Aula 1 PCC 3222 intro 2017 br2

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PCC 3222
Materiais de Construção II
Introdução
2017
© Poli USP 2017
Conteúdo do curso
• Ligantes inorgânicos 
• Cimento
• Gesso
• Cal
• Aplicações 
• Concreto 
• Argamassa
• Pré-moldados..
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Referências
• MEHTA, P. K. & MONTEIRO, P. J. M. Concreto: 
Estrutura, propriedades e materiais. IBRACON, São 
Paulo, 2008.
• Ibracon
• Material suplementar - Moodle
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Objetivos
Fornecer os conhecimentos científicos básicos e as 
ferramentas para a especificação, formulação e a 
produção de argamassas e concretos, considerando:
• Desafios de produção
• Desempenho em uso
• Vida útil
• Impacto ambiental ao longo do ciclo de vida
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Metas
Desenvolver a capacidade de aplicação criativa dos 
conhecimentos em tecnologia
Propiciar a compreensão da complexidade das 
diferentes aplicações de argamassas e concretos 
em engenharia e as necessidades de pesquisa
Consolidar conceitos úteis a seleção de matérias-
primas e seus fornecedores
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Nota de Aproveitamento Final (A)
A = nota final de aproveitamento
Se MP≥5, então A = 0,75MP + 0,15TD + 0,1PC
Se MP<5, A = MP
Onde, MP = média das três provas; TD = nota 
do trabalho dirigido e PC = nota de 
participação em classe. 
Para aprovação A≥5 e presença mínima em 
aula de 75%.
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Bibliografia 
Básica
• MEHTA, P. K. e MONTEIRO, P. J. M. Concreto: Microestrutura, 
propriedades e materiais. IBRACON, 3a Edição. São Paulo, 2008.
• Textos (normas ABNT, publicações, etc) indicados no Moodle 
(http://moodle.pcc.usp.br/).
Adicional recomendada
• ISAIA, G. C. Concreto: ciência e tecnologia. IBRACON, São Paulo, 
vol. 1 e 2, 2010.
• NEVILLE, A. Propriedades do concreto. 2 ed. São Paulo: Pini, 1997. 
828p.
• NEVILLE, A. M. & BROOKS, J. J. Tecnologia do concreto. 2 ed. 
Tradução: Ruy Alberto Cremonini. Porto Alegre. Bookman, 2013. 
448p.
• ILLSTON, J.; DOMONE, P. Construction materials: their nature and
behaviour. Spon Press. 2010. 567p. 
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Programa
Aula Turma Data Titulo
1 Todas 01/08 Introdução ao curso
2 Todas 08/08 Cimento e adições.
3 Todas 15/08 Hidratação e Microestrutura.
4 Todas 22/08 Concreto no estado fresco. Aditivos.
5 Todas 29/08 Prova 1
05/09 Não haverá aula (Semana da pátria)
6
1 12/09 Laboratório de ligantes e aditivos 
2, 3 e 4 12/09 Agregados / Cal e gesso
7
1 19/09 Agregados / Cal e gesso
2 19/09 Laboratório de ligantes e aditivos 
3 e 4 19/09 Argamassas
8
1 e 2 26/09 Argamassas
3 26/09 Laboratório de ligantes e aditivos
4 26/09 Retração e fissuração / Concreto no estado endurecido
9
1, 2 e 3 03/10 Retração e fissuração / Concreto no estado endurecido
4 03/10 Laboratório de ligantes e aditivos
10
1 10/10 Laboratório de concreto
2, 3 e 4 10/10 Dosagem do concreto / Exercício em sala
11 Todas 17/10 Prova 2 © Poli USP 2017
Programa
Aula Turma Data Titulo
11 Todas 17/10 Prova 2
12
1 24/10 Dosagem do concreto / Exercício em sala
2 24/10 Laboratório de concreto
3 e 4 24/10 Durabilidade do concreto / Controle de qualidade do concreto.
31/10 Não haverá aula (59º Congresso Brasileiro do Concerto)
13
1 e 2 07/11 Durabilidade do concreto / Controle de qualidade do concreto.
3 07/11 Laboratório de concreto
4 07/11 O concreto e o meio ambiente. Concretos especiais.
14
1,2 e 3 14/11 O concreto e o meio ambiente. Concretos especiais.
