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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL I Professor: Esp. Luiz Claudio Silva Pires E-mail: luizfinomaluno@hotmail.com FACULDADE FINOM DE PATOS DE MINAS CENTRO BRASILEIRO DE EDUCAÇÃO E CULTURA - CENBEC DIRETORIA ACADÊMICA Plano de Ensino • Introdução ao estudo dos materiais de construção. • Aglomerantes minerais. • Cimento. • Agregados para concreto. • Propriedades do concreto nos estados fresco e endurecido. • Dosagem do concreto. • Produção e aplicação do concreto. • Controle tecnológico. • Aulas : • Segunda - Feira - 3º e 4° • Quarta - feira - 3° Plano de Ensino e Critérios de avaliação • Atribuição Bimestral - 10 pontos : • Exercícios avaliativos – 1,0 pontos • Prova final - 7,0 pontos • Aulas Laboratório – 1,5 pontos ( Chaleco) • Biblioteca – 0,5 ponto ( Resumo) ate o dia da prova. • OBS: Somente livros da BIBLIOTECA • Aprovação mínima total - 7,0 pontos • Demais formas de avaliação, de acordo com as normas da Instituição. 73% 10% 1% 16% Percentual avaliativo Provas Bimestrais Exercicios Biblioteca Laboratorio ÉTICA • RESPEITO •HONESTO • RESPONSABILIDADE SOCIAL • CARÁTER • PALAVRA Materiais Necessários Leitura Tecnologia/Ferram entas • Livros/ Biblioteca • Artigos • Web • Outros • Calculadora Livros • BAUER, L A Falcão. Materiais de construção, V.1, Rio de Janeiro: LTC, 2001. • CARVALHO, Roberto Chust; FIGUEIREDO FILHO, Jasson Rodrigues de. Cálculo e detalhamento de estruturas usuais de concreto armado. Florianópolis: EDUFSCAR, 2004. • RIBEIRO, Carmen Couto. Materiais de construção civil. 3. ed. Belo Horizonte: Ed. UFMG, 2011. • BEER, Ferdinand Pierre; JOHNSTON JR, E. Russell. Mecânica vetorial para engenheiros: cinemática e dinâmica. 5. ed. V. 2, São Paulo: Makron Books, 1991. • BERTOLINI, Luca. Materiais de construção: patologia, reabilitação, prevenção. São Paulo: Oficina de Textos, 2010. • BOTELHO, Manuel Henrique Campos. Concreto armado eu te amo. V.1, São Paulo: Edgard Blucher, 2010. • FREIRE, Wesley Jorge. Tecnologias e materiais alternativas de construção. São Paulo: Ed. UNICAMP, 2004. • US NAVY, Bureau. Construção Civil: teoria e prática. V. 1, São Paulo: Hemus, 2005. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS • Os materiais usados em construções se destinam a diversos fins, tais como acabamentos, estruturas, de vedação, impermeabilizantes, etc., sendo que cada um deles exige características próprias para o fim a que se destinam. • A disciplina de Materiais de Construção Civil I tem por finalidade, essencialmente prática, estudar diferentes materiais utilizados pelo Engenheiro, suas obtenções, suas propriedades e técnicas de emprego, como elementos constituintes das edificações. Materiais de Construção Civil I • Para cumprir tal finalidade deve-se lançar mão da Ciência dos materiais, que é o ramo da ciência que estuda os materiais, suas propriedades, estrutura, performance, formas de caracterização e processamento. Cada processamento modifica a estrutura do material, alterando suas propriedades, que por sua vez delimitam o seu desempenho. Materiais de Construção Civil I • Os materiais sempre tiveram um papel fundamental na vida da humanidade. As civilizações antigas foram designadas de acordo com o domínio dos materiais, idade da pedra, idade do ferro, etc. No início o homem só tinha acesso aos materiais naturais, tais como pedras, madeira, ossos e peles. A noção inicial baseava-se na dureza. Após o domínio do fogo, tomou-se noção dos materiais inflamáveis e não-inflamáveis bem como outras transformações decorrentes da temperatura. Com o passar do tempo foi se descobrindo a possibilidade de criação de novos materiais, como cerâmica e outros metais. Em seguida os tratamentos térmicos e outros processos tiveram grande importância. Materiais de Construção Civil I • As propriedades básicas variarão de material para material. Compete ao engenheiro projetista de uma determinada obra conhecer os materiais disponíveis, ter domínio de suas propriedades básicas, em outras palavras, ter ciência dos materiais, o que permitirá com o seu emprego obter uma obra de aparência agradável quanto à sua forma, cor e acabamento, apresentando solidez que garanta durabilidade e que tenha seu custo bastante