2.4 CONCRETO

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO IIMATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II
Aglomerantes
Agregados para concreto
Concreto
Argamassa
Patologias do Concreto
Misturas Betuminosas
Prof. Hilton Porto
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3.6.2 Propriedades do Concreto Endurecido
- Concreto resiste bem à compressão, até 150 MPa
- Resiste mal à tração: 5 a 20% da resistência à compressão
- Resiste mal ao cisalhamento
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Resistência a ser especificada para o concreto:
Em todos os projetos Compressão simples
Módulo de Elasticidade
Tração simples
Em projetos especiais Tração por compressão diametral
Tração por flexão
Desgaste por abrasão
Cisalhamento direto
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A resistência à compressão mínima do concreto é de 20 MPa,
conforme a NBR 6118.
A Resistência do concreto depende do tipo de esforço que
imprime-se ao mesmo:
a) compressão;
b) tração;
c) flexão;
d) torção;
e) flambagem;
f) Cisalhamento.
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Nota fiscal do concreto
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3.6.2.1 Resistência à compressão
Medida no Brasil em corpos-de-prova cilíndricos:
- 15 x 30 cm ou 10 x 20 cm;
- (25 x 50 cm concretos c/ agregados grandes);
- adensamento manual ou mecânico;
- desforma em 24 h;
- “cura” em câmara úmida ou por imersão até o ensaio;
- ensaio com velocidade controlada até a ruptura;
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Medida da resistência à compressão do concreto no Brasil
- Moldagem e cura segundo a NBR 5738
- Ensaio segundo a NBR 5739
Obs.:
A cura do corpo de prova de concreto é muito mais intensa e
cuidadosa que da estrutura (na obra), essa cura não é para
reproduzir o comportamento estrutural, é para garantir que o
modelo de determinação da resistência adotado tem o
mínimo de erro possível.
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Pode-se utilizar corpo de prova cúbico, porém se o modelo de
dimensionamento utilizado foi baseado no corpo de prova
cilíndrico, deve-se fazer a conversão utilizando-se a fórmula:
fccubo ≈ 1,2 x fccilíndrico
Depende do grau de confinamento do concreto.
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Pode-se utilizar corpo de prova cúbico, porém se o modelo de
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A resistência à compressão é a propriedade mais controlada:
- facilidade com que é determinada;
- em geral, relacionada às demais propriedades
- os corpos-de-prova, moldados de diferentes betonadas, de
um mesmo concreto (homogêneo), têm resultados com
distribuição normal, representada por:
- Média e desvio padrão
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A resistência à compressão é considerada no projeto pelo
engenheiro calculista através de um valor característico: fck
O valor do fck deve ser superado por 95% ou mais do concreto
produzido e lançado na estrutura.
fck = fcm – 1,65 x Sd
fck = 95% corpos-de-prova romperão com valor ≥ definido
fcm = média de resistência dos corpos-de-prova
O fck também é critério básico atual de classificação dos
concretos estruturais pela NBR 8953.
Classes de resistência:
Grupo I : C10 até C50 (de 5 em 5 MPa)
Grupo II: C55 - C60 - C70 - C80
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Fatores determinantes da resistência à compressão:
I – Porosidade
Função das fases componentes (agregados, pasta) e
compactação.
Em geral, existe uma relação fundamental inversa entre
porosidade e resistência para os materiais sólidos
homogêneos.
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Porosidade x Resistência à compressão
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Porosidade é uma propriedade de difícil determinação; o
concreto é um material complexo. A relação entre a
porosidade e resistência não pode ser usada de forma
corrente.
De forma prática é controlada pela porosidade da pasta de
cimento, que varia com:
- relação água/cimento, kg/kg (relação a/c);
- grau de hidratação do cimento: (idade do concreto);
- grau de compactação (adensamento).
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II – Relação água/cimento (a/c)
Lei de Abrams:
“Dentro do campo dos concretos
plásticos, a resistência aos
esforços mecânicos, variam na
relação inversa da relação
água/cimento”
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Na prática, é definida por:
- Trabalhabilidade do concreto fresco
- Natureza e proporção constituintes
- Tipo de cimento, agregados
- Aditivos e adições
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III – Grau de hidratação da pasta de cimento
Varia com:
- Idade do concreto
- Tipo de cimento (mais fino hidrata mais rápido)
- Uso de aditivos (aceleradores, retardadores)
- Adições
- Cinzas volantes atrasam ganho de resistência
- Sílica Ativa aumenta a resistência.
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Varia com:
- Condições de cura após produção do concreto:
- Ambiente de conservação do concreto e período de
exposição nestas condições.
