Propriedades do Concreto Fresco

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Profa. Ana Catarina Evangelista
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TECNOLOGIA DO CONCRETO I
1. PROPRIEDADES GERAIS DO CONCRETO FRESCO
· É essencial que a consistência da mistura seja tal que o concreto
possa ser transportado, lançado, adensado e acabado com
suficiente facilidade e sem segregação.
1.1. QUALIDADE DA ÁGUA DE AMASSAMENTO
· As impurezas contidas na água podem influenciar negativamente a
resistência do concreto ou causar manchas na superfície, ou ainda
provocar corrosão das armaduras.
· A água não deve conter matérias orgânicas (carbonatos e
bicarbonato de sódio, cloreto de cálcio, bicarbonato de cálcio e
magnésio, sais de ferro) nem substâncias inorgânicas em teores
excessivos.
· Impurezas: lodo, óleos, graxas, sais, ácidos, etc.
· Água do mar : tendem a causar umidade permanente e eflorescências na
superfície do concreto, e principalmente nos concretos armados podem
provocar corrosão das armaduras
1.2. TRABALHABILIDADE
· É uma propriedade física intrínseca do concreto. Determina a
facilidade de aplicação e a resistência à segregação.
· É uma propriedade relativa, pois um mesmo concreto pode ser
trabalhável sob determinadas condições e não sê-lo sob outras.
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· O concreto deve ter uma trabalhabilidade que possibilite
adensamento até uma compacidade máxima, pois a presença de
vazios diminui muito a resistência.
1.2.1. Fatores que afetam a trabalhabilidade :
· QUANTIDADE RELATIVA DE PASTA E AGREGADOS – para uma
dada pasta (fator a/c constante), o decréscimo da quantidade de
pasta em relação à do agregado enrijece a mistura.
· PLASTICIDADE DA PASTA - a plasticidade depende da relação
entre as quantidades de água e de cimento, se a quantidade de
água for muito alta a mistura perde coesão.
· GRANULOMETRIA DOS AGREGADOS – influencia a plasticidade
; quanto ais fino o agregado maior é a demanda de água para
envolver os seus grãos.
· FORMA DOS AGREGADOS – influencia a plasticidade do concreto
devido ao atrito entre os grãos dos agregados. Os de forma
arredondada (seixo rolado) conduzem a uma plasticidade maior do
que a obtida com os de forma angulosa (pedra britada).
· TEMPERATURA – o concreto fresco perde trabalhabilidade com o
aumento da temperatura do meio ambiente.
· TEMPO – com o tempo parte da água de amassamento é
absorvida e outra parte evapora-se, resultando no enrijecimento da
mistura.
1.3. CONSISTÊNCIA
· Definição do American Concrete Institute “ a mobilidade relativa ou
capacidade de fluir do concreto ou da argamassa”, essa característica
é medida pelo abatimento.
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· O ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test) esta descrito
na NBR 7223. É um ensaio simples, cuja aparelhagem consiste de um
molde metálico em forma de tronco de cone, denominado “Cone de
Abrams”, com diâmetros de 10 e 20 cm e altura de 30 cm, no interior é
colocado o concreto em três camadas de volumes iguais e adensadas
cada uma com 25 golpes executados com uma barra metálica de
16mm de diâmetro e 60 cm de comprimento. Em seguida levanta-se o
molde lentamente e determina-se o abatimento sofrido pela massa de
concreto.
 Abatimento
Figura 1 – Ensaio do abatimento do tronco de cone
· No caso dos concretos secos, a consistência pode ser medida
através do ensaio “VeBe” ( idealizado por V. Bahrner) , que
consiste de uma mesa vibratória e um cilindro de 24cm de diâmetro
e 20cm de altura fixado sobre a mesa. O concreto é moldado
dentro do cilindro com o mesmo molde usado no ensaio de
abatimento de tronco de cone. Em seguida um disco de vidro ou
plástico é colocado sobre o concreto, a mesa vibratória é ligada
medindo-se o tempo em segundos para o concreto passar da forma
cônica para cilíndrica . O índice de trabalhabilidade é dado pela
seguinte expressão:
V1 = volume do tronco de cone
1
2
V
V
tI =
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V2 = volume do cilindro
t = tempo em segundos para remoldagem
· Além destes métodos ainda existem os seguintes ensaios : “Fator
de adensamento”, “Remoldagem”, “Espalhamento” , “Bola de
Kelly”, “K de Nasser”.