4 14/11 Laboratório de concreto
15 Todas 21/11 Prova 3
16 Todas 28/11 Ciclos de palestras
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Ligantes inorgânicos 
• Possibilidade de produzir sólidos de grandes 
dimensões, a partir de suspensão aquosa de 
partículas minerais finas, em qualquer ambiente.
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O uso de ligantes inorganicos
• Ligante(s): Cimento, cal, gesso 
• Agregados inertes (~6 x o cimento)
• Areia
• Brita (no caso do concreto c/cimento)
• Fíler
• Água
• Aditivos
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Materiais cimentícios 
e a vida moderna
>50.000
0 1000 2000 3000 4000
Água
Concreto
Cimento
Alimentos
Consumo global (kg/hab.ano)
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Cimento, Concreto e outros
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Cementitious
Cement
Wood
Ceramic
Iron
Lime 
Asphalt
Glass
Aluminium
Copper
Materials production (Mt/year)
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Gesso e cal: os primeiros ligantes inorgânicos 
• Conhecidos a mais de 5000 anos
• Assentamento de alvenaria
• Revestimento simples & decorativos
• Assentamento de placas cerâmicas
• Gesso: Baixa resistência à água
• Cal: espessuras finas, baixa resistência a água 
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Alhambra, Granada
By Yves Remedios Para saber mais: https://doi.org/10.1016/j.culher.2003.02.002© Poli USP 2017
Argamassa de adesão de placas cerâmicas
Porta de Ishtar (século VII a.C., Iraque)
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O concreto romano
24 AC
• Concreto estrutural
• Resistente a água
• Flexibilidade de forma
By Marco Verch
Jackson et. All. Mechanical resilience and cementitious processes 
in Imperial Roman architectural mortar 
https://Dx.doi.org//10.1073/p’nas.1417456111
Peças monolíticas
de grandes dimensões 
moldadas em formas.
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Pantheon: 
concreto com gradação funcional
Vão: 44m; Concreto com densidade e resistências variáveis, otimizados
para tornar a estrutura mais leve. 
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Antes do Antes do concretoconcreto: : esculturaescultura
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Cimento Portland
1824
• Joseph Aspdin (Leeds)
• Formula
• Calcário (CaO, CO2)
• Argila (Si, Al, Fe, OH-)
• Calcinação a alta 
temperatura
• Moagem bem fina.
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Concreto Armado
Michael Tyler
• França: Coignet, Monier (1850-1870)
Port Said Lighthouse
1869 Egito
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Uma das patentes de concreto armado
(Coignet)
http://engineerstandpoint.blogspot.com.br/2012/11/history-of-reinforced-concrete-design.html
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Thomas Edison: 
patente de casas de concreto
As casas de dois andares eram moldadas em uma só operação.
Proprietário de uma fábrica de cimento, Edison também desenvolveu os fornos 
de produção de cimento.
Veja mais na Slate. Fotos da Wikipédia
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Uma casa Edison em 2016
The Treehugger © Poli USP 2017
Haro, Espanha
(< 1913)
Resistencia a compressão 2,5MPa
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O concreto é a espinha dorsal da cidade 
moderna
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Concreto domina a infraestrutura
Itaipu
US$ 18,5 bilhões;
altura 196m –
extensão 180 m 
20 tipos de concreto 
12, 5 M de m3
http://www.itaipu.gov.br
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Surge o concreto armado
Vão central 90 m; vão total 133 metres
Robert Maillart - Ponte Salginatobel – Imgur (1930) Wikipedia
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http://setedoses.files.wordpress.com/2011/02/tunel.jpghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/62/Vistadarodoviaimigrantes2.JPG
Rodovia dos Imigrantes – 2ª. pista 2002
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Inovação em materiais cimentícios
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Burj Khalifa
• Concreto: 330,000 m³
• Fck = 80MPa (10MPa em 10h)
• E = 44 GPa
• Aço para concreto armado: 
55.000 t
• Altura de bombeamento 600m
https://en.wikipedia.org/wiki/Burj_Khalifa
http://www.som.com/projects/burj_khalifa
Baker et al Engineering the World’s Tallest –
Burj Dubai CTBUH 8th World Congress 2008 
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O UHPC: concreto c/fibras de aço
c/ altissima resistencia
Resist. Compressão: >200MPa. Flexão 40MPa. 