econômico. Materiais de Construção Civil I Assim, pode-se resumir que, na escolha de um material de construção, os requisitos básicos que devem nortear o engenheiro são: • Atendimento aos objetivos para o qual se destina o material; • Durabilidade; • Economia. Materiais de Construção Civil I Os materiais de construção podem ser classificados em: • Estruturais – são aqueles usados em estruturas ou com os quais são executadas estruturas. Assumem, portanto, grande importância em vista do problema de segurança da construção; • Não estruturais – são materiais de aplicação em serviços sem responsabilidade estrutural, embora em alguns casos possam colocar em perigo a segurança da construção. São os materiais de proteção (tintas, vernizes, etc.) ou os materiais de vedação (tijolos, vidros, etc.). Materiais de Construção Civil I Quanto à origem os materiais de construção podem ser naturais (pedra, areia, madeira, etc.), artificiais (cimento, vidro, aço, etc.) ou combinados (argamassa de cal, argamassa de cimento, concreto, etc.). Quanto à composição química os materiais de construção podem ser minerais – cerâmicos ou metálicos (cimento, tijolo, aço, ligas metálicas, etc.) ou orgânicos (madeira, asfalto, plástico, etc.). Materiais de Construção Civil I CONTROLE DA QUALIDADE DOS MATERIAIS A qualidade dos materiais pode ser controlada durante sua produção ou após o produto pronto, como esquematizado a seguir. INDÚSTRIA • inspeção visual • lotes • amostragem • ensaio de qualificação • decisão Materiais de Construção Civil I CANTEIRO • controle matéria prima • controle materiais • controle execução Materiais de Construção Civil I CONTROLE DE RECEBIMENTO CANTEIRO • Através de ensaios de laboratórios Em laboratórios os ensaios se dividem em: Ensaios gerais: físicos ou mecânicos; FÍSICOS • massa específica porosidade • permeabilidade Materiais de Construção Civil I • aderência • dilatação térmica • condutibilidade térmica e acústica Materiais de Construção Civil I MECANICOS Estáticos • tração • compressão • flexão • torção • cisalhamento • desgaste Materiais de Construção Civil I Dinâmicos • flexão • tração • compressão Fadiga • flexão • Tração • compressão Materiais de Construção Civil I • Macrografico • Micrografico TECNOLÓGICOS • dobramento • maleabilidade • soldabilidade • fusibilidade Ensaios especiais: metalográficos ou tecnológicos. METALOGRÁFICOS Materiais de Construção Civil I O PAPEL DA TECNOLOGIA NA ATUAL ENGENHARIA CIVIL Atualmente, observa-se um avanço na concepção de projetos, graças aos conhecimentos extraídos de pesquisas de materiais e de protótipos estruturais, que têm levado os engenheiros estruturistas a projetar e dimensionar estruturas onde são exigidas altas tensões de trabalho para o concreto e aço, partindo do pressuposto que estas estruturas serão muito bem executadas. Materiais de Construção Civil I Os engenheiros construtores são também conduzidos a lançar mão de modernos e sofisticados equipamentos, visando prioritariamente à rapidez de execução. Para garantir a qualidade da execução, o engenheiro construtor deve exercer nas matérias primas e no concreto o Controle da produção. Fica a cargo dos engenheiros fiscalizadores a preocupação com a qualidade final do produto e exercem o Controle da aceitação. Materiais de Construção Civil I Os engenheiros construtores são também conduzidos a lançar mão de modernos e sofisticados equipamentos, visando prioritariamente à rapidez de execução. Para garantir a qualidade da execução, o engenheiro construtor deve exercer nas matérias primas e no concreto o Controle da produção. Fica a cargo dos engenheirosfiscalizadores a preocupação com a qualidade final do produto e exercem o Controle da aceitação. Materiais de Construção Civil I Os engenheiros projetistas devem elaborar bons projetos tecnológicos, que apresentem especificações estabelecendo índices de qualidade para os materiais, que estes materiais possam ser facilmente adquiridos ou produzidos e que possuam durabilidade. Associados aos projetos devem ser elaborados manuais para execução da obra e para sua manutenção após concluída. Materiais de Construção Civil I NORMALIZAÇÃO É o processo de formular e aplicar normas visando: • acesso automático a atividades