Materiais de Construção - Concreto

Prévia do material em texto

20/09/2018
1
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
 Resistência à compressão;
 Resistência à tração;
 Módulo de ruptura;
 Retração;
 Deformações sob a ação de cargas;
 Permeabilidade e absorção;
 Massa específica;
 Durabilidade.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Resistência Mecânica
A resistência mecânica do concreto varia conforme o tipo de
solicitação, originando assim a resistência à compressão, à
tração, entre outras.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
O ensaio de resistência à compressão é o de menor custo, mais fácil de se
realizar e de maior interesse do ponto de vista estrutural.
É o ensaio mais frequente no concreto, ao lado da determinação do índice
de consistência.
O concreto tem ruptura frágil, apresentando poucas deformações até a
ocorrência da ruptura. A presença de defeitos provoca concentrações de
tensões e responde por quedas acentuadas de resistência.
A resistência mecânica do concreto depende, basicamente, da:
 Resistência da pasta → aumenta com a redução dos vazios;
 Aderência pasta-agregado e resistência da zona de transição →
região de encontro entre a pasta e o agregado e também,
principalmente, entre a pasta ou a argamassa e o agregado graúdo;
Resistência do agregado
Concreto e suas propriedades
Fatores que afetam a resistência:
• Grau de adensamento:
A resistência mecânica do concreto cresce com o grau de adensamento,
pois há redução dos vazios devido à compactação.
Quanto mais eficiente for o adensamento, maior será a redução dos vazios.
No entanto, sempre sobram alguns vazios preenchidos com ar, chamado de
ar normalmente incorporado ao concreto adensado.
O volume deste ar incorporado é tanto maior quanto menor for a
dimensão máxima característica do agregado graúdo.
A tabela mostra teores de ar normalmente incorporado que podem ser
considerados no concreto adensado:
DMAX 
(mm)
9,5 12,5 19 25 37,5 50 75
% de ar 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0,3
Concreto e suas propriedades
Fatores que afetam a resistência:
• Idade do concreto
A resistência cresce com o aumento da idade do concreto, devido ao seu
endurecimento progressivo e pela hidratação contínua do cimento.
Calculo da resistência do concreto em determinada idade.
fcj = fc x [j / (4 + 0,85j)].
Em que:
fcj = resistência a compressão na idade j dias
fc = resistência característica do concreto (28 dias)
j = idade do concreto em dias
Exemplo: Um concreto preparado com um cimento CPIIE-32 apresentou
resistência à compressão aos 7 dias de 20 MPa. Quais serão,
aproximadamente, as resistências nas idades de 28 dias e 91 dias?
Concreto e suas propriedades
Fatores que afetam a resistência:
• Fator água/cimento.
O fator água/cimento (ou relação água/cimento) é definido pelo quociente entre a
massa (ou volume) de água usada no preparo do concreto (incluindo a adicionada
e a presente na forma de umidade superficial dos agregados) pela massa de
cimento empregada.
• Mistura
Concretos misturados de modo incompleto conduzem a valores menores e mais
dispersos de resistência. Os concretos preparados adequadamente em
misturadores forçados apresentam melhor desempenho na resistência mecânica e
os misturados manualmente, pior.
20/09/2018
2
Concreto e suas propriedades
Fatores que afetam a resistência:
• Forma do agregado
Os agregados britados (areia artificial e pedra britada)
conduzem a maiores resistências mecânicas. Por esta razão, deve-se
evitar utilizar seixos em concretos simples sujeito á tração, como no
caso de pavimentos rígidos de concreto.
• Resistência mecânica dos agregados:
Os agregados deverão ter resistência mecânica superior a
dos concretos que dele farão uso, caso contrário, o concreto
romperá no agregado.
Concreto e suas propriedades
Fatores que afetam a resistência:
• Cura do concreto
A cura do concreto consiste nos procedimentos adotados para
evitar a saída prematura da água necessária à hidratação do
cimento.
Um concreto mal curado tem resistências mecânicas inferiores,
principalmente nas idades mais avançadas, em face da deficiência
de água para a hidratação do cimento.
