Materiais de Construção

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Aula 1 e 2: Quanto a origem (obtenção) – Naturais (encontram-se na natureza em condições de serem utilizados) • Areia, pedra, granito, saibro (argila), seixo rolado, madeira, betume (cadeia orgânica de hidrocarbonetos pesados), asfalto natural (betume com água e materiais minerais ou orgânicos em siltes).
 – Artificiais ou industrializados (necessitam de processos industriais para serem utilizados) • Tijolo, cimento Portland, aço, alumínio, plásticos (PVC, polietileno, polipropileno), fibra de vidro, pó-de-pedra, asfalto de petróleo (destilado com maior teor de betume).
Classificação dos materiais de construção: • Quanto a composição química: Orgânicos • Madeira. – Inorgânicos • ATIVOS – QUIMICAMENTE ATIVOS » AÉREOS (Reagem com a água e ação do CO2 do ar) • Cal (CaO), gesso (CaSO4). >> HIDRÁULICOS (Reagem com a água e depois de endurecido não dissolvem mais) • Cimento.
• Quanto a composição química – Inorgânicos • ATIVOS (continuação) – FISICAMENTE ATIVOS (QUIMICAMENTE INERTES) » Asfalto, betume (reagem a altas temperaturas e repelem a água = hidrófugos). • INERTES – Materiais metálicos (aço, alumínio, bronze), litóides (pedras), litóides associados (pasta de cimento, argamassa, concreto).
• Quanto a composição química – Inorgânicos inertes (continuação) • Pasta ou calda ou nata de cimento = cimento + água • Argamassa = cimento + água + agregado miúdo • Concreto = cimento + água + agregado miúdo + agregado graúdo – Agregado miúdo = areia, pó-de-pedra – Agregado graúdo = pedra britada (brita), seixo rolado, pedra de mão
• Quanto a utilização – Estruturais • Concreto, madeira, aço, vidro estrutural, tijolo de concreto (alvenaria estrutural). – Acessórios • Materiais usados como revestimentos (argamassa, chapisco, gesso), enchimentos (tijolos cerâmicos furados ou blocos de isopor em lajes treliçadas ou nervuradas), fechamentos (vidro em esquadrias), entre outros.
Condições de utilização do material de construção:
• TÉCNICAS – Trabalhabilidade • Ex.= o fácil manuseio do enchimento de isopor em relação ao enchimento com tijolo cerâmico numa laje treliça (nervurada). – Rapidez ou velocidade de execução • No ex. anterior a laje treliça de enchimento com isopor tem menor tempo de execução. – Resistência • Ex.=resistência a compressão no concreto (fck) de 25Mpa.
– Durabilidade • Ex.=concreto armado estrutural de uma barragem deverá durar 1.000 anos. – Segurança e higiene • Condição necessária de manuseio do material em todas as etapas construtivas, se possível.
• ECONÔMICAS – Custos de aquisição (Preço de compra): • Obtenção (mais complexa ou difícil = mais caro) • Transporte até o local da obra (mais longe = mais caro) • Descarga na obra (custo pode não estar incluso no frete) • Impostos e seguro (materiais importados = mais caro).
– Custos de utilização na obra: • Aplicação (difícil aplicação = mais tempo = mais caro) • Conservação ou manutenção durante a aplicação na obra (Ex. o concreto estrutural é um material que exige um cuidado maior até o seu endurecimento = mais equipamentos e mais mão-de-obra = mais caro) • Reutilização e/ou reaproveitamento (ex.= formas metálicas para estruturas de concreto são reutilizadas muito mais vezes numa obra do que as de madeira = mais barato).
• ESTÉTICAS – Visual (aparência) • o material acabado deve ser visualmente agradável tanto para os usuários quanto para os vizinhos ao prédio. – Ex1 = o revestimento externo do prédio não pode apresentar manchas logo após a entrega da construção ao cliente – Ex2 = Impacto visual de diversas vigas num teto não rebaixado – Arte • Ex. na Engenharia = Pontes e viadutos estaiados (RJ) • Ex. na Arquitetura = Prédios em concreto aparente (DF).
