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2004 Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 2 índice 1. DEFINIÇÃO ---------------------------------------------------------------------------------------------4 2. PRINCIPAIS PROPRIEDADES DO CONCRETO ---------------------------------------------4 2.1. Concreto Fresco --------------------------------------------------------------------------------------4 2.2. Concreto Endurecido --------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1. Resistência à compressão------------------------------------------------------------------7 2.2.2. Resistência à tração-------------------------------------------------------------------------8 2.2.3. Módulo de elasticidade--------------------------------------------------------------------10 2.2.4. Durabilidade--------------------------------------------------------------------------------13 3. PRINCIPAIS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS-----------------------------------------------15 3.1. Ultra som --------------------------------------------------------------------------------------------15 3.2. Esclerometria----------------------------------------------------------------------------------------16 4. DOSAGEM---------------------------------------------------------------------------------------------16 4.1. TUP (Traço unitário em peso)----------------------------------------------------------------- ---17 4.2. Consumo de cimento-------------------------------------------------------------------------------17 4.2.1. Medição gravimétrica---------------------------------------------------------------------------18 4.2.2. Medição volumétrica----------------------------------------------------------------------------19 4.3. Relação água/cimento -----------------------------------------------------------------------------22 4.4. Relação água/materiais secos----------------------------------------------------------------------23 4.5. Teor de argamassa ---------------------------------------------------------------------------------25 5. INFLUÊNCIA DA IDADE NAS PROPRIEDADES DOS CONCRETOS----------------26 6. VARIAÇÕES VOLUMÉTRICAS DO CONCRETO-----------------------------------------26 7. TIPOS DE CONCRETO----------------------------------------------------------------------------27 7.1. Concreto bombeado------------------------------------------------------------------- -------------27 7.2. Concreto massa -------------------------------------------------------------------------------------27 7.3. Concreto rolado-------------------------------------------------------------------------------------28 7.4. Concreto leve----------------------------------------------------------------------------------------28 7.5. Concreto pesado------------------------------------------------------------------------------------28 7.6. Concreto projetado---------------------------------------------------------------------------------28 7.7. Concreto autonivelante------------------------------------------------------------------------- ---28 7.8. Concreto de alto desempenho---------------------------------------------------------------------28 8. MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO------------------------------------------29 8.1. Cimento Portland-----------------------------------------------------------------------------------29 8.1.1. Definição e histórico----------------------------------------------------------------------29 8.1.2. Composição e Hidratação----------------------------------------------------------------29 8.1.3. Adições minerais--------------------------------------------------------------------------30 8.1.4. Principais ensaios de caracterização----------------------------------------------------32 8.1.4.1. Resistência à compressão--------------------------------------------------------32 Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 3 8.1.4.2. Início e fim de pega---------------------------------------------------------------33 8.1.4.3. Expansibilidade ------------------------------------------------------------------33 8.1.4.4. Finura-------------------------------------------------------------------------------34 8.1.4.5. Perda ao fogo----------------------------------------------------------------------34 8.1.5. Especificações------------------------------------------------------------------------------35 8.1.6. Empregos -----------------------------------------------------------------------------------36 8.2. Agregados---------------------------------------------------------------------------------------37 8.2.1. Definição------------------------------------------------------------------------------------37 8.2.2. Classificação--------------------------------------------------------------------------------37 8.2.3. Principais ensaios de caracterização ----------------------------------------------------38 8.2.3.1. Composição granulométrica-----------------------------------------------------38 8.2.3.2. Teor de argila em torrões -------------------------------------------------------39 8.2.3.3. Teor de materiais pulverulentos--------------------------------------------- ---39 8.2.3.4. Impurezas orgânicas--------------------------------------------------------------39 8.2.3.5. Abrasão Los Angeles-------------------------------------------------------------40 8.2.3.6. Reação álcalis-agregado ---------------------------------------------------------40 8.2.4. Especificações------------------------------------------------------------------------------40 8.2.4.1. Agregado miúdo--------------------------------------------------------------- ---40 8.2.4.2. Agregado graúdo------------------------------------------------------------------41 8.2.5. Empregos -----------------------------------------------------------------------------------41 8.3. Água de amassamento-------------------------------------------------------------------------42 8.4. Aditivos------------------------------------------------------------------------------------------42 8.4.1. Plastificantes--------------------------------------------------------------------------------43 8.4.2. Retardadores de pega----------------------------------------------------------------------43 8.4.3. Aceleradores de pega----------------------------------------------------------------------43 8.4.4. Incorporadores de ar-----------------------------------------------------------------------43 8.4.5. Superplastificantes-------------------------------------------------------------------------43 9. ASPECTOS RELEVANTES DA NORMALIZAÇÃO E PRODUÇÃO-------------------44 9.1. Concreto dosado em central ------------------------------------------------------------------44 9.2. Execução do Concreto ------------------------------------------------------------------------45 9.3. Preparo, Controle e recebimento do concreto--------------------------------------------- 46 10. EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO -------------------------------------------------------------------50 11. QUESTÕES DE CONCURSOS -----------------------------------------------------------------51 12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ---------------------------------------------------------68 Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 4 CONCRETO de CIMENTO PORTLAND 1. DEFINIÇÃO O concreto de Cimento Portland é um material constituído de uma matriz cimentante contínua,que envolve agregados (pedras de diversos tamanhos), formando uma massa plástica, nas primeiras horas, devido a fluidez da pasta de cimento (cimento e água). Após o endurecimento desta própria pasta, pela reação de hidratação do cimento com a água, o concreto se torna um corpo sólido e compacto, capaz de resistir a elevados esforços de compressão, possuindo elevada durabilidade. Entretanto, a sua resistência à tração é bem inferior, aproximadamente, 1/10 de sua resistência à compressão. Esta limitação impede o seu uso, sozinho, em peças estruturais. A partir da 2ª metade do século 19, descobriu-se que adicionando armaduras de aço, convenientemente dispostas no interior concreto, as mesmas absorveriam os esforços de tração, dando a este novo material, o concreto armado, excelente desempenho para ser usado em elementos estruturais de edificações e obras d’arte em geral. Diferentemente da rocha natural, o concreto é considerado uma pedra artificial, produzida pelo homem, podendo ser controlada suas propriedades, dentro de determinados limites, tanto no estado fresco, quanto no estado endurecido, através do proporcionamento da quantidade de cimento, agregado miúdo e graúdo, água e aditivo. No que diz respeito às propriedades no estado endurecido, este controle se dá, basicamente, pela qualidade da pasta de cimento empregada. Portanto, as propriedades do concreto variam em função das proporções dos seus constituintes, sendo de responsabilidade dos tecnologistas, dosá-los para que o concreto tenha um desempenho satisfatório durante a vida útil da estrutura. Para proporcionar os constituintes corretamente, é necessário ter em mãos as especificações requeridas para o concreto e as características dos seus componentes. 