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Universidade de São Paulo Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Pós-Graduação – Área de Concentração: Tecnologia da Arquitetura O Concreto: sua origem, sua história. Disciplina: Tecnologia do Concreto Aplicado à Arquitetura e Urbanismo AUT 5837 Professora: Dra. Fabiana Oliveira Aluno: Jeferson Bunder Junho de 2016 2 1. Introdução Este relatório para a disciplina - Tecnologia do Concreto aplicado à Arquitetura e Urbanismo - tem por objetivo destacar momentos históricos da humanidade pelo ponto de vista da evolução do concreto armado. Para abordar os aspectos pré-históricos e históricos do concreto é importante previamente compreender a sua própria definição, além dos materiais que o originam. O Concreto é um material composto a partir da mistura de cimento, areia, pedra e água, dosados criteriosamente, com eventuais aditivos que potencializam suas características pré-definidas, além de adições que tem por objetivo transformar suas características originais. Já o cimento é um material composto a partir da mistura de clínquer, gesso e adições, assim como o concreto, também dosados criteriosamente durante a sua fabricação. Por último, o clínquer é um composto produzido através de processo industrializado, originado da extração de minério de calcário, argila e minério de ferro. Seu processo culmina com a queima destes materiais ao ponto de fusão, como ocorre na natureza com as lavas de vulcão. Assim como a criação do cimento teve sua origem e inspiração, a partir da Pozolana, que são argilas contendo cinzas da lava de vulcão, o concreto também pode ser considerado em sua origem natural como rocha sedimentar. Antes da existência do cimento e do concreto como conhecemos atualmente, estes materiais já existiam a milhares de anos na natureza. O homem desde seus primórdios sobre o planeta, sempre necessitou de local para habitar e se proteger. A rocha com suas características de rigidez, resistência e durabilidade sempre despertou interesse ao ser humano, e é a partir deste fato que pontuo aqui o primeiro marco na pré-história do concreto. 3 2. O concreto e sua pré-história No final do período Neolítico e inicio da Idade do Bronze (entre os anos 8.000 a 4.000 anos antes de Cristo), estudos arqueológicos apontam que as primeiras construções com pedras foram executadas principalmente nas regiões da costa do Atlântico e do Mediterrâneo na Europa. São monumentos que tinham a função de templo ou de câmaras mortuárias com três tipos de formações megalíticas: as galerias cobertas, ou dolmens (Fig. 01), espécie de corredor que possibilita o acesso a uma tumba; os menires (Fig. 02), que são pedras gigantes cravadas verticalmente no solo, encontrados isoladamente ou em fileiras; e os cromlech (Fig. 03) que são menires dispostos em círculo. Fig. 01 – Dolmens Fig. 02 – Menires Fig. 03 – Cromlech Fonte: Internet DP. Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP. Durante o Império Egípcio (3.000 a 1.000 anos antes de Cristo), embora o barro misturado com palha para fabricação de tijolos e a argamassas de gipsita e de cal eram largamente utilizados na construção de mastabas (construção precedente às pirâmides), a primeira grande construção em pedras ocorreu com a pirâmide escalonada (Fig. 04). Considerada a primeira grande obra de concreto natural (rochas calcarias), foi projetada também pelo primeiro arquiteto da humanidade, Imhopet, encomendada pelo faraó Djoser. Esta pirâmide escalonada deu origem às demais pirâmides com sua forma tradicionalmente conhecida. Sua construção, de 62 metros de altura, ocorreu aproximadamente no ano de 2.660 antes de Cristo, ao norte da África, as margens do rio Nilo em Saqqra, no Egito. 