- Umidade e temperatura: Perda de resistência por falta
de cura úmida. (Ideal = U.R.>95%, temp. 20 a 25oC)
- Idade do concreto - A hidratação do cimento:
- Inicia no contato com a água
- Início da pega (2 a 3 horas) – inicia solidificação
- Final da pega (8 a 12 horas) - estado sólido
- 28 dias (70 a 80% da resistência final)
- Prossegue endurecendo por muitos meses – 1 ano
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Evolução da resistência mecânica sob condições padrão ASTM
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Composição química dos cimentos varia:
- Mais C3S – hidrata mais rápido – maior fc aos 28 dias
- Mais C2S – Maior resistência final
- Adição de cinzas volantes retarda o ganho de fc
Finura do cimento:
- Mais fino = Superfície Específica maior – hidrata mais rápido
- CP V – ARI – mais fino, grãos 20% menores
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IV -Condições de ensaio
- Geometria e dimensões dos corpos-de-prova
- Grau de compactação do corpo-de-prova
- Teor de umidade do concreto
- Velocidade de aplicação da carga
- Distribuição de tensões
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Efeitos da relação L/D do corpo-de-prova cilíndrico
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Prensa para ensaio de compressão
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Ajuste das extremidades dos corpos-de-prova à prensa
Necessidade da distribuição uniforme da carga
Retífica de corpo-de-prova automática
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Velocidade de aplicação da carga
Segundo a NBR 5739, a velocidade de carregamento deve ser
constante e de (0,45 ± 0,15 Mpa/s.
O aumento da taxa de carregamento do corpo-de-prova
compromete a segurança das estruturas.
Quando aumenta-se a taxa de carregamento (ou taxa de
deformação) a resistência em relação a resistência estimada
sobe entre 20 e 40%.
A resistência sobe com taxas de carregamento mais intensas,
pois não existe tempo para propagação do dano, da fissura.
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Velocidade de aplicação da carga
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V - Efeitos do Ar Incorporado
Vazios com ar são incorporados ao concreto devido a:
- Adensamento inadequado (Ar aprisionado)
- Aditivos incorporadores de ar (IAR) (Ar incorporado)
Efeitos:
- Aumentam porosidade
- Reduzem resistência
- Melhoram trabalhabilidade sem aumentar o consumo de
água.
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Efeitos do ar incorporado sobre a resistência do concreto.
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VI – Influência dos agregados
Agregados não “regulam” mas LIMITAM os valores da fc
Rochas fracas ou agregados leves podem baixar a fc
Formato dos grãos:
- Agregados de formato lamelar
Prejudicam a trabalhabilidade – exigem mais água
Acomodam-se com mais vazios - exigindo mais pasta
- Superfícies dos grãos muito lisas podem prejudicar a
aderência com a pasta.
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Onde ocorre a ruptura:
fc baixo: Tendência de ruptura na Zona de Transição
(descolamento dos agregados graúdos) e miúdos da Pasta.
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Onde ocorre a ruptura:
fc alto: Tendência de ruptura dos grãos dos agregados
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3.6.2.2 Módulo de elasticidade
Quanto maior o módulo de elasticidade mais rígido é o
material.
- menor é a deformação de uma estrutura para uma
dada geometria;
- menor é a deformação por retração;
- maiores são as tensões para o mesmo nível de
deformação imposta
- menor é a deformação lenta
Quanto menor o módulo de elasticidade mais flexível é o
material.
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Determinação do Módulo de elasticidade
Ensaio de difícil de executar e de se obter medições
confiáveis.
Com extensômetro elétrico Com extensômetro mecânico
(strain gauge)
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Módulos de elasticidade
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A NBR 6118/2014 permite estimar o Módulo de Elasticidade,
quando este não é determinado experimentalmente.
Módulo de Elasticidade Inicial Eci para ser utilizado nas
análises globais e avaliação de perdas de protensão.
Módulo de Elasticidade Secante Ecs para ser utilizado na
avaliação do comportamento de um elemento estrutural ou
uma seção transversal.
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3.6.2.3 Resistência à tração
Critério utilizado em algumas obras especiais:
- Pisos industriais
- Pavimentos de aeroportos
- Pavimentos de Rodovias
NBR 6118/2014 permite que na ausência de ensaios
específicos, os valores de resistência média à tração sejam
estimados a partir do fck .
fct,m = 0,3 fck2/3 para fck ≤ 50 Mpa
fct,m = 2,12 ln(1+0,11 fck) para fck>50 até 90 MPa
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Tração direta – ft direta
Ensaio de difícil execução, por tensões secundárias de fixação
do corpo-de-prova.
Topos do CP colados com epóxi
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Tração direta – ft direta
Ensaio de difícil execução, por tensões secundárias de fixação
do corpo-de-prova.