2. PRINCIPAIS PROPRIEDADES DO CONCRETO O concreto é um dos poucos materiais de construção que pode ser produzido no canteiro de obras, sob condições diversas de aplicações, assumindo duas fases bastante distintas. A 1ª fase corresponde ao estágio bastante inicial, tempo necessário para a mistura, transporte, lançamento e adensamento, a qual pode durar minutos, quanto algumas horas. A 2ª fase, que tem duração corresponde a vida útil da estrutura, na qual o concreto foi empregado, pode durar algumas dezenas, ou em alguns casos, centenas de anos. Devido a esta particularidade, as propriedades do concreto são, tradicionalmente, divididas em duas fases: a 1ª, denominada de “propriedades do concreto fresco” e a 2ª, de “propriedades do concreto endurecido”. 2.1. Concreto fresco O concreto, recém misturado, apresenta-se no estado plástico, possibilitando que o mesmo seja transportado, lançado e adensado satisfatoriamente. A propriedade que define a maior ou a menor facilidade que o concreto tem de ser manuseado, sem perda de sua homogeneidade, isto é, sem segregação1 ou exudação2, é denominada de trabalhabilidade. 1 Segregação é a maior ou menor tendência de alguns concretos, durante as etapas de mistura, transporte, lançamento e adensamento, de sofrerem a separação entre a argamassa e o agregado graúdo, perdendo a sua homogeneidade, podendo ser originado na deficiência da dosagem ou falhas durante o processo. 2 Exudação é a maior ou menor tendência de alguns concretos, logo após o adensamento, de não possuírem a capacidade de reter água, fluindo a mesma para a superfície, podendo estar relacionada à deficiência na dosagem e com as condições ambientais (umidade, temperatura e ventilação). Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 5 A trabalhabilidade é difícil de ser mensurada, dependendo de uma série de fatores intrínsecos ao concreto e também devido a fatores externos. Dentre os fatores intrínsecos ao concreto, pode-se citar: a consistência; proporção entre cimento e agregado; teor de argamassa; forma e textura dos agregados; adição de aditivos ao concreto. Dentre os fatores externos, a trabalhabilidade é influenciada pelo tipo de transporte (bombeado, convencional), lançamento, características geométricas da forma, densidade de armadura, tipo e intensidade da energia de vibração, processo de acabamento empregado, etc. O ensaio tradicionalmente empregado para avaliar a trabalhabilidade é o abatimento do tronco de cone, através do método de ensaio NM 67 (Concreto – Determinação da consistência do abatimento do tronco de cone – Método de ensaio). Este ensaio, na realidade, mede a capacidade de deformação do concreto pela ação do seu próprio peso, isto é, a consistência e não a trabalhabilidade, que é uma propriedade bastante ampla, impossível de ser medida através de um único ensaio, possuindo, muitas vezes, um caráter subjetivo. O abatimento do tronco de cone é um ensaio muito simples: consisti em moldar o concreto recém misturado em uma forma tronco-cônica. Imediatamente após a moldagem, a forma metálica deve ser retirada, fazendo com que o concreto se deforme, reduzindo a altura inicial do tronco de cone. O valor do abatimento (slump) é medida em mm ou cm, sendo a diferença entre a altura inicial e final do tronco de cone. A figura 01 mostra a seqüência da realização do ensaio. Quanto mais deformável o concreto, maior será o seu abatimento. Concretos bombeáveis, isto é, concretos que são transportados através de bombeamento, devem possuir, além de outras características importantes, abatimentos sempre superiores a 70 ou 80mm. No entanto, o abatimento necessário para bombeamento pode ser maior, sendo bastante influenciado por fatores como: estado de manutenção da bomba; altura de bombeamento; perda de carga da tubulação (nº de curvas); etc. O ensaio de abatimento só é válido para concretos denominados de “plásticos ou deformáveis”, Entretanto, existem determinadas aplicações em que os concretos devem apresentar consistência “seca” , como é o caso de concretos massa, aplicados em barragem, concreto rolado, aplicados em barragens e sub-base de rodovias, e alguns concretos de indústria de pré-moldados. Para estes concretos, que possuem abatimento (slump) zero, o método mais empregado para medir a sua trabalhabilidade, apesar de não normalizado pela ABNT, é o consistômetro de Vebe, sendo usado o aparelho esquematicamente mostrado na figura 02 . O conjunto é constituído de um tronco de cone, que por sua vez é colocado dentro de um cilindro metálico, com diâmetro um pouco maior que a base do cone. Este cilindro está fixado em uma mesa vibratória com energia de vibração padronizada. O ensaio inicia-se com a moldagem do tronco de cone com o concreto recém misturado. Retira-se o tronco de cone e a mesa é ligada, fazendo com que o concreto se deforma pela ação da energia de vibração da mesa, preenchendo o espaço do cilindro (remoldagem), passando da forma tronco-cônica para a forma cilíndrica. A medida de ensaio é o tempo decorrido desde o início da vibração até a perfeita moldagem do concreto na forma cilíndrica. A observação é auxiliada por um disco de vidro ou plástico, colocado sobre a superfície do concreto, o qual, no final do ensaio, deve estar completamente assentado sobre a superfície. O assentamento é visual, sendo um ponto questionável no ensaio, podendo ocasionar divergências nos tempos medidos. 2.2. Concreto endurecido Após o endurecimento, o concreto deve possuir propriedades que possibilitem o seu bom desempenho, devendo, estas propriedades, serem controladas durante a fase de projeto e execução, garantindo que este material possua desempenho satisfatório durante a vida útil da estrutura. Os principais requisitos de controle são citados a seguir Tibério Wanderley Correia De O. Andrade6 Figura 01. Ensaio para determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone RÉGUA GRADUADA EM MILÍMETROS C D LANÇAMENTO DO CONCRETO NO MOLDE APÓS UMIDECIMENTO DO MOLDE APILAMENTO DA PRIMEIRA SUBCAMADA – 25 GOLPES UNIFORMES APILOAMENTO DA SEGUNDA SUBCAMADA – 25 GOLPES APILOAMENTO DA ÚLTIMA SUBCAMADA – 25 GOLPES ACABAMENTO DO TOPO DO CORPO DE PROVA RETIRADA DO MOLDE MEDIDA DA CONSISTÊNCIA B A 1/3 DO VOLUME 2/3 DO VOLUME E F G Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 7 Figura 02. Desenho esquemático do consistômetro de vebe. 2.2.1 Resistência à compressão A principal propriedade, na qual os concretos são especificados, é quanto a sua resistência à compressão. Os engenheiros, projetistas de estruturas de concreto armado, dimensionam os elementos estruturais admitindo uma resistência característica à compressão (fck), que pode ser definida como o valor de referência para base de cálculo, sendo associado a um nível de confiança de 95 %, isto é, uma probabilidade de apenas 5 % da resistência à compressão do concreto apresentar resultado abaixo deste valor de referência. Além disso, praticamente, todas as demais propriedades do concreto endurecido têm forte correlação com a sua resistência à compressão, podendo, indiretamente, serem controladas por esta propriedade. O principal parâmetro de dosagem, que rege esta propriedade, é, indiscutivelmente, a relação água/cimento empregada na pasta. Quanto menor a relação/água maior será a resistência à compressão do concreto, desde que, o concreto consiga ser adensado satisfatoriamente. Esta relação é válida, somente se, a resistência do agregado for superior a resistência da pasta, sendo este requisito encontrado na maioria dos concretos de resistências baixas e médias. Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 8 Esta especificação é tão importante, que a normalização brasileira classifica os concretos quanto a esta propriedade, através da NBR 8953 (Concreto para fins estruturais – Classificação por grupos de resistência). Esta norma divide os concretos em dois grandes grupos, I e II. O grupo I possui 09 classes de resistência, e o grupo II, 04 classes de resistência, sendo descritos na tabela 01. Os valores que designam as classes são as resistências características à compressão que devem ser atendidas. A norma brasileira estabelece que no ensaio de resistência à compressão, os corpos de prova sejam cilíndricos, com relação sempre 2:1, altura e diâmetro. São usados mais comumente, os corpos de prova de diâmetro 10 e 15 cm, utilizando para a sua preparação a NBR 5738 (Moldagem e cura de corpos de prova de concreto, cilíndricos e prismáticos – Método de ensaio), sendo mostrado esquematicamente, a preparação na figura 03. Tabela 01. Classificação dos concretos quanto a resistência à compressão Grupo I de resistência Resistência característica à compressão MPa Grupo II de resistência Resistência característica à compressão MPa C 10 10 C 15 15 C 55 55 C 20 20 C 25 25 C 60 60 C 30 30 C 35 35 C 70 70 C 40 40 C 45 45 C 50 50 C 80 80 A ruptura deve ser realizada de acordo com a NBR 5739 (Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto – Método de ensaio). A partir dos resultados, os critérios para aceitação do concreto são definidos pelo NBR 12.655 (Concreto – Preparo, Controle e Recebimento). 