4 Fig. 04: Pirâmide Escalonada Fonte:Internet DP Na Grécia Antiga (800 anos antes de Cristo) as construções comuns dessa época eram compostas por tijolos de barro ou pedras. As pedras eram assentadas com argila ou diretamente umas sobre as outras e reforçadas com madeira. Já as grandes obras, como o templo Parthenon (Fig. 05) as pedras eram precisamente assentadas sem argamassa, porém com grampos ou tarugos de ferro para os vedos. Nas colunas, eram pinos de madeira que faziam a junção de sua composição. O sistema estrutural trilítico composto de colunas, arquitraves e cobertura já se assemelhava ao sistema moderno de pilares, vigas e laje. Fig. 05: Templo Parthenon Fonte: Internet DP 5 3. O concreto e sua história: a origem É no Império Romano (300 anos antes de Cristo) que nasce a primeira concepção do concreto. O concreto romano é uma composição de agregados (cacos de pedras calcárias como mármores), areia, cal, Pozolana e água. A Pozolana, como já dito anteriormente, é um material silicioso (rocha) de origem vulcânica encontrada em abundancia na época, em Pozzuoli, região do vulcão Vesúvio. O Império Romano é marcado por grande evolução construtiva com surgimento de novas formas abobadadas, intensa utilização de arcos além de plataformas de concreto como fundações e fôrmas de madeira para o concreto romano. A exemplo dessa evolução, obras como aqueduto Pont Du Gard (Fig.6), Via Apia (Fig. 07), Coliseu (Fig. 08), demonstram esse domínio técnico construtivo. O grande destaque é a construção do Pantheon (Fig. 09), datada entre 118 e 128 depois de Cristo, com uma cúpula de 45 metros de diâmetro, executada em concreto romano e revestida com mármores e tijolos. Fig. 06: Pont du Gard Fig. 07: Via Apia Fonte: Internet DP Fonte:Internet DP Fig.08: Coliseu Fig. 09: Pantheon Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP 6 Entre o Século V e século XV, na Idade Média pouco ocorreu como evolução expressiva do ponto de vista do concreto e da tecnologia construtiva que poderia ser destacado. Fatos expressivos começam a surgir a partir do Renascimento (Século XVI ao século XVIII). Em 1.576, na Holanda são publicados os fundamentos da estática por Simon Stevinus no livro “Mathematicorum Hipomnemata de Statica”; em 1.678 na Inglaterra, Robert Hooke estabelece os “Fundamentos da Elasticidade” através de experimentos com molas; já em 1.757 na Suiça, Leonhard Euler, estabelece uma fórmula para determinação da carga máxima que poderia ser aplicada a uma coluna antes dela flambar. A reconstrução do Forol de Eddystone,(Fig.10) realizado de 1756 à 1793 na Inglaterra, também foi considerada um marco na evolução histórica do concreto. O projeto foi elaborado por aquele que é considerado o primeiro Engenheiro Civil do mundo, John Smeaton (Fig. 11), que determinou as características fundamentais para o cimento hidráulico através de seus experimentos. Fig.10: Projeto Farol Eddystone Fig.11: Eng. John Smeaton Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP A primeira associação da pedra ao ferro aparece em 1770, na construção da Igreja de Santa Genoveva (Fig.12) em Paris, com os primeiros indícios de entendimento e compreensão de esforços de tração e compressão na estrutura, o que viria a ser no futuro o concreto armado. O Pantheon de Paris, como também é conhecido, foi projetado pelo arquiteto Jacques Germain Soufflot (Fig 13), que 7 demonstrava grande senso de entendimento do encaminhamento das cargas na estrutura e resistência dos materiais.Fig 12: Igreja Santa Genoveva Fig. 13 Jacques Germain Soufflot Fonte:Internet DP Fonte:Internet DP Fatos importantes também ocorreram em 1.775 na França, quando Charles Augustin Coulomb estabelece os fundamentos da teoria das vigas; em 1.780 na Inglaterra, Brian Higgins publica “Experimentos e observações realizados com o Intuito de melhorar a arte de compor e aplicar cimentos calcários e preparar argamassas”. Em 1.796, também na Inglaterra, James Parker patenteia um cimento hidráulico natural, conhecido como “Cimento Romano” ou “Cimento de Parker”, elaborado a partir da pedra de nome Septaria (com núcleo argiloso) que levadas ao forno, trituradas e peneiradas, são transformadas no referido cimento. 