Estruturas de Concreto - Concreto

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Arquitetura e Urbanismo UFPR - Conforto Ambiental II
Alunas: Ana Carolina Nyznyk Cardoso, Cláudia Morishita
Professor Aloísio Leoni Schmid
CONCRETO
CONCEITO
O concreto é uma rocha artificial formada por uma mistura de agregados graúdos, miúdo e material ligante, podendo ter ainda aditivos químicos e minerais. Os agregados são normalmente classificados por origem, tamanho, forma e textura. O material aglomerante normalmente usado no concreto estrutural é o Cimento Portland misturado com água potável. Esta mistura inicia uma reação química cujo resultado é a formação do "Gel", principal agente ligante. 
O concreto, devido às suas inúmeras vantagens, tem sido o material mais usado na construção de prédios residenciais, comerciais, industriais e públicos, pontes, viadutos, barragens, túneis, silos, reservatórios, etc. Entre as vantagens deste material de construção podem ser citadas:
Baixo custo relativo;
Disponibilidade dos seus materiais componentes em quase todos os lugares;
Versatilidade, adaptabilidade, durabilidade e possibilidade de incorporar com vantagens rejeitos industriais poluentes. 
As propriedades do concreto e sua importância para os engenheiros se dividem em duas fases da sua vida: fase de mistura, lançamento, compactação e acabamento e a fase do concreto em endurecimento, endurecido e em serviço. Trabalhabilidade, plasticidade, retração autógena, tempo de pega inicial e tempo de pega final são alguns exemplos das propriedades do concreto na primeira fase. Resistência do concreto à compressão e à tração, resistência ao desgaste superficial, resistência ao impacto, módulo de elasticidade, porosidade, fluência e retração são outros alguns exemplos de propriedades do concreto na segunda fase. 
Para ter-se um concreto na estrutura com as características desejadas, durável e de boa aparência a armadura, é necessário que o traço do concreto seja bem elaborado, que suas propriedades sejam investigadas no laboratório e no campo e que todos os cuidados de seleção dos materiais, preparação, lançamento do concreto e cura sejam tomados. 
A recente utilização de novos aditivos minerais e químicos está possibilitando a produção de concretos trabalháveis com propriedades mecânicas mais elevadas (concreto de alta resistência CAR). Estes concretos apresentam boa durabilidade (concreto de alto desempenho CAD) e comportamento sob carregamento diferenciado dos concretos comuns. Com estes concretos surgiram também novas pesquisas, novos procedimentos e limites para dimensionamento além de novos conceitos estruturais: edifícios com pilares tendo diferentes resistências ao longo da altura, edifícios com pisos de concreto leve e pilares e paredes de concreto de massa específica normal e alta resistência, pontes com vãos de concretos de diferentes resistências e massas específicas, pontes flutuantes, etc. 
Os concretos de alta resistência (CAR) e de alto desempenho (CAD) apresentam inúmeras vantagens quando comparados com o concreto convencional. No próximo futuro, a tendência é a de se usar cada vez mais estes tipos de concreto, visando possibilitar o projeto de estruturas esbeltas, econômicas e duráveis. Estes concretos, ainda pouco usados no Brasil, nos últimos dez anos tem tido suas utilizações bastante ampliada em outros países, particularmente em edifícios altos, pontes, pavimentos, elementos pré-fabricados, estruturas "offshore", túneis, estacas, silos, reatores nucleares, estruturas em geral expostas a ambientes agressivos e recuperação de estruturas. Os concretos de alta resistência e de alto desempenho são considerados os "concretos do futuro" e vários países estão investindo nele.
Principais constituintes do concreto
2.1. Cimento
As matérias primas do cimento são calcário, argila, gesso e outros materiais denominados adições. A sua fabricação exige grandes e complexas instalações industriais, como um possante forno giratório que chega a atingir temperaturas próximas a 1500ºC.
No mercado existem diverso tipos de cimento. A diferença entre eles está na composição, mas todos atendem às exigências das Normas Técnicas Brasileiras. Cada tipo tem o nome e a sigla correspondente estampada na embalagem, para facilitar a identificação. Os tipos de cimento adequados aos usos gerais no meio rural são os seguintes:
NOME SIGLA 
 (estampada na embalagem)
CIMENTO PORTLAND comum com adição CP I-S-32
CIMENTO PORTLAND composto com escória CP II-E-32
CIMENTO PORTLAND composto com pozolana CP II-Z-32
CIMENTO PORTLAND composto com filer CP II-F-32
CIMENTO PORTLAND de alto forno CP III-32
CIMENTO PORTLAND pozolânico CP IV-32 
Existem ainda outros tipos de cimento para usos específicos.
Em sua embalagem original - sacos de 50 kg - o cimento pode ser armazenado por cerca de 3 meses, desde que o local seja fechado coberto e seco. Além disso, o cimento deve ser estocado sobre estrados de madeira, em pilhas de 10 sacos, no máximo.
2.2. Pedra
A pedra utilizada no concreto pode ser de dois tipos: 
- seixo rolado de rios, cascalho ou pedregulho;
- pedra britada ou brita.
Os seixos rolados são encontrados na natureza. A pedra britada é obtida pela britagem mecânica de determinadas rochas duras.
Independentemente da origem, o tamanho das pedras varia muito e tem influência na qualidade do concreto. Por isso, as pedras são classificadas por tamanhos medidos em peneiras (pela abertura da malha). As Normas Técnicas brasileiras estabelecem 6 tamanhos: 
Tamanho das Pedras
 