Museum of European and Mediterranean Civilizations (MuCEM) in Marseille (France)
Para saber mais:
Fehling et al Ultra-High Performance Concrete UHPC 2014
http://dx.doi.org/10.1002/9783433604076 © Poli USP 2017
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Concretocom impressão superficial
University Paul Sabatier, Toulouse
https://www.reckli.com/en/
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Impressoras 3D de conceto
http://apis-cor.com/en/
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Após acabamento superficial
ApisCor, San Francisco
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RespondaRespondaRespondaResponda::::
Qual é a 
propriedadepropriedadepropriedadepropriedade do do do do 
concretoconcretoconcretoconcreto que 
torna a poltrona
desconfortável?
Arq. Stefan Zwicky 1980
Homage to Corbu, a grand 
comfort without comfort
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Aplicações
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Argamassas autonivelantes
Lafarge Flooring Solutions © Poli USP 2017
Argamassa colante para revestimento cerâmico
http://www.todimo.com.br/?pg=4&id_dica=1
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Painéis de gesso acartonado
Home Depot
As juntas entre placas de gesso acarbonado são preenchidas com uma pasta de gesso
e aditivos. 
Gesso em revestimento
Painéis decorativos em gessoRevestimento de gesso
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Argamassa de revestimento projetada
http://www.bullx.com.br/
Argamassas podem ser de cimento, cimento e cal, cal ou gesso
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Concreto projetado
MATEI
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Concreto auto-adensável
http://cciviles.blogspot.com/2011/04/alguns-tipos-de-concreto.html
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Tuneladora
Linha 4 Metro
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Pré-moldados de revestimento do túnel
Linha 4 - Metro
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Placas de fibrocimento e Concreto 
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Postes e tubos de Concreto
http://www.emd.com.br/modules.php?name=Conteudo&pid=4 http://www.tuboscopel.com.br/tubos-circulares.php
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Corrosão das armaduras do concreto
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Impacto ambiental dos materiais 
cimentícios
Para uma visão atualizada do tema:
K. Scrivener, V.M. John, E. Gartner, Eco-efficient cements: Potential, economically viable solutions for a low-CO2, cement 
based materials industry, UN Environment, Paris, 2016. Disponivel no Modle. 
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Materiais Cimentícios e o Clima
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Mudança do clima
Credit: NASA/USGS Landsat https://svs.gsfc.nasa.gov/12633
5.800km² de área 3,8x a área da cidade de São Paulo
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Queima de Combustíveis Fósseis
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Decomposição do Calcário em Fornos
(temp ~900ºC)
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Fabricação do cimentos Portland
Cimentos 
Portland 
Moinho
Clinquer
(30-91%)
Calcinação
1500ºC
Calcário
Argila
Combustível
Sulfato de
Calcio (~4%)
Adições
(5-65%)
Filler 
calcário
Escória de 
alto forno
PozolanasDiferentes composição
Diferentes propriedades e tipos de cimento (CPXXNN).
Diferentes impactos ambientais
CO2
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Fabricação do cimentos Portland
Cimentos 
Portland 
Moinho
Clínquer
(30-91%)
Calcinação
1500ºC
Calcário
Argila
Combustível
Sulfato de
Calcio (~4%)
Adições
(5-65%)
Filler 
calcário
Escória de 
alto forno
Pozolanas
Diferentes composição
Diferentes propriedades e 
tipos de cimento (CPXXNN).
Diferentes impactos ambientais
CO2
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Forno de cimento: 1550ºC
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/KilnBZ.JPG
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3,5 GJ/t de clinker (2013)
http://www.zkg.de/imgs/76871426_622f4dfe56.jpg
No Brasil combustiveis fóssies são
82%
da energia térmica
WBCSD GNR Brazil (2013) © Poli USP 2017
[CELL
RAN
GE]
[VAL
OR]
[CELL
RAN
GE]
[VAL
OR]
1 t clínquer 
~800 – 900 kg CO2
The production process 
is highly optimised 
Around 80% of 
thermodynamic limit.
it is estimated that < 2%
further savings can be 
made here
Use of waste fuels, 
which can be > 80% 
reduces the demand 
for fossil fuels 
CaCO3 ���� CaO + CO2
Alem de outros gases (NOx, SOx, particulado ...