2.2.2 Resistência à tração Não é comum a especificação dos concretos pela sua resistência à tração, pois, na maioria das utilizações, esta propriedade do concreto é desprezada, em função do seu baixo valor e da fragilidade do concreto a estes esforços. Entretanto, para utilização do concreto em pavimentos rígidos, em rodovias, e outras poucas utilizações, estes esforços são considerados, sendo especificado valores mínimos para a resistência à tração. Os ensaios empregados e padronizados pela normalização não são de tração direta, mas de tração indireta. Como já foi citado, existe uma forte correlação entre a resistência à compressão e as demais propriedades mecânicas do concreto, sendo a resistência tração uma relação direta a resistência à compressão, existindo muitas equações que correlacionam estas duas propriedades. Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 9 Figura 3 – Ensaio de resistência à compressão. Um outro fator que possui certa influência nesta propriedade é a característica do agregado graúdo empregado. Fixando as demais variáveis que influenciam na resistência à tração, agregados de textura lisa e forma arredondada, como os seixos rolados, produzem concretos com resistência à tração inferior aos concretos que empregam agregados britados, que possuem superfície rugosa e forma irregular dos seus grãos. Esta característica reside no fato de que, as superfícies lisas e arredondadas possuem menor aderência a pasta de cimento, do que as superfícies irregulares e rugosas. A granulometria dos agregados graúdos também tem influência nesta propriedade. Quanto maior o diâmetro máximo do agregado, principalmente diâmetros superiores a 38 mm, menor é a sua resistência à tração, mantendo as demais variáveis constantes. Existem 02 ensaios padronizados para determinação desta propriedade: ensaio de tração na flexão e ensaio de Lobo Carneiro. O ensaio de tração na flexão, mais comumente usado, que utiliza prismas de concreto, sendo empregado o método definido pela NBR 12.142 (Concreto- Determinação da resistência à tração na flexão em corpos de prova prismáticos – Método de ensaio). O outro ensaio, que utiliza os mesmos corpos de prova cilíndricos utilizados para o ensaio de resistência à compressão, é conhecido, mundialmente, como o ensaio de Lobo Carneiro, tecnologista brasileiro que desenvolveu o método. Para o ensaio de Lobo Carneiro utiliza-se a NBR 7222 (Argamassa e concreto – Determinação da resistência à tração na compressão diametral-Método de ensaio). A figura 04 mostra, esquematicamente os ensaios. CORPOS DE PROVA 15 X 30, MOLDAGEM COM 4 CAMADAS DE 30 GOLPES CORPOS DE PROVA 10 X 20, MOLDAGEM COM 2 CAMADAS DE 15 GOLPES DESMOLDAGEM CURA PADRONIZADA RUPTURA PRENSA ACABAMENTO DA SUPERFÍCIE DE MOLDAGEM Rc = P ¶ D²/4 D = Diâmetro do cp P P Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 10 Figura 04. Ensaio de tração na flexão e tração na compressão diametral 2.2.3 Módulo de deformação Alguns projetistas de estruturas estão especificando o módulo de deformação do concreto, especialmente em estruturas pré-moldadas, com objetivo de prevenir deformações acentuadas nestas estruturas. Os projetistas condicionam para desforma e manuseio das peças, além da resistência à compressão, umvalor mínimo para o módulo de deformação, que é definido pela correlação entre a tensão aplicada e a deformação, através da expressão 1. σ = E x ξ (1) RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA COMPRESSÃO “ENSAIO DE LOBO CARNEIRO” Rtf = P x L h² x b Rtc = 2P ¶ DL P P L h b L L/3 L/3 L/3 P/2 P/2 Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 11 Onde: σ - Tensão aplicada (MPa) E - Módulo de deformação, não apresentando um valor fixo, sendo função das características do concreto (GPa3); ξ - Deformação unitária (∆L/L). O método de ensaio para determinação do módulo de deformação é definido pela NBR 8522(Concreto – Determinação do Módulo de deformação estática – curva x tensão deformação – método de ensaio). O comportamento elástico do concreto difere do aço, não possuindo linearidade entre a tensão e deformação, para tensões muito baixas, em função das microfissuras formadas na matriz do concreto, mesmo antes que o mesmo entre em carregamento. Devido a esta particularidade, a NBR 6118/03 define o módulo de deformação como sendo o módulo de deformação tangente inicial cordal a 30% de fc, sendo fc a resistência do concreto. A esta tensão as fissuras ainda permanecem estáveis, mantendo a curva ainda com uma certa linearidade. A figura 05 mostra o desenho esquemático do ensaio e o diagrama tensão x deformação típico do concreto. O módulo de deformação do concreto é influenciado, individualmente, pelo módulo de deformação da pasta e pelo módulo de deformação dos agregados, além da proporção relativa destas duas fases no concreto. Para concretos dosados com os mesmos agregados, que é o mais freqüente em uma determinada região, a variação do módulo de deformação destes concretos será função, basicamente, da variação do módulo de deformação da pasta e a sua proporção relativa no concreto. Portanto, para concretos que empregam os mesmos agregados, quando se eleva a resistência da pasta, isto é, a resistência do concreto, também se verifica um incremento no módulo de deformação da pasta e, conseqüentemente, o módulo de deformação do concreto. Por outro lado, concretos produzidos com mesmo o agregado, e que possuem a mesma resistência à compressão, podem ter módulos de deformação distintos, em função da proporção relativa entre a pasta e os agregados. Os agregados possuem módulo de deformação, em sua grande maioria, superior ao módulo da pasta. Portanto, quanto maior a proporção relativa dos agregados em concretos de mesma resistência, maior será o módulo do concreto. Este fato ocorre quando se quer elevar o abatimento de um concreto mantendo a mesma resistência à compressão. Neste caso, aumenta-se a quantidade de pasta no concreto, mas esta pasta possui a mesma relação água/cimento, isto é, as mesmas características mecânicas. Portanto, concretos que empreguem os mesmos agregados e que possuam a mesma resistência, mas tenham maior abatimento, tendem a possuir menor módulo de deformação. Um outro fator de grande influência no módulo de deformação é o histórico de cura. Concretos mal curados tendem a possuir menor módulo de deformação do que os concretos em que foram tomados cuidados nos processos de cura. Esta importância está relacionada com grau de fissuração que apresenta a matriz da pasta de cimento.Existem muitas equações que correlacionam a resistência à compressão com o módulo de deformação do concreto, tendo como outra variável a característica do agregado empregado, como é a equação sugerida pela “ACI Building Code 318”. 3 1GPa = 109 Pa 1Pa = 1N/m² 1N = 10-1kgf 1m² = 104 cm² 1GPa = 109 10-1 kgf/104cm² 1GPa = 104 kgf/cm2 = 10.000 kgf/cm² Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 12 30% DA TENSÃO ÚLTIMA 75% DA TENSÃO ÚLTIMA TENSÃO DE RUPTURA 50% DA TENSÃO ÚLTIMA 4 2 3 1 MICROFISSURAS NA ZONA DE TRANSIÇÃO 1 2 3 4 30 50 75 100 COMPORTAMENTO TENSÃO-DEFORMAÇÃO DO CONCRETO SOB COMPRESSÃO UNIAXIAL DEFORMAÇÃO % D A T EN SÃ O Ú LT IM A H h DEFORMAÇÃO CORPO DE PROVA Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 13 A tabela 2 mostra a correlação entre a resistência à compressão e o módulo de deformação através de duas equações consagradas no meio técnico. Tabela 2. Correlação entre a r. à compressão e módulo de elasticidade ACI Building Code CEB – FIB Model Code R. compressão MPa Ec GPa R. compressão MPa Ec MPa 21 21 21 28 27 35 27 30 34 28 34 32 41 30 41 34 O coeficiente de Poisson é a razão entre a deformação lateral e a deformação axial sob a ação de uma tensão de compressão dentro do limite elástico do concreto. No concreto, os valores do coeficiente de Poisson geralmente variam entre 0,15 e 0,20. O concreto, além de possuir um comportamento elástico, possui também um comportamento viscoelástico, apresentando fluência, que é o fenômeno do aumento gradual da deformação, ao longo do tempo, sob a ação de um certo nível de tensão constante. Esta característica de viscoelasticidade também gera um outro fenômeno, a relaxação, que é a redução gradual da tensão ao longo do tempo, sob um certo nível de deformação constante. Este comportamento está diretamente relacionado ao movimento da água dentro da pasta de cimento hidratada, apesar existirem outras causas para os fenômenos, que são bastante complexos. Como exemplo, pode-se citar a deformação lenta do concreto, quando exposto a tensão constante (fluência). A principal causa desta deformação está relacionada a migração da água, no interior da pasta hidratada, para regiões de menor tensão, induzindo a deformação ao longo do tempo. 