Aula 4 Cimento Portland Parte 3

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Adições Minerais
Adições Minerais
Histórico
Século XIX: Louis Vicat observou semelhanças entre as
propriedades de alguns subprodutos de indústrias siderúrgicas e do
cimento.
Fabricação do cimento Portland com adição de escória.
Início: Grandes desconfianças.
Após 1950: Divulgação e informação.
Êxito: Após a Segunda Guerra Mundial:
• Economia notável de combustível, uma vez que cada tonelada de
clínquer substituído por escória gerava uma redução de 200 Kg no
consumo de carvão (COUTINHO, 1997).
Adições Minerais
Adições Minerais
EMPACOTAMENTO
Adições Minerais
Pozolanas:
“Material silicoso ou sílico-aluminoso que em si mesmo possui
pouca ou nenhuma propriedade cimentante mas, numa forma
finamente dividida e na presença de umidade, reage
quimicamente com o hidróxido de cálcio a temperaturas
ambientes para formar compostos com propriedades
cimentantes.” (Mehta e Monteiro (1994, p.217)
Adições Minerais
Adições Minerais
Adições Minerais
Benefícios das adições minerais no concreto
Benefícios econômicos:  Substituição parcial do cimento
 Energia de produção
Benefícios ecológicos:  Subprodutos industriais
 Liberação de CO2
Benefícios técnicos: Plasticidade e coesão
Exsudação e segregação
Durabilidade (porosidade)
Resistência
Calor de hidratação
Resistência a sulfatos
Adições Minerais
Influência das adições minerais nas propriedades
do concreto fresco
1. Plasticidade e coesão:
Maior relação “volume de sólidos / volume de água”;
Melhor trabalhabilidade;
Facilidade de bombeamento e acabamento do concreto.
2. Exsudação e segregação:
Maior volume de finos;
Maior compacidade de pasta;
Menor quantidade de canais de exsudação.
Adições Minerais
Influência das adições minerais nas propriedades
do concreto fresco
3. Redução do consumo de água:
Efeito dispersor das partículas pequenas (forças
eletrostáticas), notado em pozolanas comuns;
Superpozolanas (extrema finura): Aumenta o consumo de
água  Uso de aditivos superplastificantes.
4. Calor de hidratação:
Clínquer: estágio de energia elevado;
Reação pozolânica: menor calor de hidratação do que nas
reações de hidratação do cimento;
Risco de fissuração térmica diminuído.
Adições Minerais
Influência das adições minerais nas propriedades
do concreto endurecido
1. Resistência Mecânica:
Formação de mais compostos resistentes;
Refinamento dos poros e dos cristais na pasta (maior
volume de finos);
Maior resistência da matriz na zona de transição.
2. Durabilidade:
Redução na porosidade e permeabilidade do concreto;
Menor possibilidade de entrada de agentes nocivos.
Adições Minerais
Influência das adições minerais nas propriedades
do concreto endurecido
3. Resistência a sulfatos:
Refinamento dos poros;
Redução da quantidade de Ca(OH)2 disponível para
combinar com sulfatos e gerar compostos expansivos.
4. Reação álcali-agregado:
Menor absorção de água;
Redução do total de álcalis do aglomerante (substituição de
parte do cimento);
Consumo de parte dos álcalis pela reação pozolânica.
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Cinzas Volantes
Sub-produto da combustão de carvão mineral.
Teor de cálcio variável:
Depende do tipo de carvão utilizado.
Teor de carbono não-queimado variável:
Teores acima de 5% - indesejável.
Principais efeitos:
Retardamento do tempo de pega;
Baixo calor de hidratação;
Trabalhabilidade e coesão;
Redução da porosidade.
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Sílica Ativa
Subproduto da produção de silício metálico;
Pozolana altamente reativa;
Principais efeitos no concreto:
Refinamento dos poros;
Melhoria das resistências mecânicas;
Aumenta 10 a 40% (resistência à compressão);
Aumento da coesão da pasta.
Desvantagens:
Aumento do consumo de água;
Carbonatação: • Consumo de Ca(OH)2; • Diminuição do 
PH da água capilar.
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Diâmetros Médios:
Sílica ativa: 0,1-0,12 m
Cimento: ~10 m
Cinza volante : ~10 m
Metacaulim: 1,5m
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Escória de alto-forno
Sub-produto da fabricação de ferro-gusa.