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CO2 from Cement Production
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1928 1938 1948 1958 1968 1978 1988 1998 2008
C
O
2
 f
ro
m
 c
e
m
e
n
t 
 (
%
 o
f 
to
ta
l)
Process Fuel
A partir de Bonde, T. Global CO2 Emissions from Fossil-Fuel Burning Cement Manufacture, and Gas Flaring: 1751-2009 LBL, Sept 2012 
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Cimento: clínquer + adições (2014)
300 
400 
500 
600 
700 
800 
900 
1.000 
1.985 1.990 1.995 2.000 2.005 2.010 2.015 2.020 
C
O
2 
(k
g/
t)
Brasil, clinquer
Brasil, cimento
Global, clinker
Global, cimento
adições
WBCSD Cement Sustainability Initiative
Getting the Numbers Right Project 2014
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Cimento: clínquer + adições 
300 
400 
500 
600 
700 
800 
900 
1.000 
1.985 1.990 1.995 2.000 2.005 2.010 2.015 2.020 
C
O
2 
(k
g/
t)
Brasil, clinquer
Brasil, cimento
Global, clinker
Global, cimento
adições
WBCSD Cement Sustainability Initiative
Getting the Numbers Right Project
Responda: 
Como as emissões CO2 do clínquer podem estar caindo?
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Menos clínquer, menos CO2
40%
60%
80%
100%
1.990 1.995 2.000 2.005 2.010 2.015 
C
lin
q
u
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 n
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ci
m
en
to
 (
t/
t)
Brazil
World
© Poli USP 2017
Cimento e o CO2
0,35
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
10
20
30
40
50
1980 2000 2020 2040 2060
C
im
e
n
to
/T
o
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l
E
m
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sõ
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G
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 (
G
t)
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s 
To
ta
is
 (
G
t)
E
m
is
sõ
e
s 
To
ta
is
 (
G
t)
Cimento
Antropogênicas
Cimento, fração
WWF Lafarge Blueprint for a climate friendly industry (2008)
A limitação na oferta de adições (escória de alto-forno e cinzas volantes), além de
limites técnicos, não permitem reduzir significativamente o teor de clínquer. 
Para saber mais: 
K. Scrivener, V.M. John, E. Gartner, Eco-efficient cements: Potential, economically viable solutions for a low-CO2, cement based materials industry, 
N Environment, Paris, 2016. Disponivel no Modle. © Poli USP 2017
Cimento e mudanças climáticas
• Business as usual, cimento será >> 35% do CO2
mundial em 2050
• Captura e sequestro de CO2 é uma opção
• Alto investimento (>US$500 bi)
• Dobra o consumo de energia
• Alto custo operacional (US$40 a 100 /t)
• Alto risco ambiental
• Inovação para reduzir o CO2 é uma tendência
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Materiais cimentícios e o uso de 
recursos naturais
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Produção de Cimento, Aço e População
4600
0
2000
4000
6000
8000
0
1000
2000
3000
4000
5000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
P
o
p
u
la
ti
o
n
 (
M
)
M
at
e
ri
al
s 
P
ro
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u
ct
io
n
 (
M
t)
Cement
Crude Steel
World Population
K. Scrivener, V.M. John, E. Gartner, Eco-efficient cements: Potential, economically viable solutions for a low-CO2, 
cement based materials industry, UN Environment, Paris, 2016. Disponivel no Modle. 
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Consumo específico (t/hab.ano) cresce
Dados: Krausman et al (2009), Materialsflows.net (2015) & CDIAC (2006), UN (2015) 
4,3
5,6
8,7
11,7
0,4
1,0
3,2
5,3
0,4 1,2
3,9
0
2
4
6
8
10
12
14
1900 1950 2000 2013
M
at
ab
o
lis
m
o
 (
t/
h
ab
.a
n
o
) Total
Minerais para Construção
Cimenticios
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Materiais cimentícios: parcela crescente dos 
recursos naturais
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1900 1925 1950 1975 2000 2013
Fr
aç
ão
 d
o
 T
o
ta
l (
m
/m
)
Minerais para 
construção
Cimentícios
Cimento
Dados: Krausman et al (2009), Materialsflows.net(2015) & CDIAC (2006), UN (2015) 
Em 2013 materiais cimentícios
Responda:
Qual a dificuldade de substituir o cimento por outro 
material, como aço ou madeira?