específicas; • otimização e economia; • funcionalidade; • segurança; • benefício e resguardo dos interesses, atendendo padrões nacionais e internacionais. Materiais de Construção Civil I EVOLUÇÃO HISTÓRICA A normalização surgiu da necessidade dos seres humanos de trocar produtos e serviços. Era preciso avaliar uma grandeza de medida através da comparação com uma grandeza da mesma espécie. A primeira iniciativa foi a comparação com elementos da natureza, tais como: pé, palmo, braço, passo, vara e assim por diante. Materiais de Construção Civil I O sistema foi evoluindo gradativamente e em 29 de novembro de 1800 foi introduzida na França a regulamentação do sistema métrico. Consistindo de barras fundidas correspondentes ao padrão de medida estipulado e que era definido como sendo a décima milionésima parte do quadrante terrestre. A normalização metódica e sistemática desenvolveu-se a partir do século XVIII e XIX, com o descobrimento das ciências naturais e descobrimentos técnicos (Revolução Francesa) e da Revolução Industrial, que introduziu a fabricação em série, podendo serem listados os seguintes eventos principais: Materiais de Construção Civil I 1839 – Sir Joseph Whitworth – padronizou uma rosca para parafuso; 1873 – aparição das primeiras normas para chapas e fios; 1876 – Mevil Dewey desenvolve a classificação bibliográfica decimal; 1877 – editada norma para especificação e ensaio de cimento Portland; 1883 – fabricantes alemães criam os formatos normalizados de papel; 1898 – conferência internacional em Zurique adota a rosca SI; 1907 – na Suécia cria-se a primeira norma eletrotécnica; 1940 – fundação da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas; 1947 – fundação da ISO – International Standartization Organization; 1973 – criação do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, no Brasil. Cimento Portland HISTÓRIA DO CIMENTO Tecnicamente, podemos definir cimento como um pó fino, com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob a ação de água. A arquitetura monumental do Egito Antigo já usava uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado que, de certa forma, é a origem do cimento. As grandes obras gregas ou romanas, como o Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de certas terras de origem vulcânicas, com propriedades de endurecimento sob a ação da água. Cimento Portland O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial. Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Cimento Portland Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland. Hoje, o cimento Portland é um material rigorosamente definido, e sua fabricação segue princípios bem estabelecidos. A grande versatilidade de emprego e notáveis qualidade de adaptação a novos produtos e métodos construtivos aumentam, a cada dia, sua ampla gama de aplicações. Cimento Portland O CIMENTO NO BRASIL No Brasil, a primeira tentativa de aplicar os conhecimentos relativos à fabricação do cimento Portland ocorreu aparentemente em 1888, quando o comendador Antônio Proost Rodovalho empenhou-se em instalar uma fábrica em sua fazenda em Santo Antônio, Estado de São Paulo. Posteriormente, várias iniciativas esporádicas de fabricação de cimento foram desenvolvidas Assim, chegou a funcionar durante três meses em 1892 uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, na Paraíba. A usina de Rodovalho operou de 1897 a 1904, voltando em 1907 e extinguindo-se definitivamente em 1918. Cimento Portland Em Cachoeiro do Itapemirim, o governo do Espírito Santo fundou, em 1912, uma fábrica que funcionou até 1924, sendo então paralisada, voltando a funcionar em 1936, após modernização. Todas essas etapas não passaram de meras tentativas que culminaram, em 1924, com a implantação pela Companhia Brasileira de Cimento Portland de uma fábrica em Perus, Estado de São Paulo, cuja construção pode ser considerada como o marco da implantação da indústria brasileira de cimento. As primeiras toneladas foram produzidas e colocadas no mercado em 1926. Até então, o consumo de cimento no país dependia exclusivamente do produto importado. Cimento Portland A produção nacional foi gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e a participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até