Composição: Cal, Sílica, Alumina.
Principais efeitos no concreto:
Melhor trabalhabilidade (dispersão das partículas);
Refinamento dos poros;
Maiores resistências (microestrutura mais densa).
Resfriamento rápido:
Partículas vítreas (não-cristalinas).
Moagem (finuras adequadas).
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Cinzas de Casca de arroz:
1 ton (Arroz)  200 kg (Casca) 40 kg (Cinza).
Propriedades similares à da sílica ativa.
Combustão controlada:
Sílica na forma não-cristalina;
Estrutura celular porosa;
Pozolana altamente reativa.
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Metacaulim
Calcinação e moagem de argilas cauliníticas:
600°C a 900°C;
Produto primário.
Processo de produção rigorosamente controlado:
Pozolana de alta pureza e reatividade.
MCAR: Metacaulim de alta reatividade:
Argilas extremamente finas;
Altos teores de caulinita.
Sílica e alumina no estado amorfo.
Efeito semelhante ao da sílica ativa.
Adições Mais Utilizadas no Concreto
Fíller Calcário
Materiais carbonáticos.
Praticamente inertes na mistura.
Diâmetro médio similar ao do cimento ou menor.
Principais efeitos no concreto:
Trabalhabilidade
Densidade
Permeabilidade
Exsudação
Teores Ideais para Concretos com Adições
Minerais
Definições
O concreto fresco é constituído dos agregados miúdos e graúdos envolvidos por pasta
de cimento e espaços cheios de ar. A pasta, por sua vez, é composta essencialmente
de uma solução aquosa e grãos de cimento. O conjunto pasta e espaços cheios de ar é
chamado de matriz.
O ar pode encontrar-se envolvido pela pasta, sob forma de bolhas, ou em espaços
interligados, determinando, através da predominância de uma dessas formas de
apresentação, respectivamente, a plasticidade ou a não plasticidade da mistura.
Tendo em vista a qualidade do concreto endurecido, as propriedades desejáveis para
o concreto fresco são as que asseguram a obtenção de mistura de fácil transporte,
lançamento e adensamento, sem segregação, e que, depois do endurecimento, se
apresenta homogênea, com o mínimo de vazios.
CONCRETO FRESCO
ESTADO FRESCO INICIAL:
Suspensão de partículas diversas:
• Pasta de cimento
• Agregados
• Aditivos ou adições
Endurecimento progressivo na fôrma:
• Produtos da hidratação do cimento (gel)
• Perda de água para o ambiente
CONCRETO FRESCO
ESTADO FRESCO INICIAL:
Mudanças iniciais de volume e temperatura
• Ascensão de água
• Assentamento dos agregados maiores
• Evaporação progressiva de água
• Calor de hidratação
Aumento progressivo de consistência e perda de
mobilidade = perda de TRABALHABILIDADE
TRABALHABILIDADE:
MEHTA & MONTEIRO :
Propriedade composta de pelo menos dois
componentes principais: fluidez, que
descreve a facilidade de mobilidade do
concreto fresco; e a coesão, que descreve
a resistência à exsudação ou à segregação.
TRABALHABILIDADE:
Quando as argamassas misturadas com agregado graúdo,
apresentam características (consistência e diâmetro
máximo do agregado) adequadas ao tipo da obra a que se
destinam (dimensões das peças afastamento e distribuição
das barras das armaduras) e aos métodos de lançamento,
de adensamento e de acabamento, que vão ser adotados,
diz-se que elas são trabalháveis.
A noção de trabalhabilidade é, portanto, muito mais
subjetiva que física. O comportamento físico mais
importante da trabalhabilidade é a consistência, termo
que, aplicado ao concreto, traduz propriedades intrínsecas
da mistura fresca relacionadas com a mobilidade da massa
e a coesão entre os elementos componentes, tendo em
vista a uniformidade e a compacidade do concreto e o bom
rendimento da execução.