2.2.4 Durabilidade Requisito importantíssimo para o concreto armado, sendo desprezada por muito tempo. A normalização brasileira não fazia referência através de especificações que levassem em consideração a durabilidade das estruturas de concreto. A durabilidade está diretamente relacionada à porosidade e a permeabilidade da pasta de cimento, que é a fase contínua do concreto e por onde irão penetrar os agentes agressivos. A redução da porosidade e permeabilidade da pasta está fortemente correlacionada com a redução da relação água/cimento e com conseqüente incremento da resistência à compressão. A nova versão da NBR 6118, lançada em 2003, evolui bastante quanto a este requisito, em relação a versão anterior. Além dos fatores acima citados, a durabilidade está diretamente relacionada ao meio ambiente em que está inserida a estrutura de concreto armado. A NBR 6118/03 contempla uma tabela que classifica os ambientes em 04 classes de agressividade, informando os tipos de ambiente e o risco de deterioração da estrutura pertencente, a cada classe, sendo mostrados na tabela 03. A norma determina que para cada classe de agressividade, deva ser especificado um concreto com relação água/cimento máxima e resistência à característica à compressão mínima, além do cobrimento mínimo da armadura. As tabelas 04 e 05 mostram estas especificações. Como exemplo, um engenheiro calculista que for projetar uma estrutura em concreto armado de um cais de atracação de navio em um porto, não deve dimensionar a estrutura empregandoum Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 14 concreto com resistência característica à compressão inferior a 40 MPa, ao mesmo tempo, a uma relação água/cimento máxima de 0,45. Por outro lado, na Cidade de Recife, principalmente, na região da orla marítima, não deve ser construída estruturas de concreto armado com fck inferior a 30 MPa e relação água/cimento máxima de 0,55. Nestas regiões, em especial, nos elementos estruturais voltados para fachada ou que estejam sujeitos a ciclos de umedecimento e secagem, o cobrimento da armadura não deve ser inferior a 35mm, para as lajes e 40mm, para as vigas e pilares. Tabela 03. Classe de agressividade ambiental Classe de agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura Rural I Fraca submersa Insignificante II Moderada Urbana 1,2 Pequeno Marinha 1 III Forte Industrial 1,2 Grande Industrial 1,3 IV Muito forte Respingo de maré Elevado 1) Pode-se admitir um microclima com classe de agressividade mais branda (um nível abaixo) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de edifícios residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura); 2) Pode-se admitir um microclima com classe de agressividade mais branda (um nível abaixo) em: obras em regiões de clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65 %, das partes protegidas da chuva; em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente; 3) Ambientes quimicamente agressivos; tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em industrias de celulose e papel, armazém de fertilizantes, industrias químicas. Tabela 04. Qualidade do concreto em função da classe de agressividade ambiental Classe de agressividade Concreto Tipo I II III IV CA ≤ 0,65 ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,45 Relação água/cimento em massa CP ≤ 0,60 ≤ 0,55 ≤ 0,50 ≤ 0,45 CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 Classe de concreto (NBR 8953) CP ≥ C25 ≥ C30 ≥ C35 ≥ C40 Notas 1 O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir com os requisitos estabelecidos pela NBR 12.665 2 CA corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado. 3. CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 15 Tabela 05. Cobrimento das armaduras em função da classe de agressividade ambiental Classe de agressividade ambiental I II III IV3 Tipo de estrutura Componente ou elemento Cobrimento nominal (mm) Laje 2 20 25 35 45 Concreto armado Viga/pilar 25 30 40 50 Concreto protendido1) Todos 30 35 45 55 1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. 2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamento tais como piso de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas por 7.4.7.5, respeitando um cobrimento nominal ≥ 15 mm. 3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, condutos de esgoto, caneletas de efluentes e outras obras em ambientes, química e intensamente agressivos, a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45 mm. Ainda no tocante a durabilidade, as estruturas de concreto que estão em contato permanentemente, com água (barragens, obras portuárias, estações de tratamento de água), estão expostas ao ataque de sulfatos, cloretos e susceptíveis a reações álcalis/agregados, quando os agregados são potencialmente reativos. Nestas aplicações, além do atendimento da resistência à compressão mínima e relação água/cimento máxima, o uso de Cimento Portland Pozolânico (CP IV) ou de Escória de Alto Forno (CP III) ou Cimento Portland Comum (CP I) ou Composto (CP II), com adições minerais, do tipo sílica ativa, são, extremamente, aconselháveis, em função das propriedades benéficas que estas adições trazem ao concreto, no diz respeito ao refinamento dos poros e estabilidade química da pasta. 3 PRINCIPAIS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS Em muitas situações, existe a necessidade de se avaliar a qualidade de um concreto em função de problemas ocorridos nos ensaios destrutivos realizados, resistência à compressão de corpos de prova, ou mesmo para avaliar concretos de estruturas que já foram a bastante tempo construídas, não existindo mais informações sobre ensaios tecnológicos realizados. Estes ensaios são caracterizados por não serem destrutivos, isto é, avaliam a qualidade do concreto através de determinações indiretas, realizados no próprio concreto da estrutura. Os principais ensaios não destrutivos utilizados para este fim são dois: Ultra som e Esclerometria. 3.1 Ultra som O ensaio de velocidade de propagação do som é realizado através da medida da velocidade de ondas longitudinais de compressão, geradas, mecanicamente, através de equipamentos específicos, que são induzidas a passarem através de uma seção de concreto. A norma brasileira NBR 8802 (Determinação da velocidade de propagação de onda ultra-sônica – Método de ensaio) determina estes procedimentos para realização do ensaio. Existe muita polêmica sobre a confiabilidade deste ensaio para avaliação da qualidade do concreto. A velocidade de propagação do som é bastante influenciada pelo módulo de elasticidade da pasta e dos agregados, sendo a velocidade incrementada com o aumento dos Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 16 módulos. Para um mesmo agregado, quanto maior a resistência da pasta, maior será o seu módulo de elasticidade, maior será a velocidade de propagação do som e maior será a sua resistência à compressão. Infelizmente, mais de 70 % do concreto é constituído de agregados e o seu módulo de deformação e relação agregado/pasta tem pouca influência na resistência do concreto, dificultando entre as propriedades de velocidade de propagação do som e a resistência à compressão do concreto. Existem muitas experiências no uso do ultra som para detectar a intensidade de fissuração em peças de concretos deterioradas. As fissuras reduzem, sensivelmente, a velocidade de propagação de ondas no interior do concreto, em função da descontinuidade existente na matriz. Existe uma classificação que correlaciona a qualidade do concreto a velocidade de propagação ultra-sônica. Concretos, que apresentem velocidades inferiores a 2.000 m/s, são considerados deficientes quanto a qualidade. Concretos que apresentem velocidades acima de 4.000 m/s são considerados concretos duráveis. 