Tração direta com dispositivo Leroy
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Resistência à tração por compressão diametral - ftD
Ensaio de reconhecimento internacional como “Método
Brasileiro ”
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Resistência à tração por compressão diametral – ftD
Cálculo limite de resistência NBR 7222
ftD = (2.P)/( π.D.L)
Valores típicos: ftD ≈ 1,10 a 1,15 ft direta
ftD ≈ 0,10 fc
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Resistência à tração na flexão – fctM - NBR 12142
Cálculo limite de resistência ftf = (P.L) / (b.d2)
Ruptura no terço central
Resultados fctM ≈ 1,5 a 2,0 ftd fctM ≈ 0,15 a 0,20 fc
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3.6.2.4 Resistência à abrasão
Critério utilizado em algumas obras especiais:
- Pisos industriais
- Pavimentos de aeroportos
- Pavimentos de rodovias
Máquina de desgaste Amsler-Laffon Indica a redução de
espessura (mm) após um percurso abrasivo de 1.000m.
O abrasivo é areia quartzosa.
Simula, a solicitação por atrito pelo tráfego de pessoas ou
veículos.
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3.6.2.5 Resistência à erosão
Critério utilizado em algumas obras especiais:
- Canais
- Vertedores
Ensaio simula a ação abrasiva da água em movimento,
contendo objetos sólidos em suspensão.
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3.6.2.5 Resistência ao cisalhamento
Critério utilizado em algumas obras especiais:
- Barragens
- Juntas frias de concretagem
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3.6.2.6 Porosidade
Porosidade = % vazios dentro do concreto
A permeabilidade da pasta é diretamente relacionada com a
porosidade.
Microfissuras (retração, contração térmica, ...) interligam os
poros capilares aumentando a permeabilidade.
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O concreto é um material obrigatoriamente poroso.
Origem dos vazios presentes no concreto:
- excesso de água na mistura buscando-se maior
trabalhabilidade;
- diminuição do volume absoluto que acompanha a hiratação
dos constituintes do cimento;
- ar eventualmente ou propositalmente aprisionado durante a
operação de mistura;
- fissuras de diversas origens:
- térmicas;
- de retração;
- mecânicas e etc.;
- consequência da má elaboração e má dosagem do material.
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POROSIDADE >>> PERMEABILIDADE
A taxa de penetração de agentes deletérios no concreto, está
diretamente ligada a porosidade da pasta de cimento no
concreto. (Khatri,1974)
Quanto maior a relação água/cimento, maior a quantidade de
poros e maior volume de poros de diâmetros maiores.
(Reinardt,1992)
Mais importante do que o tamanho, diâmetro e quantidade de
poros, é a sua distribuição e a sua intercomunicabilidade.
(Helene,1993)
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Na zona de transição, entre as partículas dos agregados e a
pasta, é encontrada uma região de grande porosidade.
(Mehta, 1995)
A quantidade e maior volume de poros depende
essencialmente de:
- Relação água /cimento;
- Grau de hidratação (idade);
- Refinamento dos poros por adições.
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3.6.2.7 Permeabilidade
Por ser um material poroso e como esses vazios são
geralmente interligados, o concreto é normalmente
permeável aos líquidos e gases.
É importante o conhecimento da permeabilidade do concreto
uma vez que a durabilidade do material pode ser ameaçada
pela ação de agentes agressivos, tanto menor quanto menor
for a permeabilidade do material.
A permeabilidade do concreto se exprime pela quantidade de
água que atravessa uma superfície unitária, numa espessura
unitária durante a unidade de tempo e sob pressão unitária
(l/m²h).
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Para concretos usuais a 5 kg de pressão, a permeabilidade
varia entre 0 e 2 x 10-4 l/cm²h.
A determinação da permeabilidade sob pressão é feita em
aparelhos que forçam a passagem da água sob pressão
constante através de um corpo-de-prova cilíndrico.
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Fatores que afetam a permeabilidade:
Constituintes do concreto
Água
quantidade
pureza
Cimento
quantidade
finura
composição quantidade
Agregados tipo
miúdos graduação
graúdos impurezas
Aditivos umidade
inertes
ativos
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Fatores que afetam a permeabilidade:
Preparação
mistura
adensamento
acabamento
Tratamento
idade
cura
condições de ensaio
Todo fator que tende a melhorar a resistência do concreto à
compressão tem efeito benéfico a impermeabilidade. Quanto
melhor o concreto, menos permeável ele é.
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A impermeabilidade cresce com a redução da relação a/c,
com a proporção dos finos presentes na mistura, com os
cuidados na cura e com o emprego de certos aditivos.