• Temperatura
O concreto mantido a temperaturas mais elevadas apresenta
resistência mecânica inferior em idades suficientemente avançadas.
Entretanto, nas primeiras idades, as resistências são até mais altas,
pois o aumento da temperatura acelera a hidratação do cimento.
Concreto e suas propriedades
Fatores que afetam a resistência:
• Aditivos e adições:
Os aditivos aceleradores aumentam as resistências iniciais e
reduzem a final.
As adições de pozolanas (exceto sílica ativa) e de escórias de alto
forno, reduzem as resistências iniciais e aumentam a resistência
final.
Concreto e suas propriedades
Principais fatores que afetam os resultados dos ensaios:
• Moldagem dos corpos de prova
A moldagem deve ser feita em corpos de prova 10x20cm,
vibrados em 3 camadas.
O topo e a base dos corpos de prova devem ser faceados em um torno mecânico
ou capeados com enxofre.
Um capeamento deficiente pode reduzir a resistência em mais de 30%.
Concreto e suas propriedades
Principais fatores que afetam os resultados dos ensaios:
• Armazenamento e cura dos corpos de prova
A cura mal feita reduz a resistência em todas as idades, redução
tanto maior quanto for a idade.
Logo após a moldagem, os corpos de prova devem ser cobertos com
material adequado.
A desforma só poderá ocorrer após 24 horas, seguindo-se
imediatamente à cura final, a qual é mantida até instantes antes da
ruptura. (95% de umidade relativa do ar e temperatura de 23±2oC.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
 Resistência à tração:
No cálculo estrutural a resistência à tração do concreto é desprezada, em virtude
das armaduras, reduzindo a sua importância.
Onde:
ftj = resistência a tração em j dias.
P é a carga de ruptura,
D e L são, respectivamente, o diâmetro e a altura do
corpo de prova.
A resistência à tração cresce menos que a resistência à compressão com o aumento da idade
(a partir de 28 dias) ou com a redução do fator água/cimento.
πDL
ftj 2P
20/09/2018
3
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
 Módulo de ruptura:
O módulo de ruptura de concreto é a sua resistência à tração na flexão. É
determinada em geral por corpos de prova prismáticos (15 x 15 x 50 cm).
É calculado pela expressão:
Onde,
P é a carga de ruptura,
L é a distância entre os apoios,
h é a altura do prisma.
Concreto e suas propriedades
 Módulo de ruptura:
• Quando se substitui o concreto de referência pelos
teores de reforço fibroso não ocorreu mudança no
valor referente à tensão de primeira fissura.
• Nos valores de deslocamentos referentes à tensão
de primeira fissura, o emprego de 1% de fibras de 13
mm de comprimento acarretou em um aumento de
6% no valor de deslocamento referente à tensão de
primeira fissura do concreto de referência.
• Em relação à máxima tensão pós-fissuração das
misturas, apenas quando se substitui o teor de 1% de
fibras de aço de 60 mm de comprimento no concreto
de referência é verificado um aumento significativo,
da ordem de 60%, no valor do módulo de ruptura do
CR.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Retração:
A retração do concreto é a contração volumétrica que ele sofre
devido a várias causas. Distinguem-se três tipos:
• RETRAÇÃO POR SECAGEM;
• RETRAÇÃO QUÍMICA;
• RETRAÇÃO TÉRMICA.
Ainda existe a retração autógena, que é um tipo de retração hidráulica,
mas está também associada à retração química.
Concreto e suas propriedades
• RETRAÇÃO POR SECAGEM:
A retração por secagem é um fenômeno inevitável em estruturas de concreto armado
em ambientes cuja umidade está abaixo da condição de saturação, pois o fenômeno é
decorrente da perda de água parao ambiente.
Quando um corpo de prova saturado é exposto a um ambiente cuja umidade relativa é
inferior a 100%, a fim de atingir um equilíbrio com o ambiente, o primeiro cede umidade
para o segundo.
Alguns fatores influenciam na retração por secagem em concretos, dentre os quais tem-
se:
• umidade do ambiente: quanto maior a umidade do ambiente ao qual a estrutura está
exposta, menor será sua retração.