• AMBIENTAIS – Materiais ecologicamente corretos • Telhas ecológicas (material reciclável) • Madeira certificada (de reflorestamento) – Reaproveitamento e reutilização dos materiais • Na própria obra e em outras (ex. escoramentos metálicos) – Minimização de resíduos e descarte adequado • “Obra mais limpa” (ex. prédios em estrutura metálica) • Resíduos de obras em aterro próprio – Sustentabilidade na construção civil • Maior qualidade e/ou menor custo  Menor desperdício.
Condições de utilização do material de construção: O MATERIAL DE CONSTRUÇÃO a ser empregado num determinado local da obra deve ser aquele que atenda as condições técnicas, estéticas e ambientais, com o menor custo possível.
Aula 3: • Considerações sobre a normalização – Especificações técnicas • Memorial descritivo (geral) – Descrição geral dos materiais a serem empregados e dos locais da construção, para compreensão por leigos do projeto de engenharia e sua aparência após construído • Especificações técnicas (detalhado) – Indicam as propriedades mínimas dos materiais e como devem ser empregados na construção, de forma detalhada para o construtor realizar a obra de acordo com o projeto » Especificações de materiais (na fabricação) » Especificações de execução (emprego na obra).
– Especificações técnicas (como especificar materiais) • Maior exatidão possível em todos os elementos; – Esquecimento = dúvidas de intepretação • Citar todos os dados técnicos, mesmo os óbvios; – Omissão = construtor pode desconhecer ou ser antiético • Nomear, citar classificação, tipo e dimensão desejada; – Não é recomendado citar a marca do material > Preferência • Consulta a catálogos atualizados – Pequenos detalhes podem fazer grandes diferenças • Guia para especificações  servirá para diversos projetos.
– Normas técnicas • Objetivo principal – Regulamentar a classificação, produção e o emprego dos materiais e serviços >>Padronização e regras (boas práticas) > QUALIDADE (TECNOLÓGICA, COMERCIAL, SOCIAL E AMBIENTAL) • Histórico – Dimensões padronizadas em construções antigas » Pedras no Egito, tijolos na Pérsia, Aquedutos em Roma ... – Antigamente, após a revolução industrial > Reputação do fabricante = qualidade > monopólio industrial – Hoje > Entidades normalizadoras > competitividade.
Normas técnicas • Níveis de normalização NORMALIZAÇÃO:
Internacional Menos restritiva > Regionais > Nacionais > Associações de um setor > Empresariais mais restrita > 
– Normas técnicas • Principais entidades normalizadoras: » INTERNACIONAL ISO (International Organization for Standardization)Grego =, IOS Coordenação geral das entidades com sede na Suíça, fundada em 1947 » REGIONAL COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas) Coordenação das entidades Panamericanas, fundada em 1949 (renomeada em 1964) »REGIONAL AMN (Asociación Mercosur de Normalización) desde 1991 NM » NACIONAIS ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas)criada em 1940 » ASTM (American Society for Testing and Materials)desde 1898 » DIN (Deutsches Institut für Normung)desde 1917 » AFNOR (Association Française de Normalisation) desde 1926 » BSI (British Standards Institution) desde 1901 » JISC (Japanese Industrial Standards Committee) desde 1949.
• Entidades em outros níveis de normalização: » ASSOCIAÇÕES DE UM SETOR . IEC (International Electrotechnical Commission) desde 1906 » ACI (American Concrete Institute) desde 1904 » NFPA (National Fire Protection Association – USA) desde 1896 » ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland) desde 1936 » ABPE (Associação Brasileira de Tubos Poliolefínicos e Sistemas) desde 1994 » EMPRESARIAIS. PETROBRÁS = Norma Técnica Petrobras (NTP) Exemplo: N-0047J = Levantamento topográfico georreferenciado – Procedimento (09/2012) » SABESP = Norma Técnica Sabesp (NTS) Exemplo: NTS 122 = Cal virgem e cal hidratada para tratamento de água – Procedimento (11/13 R.3).