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Cimento, Concreto e outros
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Cementitious
Cement
Wood
Ceramic
Iron
Lime 
Asphalt
Glass
Aluminium
Copper
Materials production (Mt/year)
Combustível, papel, móveis. Fogo. Durabilidade.
Poderia ser escalado. Mas 100% vai ao forno. 
K. Scrivener, V.M. John, E. Gartner, Eco-efficient cements: Potential, economically viable solutions for a low-CO2, 
cement based materials industry, UN Environment, Paris, 2016. Disponivel no Modle. 
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ANTROPOCENO: 1950 - ?
Waters et al Science. Jan 08 2016 doi:10.1126/science.aad2622 
0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
1920 1940 1960 1980 2000 2020
P
la
st
ic
o
s
e
 A
lu
m
in
io
(M
t)
C
im
e
n
ti
ci
o
s
(G
t)
Acúmulo de materiais cimentícios – uma rocha artificial - é um dos 
indicadores do início do antropoceno
© Poli USP 2017
Materiais de construção no Brasil
• Agregados (2015) 673 M t (2/3 cimentícios)
• Cimento (2016) 48 M t
(2015) 64 M t
• Cer. Vermelha (2012) 110 M t
• Madeira (2009) 10 M t (toras)
Fontes: Snic, Ibram, Fatos Florestais 2010, CBC
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Consumo de 
materiais cimentícios
• Cimento (2015)
• 320 kg/hab.ano
• Agregados
• 2.200 kg/hab.ano
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Impactos ambientais:
Geração de resíduos
O fluxo de materiais na sociedade termina em resíduos.
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Geração de resíduos 
construção e demolição 
• Cimento e agregados
• 325 kg/hab.ano
• Cerâmica Vermelha
• 125 kg/hab.ano
• Madeira
• 40 kg/hab.ano
• Outros (aço, embalagens) 
• 10 kg/hab.ano
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Cimento é grande parte do resíduo
mas reciclagem é pequena.
João Pessoa, PB São Paulo 
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Cimento é grande parte do resíduo
mas reciclagem é pequena.
Aterro clandestino© Poli USP 2017
Perdas em obra aumentam o consumo
Coarse 
aggregates
Sand Cement
Ready-mix
concrete
M
at
e
ri
al
s 
w
as
ta
ge
 r
at
e
 (
%
)
© Poli USP 2017
Projetos de edifícios não são otimizados
Concrete usage index (m3.m-2) – Singapore 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 50000 100000 150000 200000 250000
C
U
I (
M
³/
M
²)
FLOOR ÁREA (M²)
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Perdas de materiais
© Poli USP 2017
Impacto Ambiental: 
destruição de biomas e paisagem
Areal Seropédica - RJ
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Assoreamento de Rios
Jacarei – SP Brasil 2013-08-02 Extração de areia para construção civil . Photos Lucas Lacaz Ruiz
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Agregados e CO2: distancia de transporte
Distâncias das pedreiras
BARROS et al. (2013) – trabalho de formatura Poli USP 
© Poli USP 2017
Distâncias dos areeiros
SOUZA (2013) – trabalho de formatura FAU USP 
© Poli USP 2017
Agregados
São bens esgotáveis localmente, 
gerando o aumento de custo!!!
Habert et al. (2010)
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Preços
Serna; Resende (2009) extraído de Hawlitscheck (2013)
© Poli USP 2017
Cimentícios e o consumo de recursos naturais
• Extração, transporte e resíduos
• Consomem energia 
• Emitem poluentes
• Degradam a paisagem
• Destroem biomas
• Escassez local de agregados
• Aumento do custo
• Aumento dos impactos de transporte
• Aumento da eficiência no uso dos materiais & 
reciclagem são as soluções
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Responda
• Como é possível aumentar a eficiência do uso de 
materiais cimentícios? 
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Conclusão
• Demanda social por habitação e 
infraestrutura devera aumentar a demanda 
• Materiais cimentícios continuarão ser essenciais 
para suprir estas necessidades.
• Inovação é a saída para aumentar a ecoeficiência.
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Conclusão
• Sustentabilidade esta se integrando ao dia-a-dia da 
engenharia e arquitetura.
• Migitação de CO2 e uso de recursos naturais serão 
determinantes no futuro.
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