4. A Revolução Industrial e alguns fatos importantes Mais adiante, durante a Revolução Industrial, mais fatos importantes ocorreram ao logo do século XIX. Em 1818 na França, o Engenheiro Louis Joseph Vicat realizou uma série de experimentos e publicou estudos e conclusões de seus ensaios realizados sobre cimentos. Ele investigou fatores para resultar em uma argamassa capaz de endurecer sob a água e desenvolveu um método para 8 determinar o tempo de pega e endurecimento do cimento, baseado na penetração de uma agulha numa amostra de pasta de cimento fresco - Aparelho de Vicat. (Fig.14). Também projetou em 1822 a primeira ponte de cimento artificial do planeta, sem pozolana em suas fundações, com extensão de 180 metros, com vãos de 22 metros, e sem armação, apenas concreto – a Ponte de Souillac, hoje Ponte Louis Vicat sobre o Rio Dordogne (Fig.15). Fig.14: Aparerelho de Vicat Fig 15: Ponte de Souillac (1822) / Ponte LouisVicat Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP Um grande marco na história do concreto ocorreu em 1.824 na Inglaterra, quando Joseph Aspdin (fig.16), patenteia sua criação com o nome de Cimento Portlant (Fig.17), descrevendo a queima do calcário e argila triturados e misturados a altas temperaturas até que o CO² fosse liberado. O material obtido era moído obtendo-se um fino pó, porém ainda não se tinha tecnologia para a fabricação do clínquer com as temperaturas atuais. Fig.16: Joseph Aspdin Fig.17: Patente Cimento Portland Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP 9 Na década de 1.830 na Europa, o termo Concreto foi estabelecido para uma massa sólida em que o cimento, areia, água e pedra são combinados. Em 1845 na Inglaterra, Isaac Charles Johnson, da Empresa JB White and Sons, após realizar muitas pesquisas para melhorar a qualidade do cimento, Johnson aumentou a temperatura de queima da argila e calcário para 1400 °C produzindo o Clínquer pela primeira vez na história. Durante a segunda metade do século XIX ocorreu grande evolução tecnológica na Alemanha com estudos e ensaios sistemáticos de resistência à tração e compressão do cimento, mais qualidade do cimento e grande avanço em projetos de fornos e uniformidade do clínquer. Na década de 1850, Joseph Louis Lambot (Fig.18), realizou uma serie de experimentos de cimento aliado ao ferro. Expõe um barco construído de cimento e ferro (Fig. 19) na Exposição Mundial de Paris, em 1855 e solicitou patente de seus projetos. Para muitos historiadores Lambot é considerado o pai do Concreto Armado. Fig. 18: Joseph L. Lambot Fig. 19: Barco de cimento armado. Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP Outro grande marco ao longo da história ocorreu quando Joseph Monier (Fig. 20) executou a primeira ponte de concreto armado do mundo em 1875 na França, com 16,50 metros de comprimento por 4 metros de largura (Fig. 21). Monier também realizou uma série de experimentos com o concreto unido ao ferro e sem muito conhecimento teórico patenteou o método de construção de vigas de concreto com armação. 