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Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Aula 7.b: Propriedades do concreto no estado fresco e endurecido Curso de Engenharia Sanitária e Ambiental Disciplina: Materiais de construção (CET 115) Importância Trabalhabilidade Um concreto é considerado trabalhável quando apresenta características adequadas ao tipo de obra a que se destina, e aos métodos de lançamento, de adensamento e de acabamento, que vão ser adotados. 1. Propriedades no Estado Fresco Um concreto é dito trabalhável quando apresenta simultaneamente as seguintes propriedades: � mantém-se bem misturado e homogêneo no tempo usualmente utilizado para mistura; � não segrega ou exsuda durante o transporte; � apresenta pouca ou nenhuma segregação durante manuseio e lançamento; � pode ser fácil e adequadamente compactado com os equipamentos disponíveis, preservando a homogeneidade da mistura; � enche a fôrma completamente e envolve totalmente a armadura nela contida é a maior ou menor facilidade com que o concreto se deforma sob ação de cargas (inclusive seu próprio peso). Consistência Conceito mais subjetivo que físico. Componente físico mais importante da trabalhabilidade é a consistência, termo que traduz propriedades intrínsecas da mistura fresca relacionada com a mobilidade e coesão entre os elementos tendo em vista a uniformidade e a compacidade do concreto e bom rendimento da execução Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva A consistência está relacionada com: Compacidade Mobilidade Se relaciona com o esforço necessário para vencer o atrito interno e o atrito entre a forma e as armaduras com o concreto, para se obter uma máxima compactação Propriedade inversamente proporcional à resistência interna à deformação, e depende de três características do concreto fresco: ângulo de atrito interno; coesão e, viscosidade. Estabilidade O concreto tem que se manter estável durante todo o processo, da mistura até seu lançamento na forma. Não pode nem segregar nem exsudar. Fatores que afetam a trabalhabilidade características do próprio concreto (consistência - internos) condições de projeto (externo) condições de operação, produção, transporte e lançamento do concreto (externos) Relação água/mistura seca É expressa em porcentagem da massa de água em relação à massa de cimento e agregados e exerce grande influência na consistência do concreto. Fatores que influem através da consistência (internos) “A consistência é constante para uma mesma relação água/mistura seca, independente da composição dos materiais secos, dentro de certos limites” '100% x agregadoscimento AguaA + = Tipo e finura do cimento A maior superfície específica demanda uma maior quantidade de água, embora o efeito sobre a pasta não seja o mesmo sobre o concreto. Granulometria, textura e forma do grão do agregado A granulometria altera a demanda de água, em função da superfície específica. Formas que se afastam dos tipos esféricos e cúbico influem desfavoravelmente na consistência, influindo principalmente na mobilidade e no volume de vazios Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva �ações físicas e físico-químicas de tensão superficial; �adsorção; �modificações das forças de atração entre as partículas de cimento; �modificações de velocidade de reações de hidratação durante a pega e endurecimento; e �combinações com alguns constituintes do cimento Aditivos Atuam através de: Tempo de mistura adequado em função do equipamento (tipo de betoneira e sua capacidade) Particularidade de concreto dosado em central: mistura na usina ou mistura no próprio caminhão de transporte Fatores externos - Mistura Evitar segregação e exsudação Concreto bombeado exige misturas com características especiais: teor de água/materiais secos tem um valor crítico, para se reduzir pressão das partículas sólidas sobre a parede da tubulação, assim como o teor de pasta (lubrificação) Fatores externos – Transporte e lançamento �Bomba Tem por objetivo eliminar a presença do ar. Durante o adensamento há um redução da coesão, que facilita que o concreto ocupe os vazios existentes entre a forma e as armaduras Fatores externos - Adensamento Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Enrijecimento do concreto ao longo do tempo pela perda de água por: •evaporação (sol, vento e temperatura); •por absorção dos agregados, e; •pela reações químicas iniciais. Fatores externos - Temperatura, umidade relativa do ar e vento Dimensões das peças e afastamento das armaduras VIDE FIGURAS Condições de projeto 15 Projeto Arquitetônico 16 Projeto Arquitetônico X Estrutural 4 3 2 1 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 33 N13 ø8.0 c/14 C=125 7 N14 ø8.0 c/16 C=574 1 2 N 2 8 ø 1 0 . 