Por que usamos várias barras de reforço em vez de uma barra com um grande diâmetro em concreto armado?
Respostas:
Há algumas razões.
Em primeiro lugar, vou assumir que você está falando sobre a substituição de vários vergalhões pequenos por um único tamanho razoável: ou seja, em vez de (7,54 cm 2 ), usando 1 ϕ 32 (8,04 cm 2 ).
Vários vergalhões pequenos melhoram o comportamento da interface concreto-aço. A área total da superfície para transmitir as forças de tração do aço para o concreto nas ancoragens é maior, reduzindo a tensão de tração e, portanto, encurtando os comprimentos de ancoragem e emenda das voltas. Isso também reduz as rachaduras que se desenvolverão no concreto.
Além disso, nas extremidades da viga, o aço provavelmente precisará ser dobrado. Quanto maior o diâmetro do vergalhão, maior o raio de curvatura.
E depois há isso:
Como o centro de gravidade do seu aço estará mais distante da face do concreto, também será menos eficiente: você precisará de mais aço para obter a mesma resistência. Isso também se aplica à primeira parte desta resposta, onde estávamos falando sobre tamanhos razoáveis, mas a diferença é obviamente muito menor.
Mas por que não usar uma chapa de aço, em vez de um grande vergalhão circular? Inferno, como ele não teria mais os espaços entre os vergalhões, você poderia escolher uma folha mais fina que os diâmetros múltiplos dos vergalhões e, portanto, também mais eficiente! Porém, sua área de superfície seria reduzida, aumentando as tensões de transferência e, portanto, os comprimentos de ancoragem e emenda de volta. Além disso, uma planilha é um elemento bidimensional, portanto, pode haver outros comportamentos transversais que podem levar a problemas. Além disso, como você derramaria o concreto para a face inferior da viga?
No final do dia, a melhor regra de ouro (ou, bem, a que tento usar) é fazer o possível para encaixar tudo no mínimo de camadas de vergalhão possível, mas preenchê-las o máximo possível ( enquanto ainda deixa um espaço confortável para o concreto adequado, incluindo o espaço necessário para o vibrador). A única exceção é a última camada (mais distante da face relevante da viga), que pode ser deixada mais vazia (mas de preferência com um número de barras que permita seguir um padrão simétrico das camadas anteriores). Bem, equilibre isso com a eficiência do aço: se isso exigir o uso de vergalhões grandes e resultar em uma área adotada de aço muito maior do que se outra camada fosse adicionada com vergalhões menores, talvez outra camada seja a melhor.
O principal objetivo do vergalhão é melhorar a resistência à tração do concreto e, na prática, a maioria dessas cargas provém da flexão e não da pura tensão.
Quando uma viga sujeita a forças de flexão, a maior tensão está nas bordas e faces da viga, portanto, apenas ter uma barra grande descendo no centro não faria muito, pois essa parte da estrutura vê muito pouca carga até começar a falhou.
Ter vergalhões de menor diâmetro distribuídos por toda a estrutura também distribui a carga do concreto para o aço de forma mais eficaz, pois há uma maior área de contato para adesão entre os dois.
Na prática, o tamanho e a colocação do reforço de aço serão determinados pela carga esperada na estrutura e é um compromisso entre força, peso, custo e os aspectos práticos da montagem da estrutura de aço durante a construção.
Do ponto de vista puramente conceitual, uma barra grande da mesma área que várias barras menores fornece a mesma capacidade de momento para uma viga de concreto. Isso pressupõe que o centro das barras esteja na mesma profundidade.
A distribuição das barras (várias barras menores) ajuda a limitar as rachaduras, espalhando a força de tensão por uma maior largura de concreto.
Várias barras menores também ajudam ao observar a interação na interface do concreto e do aço de reforço. Uma única barra grande possui menos área de superfície do que várias barras menores. Isso significa que, para uma determinada carga, a tensão entre a superfície da barra e o concreto é maior no caso de barra única. Isso tem aplicações no comprimento de desenvolvimento do reforço.
Além da resposta de Wasabi - que é ótima - as barras de grande diâmetro precisam de comprimento de desenvolvimento insano e comprimento de volta .
Uma estimativa prática para o desenvolvimento e o comprimento da volta é de 40 diâmetros. Para barras de 20 mm, são 80 cm grandes, mas razoáveis, mas são 128 cm para barras de 32 mm e 2 metros para barras de 50 mm.
O problema do comprimento da volta pode ser evitado usando conectores mecânicos, mas o comprimento de desenvolvimento de 2 metros desperdiçaria muito aço e precisaria de um espaço grande, muitas vezes indisponível.
O concreto e o aço se comportam de maneiras drasticamente diferentes: supõe-se que o concreto não seja capaz de suportar qualquer tensão de tração assim que as primeiras rachaduras aparecerem, enquanto o aço é o material ideal para a tensão de tração. Idealmente, seria ideal ter finos fios minúsculos de aço, em vez de poucos grandes, como a fibra de vidro funciona de maneira homogênea.
Especialmente porque sabemos que nossas suposições de projeto são altamente simplificadas para tornar prático o trabalho de engenharia. Coisas como clima e exposição diferencial ao sol, umidade, permeação de agentes corrosivos através de rachaduras em um membro afetam o comportamento de um membro. Também como mencionado acima, a área e a superfície de contato da barra de aço estão relacionadas em uma relação de desvantagem de potência de dois para a área da barra que transfere a tensão através da fricção da pele para o concreto.
Por outro lado, requisitos práticos durante o curso da construção, tais como barras, não devem ser facilmente deformados sob o tráfego de pedestres ou espaço de acomodação para permitir a passagem de tubos ou condutos transitórios. é aí que os códigos de engenharia entram em jogo para criar um plano de jogo uniforme e previsível. para que o engenheiro mecânico ou o designer de hardware saiba o que eles especificam ou esperam que funcionem.
pequeno diâmetro do centro de gravidade da barra está próximo da superfície do concreto. maior diâmetro do centro de gravidade da barra está longe da superfície do concreto. pequeno diâmetro da barra fácil de manusear, em seguida, o maior diâmetro da barra. Quanto maior o diâmetro do vergalhão, maior o raio de curvatura.
Eu acho que 4 barras D1 serão melhores que 1 barra D2 (mesma área de tração, mas mais superfície de ligação).
Além disso, barras maiores são mais quebradiças, enquanto barras menores têm um rendimento superficial dominante (mais elástico e plástico que quebradiço). Acrescenta segurança quando ocorre uma falha.