TRABALHABILIDADE:
A trabalhabilidade, como se vê, não é apenas característica
inerentes ao próprio concreto, como a consistência;
envolve também as considerações relativas à natureza da
obra e aos métodos de execução adotados. Assim, um
concreto conveniente para peças de grandes dimensões e
pouco armadas pode não o ser para peças delgadas e
muito armadas, além disso, um concretoque permita
perfeito adensamento com vibração (sem segregação dos
elementos componentes e sem deixar vazios) dificilmente
proporcionará moldagem satisfatória com adensamento
manual. Um concreto pode, portanto, ser trabalhável num
caso e não o ser em outro. Há, ainda, misturas que não são
trabalháveis em caso algum.
TRABALHABILIDADE:
A trabalhabilidade é fundamental para se conseguir
compactação que assegure a máxima densidade possível,
com aplicação de uma quantidade de trabalho compatível
com o processo de adensamento a ser empregado.
Para cada tipo de compactação, deve haver uma
quantidade ótima de água para a mistura em estudo, com
a qual a soma do volume de vazios da água removido e das
bolhas de ar seja mínima. Com essa quantidade ótima de
água, a máxima densidade do concreto será obtida, o que
concorrerá para maior resistência mecânica do concreto,
melhor aderência e ancoragem das armaduras, melhor
impermeabilidade e resistência aos agentes agressivos.
CONSISTÊNCIA
• A consistência foi definida pela ACI como “a relativa
mobilidade ou facilidade de o concreto ou argamassa
escoar”. Depende fundamentalmente de duas
propriedades: a compacidade e a mobilidade.
• A compacidade poderia ser definida como a
propriedade do concreto fresco que determina a
quantidade de trabalho interno necessário à completa
compactação.
• A mobilidade, por sua vez, pode ser definida como a
propriedade inversamente proporcional à resistência
interna à deformação, e depende de três características
do concreto fresco – ângulo de atrito interno, coesão e
viscosidade.
CONSISTÊNCIA
• Teor de água/mistura seca: o principal fator que influi
na consistência é, sem dúvida, o teor de água/mistura
seca, expresso em porcentagem do peso da água em
relação ao peso da mistura de cimento e agregados.
• Granulometria e forma do grão do agregado: Se fixar o
fator de água /mistura seca, e se modificar a
granulometria, ou seja, a relação agregado
miúdo/agregado graúdo, observa-se-á uma mudança na
consistência do concreto.
CONSISTÊNCIA
• Aditivos: Concretos plásticos, preparados com
agregados satisfatórios, suficiente cimento e correta
quantidade de água para permitir determinada
consistência, não necessitam de aditivos. Estes, no
entanto, são úteis nos concretos pobres e ásperos. O uso
indiscriminado dos aditivos, porém, pode determinar
efeitos mais prejudiciais que benéficos.
CONSISTÊNCIA
• Tempo e Temperatura: As misturas de concreto recém-
preparadas enrijecem com o tempo. Esse enrijecimento
não devem ser confundido com a pega do cimento, pois
resulta da absorção de parte da água pelo agregado, da
evaporação de outra parte, sobretudo se o concreto
estiver exposto ao sol e ao vento, e, ainda, da perda da
água utilizada nas reações químicas de hidratação
iniciais. A consistência também é afetada pela
temperatura ambiente, que modifica a temperatura do
próprio concreto.
Métodos para avaliação da consistência
Classificação dos ensaios:
• Ensaios de abatimento;
• Ensaios de penetração;
• Ensaios de escorregamento;
• Ensaios de compactação;
• Ensaios de remoldagem.
Ensaio de Abatimento
Num molde de chapa metálica, com forma de tronco de
cone de 20 cm de diâmetro na base, 10 cm no topo e 30
cm de altura apoiado numa superfície rígida, o concreto
fresco é moldado em três camadas iguais adensadas cada
uma com 25 golpes, por uma barra de 16 mm de diâmetro
e 60 cm de comprimento, de acordo com o MB-256.
Ensaio de Abatimento
Após a compactação da última camada, retirar o excesso
de concreto, alisar a superfície com uma régua metálica.
Em seguida o molde é retirado verticalmente, deixando o
concreto sem suporte lateral. Sob a força da gravidade, a
massa abate mais ou menos simetricamente, aumentando
seu diâmetro médio, enquanto sua altura mais ou menos
simetricamente, aumenta seu diâmetro médio, enquanto
sua altura diminui.
O abatimento ou slump corresponde à diferença entre 30
cm e a altura após a remoção do cone.