3.2 Esclerometria São ensaios que correlacionam a dureza superficial do concreto com sua qualidade. Concretos que apresentem índices esclerométricos elevados, isto é, maiores durezas, apresentam maior resistência mecânica. O ensaio é realizado pelo esclerômetro, seguindo procedimentos da NM 78 (Concreto endurecido – Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão – Método de ensaio). O equipamento consiste em um martelo com uma haste metálica, a qual, é acoplada uma mola. A haste é colocada sobrea superfície do concreto a ser ensaiado e a mola é distendida pela pressão do equipamento sobre a superfície. A um certo ponto, a mola dispara, empurrando o martelo sobre a haste, transmitindo a energia de impacto para o concreto. Quanto maior a dureza da superfície, maior a reflexão do conjunto e menor é a deformação provocada pelo impacto sobre a superfície do concreto. O recuo é medido através de uma escala existente no equipamento. O valor marcado na escala é o índice esclerométrico. Este índice pode ser correlacionado com a resistência à compressão do concreto, sendo fornecida esta correlação, no próprio equipamento, através de um gráfico. Existem muitas restrições a esta correlação, em função da quantidade de variáveis que podem influenciar este índice e que não refletem na resistência à compressão do concreto, tais como: dureza do agregado empregado; qualidade da superfície do concreto, que depende do tipo de forma utilizado; a umidade superficial do concreto; o grau de carbonatação superficial do concreto; etc. 4 DOSAGEM A partir das características dos constituintes e especificações exigidas para o concreto, auxiliadas por um método de dosagem, se determinada as proporções dos diversos constituintes. São muitos métodos de dosagem, chegando a se afirmar que existe um método de dosagem para cada tecnologista. No entanto, os métodos mais consagrados são aqueles elaborados ou desenvolvidos por entidades de pesquisas. No Brasil, os métodos mais consagrados são os do IPT (Instituto nacional de Tecnologia), ITERS (Instituto Tecnológico do Rio Grande do Sul), ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), IPT-EPUSP (Instituto de Pesquisa Tecnológica de SP e Escola Politécnica de SP). Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 17 4.1 TUP (Traço unitário em peso) Em todos os métodos empregados, o resultado final é a proporção em massa dos diversos constituintes em relação a massa de cimento. Esta proporção é denominada de traço unitário em peso (TUP), possuindo a seguinte terminologia: onde: 1,00 -Unidade de cimento, em massa; a -Quantidade em massa de agregado miúdo (areia) em relação a massa de cimento; b -Quantidade em massa de agregado graúdo (brita) em relação a massa de cimento; a/c -Relação entre a água e o cimento, em massa; adt1% e adt2%-relação entre o volume de aditivo e a massa de cimento, em percentual. Com o TUP, pode-se obter os principais parâmetros de dosagem. 4.2 Consumo de cimento Com o traço unitário em peso (TUP) e admitindo uma massa específica para o cimento de 3.050kg/m³, e uma massa específica média para os agregados de 2.650 kg/m³, caso não sejam conhecidos através de ensaios, pode-se obter o consumo de cimento, em massa por m³ de concreto, através da expressão (3), mostrada abaixo: Onde: C -Consumo de cimento (kg/m³) a -Quantidade em massa de agregado miúdo (areia) em relação a massa de cimento; b -Quantidade em massa de agregado graúdo (brita) em relação a massa de cimento; a/c -Relação entre a água e o cimento, em massa; ν -Quantidade de ar aprisionado ou incorporado, intencionalmente, ao concreto, em litros. Para concretos sem aditivos incorporadores de ar, pode-se admitir um valor para ν em torno de 1%, ou 10 L/m³, podendo até desprezar este valor, no cálculo do consumo de cimento. Um outro modo de se obter o consumo de cimento é conhecendo-se a massa específica do concreto fresco, através de sua determinação no próprio canteiro, durante a operação de concretagem. Está determinação é mais precisa do que a utilização da expressão (1) citada, em C = 1.000 - ν ( 3 ) 0,32 + a + b + a/c 2,65 TUP: 1,00: a : b : a/c, adt1%, adt2% (2) m = a + b Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 18 virtude da massa específica do concreto fresco já levar em consideração a quantidade de ar aprisionado ou incorporado, e da massa específica dos constituintes. O cálculo do consumo se dá pela expressão (4), abaixo: Onde: C -Consumo de cimento (kg/m³); γconcreto fresco -Massa especifica do concreto fresco, sendo definida pela relação entre a massa do concreto e o seu volume (kg/m³); K = 1 + a + b + a/c Após a determinação da quantidade de cimento, o consumo, em massa por m³, dos demais constituintes do concreto, é determinado através das seguintes operações: C = 1 x C A0 = a x C B = b x C Ag = a/c x C ADT1 = (adt1%/100) x C ADT2 = (adt2%/100) x C Onde: C - massa de cimento (kg/m3) A0 - massa de areia seca (kg/m³) B - massa de brita (kg/m³) Ag - massa ou volume de água (kg ou m3/m³) ADT1 - quantidade do aditivo adt 1 (L/m³) ADT2 - quantidade do aditivo adt 2 (L/m³) As quantidades dos insumos obtidos, conforme mostrado acima, são utilizadas para determinação do custo do m³ de concreto, a partir do custo unitário de cada insumo. 4.2.1. Medição gravimétrica Em uma central de concreto, onde as medições dos constituintes são realizadas gravimetricamente, isto é, por meio de balanças, a única correção que deverá ser feita em cima do consumo de materiais, em massa por m³, é a umidade dos agregados, que possuem a capacidade de reter água na sua superfície, principalmente as areias. A umidade dos agregados é a relação entre a quantidade de água arrastada pela o mesmo e sua massa seca, sendo definida pela expressão (5). C = γconcreto fresco (4) K h% = Ma x 100 = Mh - M0 x100 (5) M0 M0 Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 19 Onde: h% - umidade do agregado em percentual; Ma - Massa de água arrastada pelo agregado (kg); M0 - Massa do agregado seco seco (kg); Mh - Massa do agregado úmido. A areia pode arrastar uma considerável quantidade de água, dependendo das condições ambientais, enquanto as britas retêm muito menos, podendo ser desprezada, na maioria das vezes. Na pesagem dos materiais na central, caso não seja corrigida a quantidade de areia e água, ocorrerá distorções em relação a dosagem especificada, entrando menos areia e mais água do que o previsto. Para correção desta distorção, deve-se determinar a umidade da areia, regularmente, e corrigir a quantidade de areia e água pelas expressões (6) e (7). Onde: A areia corr. – massa de areia a ser pesada na central de concreto (kg/m3) para produção de 1m3 de concreto, corrigindo a sua umidade; Ag corr. - massa ou volume de água a ser medida na central de concreto (kg ou m3/m3) para produção de 1 m3 de concreto, corrigindo a umidade da areia; A0 - massa da areia seca para 1 m³ de concreto (kg/m³); Ag - massa ou volume de água para 1m³ de concreto, utilizando areia seca (kg ou m3/m³) h% - umidade da areia medido através do speedy-test, queima ao fogo ou pelo processo do frasco de Chapman 4.2.2. Medição volumétricaMuitas vezes, é necessário obter o consumo dos agregados ou medir os agregados em volume, na produção de concreto em canteiro de obras. Nestes casos, deve-se transformar a quantidade de agregados em massa (Kg) para volume (Lts ou m³), sendo necessário o conhecimento da massa unitária dos agregados (NBR 7251 – agregado em estado solto – Determinação da massa unitária – Método de ensaio) , que é definida pela relação entre a massa e o volume aparente do agregado, isto é, o volume ocupado pelo agregado, incluindo os vazios entre as partículas. Diferentemente da massa específica do agregado, que é influenciada, basicamente, pela composição mineralógica do agregado, sendo, praticamente, invariável, desde que se mantenha a mesma origem mineralógica, a massa unitária é bastante influenciada também pela granulometria e forma das partículas dos agregados, bem como pelo grau de compactação a qual foi submetido o agregado. Para os agregados miúdos, ainda existe uma outra variável importante, a sua umidade. A tensão superficial da água, depositada na superfície das partículas da areia, tende a afastar os seus grãos, A areia corr. = A0 x (100 + h%) (6) 100 Ag corr = Ag - (A0 x h% ) (7) 100 Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 20 aumentando o seu volume e reduzindo a sua massa unitária. Nos agregados graúdos, não existe este fenômeno, em função da água não ter força suficiente para afastar os seus grãos. Este fenômeno é denominado de inchamento e pode ser definido como sendo a relação entre o volume da areia a uma dada umidade, em relação ao volume da areia seca (Vh/Vo). Este valor é nulo para a areia seca, e maior que 1, para a areia úmida. Este fenômeno reflete de tal maneira a massa unitária dos agregados miúdos, que existe um método de ensaio para determinação de sua influência, a NBR 6467 (agregado – Determinação do inchamento de agregado miúdo). Neste método, se determina a curva de inchamento, isto é, a correlação da umidade da areia e o seu inchamento. Os valores de inchamento da areia são obtidos a partir da expressão (8), determinando-se a massa unitária do agregado graúdo para vários teores de umidade. Onde: Ih - Inchamento da areia a uma dada umidade; δa0 - Massa unitária da areia seca (kg/m³); δah - Massa unitária da areia a uma dada umidade (kg/m³); h % - Umidade da areia em percentual. Com a curva de inchamento traçada, obtêm-se dois parâmetros, graficamente, a umidade crítica (hcrit) e o coeficiente de inchamento médio (CIM). A umidade crítica é o valor da umidade acima da qual o inchamento da areia permanece, praticamente, constante, sendo adotado para esta umidade um coeficiente de inchamento médio, o qual será empregado para o cálculo do volume da areia. Conhecendo-se a massa unitária dos agregados miúdos e graúdos, e o coeficiente de inchamento médio das areias, obtêm-se o consumo dos agregados em volume por m³ de concreto (m³/m³), através das expressões (9) e (10) mostradas aseguir: Onde: Vareia - Volume da areia no m³ concreto (m³ /m³); Vbrita - Volume da brita no 1m³ concreto (m³ /m³); Aareia - Massa da areia no m³ concreto (kg/m³); Abrita - Massa brita no 1m³ concreto (kg/m³); δa0 - Massa unitária da areia seca utilizada no concreto (kg/m³); δb - Massa unitária da brita utilizada no concreto (kg/m³); CIMareia – Coeficiente de inchamento médio da areia utilizada no concreto, obtido graficamente.. Ih = Vh = δa0 x (100 + h%) (8) V0 δah 100 Vareia = Aareia x CIMareia (9) δa0 Vbrita = Abrita (10) δb Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 21 A massa unitária dos agregados graúdos (brita) encontrados na região, varia, aproximadamente, entre 1.450 kg/m³ a 1.600 kg/m³, dependendo da sua distribuição granulométrica e diâmetro máximo. Para as areias da região, a massa unitária seca pode variar entre 1.500 kg/m³ e 1600 kg/m³. Estas areias apresentam a umidade crítica em torno de 4%, apresentado valores da massa unitária a 4% de umidade entre 1.200 kg/m³ e 1.350 kg/m³, dependendo, principalmente, de sua finura. Areias mais finas apresentam maior inchamento, podendo atingir coeficientes de inchamento médio de até 1,30. Para os concretos produzidos no canteiro de obras, são produzidos traços com quantidades de cimento múltiplas de 25 kg (função do tipo – saco de 25 kg ou 50 kg - e quantidade de sacos por betonada), a partir de um TUP elaborado por um tecnologista, para atender as especificações exigidas no projeto. O cimento é medido em massa, e os agregados, por dificuldade operacional de se ter uma balança, são medidos em volume, isto é, a massa de areia e brita deve ser correlacionada com o volume, através das respectivas massas unitárias e o coeficiente de inchamento da areia. A quantidade de água a ser adicionada deve ser corrigida em função da umidade da areia. A quantidade de materiais é calculada pelas seguintes operações: Ct Vtareia = a x Ct x CIM x 1000 δa0 Vtbrita = b x Ct x 1000 δb Agt = a/c x Ct - ( h% x a x Ct) 100 Onde: Ct -Consumo de cimento do traço (Múltiplo de 25 kg, dependendo do tipo de saco e quantidade de sacos utilizados na betonada); Vtareia -Volume de areia a ser colocada na betonada (Lts/betonada); Vtbrita -Volume de brita a ser colocada na betonada (Lts/betonada) Agt -Massa ou volume de água a ser colocada na betonada (Lts/betonada), corrigindo a água arrastada pela areia a e b -Quantidade em massa de agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (brita) em relação a massa de cimento da dosagem; δa0 Massa unitária da areia seca utilizada no concreto (kg/m³); δb Massa unitária da brita utilizada no concreto (kg/m³); a/c Relação água cimento da dosagem; CIM -Coeficiente de inchamento médio da areia; h% Umidade da areia. Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 22 Com os volumes de areia e brita a serem adicionadas na betonada, as dimensões dos caixotes deverá ser obtida, arbitrando-se uma base e determinando-se a altura do mesmo. Na maioria das vezes, dimensiona-se mais de um caixote para cada agregado, em função do esforço para manuseá-lo. O volume de concreto, produzido em cada betonada, pode ser obtido pela expressão (11): Onde: Vbet -Volume de concreto produzido em uma betonada (Lts); C -Consumo de cimento, em massa, para um 1 m³ de concreto (kg/m³); Ct -Quantidade de cimento utilizado na betonada (kg). 4.3. Relação água/cimento A relação água/cimento possui a maior influência nas propriedades relativas ao concreto endurecido, sendo o primeiro parâmetro a ser fixado no desenvolvimento de uma dosagem, em função da resistência característica à compressão do concreto e do grau de agressividade ambientalonde está inserida a estrutura. Utilizando os mesmos constituintes, as propriedades do concreto, no estado endurecido, variam, quase que, absolutamente, através da alteração desta relação. A propriedade mecânica da pasta de cimento é influenciada, basicamente, por 03 fatores: a relação água/cimento da pasta, que é a do concreto; a resistência à compressão do Cimento Portland utilizado; e o grau de hidratação desta pasta, que depende essencialmente do tempo. Existe uma quantidade de água necessária para hidratar o cimento, adicionando água a mais do que o necessário para hidratação, esta água em excesso irá evaporar, deixando uma rede de capilares no interior da pasta. Quanto maior a relação entre a água adicionada e o cimento, maior será esta rede capilar e, por conseqüência, a pasta terá menor resistência, maior porosidade e permeabilidade, refletindo na mesma direção as propriedades do concreto. Quanto ao Cimento Portland, pastas de cimento hidratadas de mesma relação água/cimento, podem apresentar resistências mecânicas bastante distintas, para uma mesma idade, dependendo das características mecânicas do cimento utilizado. O primeiro pesquisador, que observou a dependência entre a relação água/cimento e a resistência à compressão dos concretos, foi ABRAMS, no início do século 20, sendo esta correlação conhecida, mundialmente, como a “Lei de Abrams”. Esta lei é ainda tão forte, que a determinação da relação água/cimento de uma dosagem, para uma determinada resistência característica à compressão de um concreto, que se deseja fabricar, é obtida através de curvas experimentais que correlacionam, em uma mesma idade, a resistência à compressão e a relação água/cimento de concretos de mesma família, isto é, que utilizem os mesmos constituintes, principalmente, o mesmo cimento. Estas relações água/cimento ainda podem ser obtidas, como ponto de partida, através de curvas de ABRAMS de Cimentos Portland que apresentem características similares ao cimento que irá ser empregado na dosagem. Um exemplo desta correlação está visualizado na figura 06. Vbet = Ct x (1000) (11) C Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 23 Para um concreto que irá utilizar um cimento CP 32, mostrado no gráfico, que deverá alcançar uma resistência à compressão média de 30,0 MPa, para que atenda a uma especificação de resistência característica à compressão, aos 28 dias, o concreto deverá ser dosado empregado uma relação água/cimento máxima de 0,53. A seguir, será citada a influência da relação água/cimento sobre as propriedades do concreto, quando se reduz esta relação: • Aumenta a resistência à compressão, tendo grande influência sobre esta propriedade, como já foi visto; • Aumenta a resistência à tração, apesar de que, também a textura e a forma dos grãos dos agregados, principalmente, os graúdos, terem relativa influência; • Aumenta o módulo de elasticidade, apesar da origem dos agregados utilizados e sua proporção relativa também possuírem forte influência; • Aumenta a durabilidade, em função da redução da porosidade e permeabilidade da pasta; • Fixando um abatimento para o concreto, a redução da relação água cimento aumenta o consumo de cimento; • Aumenta a tendência à fissuração, em função do aumento do volume de pasta hidratada no concreto, que é a fase que possuí maior instabilidade dimensional, devido aos efeitos de retração e expansão, pelos efeitos de secagem/molhagem, e calor de hidratação do cimento. A relação água/cimento pode assumir valores, extremamente, baixos, como 0,25 ou menos, em concretos de elevada resistência à compressão, assumindo valores de 60 MPa, 70 MPa ou mais, sendo imperativo, nestas relações, o uso de aditivos superplastificantes, em função da pouca fluidez da pasta de cimento. Concretos com relações água/cimento acima de 0,80 ou mais, produzem resistências à compressão inferiores a 15 MPa, usados em concreto massa e concreto rolado. 