10 Fig. 20: Joseph Monier Fig. 21: Primeira ponte de concreto armado Fonte:Internet DP Fonte:Internet DP Em 1877 Thaddeus Hyatt, na Inglaterra publicou “Um relato de alguns experimentos com concreto de cimento Portland combinado com ferro, como material de construção”. Já em 1878 patenteia a armação reticulada e peças pré- moldadas para lajes e vigas. Hyatt foi considerado principal referência do conhecimento dos fundamentos estruturais do concreto com armação. Em 1885 Fredeick Ransome patenteia o primeiro forno rotativo para fabricação de cimento, revolucionando a produção de cimento no mundo. Mais tarde em 1902, seu filho Ernest L. Ransome adquiriu duas patentes ligadas à melhoria de reforços estruturais em concreto armado. O primeiro grande empreendedor imobiliário foi o francês François Hennebique, que após patentear uma série de sistemas construtivos em estruturas de concreto em 1892, criou uma equipe técnica de consultores para atuação em diferentes partes do mundo. Nos primeiros sete anos ele executou com sua equipe mais de 3000 projetos, sendo 100 pontes por ano aproximadamente. Em 1909 sua organização já tinha 62 escritórios espalhados pelo mundo. Hennebique obteve seu sucesso graças a sua notável técnica de administração e marketing. 5. A Idade Moderna do século XX - Após a Revolução Em 1901, o Professor e Engenheiro Emil Morsch, realizou uma série de publicações de artigos que estabeleceram as bases científicas do concreto armado. Suas teorias tornaram-se referência na área por mais de meio século. Entre as 11 numerosas honrarias recebidas estão a de sócio honorário do “Institution of structural Engineers” em 1913 e a de “honorary doctorates” das Universidades de Stuttgart em 1912 e de Zurique em 1929. Um grande marco histórico também ocorreu em 1901, quando foi construído em Paris à Rua Donton, 1, no bairro de Quartier Latin, um edifício de sete pavimentos (Fig.22), com instalação da empresa e residência de François Hennebique, já citado anteriormente. Esta obra é considerada o primeiro Edifício de concreto armado, construído com pilares, vigas e lajes, demonstrando (na época) ser seguro o novo sistema construtivo. Fig.22: Edifício Hennebique Fonte: Internet DP Em 1903 foi projetado pelo escritório Elzner & Anderson Arquitetura e Ransome Estruturas, o edifício Ingalls Building (Fig.23). Construído nos Estados Unidos, ele é considerado o primeiro aranha-céu de concreto armado do mundo, com 16 andares. O edifício é corporativo, possui 64 metros de altura e sua obra foi executada em oito meses. O sistema de construção pré-fabricada surge com experimentos e estudos de John E. Conzelman na década de 1910, nos Estados Unidos. Em 1911 é construído edifício de cinco andares para Empresa National Lead Company, em Missouri, em sistema pré-fabricado. 12 No inicio do século XX com enorme expansão do uso do concreto armado, junto com esta nova tecnologia cresciam também acidentes e falhas construtivas decorrentes de projetos inadequados, falhas de execução e materiais de baixa qualidade. As primeiras publicações de normas de projeto e execução de estruturas em concreto armado ocorreram em 1903 na Suíça e na Alemanha, em 1906 na França, em 1907 na Inglaterra, em 1910 nos Estados Unidos e em 1931 no Brasil. É durante os anos 1920 e 1930 que surgem as primeiras usinas de concreto (Fig.24). Com a introdução do concreto pré-misturado nas obras, a qualidade do concreto passa ser mais controlada ajudando obter também mais qualidade construtivadas grandes obras da época. Fig.23: Edifício Ingalls Building Fig.24: Usina de Concreto Fonte: Internet DP Fonte:Internet DP 6. Continuando no Século XX - Grandes Edifícios no Brasil O primeiro arranha-céu do Brasil foi o Edifício Sampaio Moreira (Fig.25), com 50 metros de altura, construído em São Paulo à Rua Líbero Badaró. Datado de 1924, ele foi projetado pelos arquitetos Christiano Stockler e Samuel das Neves. Seu título durou até 1929, quando o Edifício A Noite (Fig.26), com 102 metros de altura, tomou sua posição no Rio de Janeiro. O Edifício A Noite foi projetado pelo arquiteto Joseph Gire e sua estrutura calculada pelo engenheiro Emilio H. Baugart. 