• finura do cimento: cimentos mais finos, pozolânicos ou com adição de escória de alto
forno têm tendência a aumentar a retração.
• relação a/c: um aumento no volume de água do concreto aumentará a relação a/c e
reduzirá o teor de agregados da mistura podendo causar aumento da retração por
secagem.
Concreto e suas propriedades
• RETRAÇÃO QUÍMICA:
A retração química provém das seguintes causas:
• O volume absoluto dos produtos da reação dos componentes do
cimento portland com água é menor que o volume de água e
componentes anidros originais;
• Retração por carbonatação → A reação do hidróxido de cálcio presente
nos compostos hidratados do cimento, com o anidrido carbônico do ar,
origina carbonato de cálcio que tem menor volume. Esta retração afeta
somente o concreto mais superficial das peças estruturais.
Na maioria dos casos a retração química não é preocupante.
Concreto e suas propriedades
• RETRAÇÃO TÉRMICA:
As reações de hidratação do cimento portland são exotérmicas,
podendo originar o aquecimento do concreto. Como a velocidade de liberação
do calor de hidratação vai decrescendo com a idade, a partir de um dado
instante, o concreto consegue dissipar este calor e vai resfriando, dando
origem à retração térmica.
As estruturas massivas têm obviamente maior dificuldade de trocar
calor em velocidade rápida o suficiente para evitar o problema térmico. Para
atenuar os efeitos da retração térmica em estruturas massivas, usa-se, isolada
ou simultaneamente, concreto refrigerado, limitação de espessura das
camadas, adequação do intervalo entre lançamentos de camadas sucessivas,
desigualdade entre as alturas dos blocos, uso de cimento de baixo calor, adição
de pozolana etc.
As fissuras provenientes da retração térmica são, geralmente, pouco
numerosas e bastante profundas.
20/09/2018
4
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
MÓDULO DE ELASTICIDADE
Distingue-se dois tipos de módulo de elasticidade do concreto:
• Módulo tangente;
• Módulo secante Ecs (módulo de deformação), utilizado para projeto (ELS e ELU).
A norma NBR 6118 (2008), permite estimar o módulo de deformação secante (Ecs)
em função do módulo de elasticidade (Eci) pela expressão:
Na ausência de ensaios, a norma NBR 6118 (2008) adota fórmula para avaliação
do módulo tangente em função da resistência característica à compressão, na idade de 28
dias, em MPa. Para concretos de classes até C50:
O valor do módulo é bastante influenciado pelas características do agregado graúdo.
O módulo de elasticidade do concreto cresce com a idade e com a redução do fator
água/cimento.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
• MÓDULO DE ELASTICIDADE
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
• MÓDULO DE ELASTICIDADE
• Os concretos contendo 0,5% de reforço fibroso,
apresentaram uma redução na ordem de 20%
no valor de rigidez do concreto de referência
para os dois comprimentos de fibras utilizados.
• Para os concretos reforçados com 1,0% de
fibras de aço, os resultados obtidos não são
considerados estatisticamente diferentes em
relação ao concreto de referência.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
• MÓDULO DE ELASTICIDADE
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
• MÓDULO DE ELASTICIDADE
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
• COEFICIENTE DE POISSON
Quando uma força uniaxial é aplicada sobre uma peça de
concreto, resulta uma deformação longitudinal na direção da carga e,
simultaneamente, uma deformação transversal com sinal contrario. A
relação entre essas deformações é chamada de coeficiente de Poisson.
20/09/2018
5
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Deformações sob a ações de carga:
• DEFORMAÇÃO LENTA
Se uma peça de concreto for submetida à ação de uma carga
constante, sofrerá uma deformação imediata, função da carga aplicada e
do módulo de elasticidade, e um aumento gradual de deformação com o
tempo, chamada de deformação lenta (“creep”, em inglês).
A deformação lenta é constituída, portanto, de duas parcelas, a
deformação imediata e a deformação crescente com o tempo,
denominada fluência.