Ensaio de Abatimento
Ensaio de Abatimento
MB 256 (NBR 7223) substituída por NBR NM 67:1998
Ensaio de Abatimento
MB 256 (NBR 7223) substituída por NBR NM 67:1998
Ensaio de Penetração – Bola de Kelly
Este teste consiste na determinação da profundidade do
mergulho de um cilindro, tendo um hemisfério num dos
extremos, com 15 cm de diâmetro e 15 kg de peso (ASTM-
C 360).
Na prática, a bola de Kelly é
utilizada para verificar as
alterações da mistura, tais como
as decorrentes da variação de
umidade.
Ensaio de Escorregamento
Este ensaio de laboratório nos dá indicação da
consistência do concreto e de sua qualidade quanto à
segregação: é medido pelo espalhamento de um tronco
cone desse material sujeito a golpes. É apropriado para os
concretos pouco plásticos, ricos e coesivos. O ensaio é
normalizado pela ASTM-C 124. O aparelho consta
essencialmente de uma mesa metálica de 75 cm de
diâmetro, montada sobre um suporte que lhe permite
aplicar quedas de 12 mm. Um molde, com a forma de um
tronco cone de 25 cm de diâmetro na base, 17 cm no topo e
altura de 12,5 cm, é colocado no centro da mesa e o
enchimento é feito em duas camadas e compactado da
mesma maneira que o ensaio de abatimento.
Ensaio de Escorregamento
O molde é removido e são aplicados à mesa 15 golpes em
15 segundos. O concreto se espalha sobre a mesa; mede-se
o diâmetro médio do concreto espalhado. O
escorregamento é avaliado como porcentagem do
diâmetro original (25 cm)
Ensaio do fator de compactação Aparelho 
de Glanville
O grau de compactação, é medido pela relação entre os
pesos específicos, isto é, entre o peso específico
atualmente observado no ensaio e o peso específico do
mesmo concreto completamente compactado.
'W
W
FC =
•W = massa de concreto dentro do
recipiente cilíndrico.
•W' = massa do mesmo concreto
perfeitamente adensada dentro do
recipiente cilíndrico.
O concreto é posto cuidadosamente no primeiro
recipiente, deixado cair no segundo e, enfim, no terceiro,
onde é medido seu peso específico.
Tempo de remoldagem Ensaio VeBe
✓ Moldar o concreto na forma tronco-cônica;
✓ Remover o molde;
✓ Ligar a mesa vibratória;
✓ Medir o tempo necessário para o concreto
passar à forma cilíndrica.
Consta da medida do tempo
necessário para que se verifique
a completa moldagem de um
tronco de cone moldado em
forma idêntica à do ensaio de
abatimento.
Tempo de remoldagem Ensaio VeBe
Definições
O concreto, considerado como um sólido a partir da pega, é um material em perpétua
evolução. É sensível às modificações das condições ambientes, físicas, químicas,
mecânicas, com reações geralmente lentas registradas de certo modo nas suas
características, que dependem de sua história. A idade e a história do concreto
condicionam em proporção importante as suas características e propriedades.
Essas características e propriedades, em seu conjunto, qualificam o concreto. Devem,
entretanto, ser consideradas em termos relativos, segundo a qualidade exigida para
um fim determinado de construção.
O conhecimento das propriedades, de suas possibilidades e limitações e dos fatores
que as condicionam é o elemento que permite ao engenheiro escolher o material
adequado para o trabalho em suas obras.
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
PROPRIEDADES DO CONCRETO 
ENDURECIDO:
•Resistência a ser especificada para o concreto:
Em todos os projetos  Compressão simples
Em projetos especiais  Módulo de 
Elasticidade; Tração simples; Tração por 
compressão diametral; Tração por flexão; 
Desgaste por abrasão; Cisalhamento direto
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corposde-
prova cilíndricos. 
•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 à 48 h; 
-“cura” em câmara úmida ou por imersão por 7 
dias; 
-Ensaio comvelocidade controlada até a 
ruptura.
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
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
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Observa-se que resultados da tensão ruptura 
(fcj) obtidas no ensaio de diversos corpos de 
prova são mais ou menos dispersos em torno da 
resistência média (fcm), conforme o rigor com 
que se confeccione o concreto. 