13 Em 1931 o Edifício Martinelli (Fig.27), assume o posto de Edifício mais alto do Brasil com 106 metros de altura. O Edifício Martinelli foi construído na região central da cidade de São Paulo pelo também engenheiro Giuseppe Martinelli e o arquiteto austríaco Willian Fillinger. Em 1947 é encerrada a disputa (de forma representativa) até os dias de hoje, com a construção do Edifício Altino Arantes (Fig.28), projetado pelo arquiteto Plínio Botelho do Amaral, também construído na região central de São Paulo, com 161 metros de altura. Fig.25: Edif. Sampaio Moreira Fig.26: Edif. A Noite Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP Fig. 27: Edif. Martinelli Fig.28: Edif. Altino Arantes Fonte: Internet DP Fonte:Internet DP 14 7. Ainda no Século XX - Alguns mestres da Arquitetura Modernista Com perfeita compreensão das possibilidades estruturais do concreto armado e a sua plasticidade, foi durante o século XX que grandes arquitetos mostraram ao mundo, que a arquitetura é verdadeiramente a arte de construir. Aparentes desafios da lei da gravidade, surgiram nesse momento como uma nova era da construção moderna com ícones da arquitetura aqui destacados. O arquiteto Charles-Édouard Jeanneret-Gris, ou simplesmente Le Corbusier, como é conhecido, formulou uma nova linguagem arquitetônica formalizados em Ville Savoye, em 1928 (Fig.29) com planta e fachada livres da estrutura construção sobre pilotis e teto-terraço. Já na Capela Notre Dame Du Haut (Fig.30), em Ronchamp é demonstrado toda a possível plasticidade do concreto armado em 1955. Fig. 29: Ville Savoye Fig. 30: Capela Notre Dame Du Haut Fonte: Internet DP Fonte: Internet DP Um dos conceitos centrais da obra do arquiteto Frank Lloyd Wright é que o projeto deve ser individual, de acordo com sua localização e finalidade. Como um desdobramento da arquitetura moderna, a Casa da Cascata de 1939 (fig.31), tornou- se uma figura chave da arquitetura orgânica. Outro destaque em suas obras é o Museu Solomon R. Guggenheim de Nova York, finalizado em 1959. Felix Candela, arquiteto espanhol, dividiu etapas de sua vida profissional entre Espanha, México e Estados Unidos. Candela demonstra através de suas obras seu profundo conhecimento e compreensão do comportamento das estruturas de https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_moderna https://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitetura_org%C3%A2nica 15 concreto armado. Destaca-se em suas obras o restaurante Los Manantiales (Fig.32) de 1956, no México. Fig. 31. Casa da Cascata Fig. 32: Restaurante Los Manantiales Fonte: Ineternet DP Fonte: Internet DP Certamente o arquiteto que mais explorou as possibilidades construtivas do concreto armado foi Oscar Ribeiro de Almeida Niemeyer Soares Filho, ou simplesmente Oscar Niemeyer. Elogiado por ser um escultor de monumentos, é considerado um dos maiores arquitetos da modernidade. Com tantas obras importantes no Brasil e no mundo, é difícil elencar algumas para sintetizá-lo, porém seus projetos mais conhecidos são os edifícios cívicos de Brasília como o Congresso Nacional de 1960 (Fig.33), Palácio do Planalto de 1960 (Fig.34), o Palácio da Alvorada de 1958 (Fig.35), além da Catedral de Brasília de 1970 (Fig.36) e do Museu de Arte Contemporânea de Niterói de 1996 (Fig.37). Fig. 33: Congresso Nacional de Brasília Fig. 34: Palácio do Planalto de Brasília Fonte: Internet DP Fonte:Internet DP 16 Fig. 35: Palácio da Alvorada de Brasília Fig. 36: Catedral de Brasília Fonte: Internet DP Fonte:Internet DP Fig. 37: Museu de Arte Contemporânea de Niterói Fonte: Internet DP 8. Algumas grandes obras e um novo desafio no próximo capítulo O Cristo Redentor (Fig.38) é um marco de concreto armado revestido com