A fluência do concreto aumenta com:
• A intensidade do carregamento aplicado;
• A redução da umidade relativa do ar;
• Volume de pasta de cimento do concreto (até certo limite);
• A redução da resistência mecânica do concreto.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Permeabilidade e Absorção:
A permeabilidade do concreto é a propriedade que caracteriza a
possibilidade de passagem de água de uma face para a outra de uma peça
estrutural, através do material.
A absorção do concreto consiste no preenchimento dos poros em
contato com o exterior por água através de sucção capilar.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Massa específica:
A massa específica do concreto endurecido é menor que a do concreto
fresco, em que pese a retração redutora de volume (a retração é muito reduzida
para ser expressiva).
Esta redução de massa específica é função da perda de água do concreto
e é menor em ambientes úmidos.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Durabilidade:
A resistência à corrosão ou durabilidade do concreto depende de inúmeros fatores,
não só do concreto, mas também das condições que a estrutura está exposta.
A deterioração do concreto pode se manifestar por ações agressivas externas ou
internas.
• Agressões externas: ataque de águas que fazem contato com a estrutura
do concreto.
• Agressões internas: reação entre os álcalis do cimento (Na2O e K2O) e a
sílica não perfeitamente cristalizada do agregado.
Nas estruturas de concreto, a preocupação com a durabilidade não deve se limitar
ao concreto, mas estendida às armaduras.
Uma maior impermeabilidade do concreto tanto contribui para a preservação do
concreto como das armaduras.
Concreto e suas propriedades
Propriedades do concreto endurecido:
Durabilidade:
A agressão externa de natureza química mais importante se dá pela ação da água.
Os agentes agressivos usam a água como meio de transporte, dissolvidos nela.
Estas agressões são combatidas com uma maior impermeabilidade do concreto
(redução do fator água/cimento, concretagem bem feita).
Em igualdade de impermeabilidade, os concretos preparados com cimento
portland de alto forno (CPIII) e pozolânicos (CPIV) são mais duráveis frente à
maioria das agressões químicas.
As principais substâncias agressivas são:
• Ácidos: atuam por dissolução dos compostos, por reações químicas ou pela
formação de compostos expansivos;
• Sais ácidos ou bases fortes;
• Sais de magnésio ou de amônio;
• Certos sulfatos.
Concreto e suas propriedades
Concreto com aditivos:
Os aditivos são substâncias adicionadas em reduzida quantidade
no preparo do concreto, capazes de modificar o comportamento do
concreto tanto fresco como endurecido, reforçando certas propriedades
e/ou inibindo outras.
20/09/2018
6
Concreto e suas propriedades
Tipos de aditivos:
 Plastificantes ou redutores de água: são aditivos que modificam a tensão
capilar da água, aumentando o seupoder de molhagem, permitindo redução de
água para uma mesma trabalhabilidade ou o aumento da plasticidade do
concreto quando não se efetuar a redução de água.
 Superplastificantes ou superfluidificantes: são aditivos redutores de água de
ação mais energética que os plastificantes, permitindo reduções de água, por
vezes, superiores a 25%.
 Retardadores: são aditivos que retardam o início de pega do concreto,
permitindo o manuseio do concreto por mais tempo sem risco de pega.
 Aceleradores: são aditivos que aceleram o início da pega do concreto e o
endurecimento inicial, permitindo obter pega mais rápida e maiores resistências
iniciais.
Concreto e suas propriedades
Tipos de aditivos:
 Expansores: são aditivos que provocam expansões no concreto,
contrabalançando sua retração, podendo ser usados em situações excepcionais
de recuperação de estruturas e enchimento de vazios.
 Incorporadores de ar: aditivos que provocam a incorporação intencional de
bolhas esféricas de ar (0,05 a 0,5mm), que se mantêm mesmo após o
adensamento, diminuindo, em conseqüência, a permeabilidade e a exsudação e
aumentando a durabilidade do concreto e a resistência a ciclos de
congelamento e degelo.
 Impermeabilizantes: como o próprio nome indica, destinam-se a aumentar a
impermeabilidade do concreto.
 Pigmentos: são aditivos destinados a mudar a cor do concreto com efeitos
decorativos ou de segurança (envelopes de eletrodutos de cor avermelhada
para avisar em futuras escavações, da presença de cabos elétricos).