praticamente desaparecer nos dias de hoje. O primeiro forno de cimento branco entrou em operação em 1952, sendo distribuído ao mercado, a partir de 1954. Em 1984, foi lançado o cimento branco estrutural, com o objetivo de atender construtores de obras de concepção arrojada, nos serviços de concreto aparente, pré-fabricados e pisos de alta resistência. Fonte: Votorantim Cimentos www.funtac.ac.gov.br Cimento Portland FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND O cimento é um dos materiais de construção mais utilizados na construção civil, por conta da sua larga utilização em diversas fases da construção. O cimento pertence à classe dos materiais classificados como aglomerantes hidráulicos, esse tipo de material em contato com a água entra em processo físico-químico, tornando-se um elemento sólido com grande resistência à compressão e resistente à água e a sulfatos. O cimento Portland é um material em forma de pó, constituído de silicatos e aluminatos de cálcio. Estes materiais ao serem misturados com água hidratam-se, endurecendo a massa e tendo por conseqüência uma elevada resistência mecânica. Cimento Portland Este cimento resulta da moagem do clínquer, obtido através de uma mistura de calcário (aproximadamente 80%) e argila (aproximadamente 20%), convenientemente dosada e homogeneizada, aquecida até a fusão (cerca de 1450 ºC), de tal forma que toda a cal se combine com os materiais argilosos, não resultando cal livre em quantidade prejudicial. Após esta queima, adiciona-se sulfato de cálcio (gesso), em teor que varia de 2% a 4%, a fim de regularizar o tempo de início das reações químicas do cimento. Como matéria prima para a fabricação deste composto tem-se, então, o calcário, argila e o gesso. Cimento Portland O calcário (CaCO3) existe na natureza com impurezas (SiO2, Fe3O3, Al2O3). A dolomita (CaMg(CO3)2) ou calcáreo dolomítico não deve ser utilizada na sua fabricação, pois tem pouco óxido de cálcio. A argila é constituída principalmente de silicato de alumínio hidratado, contendo também impurezas. O gesso cujo mineral é a gipsita tem suas jazidas mais importantes no nordeste. O processo de fabricação pode ser por via úmida ou por via seca, representando no primeiro caso um método mais caro, porém de melhor qualidade e controle de poluição, enquanto no segundo se invertea situação. Cimento Portland No processo por via úmida o calcário é britado, moído proporcionado e misturado à argila em forma de lama (pasta). Posteriormente são colocados em silos de homogeneização e armazenamento. Na via seca o calcáreo é britado e secado. Logo a seguir é dosado misturado com a argila, moído e conduzido a silos de homogeneização para estocagem (farinha), onde pode haver correções de sua composição. Cimento Portland Posteriormente, em ambos os processos, o material é conduzido a fornos cilíndricos de mais ou menos 70 metros de comprimento, revestidos internamente com tijolos refratários, com uma pequena inclinação em direção à uma extremidade onde existe uma fonte de calor (carvão pulverizado ou óleo combustível) de mais de 1450 °C. No forno a pasta ou a farinha sofrem as seguintes transformações: • A secagem da pasta na temperatura de 100º C; • A carbonatação, na temperatura de 500º C a 900º C, onde o calcáreo se transforma em óxido de cálcio pela reação: CaCO3 → CaO + CO2 (100%) (56%) (44%) Cimento Portland • Reação da sílica e alumina com o CaO na temperatura de 900º C a 1200º C; • Formação dos compostos cristalinos do clinquer, que são os aluminatos e silicatos de cálcio, na temperatura de 1450º C. O clinquer é obtido pelo resfriamento brusco do material fundente, que sai do forno, dando origem a grãos de diversos tamanhos. O clinquer é colocado no moinho junto com 2% a 4% de sulfato de cálcio (gesso), cuja função é a de moderar a pega dos aluminatos de cálcio. Se não fosse o gesso, o clinquer teria um endurecimento bastante rápido que inviabilizaria o emprego do material. Cimento Portland Na moagem também são colocadas as adições ativas, que serão descritas posteriormente, para a produção da maioria dos tipos de cimento. As Figura 1 e 2, a seguir, apresentam esquemas de fabricação de cimento Portland. A Figura 3 exibe uma página da ABCP – Associação Brasileira de