Pedra zero (ou pedrisco) 4,8 mm a 9,5 mm
Pedra 1 9,5 mm a 19 mm
Pedra 2 19 mm a 25 mm 
Pedra 3 25 mm a 38 mm
Pedra 4 38 mm a 76 mm
Pedra-de-mão 
O concreto das benfeitorias rurais pode ser feito com pedras 1 ou 2, as mais encontradas no comércio de materiais de construção.
Se forem utilizados seixos rolados, cascalho ou pedregulho, das propriedades, convém classificar esse material antes de seu uso. A forma mais simples, porém menos precisa, de fazer isso é apanhar um punhado de pedras do monte a ser usado e medir a maior dimensão de cada uma com uma régua milimetrada. A maioria das pedras medidas deverá se enquadrar da faixa de pedra 1 (9,5 mm a 19 mm) e pedra 2 (19 mm a 25 mm).
Tanto os seixos rolados como as pedras britadas devem estar limpos antes de seu uso. O pó de britagem, o barro da jazida, galhos, folhas, raízes, devem ser retirados à mão ou por lavagem.
2.3. Areia
A areia utilizada no concreto é obtida em leitos e margens de rios, ou em portos e bancos de areia. A areia deve ter grãos duros. E, assim como a pedra, ela também precisa estar limpa e livre de torrões de barro, galhos, folhas e raízes antes de ser usada. As Normas Técnicas Brasileiras classificam a areia, segundo o tamanho de seus grãos, em: muito fina, fina, média, grossa.
2.4. Água
A água a ser utilizada no concreto deve ser limpa - sem barro, óleo, galhos, folhas ou raízes. Em outras palavras, água boa para o concreto é água de beber. Nunca deve ser utilizada água servida (de esgoto humano ou animal, de cozinha, de fábricas, etc.) no preparo do concreto.
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Resistência à compressão
	A resistência à compressão simples é a característica mecânica mais importante de um concreto. Geralmente sua determinação se efetua mediante o ensaio de corpos de prova, executado segundo procedimentos operatórios normalizados.
	A resistência do concreto não é uma grandeza determinística, mas está sujeita a dispersão cujas causas principais são variações aleatórias da composição,das condições de fabricação e da cura. Além destes fatores aleatórios, existem também influências sistemáticas como: influência atmosférica (verão/inverno), mudança da origem de fornecimento das matérias primas, turmas de trabalho.
Retração e expansão
	A retração do concreto é uma deformação independente do carregamento e devida à variação de umidade do concreto, na tendência a permanecerem em equilíbrio a umidade do concreto e a umidade do meio exterior. No processo da retração, a água é inicialmente expulsa das fibras externas o que gera deformações diferenciais entre a periferia e o miolo, gerando tensões internas capazes de provocar fissuração do concreto.
Fluência ou deformação lenta
	A fluência é uma deformação que depende do carregamento; é plástica, apenas uma pequena parcela é recuperada. Constata-se, na prática, que a deformação de uma peça de concreto armado é maior em um tempo t que àquela observada inicialmente, mantendo-se o mesmo carregamento, ou seja, devido à deformação inicial, imediata, ocorre uma redução de volume da peça, provocando deslocamento de água existente no concreto para regiões onde sua evaporação já tenha ocorrido. Isto desencadeia um processo, ao longo do tempo, análogo ao da retração, verificando-se o crescimento da deformação inicial até um valor máximo no tempo infinito.
Variação de temperatura
	Supõe-se que as variações de temperatura sejam uniformes na estrutura, salvo quando a desigualdade dessas variações, entre partes diferentes da estrutura, seja muito acentuada. O coeficiente de dilatação térmica do concreto armado é considerado igual a 10-5/(C.
CONCRETO ARMADO
	O concreto armado é um material composto, constituído por concreto simples e barras ou fios de aço. Os dois materiais constituintes (concreto e aço) devem agir solidariamente para resistir aos esforços a que forem submetidos e devem ser dispostos de maneira a utilizar econômica e racionalmente as resistências próprias de cada um deles.