Tabela 1 – Consistência, meios de compactação e tipos de obras
Consistência Meios de Compactação e
Tipos de Obra
Índice VB
(seg)
Abatimento
(cm)
Terra úmida Vibração potente. Pré-
moldados
30-20 -
Muito seca Vibração enérgica.
Estruturas de Concreto
Armado e Protendido
20-10 -
Seca Vibração enérgica.
Estruturas de Concreto
Armado e Protendido
10-05 0-2
Rija Vibração normal. Estruturas
correntes
5-0 2-5
Plástica Vibração manual.
Estruturas correntes
5-12
Mole Vibração manual.
Estruturas sem grande
importância
- 12-20
Fluida Concreto inadequado - >20
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1.4. SEGREGAÇÃO
· Entende-se como a separação dos constituintes da mistura,
impedindo a obtenção de um concreto com características
uniformes.
· Observa-se a segregação quando os grãos maiores tendem a
separar-se dos demais, quer pela sua deposição no fundo da
forma, quer quando se deslocam para o topo. A segregação
também depende do tamanho e da massa específica dos
agregados.
· Em composições muito plásticas manifesta-se a nítida separação
da pasta (cimento e água) da mistura
1.5. EXUDAÇÃO
· É também conhecida como separação de água, onde parte da
água da mistura tende a subir para a superfície de um concreto
recém lançado.
· É o resultado do fato de que os constituintes sólidos da mistura não
conseguirem reter a água quando tendem a descer, pois a água é o
de menor massa específica.
· Uma maior quantidade de água nas camadas superiores provoca
uma redução da resistência dessas camadas.
· É mais acentuada em concretos com muita água e poucas
partículas finas.
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2. PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO
2.1. Massa Específica (gg )
É a massa da unidade de volume incluindo os vazios.
· Concreto leve – a massa específica varia de 300 a 1900 kg/m3 .
Usados para isolamentos térmicos e acústicos (fc entre 7 e 17
MPa), e também para fins estruturais (fc min= 17 MPa). Os
agregados empregados geralmente são: argila expandida,
vermiculita, pedra pome, etc.
· Concreto pesado (agregado pesado)- a massa específica varia
entre 3900 e 5500 kg/m3. Empregados em Centrais Nucleares . os
agregados são magnetita e barita.
· Concreto Convencional (agregado convencional) – a massa
específica em geral é de 2500 kg/m3 para o concreto armado e
2400 kg/m3 para o concreto simples. São empregados nas
estrururas em geral. Os agregados são as pedras britadas como p.
ex. granito, gnaisse, traquito, e as areiasquartzosas.
2.2. Permeabilidade e Absorção
· Permeabilidade – é a propriedade que identifica a possibilidade de
passagem de água através do material: POR CAPILARIDADE,
POR FILTRAÇÃO SOB PRESSÃO , PO DIFUSÃO ATRAVÉS DOS
CONDUTOS CAPILARES.
· Causas da permeabilidade : a quantidade de água utilizada é maior
do que a necessária para a total hidratação do cimento, os volumes
absolutos de água e cimento diminuem após as reações, e a
incorporação de ar que ocorre durante a mistura.
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· A permeabilidade é expressa pela quantidade de água que
atravessa uma superfície unitária, numa espessura unitária e sob
pressão unitária .
· Absorção - é o processo físico pelo qual o concreto retém água nos
poros e condutos capilares.
· Medida de absorção:
Onde,
Psat – massa do material saturado
P s- massa do material seco
2.3. Deformações
2.3.1. Retração
· É uma deformação que não depende do carregamento, pois ocorre
devido à perda de água livre do concreto, quando em contato com
o ar.
· Fatores internos que influenciam a retração – TIPO DO CIMENTO
– os cimentos de pega rápida apresentam maior retração, FINURA
DO CIMENTO- a retração aumenta com a finura, FATOR
ÁGUA/CIMENTO – a retração aumenta com o aumento deste
fator.
· Fatores externos : Umidade do meio ambiente - a retração aumenta
quando a umidade diminui. Temperatura – a retração aumenta com
a temperatura. Tempo – a retração aumenta com o tempo.
100*(%)
Ps
PsPsat
A
-=
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· Retração plástica – contração volumétrica que ocorre quando a
pasta de cimento ainda se encontra no estado plástico.