4.4. Relação água/ materiais secos A relação água/materiais secos, matematicamente, é definida pela expressão (12) mostrada seguir: Onde: A% Relação água/ materiais secos; a/c Relação água/cimento; m Soma da quantidade, em massa, dos agregados miúdo e graúdo em relação a massa de cimento (a+b). A% = a/c x 100 (12) 1 + m Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 24 Figura 06. Curva resistência à compressão x a relação água/cimento para várias idades de um cimento CP 32 Fisicamente, a relação água/ materiais secos exprime o percentual de água em relação aos materiais secos, isto é, cimento e os agregados. Quanto maior esta relação, desde que utilizados os mesmos constituintes, isto é, mesmo cimento e agregados, maior o abatimento do concreto. Utilizando os mesmos constituintes no concreto, pode-se variar o abatimento no concreto, isto é, a sua consistência, variando a relação água/ água materiais secos de duas maneiras distintas, como pode ser visualizada na expressão (12). a) Variando a relação água/cimento e mantendo o m; A variação da relação água/materiais secos, alterando a relação água/cimento, implicará na mudança das propriedades do concreto endurecido, a medida que se estará alterando a característica da pasta de cimento. Para reduzir o abatimento do concreto, basta diminuir a quantidade de água adicionada ao concreto, implicando na redução da relação água/cimento, melhorando as propriedades do concreto endurecido. Caso se deseje o inverso, adiciona-se mais água, tornando o concreto mais plástico, no entanto, ocorrerá o aumento da porosidade da pasta, e por conseqüência a redução da resistência do concreto. Quando se adiciona toda a água definida na dosagem e o concreto ainda permanece “duro”, isto é, com o abatimento abaixo do necessário para o lançamento e adensamento, coloca-se mais água, sendo este procedimento o mais adotado na fabricação do concreto.. Adotando este procedimento, que não é o mais correto do ponto de vista técnico, haverá uma queda nas propriedades mecânicas do concreto, mas não ocorrerá variação significativa no consumo de cimento da dosagem. b) Mantendo fixa a relação água/cimento e variando o m: Neste procedimento não haverá alteração nas características físicas e mecânicas da pasta e, portanto, não ocorrerá alteração significativa das propriedades do concreto. Na adoção deste procedimento, estar-se-á aumentando ou diminuindo a quantidade de pasta no concreto, mais não Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 25 as suas características. Ocorrerá um aumento ou redução do consumo de cimento e água no m³ de concreto. Fixando-se um abatimento e resistência mecânica, concretos que utilizem agregados de diâmetros menores, necessitarão de uma maior quantidade de água por m³ de concreto. O mesmo ocorrerá com o emprego de cimentos mais finos ou o uso de adições minerais, que possuem elevada finura. Este princípio está baseado no aumento da superfície dos grãos, quando são reduzidas as dimensões das partículas dos constituintes do concreto, necessitando de uma maior da fluidez da pasta (aumento da relação água/cimento) ou aumento da quantidade de pasta no concreto (mantendo a mesma relação/cimento) para manter a sua consistência ou abatimento. Em ambos os casos, existe um aumento efetivo do consumo de água no concreto,sendo que, no segundo caso, existe também o aumento do consumo de cimento. Quando é utilizado aditivo plastificante no concreto, os mesmos permitem reduzir a relação água/materiais secos, mantendo o mesmo abatimento. Com isso, pode-se melhorar as propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto, sem, necessariamente, aumentar o consumo de cimento. No entanto, caso se deseja manter a mesma característica mecânica e de durabilidade do concreto, a introdução dos aditivos plastificantes permitirá uma redução do consumo de cimento. As relações água/materiais secos praticadas em nossa região, para os concretos plásticos, podem variar entre 8,5 % a 11,0 %, dependendo do abatimento, do diâmetro máximo do agregado, do teor de argamassa, do cimento utilizado, bem como, do uso de adições minerais e/ou aditivos. 4.5. Teor de argamassa A Relação água/materiais secos, matematicamente, é definido pela expressão (13) mostrada seguir: Onde: α% -teor de argamassa; a -quantidade em massa de agregado miúdo (areia) em relação a massa de cimento; m -soma da quantidade em massa, de agregado miúdo (areia), e agregado graúdo (brita), em relação a massa de cimento. Fisicamente, esta expressão, determina a relação entre a argamassa seca e os materiais secos. Fixando os mesmos constituintes para o concreto, quanto maior esta relação, mais argamassado será o concreto. Algumas regras básicas quanto ao teor de argamassa serão citadas a seguir: • Concretos bombeáveis necessitam de um maior teor de argamassa; • Concretos que empregam areias grossas necessitam de um maior teor de argamassa para suprir a falta de finos na areia; • Quanto menor o diâmetro do agregado graúdo utilizado no concreto, maior teor de argamassa necessitará o concreto; • Concretos com elevado consumo de cimento necessitam de um menor teor de argamassa. O teor de argamassa dos concretos plásticos, produzidos na região, pode variar de 45 % a 55 %. α% = 1 + a x 100 (13) 1 + m Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 26 Uma outra forma de expressar a proporção entre os agregados miúdos e graúdos é dada pela relação, em percentual, entre a quantidade de agregado miúdo e quantidade de agregado total, isto é, (a/m) x 100. Esta relação, na maioria dos concretos, pode variar entre 30% e 50%, dependendo das variáveis citadas a cima. 5. INFLUÊNCIA DA IDADE NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO As reações de hidratação do cimento, com a água, são dependentes do tempo, possuindo uma velocidade elevada, nos primeiros dias, e reduzindo está velocidade, com o tempo. Admiti-se, para efeito de especificação, que o grau de hidratação máximo (100%) é atingido aos 28 dias de idade. Sabe-se, no entanto, que esta hidratação não atinge os 100% aos 28 dias, prosseguindo por muito mais tempo, chegando a ser observado ganhos de resistência à compressão, que possui relação direta com o grau de hidratação, de 20 % a 30 % em um 1 ano de idade, dependendo do cimento e da dosagem empregada. Quanto maior o grau de hidratação, mais resistente e menos permeável se torna a pasta de cimento hidratada, melhorando todas as propriedades mecânicas, elásticas e de durabilidade do concreto. 6. VARIAÇÕES VOLUMÉTRICAS DO CONCRETO As variações volumétricas do concreto são complexas, e podem ocorrer durante o estado plástico e/ou no estado endurecido. As deformações elásticas e de fluência, sendo a última relacionada as características viscoelásticas do concreto, já foram citadas anteriormente, estando relacionadas a carregamentos externos, que induzem a estas deformações. Entretanto, mesmo antes do concreto endurecer, já começam a ocorrer as variações volumétricas no concreto, estando, de uma forma ou de outra, ligadas ao fenômeno de hidratação, movimentação da água no interior do concreto e a sua evaporação para o meio externo. Estas variações podem ser originadas dos fenômenos: • Retração plástica: É a retração que ocorre após o adensamento do concreto. Esta retração se manifesta na pasta cimento, quando o concreto ainda está no estado fluído ou quando a pasta está no início do processo de enrijecimento, mas ainda sem resistência. Esta retração induz fissuras, na superfície, do concreto, sem uma orientação definida. Concretos de consumo de cimento e abatimento elevados são mais susceptíveis a este tipo de retração. Excesso de vibração e concretagens em tempo quente, ventilado e de baixa umidade relativa, podem maximizar este tipo retração. • Exudação ou sedimentação: Ocorre logo após o adensamento do concreto e é originada quando as partículas sólidas do cimento e agregados tendem a se separar da água, movendo-se para baixo, deixando a água a se depositar na superfície. Este fenômeno pode induzir fissuras, caso a armadura esteja muito próxima a superfície do concreto, pela restrição a movimentação, além de prejudicar o acabamento da superfície do concreto e dificultar a aderência da pasta aos agregados e armaduras próximas superfície. O fenômeno é influenciado pela quantidade e finura do cimento, abatimento do concreto, quantidade de água, temperatura, etc. Algumas ações podem minimizar esse fenômeno, tais como: utilização de ar incorporado; redução do abatimento do concreto; utilização de cimentos mais finos ou a introdução de adições minerais (pozolana, sílica ativa, metacaulim); etc. • Retração por secagem: O concreto, durante o processo de endurecimento, perde gradativamente, a água capilar e a água, fisicamente, adsorvida na matriz da pasta endurecida. Este perda de água provoca a retração do concreto. A retração total inicial é, parcialmente, Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 27 revertida, quando o concreto é novamente umedecido, apresentando ciclos de contração e expansão, provocados por ciclos de molhagem e secagem. No entanto, esta retração inicial, devido a secagem, ocorre em um período do concreto em que o mesmo é bastante sensível a este fenômeno, devido a sua baixa resistência à tração, gerando, com certa freqüência, fissuras nas peças de concreto, pois existem restrições a sua movimentação, que induzem tensões que o concreto não pode suportar. A prevenção, quanto a fissuração originada da retração