A armadura é composta de barras de aço, também chamadas de ferro de construção ou vergalhões. Eles têm a propriedade de se integrar ao concreto e de apresentar elevada resistência à tração. Por isso, são colocados nas partes da peça de concreto que vão sofrer esse esforço. Por exemplo, numa viga apoiada nas extremidades, a parte de cima sofre compressão e a de baixo, tração. Nesse caso, os vergalhões devem ficar na parte debaixo das vigas. 
Os vergalhões que compõem a armadura são amarrados uns aos outros com arame recozido.
Existem também armaduras pré-fabricadas, que já vêm com os vergalhões unidos entre si: são as telas soldadas, que servem de armadura para lajes e pisos.
A maioria dos vergalhões tem saliências na superfície.
As Normas Técnicas Brasileiras classificam os vergalhões para concreto de acordo com a sua resistência e padronizam as bitolas. Há 3 categorias no mercado: aço CA 25, aço CA 50, aço CA 60.
Os números 25, 50 e 60 referem-se á resistência do aço: quanto maior o número, mais resistente será o vergalhão. 
Os vergalhões são vendidos em barras retas ou dobrados, com 10m a 12m de comprimento. Eles são cortados e dobrados no formato necessário, no próprio local da obra. O uso de telas soldadas em lajes e pisos reduz a mão-de-obra e elimina as perdas do método de montagem da armadura no local da obra (pontas cortadas que sobram).
	O material concreto armado apresenta as seguintes propriedades:
Elevada resistência à compressão do concreto e elevada resistência à tração do aço;
Trabalho conjunto do concreto e do aço, assegurado pela aderência entre os dois materiais;
Coeficiente de dilatação térmica quase igual - (c = (0,9 a 1,4)x10-5/(C, (a = 1,2x10-5/(C;
Praticamente não existem tensões internas entre o aço e o concreto;
O concreto protege a armadura de oxidação, garantindo a durabilidade da estrutura;
Proteção física (cobrimento) e química (ambiente alcalino).
	O princípio básico das peças de concreto armado é combinar o concreto e o aço de maneira tal que, em uma mesma peça, os esforços de tração sejam absorvidos pelo aço e os esforços de compressão pelo concreto. As barras da armadura devem absorver os esforços de tração que surgem nas peças submetidas à flexão ou à tração, já que o concreto possui alta resistência à compressão, porém pequena resistência à tração. Devido à aderência, as deformações das barras de aço e a do concreto que as envolve devem ser iguais. Tendo em vista que o concreto tracionado não pode acompanhar as grandes deformações do aço, a concreta fissura na zona de tração; os esforços de tração são, então, absorvidos apenas pelo aço. A armadura deve, portanto, ser colocada na zona de tração das peças estruturais.
	Algumas vantagens e desvantagens do concreto armado:
	Vantagens:
Economia - mais econômico que estruturas de aço;
Moldabilidade - adaptação a qualquer tipo de forma e facilidade de execução;
Estruturas monolíticas (sem ligações), hiperestáticas – segurança;
Manutenção e conservação quase nulas e grande durabilidade;
Boa resistência à compressão variável entre 10 a 120 Mpa;
Resistência a efeitos térmicos, atmosféricos e a desgastes mecânicos;
Possibilidade de trabalhar com pré-fabricados.
	Desvantagens:
Peso próprio alto - 2,5t/m3 = 25KN/m3;
Dificuldade de reformas e demolições;
Transmissão de calor e som.
É o material estrutural mais aplicado em obras civis no mundo, devido à facilidade de criação de qualquer seção, mão-de-obra barata e não especializada para a confecção e materiais que o compõem disponíveis em qualquer região do planeta. Além do critério resistência, as peças formadas por concreto armado devem atender aos limites de deformações, e aí se situa a fronteira de sua aplicação: vãos maiores pedem seções estruturais maiores, e o peso próprio das peças com grandes áreas transversais acabam tornando a nova seção inviável. As principais características do uso do concreto armado são: obtenção de peças monolíticas, durabilidade, alta resistência a choques e vibrações, bom condutor de calor e som, necessidade de escoramentos durante a fabricação, dificuldade de adaptação e reformas.
Exemplos de alguns edifícios que foram construídos em concreto armado:
 