– Tipos de normas • Normas ou procedimentos > Diretrizes para cálculos e métodos de execução • Especificações > Prescrições dos materiais • Métodos de ensaio > Processos e amostragem • Padronizações > Dimensões de produtos e materiais • Terminologias > Nomenclatura técnica • Simbologia > Convenções de desenho • Classificações > Ordenação e divisão de elementos Raramente, uma norma tem mais de um tipo com o mesmo número.
• Considerações sobre a normalização ISO 9000 =Quality management (Gestão da qualidade) – ISO 9001:2008 (em revisão até final de 2015*) – Procedimento para sistemas de gestão da qualidade – ISO 9000:2005 – Terminologia da linguagem e conceitos básicos – ISO 9004:2009 – Procedimento para maior eficiência e eficácia em sistemas de gestão da qualidade – ISO 19011:2011 – Procedimento para auditorias internas e externas em sistemas de gestão da qualidade *VIGÊNCIA das normas ISO = Revisões periódicas a cada 5 anos
ISO 14000 = Environmental management (Gestão Ambiental) – ISO 14001:2004 (em revisão até final de 2015) – Procedimento para sistemas de gestão ambiental – ISO 14004:2004 – Procedimento para sistemas de gestão ambiental com guia geral dos princípios, sistemas e suporte técnico – ISO 14006:2011 – Procedimento para Ecodesign em sistemas de gestão ambiental – ISO 14064-1:2006 – Especificação com guia em nível organizacional para quantificar e divulgar as emissões de gases de efeito estufa e sua remoção
• Considerações sobre a normalização – Certificação (tipos) • Qualidade – Boas práticas de gestão (normas ISO) – Qualidade na fabricação • Conformidade – Fabricado ou executado conforme as normas (INMETRO e ABNT) • Acreditação – Laboratórios de calibração e ensaios » Ensaios de proficiência cf. os padrões e normas (ABNT) – Organismos de inspeção (ex.: inspeção veicular) – Organismos de certificação
– Certificação (entidades certificadoras) • ABNT – Certificação NBR ISO 9001, ISO 14001, NBR 16001 (ISO 26000) – Acreditação de laboratórios • INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) – Selo do INMETRO – Certificação de conformidade de produtos e serviços – Certificação NBR ISO 9001, NBR ISO 14001 – Acreditação de Laboratórios e de organismos de inspeção • Bureau Veritas (1828)  BVQI (Bureau Veritas Quality International) • Outras  Acreditação de certificadoras pelo INMETRO
– Lei federal 4150 de 1962 • Torna obrigatório o uso das normas ABNT em contratos de obras públicas, inclusive nas compras – Lei federal 8666 de 1993 • Lei das licitações e contratos da Administração pública • Uso das normas ABNT em projetos e serviços de obras públicas (Seção II, Art. 6°): ... ”X - Projeto Executivo - o conjunto dos elementos necessários e suficientes à execução completa da obra, de acordo com as normas pertinentes da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT;”
Aula 4: – Propriedades gerais dos corpos• Porosidade = Matéria não é contínua, tendo espaço entre as massas; • Divisibilidade = Dividem em fragmentos cada vez menores; • Indestrutibilidade = Matéria ser indestrutível.
– Propriedades gerais dos corpos (sólidos)• Dureza = Resistência ao serem riscados; • Tenacidade = Resistência ao choque ou percussão; • Maleabilidade ou Plasticidade = formação de lâminas sem se romperem; • Ductibilidade = Redução a fios sem se romperem . • Durabilidade = Permanecem inalterados com o tempo; • Desgaste = Perda de qualidade e dimensões com o uso contínuo; • Elasticidade = Retornam a forma primitiva após um esforço.
• Tipos de ensaios de materiais: – Gerais • Físicos • Mecânicos – Estáticos – Dinâmicos – Especiais • Petrográficos • Metalográficos • Técnicas especiais • Massa específica; • Temperatura; • Absorção de água; • Porosidade; • Condutibilidade térmica; • Condutibilidade elétrica; • Aderência. – Gerais (Mecânicos) • Compressão; • Tração; • Dobramento; • Cisalhamento; • Torção; • Flexão; • Dureza; • Choque.
