuração em estruturas de concreto. Essas ferramentas podem explicar a geometria complexa, as condições de carregamento e o comportamento do material que são difíceis de lidar com cálculos simplificados de mãos. À medida que esses métodos amadurecem e se tornam mais acessíveis, eles podem fornecer previsões de largura de fissuras melhoradas e permitir desenhos mais otimizados.

Implementação prática e documentação

O controle de fissuras bem sucedido requer não só cálculos de projeto adequados, mas também uma comunicação clara dos requisitos e verificação de que eles são cumpridos durante a construção.

Documentação de Desenho

Os documentos de construção devem especificar claramente os requisitos de controle de fissuras, incluindo espaçamento máximo de barras, razões mínimas de armaduras, requisitos de qualidade do concreto e quaisquer disposições especiais para controle de fissuras. Simplesmente mostrar quantidades de armaduras sem explicar a lógica do controle de fissuras pode levar a substituições não autorizadas que comprometem o controle de fissuras.

Para aplicações críticas, devem ser incluídos na documentação do projecto cálculos de projecto que demonstrem o cumprimento dos limites de largura das fissuras, o que permite registar a intenção de projecto e facilitar a avaliação futura caso surjam preocupações com as fissuras.

Inspecção da construção

A inspeção de campo deve verificar se a armadura é colocada de forma detalhada, com espaçamento, cobertura e suporte adequados. Os desvios que possam afetar o controle de fissuras devem ser identificados e abordados antes da colocação do concreto. A qualidade, colocação e cura do concreto também devem ser monitorados para garantir que os requisitos especificados sejam cumpridos.

Avaliação pós-construção

Após a construção, a inspeção periódica pode identificar qualquer fissura que exceda os limites aceitáveis.A identificação precoce de problemas permite reparos oportunos antes que ocorra uma deterioração significativa.A documentação de locais de fissura, larguras e padrões fornece uma linha de base para monitoramento futuro e ajuda a identificar qualquer deterioração progressiva.

Conclusão

Calcular e controlar larguras de fissuras em elementos de concreto armado é essencial para garantir estruturas sustentáveis e de manutenção que funcionem satisfatoriamente ao longo de sua vida útil pretendida. As diretrizes ACI 224R-16 fornecem um quadro abrangente para compreender o comportamento de fissuração e implementar medidas eficazes de controle de fissuras.

O controle de fissuras bem-sucedido requer a compreensão dos múltiplos fatores que influenciam o cracking, incluindo características de armadura, propriedades do concreto, condições de carregamento e exposição ambiental. Enquanto os métodos de cálculo de largura de fissuras fornecem valiosas orientações quantitativas, o controle efetivo de fissuras depende, em última análise, da devida atenção aos detalhes de projeto, seleção de materiais e práticas de construção.

A evolução das disposições de controle de fissuras em códigos e padrões reflete o contínuo refinamento da nossa compreensão da relação entre largura de fissura e durabilidade de longo prazo. As abordagens atuais reconhecem que a largura de fissuras por si só não é o único determinante da durabilidade e que fatores como qualidade do concreto, profundidade de cobertura e detalhamento adequado são igualmente importantes.

Os engenheiros devem abordar o controle de fissuras com uma perspectiva abrangente que considere não só larguras calculadas de fissuras, mas também o contexto mais amplo de desempenho estrutural, requisitos de durabilidade e considerações práticas de construção. Seguindo os princípios descritos na ACI 224R-16 e aplicando o julgamento de engenharia de som, os designers podem criar estruturas de concreto armado que resistam ao cracking excessivo e proporcionarem desempenho confiável a longo prazo.

Para obter informações adicionais sobre o controle de fissuras e padrões de projeto estrutural, os engenheiros podem referenciar recursos do American Concrete Institute, da Portland Cement Association[, e de outras organizações profissionais dedicadas ao avanço da tecnologia e prática de concreto. Manter-se atualizado com a evolução das pesquisas e disposições de código garante que os projetos incorporem os mais recentes conhecimentos e melhores práticas para o controle de fissuras em estruturas de concreto armado.