CONCRETO PROTENDIDO
	A protensão pode ser definida como o artifício de introduzir, numa estrutura, um estado prévio de tensões, de modo a melhorar sua resistência ou seu comportamento, sob a ação de diversas solicitações.
	As resistências de concreto, utilizadas em concreto protendido, são duas a três vezes maiores que as utilizadas em concreto armado. Os aços utilizados nos cabos de protensão têm resistência três a cinco vezes superiores às dos aços usuais do concreto armado.
	O sentido econômico do concreto protendido consiste no fato de que os aumentos percentuais de preço são muito inferiores aos acréscimos de resistência utilizáveis, tanto para o concreto quanto para o aço de protensão.
Em relação ao concreto armado, o concreto protendido apresenta as seguintes vantagens:
Reduz as tensões de tração provocadas pela flexão e pelos esforços cortantes;
Reduz a incidência de fissuras;
Reduz as quantidades necessárias de concreto e de aço, devido ao emprego eficiente de materiais de maior resistência;
Permite vencer vãos maiores que o concreto armado convencional; para o mesmo vão, permite reduzir a altura necessária da viga;
Facilita o emprego generalizado de pré-moldagem, uma vez que a protensão elimina a fissuração durante o transporte das peças;
Durante a operação de protensão, o concreto e o aço são submetidos a tensões em geral superiores às que poderão ocorrer na viga sujeita às cargas de serviço. A operação de protensão constituído, neste caso, uma espécie de prova de carga da viga;
Uma das vantagens mais importantes do concreto protendido é a da alínea ‘d’ acima. Para ilustrá-la pode-se criar o fato de que as pontes com vigas retas de concreto armado têm seu vão livre limitado a 30 m ou 40 m, enquanto as pontes com vigas protendidas já atingiram vãos de 250 m.
Exemplode lajes de concreto protendido: os cabos que deverão ser protendidos ficam salientes e após a protensão são cortados.
 