• Tipos de ensaios de materiais: – Especiais • Petrográficos; • Metalográficos: – Micrográficos; – Macrográficos. • Técnicas especiais – Ductibilidade > capacidade de formar fios; – Maleabilidade > capacidade de formar placas; – Fusibilidade > capacidade de se fundir; – Soldabilidade > capacidade de se soldar; – Outros.
5 aula: • Aglomerantes – Definição: • Aglomerantes  aglomerar, aglutinar, ligar ou fixar outros materiais entre si (agregados) na construção civil  Secagem, endurecimento ou reações químicas  Aglomerado ou pasta  Propriedades específicas (resistência, durabilidade, ...)
• Classificação dos aglomerantes – Processo de endurecimento • AGLOMERANTES ATIVOS – QUIMICAMENTE ATIVOS (endurecem com reações químicas) » AÉREOS (Reagem com a água antes e depois de endurecido e endurece com a ação do CO2 do ar) • Cal (CaO), gesso (CaSO4). » HIDRÁULICOS (Reagem com a água e depois de endurecido não dissolvem mais) • Cimento Portland – QUIMICAMENTE INERTES (endurecem fisicamente  secagem) » Asfalto, betume (reagem a altas temperaturas e repelem a água = hidrófugos) = aglomerantes basicamente orgânicos. » Argila
• Classificação dos aglomerantes (Composição) – Simples (aglomerante + 5% outros  melhorar produto final) • Cal e cimento Portland comum – Compostos (aglomerante + subprodutos industriais ou produtos de baixo custo > custo de produção relativamente mais baixo e com propriedades específicas) • Cimento metalúrgico (com escória de alto forno) • Cimento pozolânico (com pozolana) – Mistos • Argamassa de revestimento com cimento Portland e cal – Aditivados (aglomerante + >5% outros > propriedades especiais) • Cimento Portland com aditivo retardador de pega
• Aglomerantes minerais ou inorgânicos – Aglomerantes tipicamente inorgânicos • Grande concentração de minerais • Cimento Portland • Argila (usada na fabricação do cimento) – Aglomerantes tipicamente orgânicos • Pouca concentração de minerais • Polímeros • Asfalto • Materiais betuminosos (impurezas minerais)
• Pega do aglomerante mineral – PEGA • Início > Solidificação da pasta > perde plasticidade, trabalhabilidade (não pode mais trabalhar). • Fim > Pasta solidifica-se completamente = enrijecimento ou Endurecimento – Classificação pelo tempo de início de pega: • Pega rápida < 30 min (ex. gesso) • Pega semirrápida 30~60 min (cimento Portland -gesso) • Pega normal 60 min~6 horas (cimento Portland) • Pega lenta > 6h (cal) – ENDURECIMENTO • Resistência a esforços mecânicos • Pode durar anos, se as condições de conservação forem favoráveis.
AGLOMERANTES INORGÂNICOS:• CAL – Origem • Extração da rocha calcária • Coloração branca • Composição: – Óxidos de cálcio (CaO) = principal componente; – Óxidos de magnésio (MgO); – Sílica; – Óxidos de ferro; – Óxidos de alumínio.
• CAL – Cal virgem (ou cal viva) • Obtenção: Rocha calcária (extração)  Calcinação (queima) • Tipo de grãos: tamanho grande e estrutura porosa ou pulverulento (em pó).
 – Cal hidratada (ou cal extinta) • Obtenção: hidratação da cal virgem  Extinção – Cal extinta  extinção na obra – Cal hidratada  extinção na fábrica (usina) • Tipo de grãos: flocos ou em pó
CAL (classificação dos tipos) – Composição: • Cal cálcica: ≥ 75% de CaO – Vantagem: maior capacidade de sustentação da areia • Cal magnesiana (ou dolomito): ≥ 20% MgO – Vantagem: maior trabalhabilidade nas argamassas – Rendimento (aumento de volume da pasta = rendimento): • Cal gorda: ≥ 1:1,82 – Exemplo: Cal cálcica • Cal magra: < 1:1,82 – Exemplo: Cal magnesiana ou cal dolomítica.