por secagem, é uma cura eficiente e a inclusão em projeto de juntas de retração, principalmente em pavimentos de concreto simples. • Movimentações térmicas: As reações de hidratação do cimento são exotérmicas, isto é, liberam calor. Após a concretagem e durante o processo de endurecimento do cimento, o calor é liberado pela hidratação do cimento, principalmente, nos primeiros dias, sendo ao mesmo tempo dissipado através da superfície do concreto, impedindo que a temperatura, no interior da peça, se eleve, gerando expansões na peça. Este equilíbrio entre a relação entre geração e dissipação do calor só é válida em peças de pequeno volume, onde a razão entre área e o volume da peça é alta. Quando as peças assumem volumes maiores, como, barragens e grandes blocos de fundação, o calor não é dissipado tão rápido quanto se deseja, ocorrendo a elevação da temperatura do concreto e provocando expansão na peça. Como existe restrição a esta expansão, geram-se esforços de compressão. Após o pico máximo de temperatura ser atingido, que pode levar alguns dias, dependendo de uma série de fatores, a temperatura começa a cair, iniciando o processo inverso, qual seja, a retração da peça. Neste processo de retração, começam a ser geradas tensões de tração e é nesta fase que o concreto pode fissurar.Nestes concretos, alguns procedimentos são essenciais para minimizar o efeito nocivo da temperatura, como: reduzir ao máximo o consumo de cimento no concreto, desde não prejudique outras propriedades importantes; resfriar o concreto; concretar em camadas, permitindo que a dissipação seja mais eficiente; etc. 7. TIPOS DE CONCRETO Os concretos são empregados em diversas aplicações, com propriedades ou características que diferem uns dos outros, recebendo denominações bastante particulares. Dentre estes concretos, pode-se citar. 7.1. Concreto bombeável Este tipo de concreto não tem uma aplicação específica, mas o termo “bombeável” é dado em função deste concreto ser transportado através de bombas até o local de lançamento. Deve possuir algumas características que o torna capaz de ser bombeado, como: consumo mínimo de cimento (acima de 300 kg/m³); teor de argamassa ótimo, em função das características dos agregados e do consumo de cimento, implicando em uma menor pressão para bombeamento; abatimento acima de 70 a 80 mm; agregado graúdo com diâmetro máximo não superior a 25,0 mm. 7.2. Concreto massa Este concreto é empregado em peças ou elementos de grande volume de concreto, como: barragens, blocos de fundação de grandes dimensões, etc. São caracterizados por terem baixo consumo de cimento, na ordem de 150 kg/m³ a 230 kg/m³, baixa resistência à compressão, baixo abatimento, empregando agregados graúdos de elevado diâmetro máximo e sendo adensados com vibradores de imersão de elevado diâmetro. Nestes tipos de concreto, existe grande Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 28 preocupação com as tensões térmicas geradas pela hidratação do cimento, que pode induzir fissuração no concreto. 7.3. Concreto rolado São concretos empregados em barragens e rodovias, sendo adensados por meio de rolos compactadores, similar a compactação de solo. Em barragens, o consumo de cimento é baixíssimo, variando de 60 kg/m³ a 130 kg/m³, possuindo resistência à compressão entre 5 MPa a 15 MPa (90 dias). 7.4. Concreto leve Concreto cuja principal característica é sua baixa massa específica, em relação aos concretos ditos de “normais”, que possuem massa específica entre 2.000 kg/m³ e 2.800 kg/m³, segundo a NBR 8953. Para obtenção de concretos leves, pode-se empregar agregados leves, como: EPS (isopor), argila expandida, etc. Uma outra alternativa é a utilização de aditivos no concreto, que aumentam a porosidade da pasta de cimento, tais como: aditivos gerados de espuma, aditivos incorporadores de ar, etc. A massa específica pode alcançar valores extremamente baixos, na ordem de 500 kg/m³. Quanto mais baixa a massa específica menor será a sua resistência à compressão. 7.5. Concreto pesado São concretos que possuem massa específica superior aos concretos normais. São obtidos com o uso de agregados pesados, tais como: minério de ferro, barita. Sua maior aplicação é na blindagem de reatores nucleares e salas de raio x. 7.6. Concreto projetado São concretos lançados através de projeção, sendo utilizados para revestimento de paredes de túneis, canais, recuperação de elementos estruturais, etc. Não necessitam de forma para o seu confinamento. Podem ser lançados por via seca ou via úmida, sendo mais comum em nossa região o processo de via seca, onde a aderência se dá através da pressão exercida pela projeção na superfície de aplicação. 7.7. Concreto autonivelante São concretos que possuem abatimento elevado, acima de 220 mm, necessitando de baixíssima energia de vibração para ser adensado. Empregam aditivos superplastificantes e viscosantes para terem estas características. 7.8. Concreto de alto desempenho Não existe uma característica ou emprego específico para estes concretos, sendo um conceito recente e bastante subjetivo, onde é dada ênfase não só ao seu desempenho mecânico, mas, principalmente, as suas propriedades, que permitam conferir durabilidade à estrutura durante uma vida útil especificada, dentro das condições do ambiente em que a estrutura esta inserida. Normalmente, possuem resistência e abatimento elevados, requisitos que conferem a este concreto maior impermeabilidade aos agentes agressivos e elevada trabalhabilidade, facilitando o seu transporte, lançamento e adensamento. Tibério Wanderley Correia De O. Andrade 29 8. MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO O concreto de Cimento Portland é constituído, essencialmente, de um aglomerante, agregado miúdo, agregado graúdo e água. Além destes constituintes, o concreto pode conter aditivos e adições minerais, que conferem propriedades não obtidas com os constituintes básicos. 8.1. Cimento Portland 8.1.1. Definição e histórico O Cimento Portland foi patenteado em 1824, pelo Inglês Joseph Aspdin. A denominação “Portland” foi dada em função da semelhança de coloração entre o produto produzido e uma rocha encontrada na região de Portland, na Inglaterra. Na essência, o descobrimento do Cimento Portland foi um processo natural de desenvolvimento do aglomerante Cal, empregado por séculos, pela humanidade, como o principal aglomerante utilizado em construções. O Cimento Portland pode ser definido como um aglomerante obtido do cozimento, em torno, de 1500ºC, de uma mistura íntima de calcário e argila. O produto da queima é denominado de clinquer, o qual se apresenta na forma de pelotas de diâmetros variados. Este clínquer é moído finamente, sendo posteriormente adicionado uma pequena quantidade de gesso (CaSO4.2 (H2O)), com objetivo de regular a pega do cimento, a qual seria quase que instantânea sem este produto, impossibilitando o uso deste aglomerante na construção civil. 8.1.2. Composição química e hidratação O clínquer é formado, essencialmente, de silicatos e aluminatos anidros, pela combinação entre o carbonato de cálcio (CaCO3), contido no calcário, e o óxido de silício (SiO2), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de ferro (Fe2O3), e outros minerais, provenientes da argila. Os 04 os compostos anidros principais do cimento, obtidos destas reações, possuindo, em maior ou menor intensidade, a capacidade de reagir com a água, formando silicatos e aluminatos hidratados, que conferem a pasta, após a hidratação, elevada resistência mecânica e estabilidade química. As reações de hidratação do Cimento Portland têm caráter exotérmico, liberando calor durante o processo. Os 04 compostos são listados a seguir, por ordem de importância: • C3S (Silicato tricálcico):Na maioria dos clínqueres brasileiros, o teor deste composto está entre 40% a 60%. A sua hidratação começa pouca horas após o contato com a água, liberando certa quantidade de calor. Na hidratação do C3S com a água, são produzidos o CSH (silicato de cálcio hidratado), que possui elevada resistência mecânica e estabilidade química, e hidróxido de cálcio (CaOH2), que possuí baixa resistência, elevada solubilidade em água e instabilidade química, principalmente aos sulfatos de magnésio e cálcio. A hidratação do C3S libera, aproximadamente, 61% de CSH e 39% de CaOH2. • C2S (Silicato de dicálcico). A proporção deste composto nos cimentos nacionais (clinquer) está em torno de 15 a 35%. A velocidade de hidratação destes compostos é muito mais lenta do que os C3S, levando semanas para que os cristais sejam recobertos com CSH, sendo liberada pequena quantidade de calor. Os produtos da hidratação são idênticos ao C3S, entretanto, as proporções formadas se diferenciam, sendo, aproximadamente, 82% de CSH e 18% de CaOH2. • C3A (Aluminato de cálcio): A composição média
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