	
	Aparelho utilizado para realizar a protensão:
 
BLOCOS DE CONCRETO
Bloco Estrutural
Podem ser estruturais, de vedação ou canaletas, nos formatos inteiro ou meio bloco. Apresentam texturas das mais finas, que podem ficar aparentes, até as rústicas, ranhuradas ou com relevos. Os blocos estruturais medem, no máximo, 39 cm de comprimento x 19 cm de largura x 19 cm de altura, enquanto os de vedação têm 39 x 9 x 19 cm.
 (14 x 19 x 39 cm) (14 x 19 x 19 cm) (14 x 19 x 34 cm) (14 x 19 x 54 cm)
 (14 x 19 x 14 cm) (14 x 19 x 29 cm) (14 x 19 x 44 cm)
São constituídos de Cimento Portland, Agregados (areia, pedra, argila expandida etc.) e água, sendo ainda permitido o uso de aditivos, desde que não acarretem prejuízo às características do produto.
Devem ser homogêneos, compactos e com arestas vivas, não apresentar trincas, fraturas ou outros defeitos que possam prejudicar o seu assentamento, resistência e durabilidade ou o acabamento em aplicações aparentes, sem revestimento. Se destinados a receber revestimento, devem ter a superfície suficientemente áspera para garantir uma boa aderência.
O processo de fabricação (mistura homogênea, prensagem, secagem e cura controlada), confere aos produtos grande regularidade de formas e dimensões possibilitando a modulação da obra já a partir do projeto, evitando-se improvisos e os costumeiros desperdícios deles decorrentes.
É importante observar as dimensões estabelecidas em norma, bem como seus limites de tolerância. Quando vazados, observar ainda a espessura das paredes que compõem os blocos, pois fora das especificações, comprometem sua resistência.
Blocos de Concreto Celular
São produzidos em autoclave (sistema através do qual a peça é exposta a altíssimas temperatura e pressão, a fim de ganhar maior resistência), estes blocos formados por cimento, cal, areia, materiais silicosos e alumínio em pó são leves, porosos e têm boas qualidades termoacústicas. São recomendados para paredes internas, podendo receber acabamento com massa fina, gesso ou azulejos. De acordo com a ABNT, deveriam ter as mesmas dimensões dos blocos de concreto, porém, são encontrados em diferentes medidas. Podem ser facilmente cortados.
 
Pavimento Intertravado
São blocos de concreto pré-moldado utilizados para pavimentação. No pavimento, as peças pré-moldadas de concreto comportam-se como uma camada flexível e única devido à propriedade de intertravamento. É o intertravamento que proporciona resistência a estes pavimentos e os diferem dos demais. Depois de intertravadas, as peças de um pavimento adquirem a capacidade de resistir a movimentos de deslocamento individual, seja ele vertical, horizontal, ou de rotação em relação a suas vizinhas.
Exemplos de diferentes modelos de pavimentos intertravados:
 
Um bom travamento confere às peças de concreto a capacidade de transmitir as cargas superficiais aplicadas em pequenas áreas, ampliando-as a áreas mais extensas nas camadas de base, mantendo as tensões no subleito dentro de limites admissíveis.
A propriedade de distribuição das cargas vai melhorando com a utilização do pavimento, que produz progressivamente um estado de travamento total chamado intertravamento (“lock up”). A camada de rolamento vai adquirindo maior rigidez, e as peças pré-moldadas de concreto deixam de constituir uma mera camada de rolamento para transformar-se numa camada estrutural.
O preenchimento das juntas com areia promove diminuição das deflexões e aumento da capacidade de suporte do revestimento do pavimento. É necessário que exista uma capacidade adequada de suporte da base para o desenvolvimento do intertravamento. No entanto, há indicações de que uma rigidez muito elevada da base possa inibir a ocorrência do fenômeno.
Exemplos de pavimentos intertravados utilizados em pavimentação de áreas internas e externas:
 
 
 
REFERÊNCIAS
DURIEUX, Philippe e RETAILLIAU, François. ‘Enciclopédia da Construção – Elementos Arquitetônicos’. Editora Hemus: São Paulo, 1978.
AU. São Paulo: PINI, n. 129, Dez. 2004.
AU. São Paulo: PINI, n.121, Abr. 2004.
AU. São Paulo: PINI, n.133, Abr. 2005.
Bloco Estrutural. Disponível em:
<www.comunidadedaconstrucao.com.br/comunidade>. Acesso em: 20 set. 2005.
Concreto. Disponível em: <http://www.banet.com.br/construcoes/materiais/concreto/concreto.htm>. Acesso em: 18 set. 2005.
Concreto Armado. Disponível em:
<http://www.ruybentes.com.br/index02_1.html>. Acesso em: 20 set. 2005.
Pavimento intertravado. Disponível em: <http://www.revistaprisma.com.br/n1/pavimento.htm>. Acesso em: 18 set. 2005.
<http://www.abcp.org.br/hot_site_intertravados/index.htm>. Acesso em: 20 set. 2005.