2.3.2. Fluência
· É a deformação que aparece nas peças estruturais com o decorrer
do tempo e com a manutenção do carregamento.
· No concreto é a pasta de cimento hidratado que apresenta fluência,
sendo que a função do agregado é de contenção
2.3.3. Módulo de Elasticidade
· Diagrama Tensão – Deformação – este diagrama pode ser obtido
em corpos de prova cilíndricos. A figura 1 apresenta os resultados
de concreto de resistências diferentes. Verifica-se que a inclinação
da tangente a curva na origem diminui com a resistência. O valor
da inclinação é definida como MÓDULO DE ELASTICIDADE .
0 .00 1 0 .00 3 0 .0 0 50.00 0 0 .00 2 0 .0 0 4 0.0 06
Deformação (o/oo)
1 0
3 0
5 0
0
2 0
4 0
6 0
T
e
ns
ão
 (
M
P
a)
Concreto leve
Concreto convencional
Figura 2 – Diagrama Tensão – Deformação do Concreto
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· A NBR 6118 sugere a seguinte equação para determinar o módulo
de elasticidade no início da curva tensão - deformação:
fcj = resistência à compressão na idade j
fcj = fck + 3,5 MPa
2.4. Condutividade elétrica
· O concreto é um mau condutor de eletricidade, porém não é um
perfeito isolante elétrico . Esta propriedade está relacionada com
algumas aplicações , como p.ex. nos dormentes ferroviários, onde
poderia ocorrer interferências na sinalização da ferrovia.
· O concreto úmido apresenta resistividade elétrica da ordem de 104
Wm e o seco em estufa cerca de 109 Wm ,o que significa melhor
isolamento elétrico.
2.5. Coeficiente de dilatação térmica
· Este coeficiente varia com o tipo de cimento, dos agregados e
umidade, ainda a pasta de cimento hidratado e agregado possuem
coeficientes térmicos diferentes. O coeficiente do concreto é uma
resultante dos dois valores.
· O coeficiente varia de 9 a 14 x 10-6 /oC, sendo que a NBR 6118
adota 10-5/ oC .
2.6. Resistência ao fogo
)(6600 MPafE cj=
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Tabela 2– Influência da temperatura sobre o concreto
Temperatura Efeitos
100oC Nenhum
150oC Período
longo
Pequena diminuição da resistência à compressão, e
perda significativa de resistência à tração
300oC Constituição química inalterada; 20% de perda de
resistência à compressão; 60%de perda da resistência à
tração
500oC Destruição da cal hidratada; 50% de perda da
resistência à compressão; 80% de perda da resistência
à tração
900 a 1000oC Perda total das resistências
· Para temperaturas entre 300oC e 600oC a cor do concreto se torna
rósea ou vermelha, passando para cinza nas temperaturas entre
600oC e 900oC, a marrom entre 900oC e 1200oC , e amarela acima
de 1200oC.
2.7. Resistências mecânicas
· O concreto apresenta boa resistência à compressão e pequena
resistência aos esforços de tração.
· A resistência , em geral indica a qualidade do concreto , pois esta
relacionada a pasta de cimento hidratada.
· A resistência é também um elemento fundamental no projeto estrutural
sendo especificada para fins de aceitação do concreto.
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· Na prática da Engenharia considera-se que a resistência de um
concreto, numa determinada idade, curado em água a uma
temperatura estabelecida, depende principalmente de dois fatores:
relação água cimento e grau de adensamento.
2.7.1. Resistência à compressão
· A figura mostra que a resistência à compressão (fc)varia na razão
inversa da relação água/cimento (x). Esta é a “Lei de Duff Abrams”,
enunciada em 1919.
· A Lei de Abrams pode ser escrita da seguinte forma:
Figura 3 – Relação entre Fator a/c e resistência
xB
A
fc =
Concreto bem adensado
Concreto mal adensado
Fator água / cimento
R
es
is
tê
nc
ia
 à
 c
om
pr
es
sã
o
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Onde fc é a resistência à compressão, x o fator água/cimento, A e B
são coeficientes que dependem do tipo de cimento e da idade do concreto.
· A influência da idade do concreto pode ser observada na tabela .
Nos primeiros 28 dias a taxa de crescimento é mais avançada do
que nas idades mais avançadas.