Resistência a Tração
A resistência à tração depende de vários 
fatores, principalmente da aderência dos grãos 
dos agregados com a argamassa. De acordo com 
o método de ensaio obtém-s diferentes valores 
para a resistência à tração axial, resistência à 
tração na flexão e resistência à tração por 
compressão diametral. 
Resistência à tração axial
O ensaio para determinação direta da 
resistência à tração axial (ft) do concreto é de 
difícil execução porque os resultados são muito 
influenciados pela forma de se proceder à 
tração na máquina de ensaio. Os corpos de 
prova podem ter diferentes formatos, como 
indicado na Figura. 
Resistência à tração axial
A resistência à tração é obtida por: 
𝐹𝑡 =
𝑁𝑡𝑢
𝐴𝑐
Resistência à tração na flexão
Em vista das dificuldades encontradas na 
realização do ensaio de tração axial, durante 
muitos anos a resistência à tração foi 
determinada através de ensaio de flexão. Este 
ensaio é feito com corpos de prova de concreto 
simples, prismáticos, de seção quadrada e 
apoiada em dois cutelos, com a aplicação de 
duas cargas iguais e simetricamente dispostas 
em relação ao meio da vão, Figura.
Resistência à tração na flexão
Resistência à tração na flexão
A resistência à tração na flexão, também 
chamada de módulo de ruptura, é a tensão de 
ruptura por tração no ensaio de flexão de viga 
de concreto simples, determinada pelas 
expressões: 
𝑓𝑡 =
𝑃.𝐿
𝑏.ℎ2
→ ruptura no terço médio 
𝑓𝑡 =
3.𝑃.𝑎
𝑏.ℎ2
→ ruptura em uma distância a ≥ 0,28l . 
Resistência à tração na flexão
Observa-se experimentalmente, que a 
resistência à tração na flexão, determinada da 
maneira vista, é aproximadamente o dobro da 
resistência à tração axial. Isto se explica pelo 
fato de que, na ruptura da viga de concreto 
simples, não é verdadeira a hipótese de 
distribuição linear de tensões (hipótese de 
Navier), adotada na resistência dos materiais 
em 𝜎 =
𝑀
𝑊
, de onde foram obtidas as duas 
expressões acima. 
Resistência à tração por compressão 
diametral 
É determinada em um ensaio de um corpo de 
prova cilíndrico de 15 cm de diâmetro por 30 
cm de altura. Submetendo-se o cilindro a 
esforços de compressão linearmente 
distribuídos e diametralmente opostos, surgem 
tensões de tração perpendiculares ao plano do 
carregamento. A distribuição dessas tensões é 
praticamente uniforme na região central, 
conforme a Figura, e é dada por: 
Resistência à tração por compressão 
diametral
𝑓𝑡 =
2. 𝑃
𝜋. 𝑑. 𝑙
Onde: 
P = carga total aplicada diametralmente = pl
d = diâmetro do corpo de prova cilíndrico 
l = comprimento do corpo de prova cilíndrico 
Resistência à tração por compressão 
diametral
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.
RESISTÊNCIA À ABRASÃO
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Critério utilizado em algumas obras especiais: 
• Barragens 
• Juntas frias de concretagem
RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO
Gabi
Text Box
https://www.portaldoconcreto.com.br/
 
QUESTIONÁRIO 4.1 
 
 
11) Qual a influência da adição minerais ao concreto fresco, explique-as? 
12) Qual a influência da adição minerais ao concreto endurecido, explique-as? 
13) Quais as adições minerais mais utilizadas no concreto, cite os principais efeitos e desvantagens? 
14) Defina o concreto fresco, e quais as suas propriedades desejáveis? 
15) Como é definida a Consistência, a quais propriedades depende, e quais métodos de ensaios a classifica? 
16) Explique o ensaio de Abatimento e esquematize-o passo a passo? 
17) Defina o concreto endurecido, e quais as suas propriedades? 
18) Quais os procedimentos para o ensaio de resistência a compressão do concreto? 
19) Quais os ensaios de Resistência a tração que o concreto é submetido, explique de maneira sucinta e 
esquematize os corpos de prova de cada um dos 3 ensaios? 
20) Quais os critérios para utilização do concreto para resistência à abrasão e cisalhamento?