0 c / 1 3 C = 5 4 5 2 2 N 2 9 ø 1 0 . 0 c / 2 0 C = 1 2 2 6 N15 ø8.0 c/20 C=302 1 5 N 1 ø 6 . 3 c / 2 0 C = 1 2 2 5 N16 ø8.0 c/20 C=VAR 8 N16 ø8.0 c/20 C=309 20 N17 ø8.0 c/20 C=242 15 N18 ø8.0 c/20 C=309 1 5 N 1 9 ø 8 . 0 c / 2 0 C = 9 5 0 16 N2 ø6.3 c/20 C=630 4 1 N 2 0 ø 8 . 0 c / 1 5 C = 3 2 6 16 N3 ø6.3 c/20 C=285 1 4 N 2 0 ø 8 . 0 c / 2 0 C = 3 2 6 16 N4 ø6.3 c/20 C=291 1 4 N 5 ø 6 . 3 c / 2 0 C = V A R 19 N6 ø6.3 c/20 C=4242 7 N 2 1 ø 8 . 0 c / 1 5 C = 3 9 0 34 N7 ø6.3 c/20 C=233 1 1 N 8 ø 6 . 3 c / 2 0 C = 6 8 5 11 N9 ø6.3 c/20 C=164 8 N 1 0 ø 6 . 3 c / 1 9 C = 2 3 2 13 N22 ø8.0 c/19 C=307 1 5 N 1 1 ø 6 . 3 c / 2 0 C = 2 5 2 13 N23 ø8.0 c/20 C=294 1 4 N 1 1 ø 6 . 3 c / 2 0 C = 2 5 2 21 N24 ø8.0 c/20 C=317 1 5 N 1 2 ø 6 . 3 c / 2 0 C = 4 1 6 Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva 17 Projeto Estrutural 18 Projeto de Fundação 19M o d e l a g e m d a e s t r u t u r a 20 Execução da estrutura Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Medida da trabalhabilidade (consistência) É resultante da medida de três parâmetros ( coesão, atrito interno e viscosidade) Não são mensuráveis isoladamente fracamente plástica 0 a 5 cm medianamente plástica 5 a 10 cm fortemente plástica 10 a 15 cm Ensaio de abatimento de tronco de cone (slump) Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Ensaios de escorregamento mesa de consistência Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva 3. Propriedades no Estado Endurecido - Concreto não adensado 2 100 Kg/m3 - Concreto comprimido 2 200 Kg/m3 - Concreto socado 2 250 Kg/m3 - Concreto vibrado 2 300 a 2 400 Kg/m3 - Concreto armado 2 500 Kg/m3 (depende da taxa de armadura/m3) - Concretos leves 300 a 1 800 Kg/m3 - Concretos pesados 3 500 a 5 500 Kg/m3 Massa específica Compressão Tração Flexão Cisalhamento Torção Resistência a esforços mecânicos Fatores que influem na resistência 1- Relação água/cimento (x) (A e B - dependem do cimento e da idade) Lei de Abrams xB Afc = A resistência é influenciadapor todos os fatores que influem na porosidade da matriz aglomerante e na interface argamassa agregado graúdo. Para concretos de alta resistência a resistência do agregado pode ser um fator importante Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva k = Rc/1,5 ( Rc é a resistência à compressão da argamassa “normal” produzida com o cimento utilizado na idade de considerada) Bolomey )5,01( −= x kfc fc7 = 1,35 a 1,65 fc3 fc28 = 1,25 a 1,50 fc7 fc28= 1,70 a 2,50 fc3 2 - Idade A influência da idade na resistência se dá em função do grau de hidratação e do tipo de cimento. 3 - Tipo de cimento A influência do tipo de cimento se dá em função da velocidade de hidratação. Adições Aditivos Tempo e Temperatura de cura Textura rugosa ou lisa Maior diâmetro máximo Granulometria (maior ou menor MF) Relação agregado graúdo / agregado miúdo Composição mineralógica 4 – Textura, granulometria e volume dos agregados Os agregados influem na resistência, principalmente, quando alteram a zona de transição, embora nem sempre de forma linear. Volume dos agregados Afeta principalmente a/c baixosAfeta principalmente a/c baixos exsudaçãoexsudação Zona de transiçãoZona de transição 5 – Condições de cura A cura tem por objetivo manter as condições de hidratação do cimento Umidade Quanto maior a umidade maior a resistência do concreto Tempo de cura Quanto mais tempo o concreto permanece em condições de umidade favorável, maior a resistência Temperatura A temperatura acelera as reações de hidratação. Cura a vapor com temperaturas elevadas reduz a resistência a longo prazo Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva 7 – Parâmetros de ensaio - velocidade de aplicação da carga duração da carga Condições de umidade do