• CAL (principais aplicações na construção civil) – Cal hidratada x Cal extinta • Vantagens – Facilidade de manuseio, transporte a armazenamento; – Maior segurança (queimaduras)  pronto p/uso  extinção e envelhecimento já processados na usina. • Desvantagens – Menor rendimento; – Menor capacidade de sustentação da areia; – Misturas com argamassas menos trabalháveis. – Cal hidratada • Embalagens: 8, 20, 25 ou 40kg • Tipos principais (NBR-7175): – I  CH – I : Cal hidratada especial; – II  CH – II : Cal hidratada comum; – III  CH – III : Cal hidratada com carbonatos. • CH-I e CH-II têm maior uso na construção  + retenção de água e de areia  + econômicas
6 Aula: • Cimento Portland (propriedades) – Pega (processo de hidratação) • Cimento (grãos em suspensão) → aglutinação da mistura por floculação → solidificação (estabilização da estrutura) – Endurecimento • A reação de hidratação continua em idades subsequentes → Propriedades mecânicas (resistência) do produto final – Trabalhabilidade da pasta de cimento X Início de pega • Misturar, transportar,lançar e adensar → se normal (pega > 1h) – Aditivos: » Acelerar pega (Cloreto de cálcio, …) → Ex.: reparo de vazamentos » Retardar pega (Açúcares, orgânicos...) → Ex.: concreto submerso
• Cimento Portland (propriedades) – Finura (tamanho dos grãos do cimento) • Peneira #0,075mm (n°200) ↔ 15% resíduo* (peso máx retido) • ↑ finura do cimento X qualidade do produto: – ↓ grãos = ↑ superfície (contato) = ↑ vel. reação H2O – ↑ trabalhabilidade – ↑ coesão (estabilidade mecânica) – ↑ impermeabilidade (menos vazios) – ↓ segregação (ex. exsudação = Cim↘ , H20massa ↗) – ↑ resistência inicial (CP ARI = + fino = 6% resíduo*)
• Cimento Portland (propriedades) – Estabilidade (expansão volumétrica após endurecimento*) • Supercalcinação (>1.900°C) no fabricação do clinker • Peça endurecida de cimento com CaO e MgO(% consideráveis) → hidratação*(+lenta) → volume do material aumenta → MICROFISSURAÇÃO → Desagregação do material da peça – Reação Álcali-Agregado (expansão volumétrica) • Álcalis (cimento) + Sílica (agregados) = Expansão→ trincas – Ambientes agressivos (mar, terras ou águas ácidas, ...) • Cal do cimento é atacado (agregados não = inertes) • Cimento - Cal → resistentes (ex. Hidraulites e cimento Al.)
• Cimento Portland – HIDRAULITES – Cimento metalúrgico • Aditivo = Escória de alto forno (~20 a 30% ≈ 80% da mistura) – Obtenção (=fusão): Impurezas do minério de ferro dentro dos altos-fornos para a fabricação de ferro gusa (fabricação de aço) + adição de fundentes (calcário e dolomita) e as cinzas do coque (combustível usado) – Granular → moagem = fino → propriedades cimentícias • Escória + Cimento = °C de hidratação ↓, Segregação ↓ – Pega mais lenta (reação com a cal livre no cimento)
– Cimento pozzolânico • Aditivo = Pozolanas (~20 a 40% da mistura) – Obtenção: cinzas vulcânicas, rochas ígneas, argilas calcinadas, cinzas volantes, entre outras. – Aglomerante (cimento ou cal) + pozolana + H2O = compostos com propriedades cimentícias. – ↑ Trabalhabilidade, ↓ °C hidratação, ↑ Impermealização – ↑ Durabilidade, ↑ Resistência do concreto – ↑ Resistência ao ataque de meios agressivos (mar e sulfatos). – ↓ Risco de reação álcali-agregado. ==== Custo global ↓