Tabela 3 – Variação da resistência à compressão com a idade (fc;fc28)
a temperatura de 15 a 20oC
Idade do concreto (dias) 3 7 28 90 360
Cimento Portland Comum
Cimento de Alta Resistência
Inicial
0,40 0,65 1,00 1,20 1,35
0,55 0,75 1,00 1,15 1,20
· Outros fatores também influenciam as resistências mecânicas do
concreto, tais como : FORMA E GRADUAÇÃO DO AGREGADO,
TIPO DE AGREGADO, FORMA E DIMENSÃO DOS CORPOS DE
PROVA, VELOCIDADE DE APLICAÇÃO DA CARGA, DURAÇÃO
DA CARGA E TEMPERATURA DURANTE O ENDURECIMENTO.
· Determinação da resistência à compressão (fc):
O ensaio para se determinar a resistência à compressão está descrito
na NBR5739, e a moldagem dos corpos de prova cilíndricos na NBR 5738.
A resistência à compressão é determinada através de solicitação
uniaxial em ensaios de curta duração. No Brasil são usados corpos de prova
cilíndricosde 15 x 30cm. De acordo com a NBR 5739 a velocidade de
aplicação da carga deve ser de 3 a 8 kgf/cm2/seg.
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2.7.2. Resistência à tração (ft)
· O interesse em se determinar a resistência à tração do concreto
esta relacionada aos casos onde são consideradas as resistências
ao cisalhamento e à fissuração, como p. ex. projetos de placas de
rodovias e de aeroportos.
· A relação entre a resistência à compressão e a resistência à tração
não é proporcionalmente direta, pois quando aumenta fc , aumenta
ft, porém numa razão decrescente.
ft = k ( fc)n
Onde k e n são constantes, com n variando de ½ a ¾. Porém, os
melhores resultados provavelmente sejam dados pela seguinte expressão :
ft = k ( fc )2/3
Sendo ft a resistência à tração por compressão diametral e fc a resistência à
compressão em corpos de prova cilíndricos, ambas em MPa.
· Determinação da resistência à tração :
Dependendo do tipo de solicitação, a resistência à tração terá as
seguintes denominações: RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO
DIAMETRAL (por fendilhamento), RESITÊNCIA À TRAÇÃO DIRETA (por
solicitação uniaxial de tração) e RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO (por
meio de um ensaio de flexão no corpo de prova).
· Ensaio de resistência à tração por compressão diametral (ensaio
desenvolvido pelo Prof. Lobo Carneiro) –NBR7222: um corpo de
prova cilíndrico é colocado com o eixo na horizontal entre os pratos
da prensa, aplicando-se carga até a ruptura do corpo de prova . a
tensão de tração é dada pela seguinte expressão :
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Onde,
ft = resistência à tração por compressão diametral
P = carga aplicada sobre o cilindro
d = diâmetro do cilindro
h = altura do cilindro
Figura 4 – Determinação da resistência à tração por compressão
diametral
· Ensaio de resistência à tração na flexão (NBR12142) – neste
ensaio um prisma de concreto simples é submetido a flexão, como
uma viga, com carregamentos em dois pontos simétricos até à
ruptura, sendo a distância entre os pontos de carga de 1/3 do vão.
A tensão máxima é denominada módulo de ruptura.
dh
P
ft
p
2=
P
P
s1
s2
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Se a ruptura ocorre no terço médio do vão calcula-se o módulo de
ruptura através da seguinte equação:
Onde,
f t,fl = resistência à tração na flexão, em MPa.
P = carga máxima aplicada, N
L = distância entre os cutelos do suporte, em mm
d = altura média do corpo de prova na seção de ruptura, em mm
b= largura média do corpo de prova na seção de ruptura, em mm
Caso a ruptura ocorra fora do terço médio, a uma distância não
superior a 5% de L, deve-se calcular a resistência à tração na flexão pela
seguinte expressão:
Onde,
a = distância média entre a linha de ruptura na face tracionada e a
linha correspondente ao apoio mais próximo (a> 0,238).
2, bd
PL
f flt =
2,
3
bd
Pa
f flt =
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Figura 5 – Determinação da resistência à tração na flexão
· Ensaio de resistência à tração direta – este tipo de ensaio é
realizado com placas embutidas nos topos dos corpos de prova,
como mostra a figura6, porém os outros dois tipos de ensaio são
mais utilizados.
Figura 6 – Determinação da resistência à tração direta
L
P/2P/2
L/3 L/3 L/3
a<5%L
>25mm>25mm
PP