corpo de prova 6 - Aditivo incorporador de ar Aumento do volume de poros ruptura de corpos de prova cilíndricos de 15 cm de diâmetro por 30 cm de altura ou 10 cm de diâmetro por 30 cm de altura (NBR 5739/94 ) Determinação da resistência: COMPRESSÃO compressão diametral em corpos de prova cilíndricos (método do Prof. Lobo Carneiro) TRAÇÃO ft = 2P/ DL P= carga aplicada D= diâmetro do cilindro L = comprimento do cilindro carga no terço médio do vão FLEXÃO rupturas de vigas de 15 x 15 x 70 cm3 carga no meio do vão ftf = 3/2 Pl/a3 ftf = Pl/a3 P = carga aplicada a = lado da seção quadrada da viga Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Estabilidade Dimensional O concreto se deforma de maneira não linear quando sujeito à ação de cargas e ao meio ambiente. Esta deformação pode ser instantânea ou lenta (fluência) Esta deformação pode ser recuperada (elástica) ou não recuperada (plástica) A determinação do módulo de deformação é importante para previsão de flechas em estruturas. Deformação pela pasta de cimento, pela zona de transição e pelas características do agregado O de módulo de deformação é influenciado: pelos parâmetros de ensaios umidade velocidade de carga Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Além de se deformar sob a ação de cargas, o concreto se deforma devido à: Retração por secagem; Retração autógena; e a variações térmicas Fluência (comportamento visco-elástico) Ex. Calcário - 2,6 a 3,3 Kcal/m,h,oC Granito - 2,2 a 2,7 “ Basalto - 1,9 a 2,2 Propriedades Térmicas É a velocidade com que o calor é conduzido através de uma área unitária, quando submetida a uma diferença unitária de temperatura entre as duas faces. - Depende da densidade. - Concreto comum - depende muito do tipo de agregado. Condutividade Térmica (K) É a relação entre o fluxo de calor e o gradiente de temperatura Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva é a quantidade de calor necessária para que a unidade de massa eleve de 1 oC sua temperatura. Concreto - 0,2 a 0,24 Kcal/Kg oC ( Cu - 0,095; Fe - 0,114; água 1,0 ) é a maior ou menor facilidade com que o material sofrerá variação de temperatura. h2 = K/c.δ (m2/h) Calor específico Difusividade térmica (h2) 0,002 a 0,006 m2/hValores típicos Estes três parâmetros são importantes para previsão de dissipação de calor nas idades iniciais Coeficiente de dilatação térmica ( αααα) É a variação por unidade de comprimento por unidade de temperatura (deformação /oC) Concreto - 10 x 10-6 Aço - 11 x 10-6 É importante para previsão da deformação da estrutura sob ação da temperatura Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Durabilidade O concreto sofre alterações devido à ação do meio ambiente, por meio de efeitos mecânicos, físicos e químicos, ao longo do tempo, que agem sobre a matriz aglomerante e sobre os agregados. Esta interação se dá principalmente através dos poros do concreto. Mecânicos - abrasão, choques, vibrações, fadiga Físicos - temperatura, umidade Químicos - águas agressivas, solos agressivos Mecanismos de transporte que atuam no concreto Absorção ( tensões capilares) Permeabilidade (pressão) Difusão (diferença de concentração – CO2 e cloretos) Migração (diferença de potencial) a) Sulfatos - expansão/desagregação b) Ácidos - dissolvem o cimento, quando o pH for menor que 6,5 c) Águas puras - atacam a cal (portlandita), facilitam a reação com o CO2 (carbonatação). d) Águas do mar - contém sulfatos e atacam a armadura devido aos íons cloretos Substâncias que mais agridem: Congelamento Aditivo incorporador de ar reduz a a deterioração por aumento de volume da água congelada Como evitar Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Álcali-agregado % Na2O + 0,658 % K2O < 0,6 % Utilização de cimento com adições Como evitar Ataque por sulfatos Utilização de cimentos resistente a sulfatos Utilização de cimentos com adições Como evitar Isolamento acústico Propriedades acústicas Baixo índice de absorção de ruídos t - oC tração (%) compressão (%) ambiente 100 100 200 80 90 300 70 85 400 40 70 500 20 50 800 5 50 Resistência ao fogo muito variável com a composição e umidade mau condutor, mas não chega a ser isolante concreto (30 Mpa) -104 a 107 ohms/cm2 de resistência elétrica). Outras propriedades: Resistência à abrasão - cresce com a resistência à compressão. - depende muito do tipo e granulometria do agregado Condutividade elétrica Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Concreto com função isolante, térmica e acústica - γ < 1300 Kg/m3 -Agregado ⇒ vermiculita, politiereno expandido, escória, pumicita, etc. Principais tipos de concretos especiais Concreto leve Concreto celular 4. Concretos Especiais - Massa específica ⇒ em torno 1800 Kg/m3 - Resistência a compressão ⇒ de 17 a 40 Mpa - Agregados ⇒ argila expandida, escória expandida - Método de dosagem próprio - Módulo de deformação menor - Menor estabilidade dimensional - Durabilidade satisfatória Concreto estrutural leve Usados em proteção contra radiações Agregados de alta densidade ⇒ γ > 3,4 Kg/m3 (barita, magnetita, limonita, etc) Dosagem como concreto normal ⇒ agregados mais ásperos Concretos pesados Concreto de alto desempenho Elevadas resistências ⇒ 55 MPa a 120 MPa Elevado módulo de deformação ⇒ 30 a 45 GPa Elevada durabilidade ⇒ precauções com retração e cura Materiais cimento⇒ o mesmo do concreto convencional agregados comuns⇒ tendência de utilizar até brita 1, com pedrisco adições pozolânicas ⇒ microssílica (10% do peso de cimento), cinza de casca de arroz, cinza volante aditivo superfluidificante (baixas relações a/c; ≅0,35) Abatimento ≅ 200mm Método de dosagem tradicional Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva É utilizado em peças e obras em que é difícil o adensamento Materiais tradicionais com altoteor de argamassa e aditivo superfluidificante. Abatimento em torno de 230mm ⇒alta trabalhabilidade, praticamente sem adensamento ⇒perda da trabalhabilidade em 60 ou 30 min. Resistência equivalente a um concreto de controle (sem aditivo) Retração menor para concretos com mesmo abatimento sem aditivo. Concreto autoadensável Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva É usado para reduzir a retração por secagem Cimento expansivo, com materiais tradicionais ⇒ expansão ⇒ formação de etringita, formação de gases, etc. Relação a/c um pouco superior ao concreto tradicional. Concretos com retração compensada Fibras ⇒ reduzir a microfissuração e aumentar a resistência a tração e flexo-tração do concreto tradicional. Principais tipos de fibras: metálicas, plásticas, de vidro, de carbono e naturais (sisal, coco, amianto, ect) Dificultam a trabalhabilidade Aumentam o consumo de cimento teor de fibras ⇒ 2 a 5 % em volume Concreto reforçado com fibras Concreto tradicional com adição de polímeros como latex acrílico, estireno-butadieno, PVA, etc. Latex ⇒ suspensão coloidal do polímero na água (50% de material sólido). Redução da água de amassamento Endurecimento do latex ⇒ secagem ou perda de água. Melhora a resistência a flexão e a tração A aderência pode ser melhorada Maioria dos materiais de reparo tem esta característica Concreto modificado com polímeros O aglomerante utilizado são resinas epoxi, poliester, metacrilato, poliuretano (óleo de mamona) Agregados tradicionais com a maior compactação possível Maior dificuldade de manuseio Segurança (metilmetacrilato) Elevadas resistências a compressão, tração e flexo-tração Elevado módulo de deformação Baixa temperatura de trabalho. Concreto polimérico Prof. MSc Francisco Gabriel Santos Silva Concreto tradicional com a introdução de polímero depois de endurecido, sob vácuo Usado em peças pré-moldadas Monômero mais utilizado ⇒ metilmetacrilato (MMA) Elevadas resistências mecânicas Elevado módulo de deformação Concreto impregnado com polímeros Concreto de peças de grandes dimensões, como vigas pilares, blocos e barragens. Problemas de retração devido elevado calor de hidratação: ⇒ redução do consumo de cimento ⇒ cimento com baixo teor de C3A ⇒ uso de adições ⇒ uso de água gelada ⇒ uso de aditivos retardadores Concretagem em momentos de baixas temperaturas Agregados de maiores dimensões Concreto massa Utilizados em pavimentos e barragens Material de consistência seca, lançado com equipamento de terraplanagem e compactado com rolo compactador. Método de dosagem próprio Baixas relações água/cimento Baixo consumo de cimento Uso de adições Concreto compactado com rolo
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