pedra sabão e eleito uma das Sete Maravilhas do Mundo Moderno em 2007. O monumento construído entre 1922 e 1931, foi concebido pelo engenheiro brasileiro Heitor da Silva Costa em colaboração com os franceses, o escultor Paul Landowski e o engenheiro Albert Caquot. A estátua em trinta metros de altura, sem contar os oito metros do pedestal, e seus braços totalizam 28 metros de largura. A Torre CN (Fig.39) é o principal cartão postal de Toronto, atraindo mais de dois milhões de visitantes anualmente. Entre 1976 e 2007 foi a maior torre do mundo https://pt.wikipedia.org/wiki/Heitor_da_Silva_Costa https://pt.wikipedia.org/wiki/Paul_Landowski https://pt.wikipedia.org/wiki/Paul_Landowski https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Albert_Caquot&action=edit&redlink=1 17 com 554 metros de altura, e sua execução consumiu 40.500 metros cúbicos de concreto. A Usina Hidroelétrica de Itaipu (Fig.40) fez parte da lista oficial de candidatas para as Sete Maravilhas do Mundo Moderno (Revista Popular Mechanics USA, 1995). Para sua construção iniciada em 1975, foram utilizados 12.570.000 metros cúbicos de concreto até sua finalização, em 1982. Comparando a construção da hidrelétrica com o Eurotúnel (que liga França e Reino Unido sob o Canal da Mancha) foram utilizados quinze vezes mais concreto, e o volume de escavações foram oito vezes maior. Fig. 38: Cristo Redentor Rio de Janeiro Fig. 39: CN Tower Toronto Fonte: pt.wikipedia.org Fonte: pt.wikipedia.org Fig. 40: Hidroelétrica de Itaipú – Brasil/Paraguai Fonte: pt.wikipedia.org Atualmente o Edifício Burj Khalifa (Fig.41) em Dubai, nos Emirados Árabes Unidos, é considerado o mais edifício alto do mundo, com altura de 828 metros e 163 andares. Para a sua construção em 2011, foram consumidos 330.000 metros https://pt.wikipedia.org/wiki/Sete_maravilhas_do_Mundo_Moderno https://pt.wikipedia.org/wiki/Eurot%C3%BAnel https://pt.wikipedia.org/wiki/Fran%C3%A7a https://pt.wikipedia.org/wiki/Reino_Unido https://pt.wikipedia.org/wiki/Canal_da_Mancha 18 cúbicos de concreto e 55.000 toneladas de vergalhão de aço, além de obter o recorde de bombeamento de concreto com 606 metros de altura. Fig. 41: Edifício Burj Khalifa, Dubai Fonte:Ineternet DP Como curiosidade segue o consumo de concreto utilizado para a execução de algumas obras brasileiras como o Rodoanel de São Paulo com 800.000 metros cúbicos; a Transposição Rio São Francisco consumiu 1.300.000 metros cúbicos; a Hidroelétrica de Jirau2.800.000 metros cúbicos; a Hidroelétrica de Santo Antonio 3.200.000 metros cúbicos; a Usina de Belo Monte 3.700.000 metros cúbicos. Já as obras da copa do mundo de 2014 consumiram 5.100.000 metros cúbicos e nos últimos sete anos o consumo cresceu 180% no Brasil e serão 72.300.000 metros cúbicos em 2.017. 19 9. Herói ou Vilão - O que faz o concreto ser especial? Revolucionou a arte de projetar e construir estruturas a partir de sua criação É o mais importante material estrutural da construção civil do planeta Transformou a história da humanidade em qualidade de vida e desenvolvimento Depois da água é o material mais consumido pelo homem A sua fabricação é responsável pela maior geração de poluentes direta e indiretamente, degradação da natureza, além de ser o maior gerador de resíduos futuros no planeta. Tókio Seul Cidade do México São Paulo Nova York Mumbai Maiores Cidades do Planeta, 2016 - Fontes: Internet DP 20 Bibliografia CARVALHO, João Dirceu, Um pouco sobre a história do concreto, Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil, DEC, Universidade. Estadual de Maringa, PR, 2008. HELENE, Paulo; ANDRADE, Tibério. Concreto de Cimento Portland. Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, Ed. Ibracon, São Paulo, 2007. 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