• Cimento Aluminoso – Obtenção (=fusão): bauxita + calcário = cimento fundido – Composição = aluminatos de cálcio + outros – Propriedades: • Pega lenta e reação de hidratação é intensa → °C ↑↑↑ • ↑ Resistência (35,5 MPa em 2 dias, 40 MPa em 28 dias) • ↑ Resistência aos ataques químicos e à águas sulfatadas. • ↑ Resistência a altas temperaturas (>1.200ºC ~ 1.400°C) • ↑ Resistência a abrasão (desgaste físico por sedimentos finos) – Usos: Cimento refratário em fornos (altas temperaturas) e Revestimento interno de tubos de saneamento (abrasão)
• Cimento Portland – Sacos de 25kg, 50kg ou a granel (usinas de concreto na obra) – Nomenclatura:
• Tipo de cimento → Composto com ou sem aditivos • Classe de resistência → Mínima a compressão em 28 dias (MPa)
• Tipo I (CP I): Cimento Portland comum – Composição: • Clinker (maior parte) + gesso (~5%) como retardador de pega • Variante (CP I-S) com aditivo: Pozolana (1~5%) – Norma de fabricação: NBR 5732 – Resistências (28 dias): 25, 32 e 40 MPa – Usos: Construções sem condições especiais e sem exposição a agentes agressivos (águas subterrâneas, esgotos, água do mar, sulfatos) – Custos: R$......... → Elevado (muito clinker → pouco fabricado)
• Tipo III (CP III): Cimento Portland de alto-forno – Composição: Clinker + gesso + (Aditivo: 35 a 70% de escória) – Norma de fabricação: NBR 5735 – Resistências (28 dias): 25, 32 e 40 MPa – Características: ↓°C hidratação, ↑impermeabilidade, ↑durabilidade e ↑resistência a sulfatos – Usos: Obras de grande porte e sujeitas a condições de alta agressividade (barragens, fundações, tubos para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos) – Custos: R$......... (grande porte → à granel e sob encomenda)
• Tipo IV (CP IV): Cimento Portland pozolânico – Composição: Clinker + gesso + (Aditivo: 15 a 50% de pozolana) – Norma de fabricação: NBR 5736 – Resistências (28 dias): 25 e 32 MPa – Características: ↑↑↑impermeabilidade, ↑↑↑durabilidade, ↗resistência (a longo prazo) – Usos: Obras expostas à ação de águas correntes e ambientes agressivos. – Custos: R$.........
• Tipo V (CP V): Cimento de Alta Resistência Inicial (ARI) – Composição: Processo de fabricação diferenciado • Clinker + gesso (Aditivo não) com % diferenciado de argila • Finura maior → hidratação + rápida. – Norma de fabricação: NBR 5733 – Resistências mínimas: 1dia = 14MPa, 3dias = 24MPa e 7dias = 34MPa – Características: desenvolve resistência mais rápido – Usos: obras com desforma rápida do concreto, na confecção de elementos pré-moldados, blocos, postes, tubos, entre outros – Custos: R$.........
• Cimento Resistente a Sulfatos (CP n-RS): – Fabricação (ABCP): Tipo n (qualquer tipo de cimento Portland*)-RS – Composição (*requisitos para o cimento Portland Tipo n): • Clinker com <8% C3A • Adições: – Carbonáticas ≤5% – 60% e 70% de massa de escória (cimento Tipo alto-forno) – 25% e 40% de massa de pozolana (cimento Tipo pozolânico) – Usos: redes de esgotos de águas servidas ou industriais, obras em água do mar e em solos ou ambientes com agentes agressivos (sulfatados) – Custos: R$.........
• Cimento Portland - Branco (CPB): – Tipos: CPB estrutural e CPB não-estrutural – Composição (fabricação em condições especiais → cor branca): • Caulim (silicato de alumínio hidratado) no lugar da argila • % baixos teores de óxido de ferro e manganês – Resistências (28 dias): 25, 32 e 40 MPa – Usos: • CPB estrutural - concretos brancos para fins arquitetônicos • CPB não estrutural - rejuntamento de azulejos e usos não estruturais • Cimento + pigmentos → concretos coloridos – Custos: R$.........