Cimento Portland sobre um esquema “animado” da fabricação de cimento Portland. Cimento Portland Figura 1 – Esquema da fabricação de cimento Portland Figura 2 – Esquema da fabricação de cimento Portland Figura 3 – Esquema “animado” da fabricação de cimento Portland Cimento Portland CONSTITUIÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Após sofrer um aquecimento prévio, a mistura começa a ser aquecida até se transformar de pó num líquido pastoso. A primeira reação que se processa é a reação do óxido de ferro com a alumina e a cal, formando ferro aluminato tetracálcico 4CaOAl2O3Fe2O3 – (C4AF), até esgotar-se o ferro. A segunda reação é a combinação da alumina com o excedente de CaO formando o aluminato tricálcico 3CaOAl2O3 - (C3A), até esgotar-se a alumina. Finalmente, acontece a formação do silicato tricálcio 3CaOSiO2 - (C3S) e o silicato dicálcico 2CaOSiO2 - (C2S) podendo ainda resultar CaO livre em pequenas quantidades. Cimento Portland Para que haja formação destes compostos a mistura permanece no forno cerca de 4 horas. O clínquer saído do forno, passa por um resfriador para reduzir a sua temperatura, aproveitando-se este ar quente para aquecer a matéria prima no início do forno. A temperatura de saída do clínquer varia entre 50 e 70 °C. Quanto mais rápido for este resfriamento, mais reativo será o cimento daí resultante. Após este resfriamento o material é transportado e estocado em depósitos onde, anteriormente a sua moagem, é adicionado gesso. Cimento Portland HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND Após a adição de água ao cimento Portland os cristais que imediatamente reagem com ela são os de C3A, reação esta que seria quase instantânea não fosse a ação de retardamento provocada pelo gesso. A seguir reagem com a água os cristais de C3S e somente a partir de 7 dias é que se inicia a reação do C2S com a água, tal reação é lenta e ocorre por bem mais de 28 dias. Cimento Portland A alta resistência inicial é dada pelo C3S e pelo grau de moagem do clínquer. No entanto desta reação resulta muita cal hidratada, que poderá comprometer a estabilidade química do cimento. Este composto é solúvel, sendo motivo de desagregação do concreto, pois em contato com águas sulfatadas, forma etringita (sal de Candlot) que é expansiva. Após a hidratação do cimento existem dois tipos principais de cristais hidratados: • Silicatos hidratados São cristais insolúveis denominados de tobermorite; Cimento Portland • Hidróxido de cálcio Os cristais de hidróxido de cálcio, denominados de portlandite ou cal de hidratação são oriundos principalmente da reação de C3S com água. São cristais solúveis na água e, portanto, lixiviáveis quando ocorre percolação através do concreto. Esta cal dissolvida também pode reagir com o CO2 do ar, formando carbonato de cálcio, que é um sal insolúvel e gera eflorescências brancas. Os sulfatos da água do mar também reagem com esta cal formando sulfato de cálcio que se combina com a alumina do C3A formando sulfoaluminato de cálcio (etringita) que é expansivo. Cimento Portland TIPOS DE CIMENTO PORTLAND Dependendo de sua constituição mineralógica, o cimento pode apresentar propriedades específicas, que são adequadas para certos tipos de aplicações, dando origem a vários tipos de cimento. Outras opções surgiram para a produção do cimento Portland misturando ao clinquer, durante a mogem, materiais com características aglomerantes, denominadas de adições ativas. As vantagens destas adições, além da economia na produção de cimento e o aproveitamento de sub-produtos, dão origem a cimentos com características mais adequadas a alguns tipos de aplicações. Cimento Portland Estas adições são as escórias granuladas de alto forno e os materiais pozolânicos. Outra adição que tem sido praticada na produção do cimento no Brasil é a adição de calcáreo durante a moagem do clinquer, no intuito de melhorar o rendimento da produção. Esta prática é permitida pelas normas desde que o teor desta adição não ultrapasse limites estabelecidos e que o calcáreo aditivo seja puro, com teor de carbonato de cálcio de no mínimo 85%. Nestas condições a adição de pó de calcáreo se apresenta até benéfica, melhorando a resistência do cimento por uma ação física de redução da porosidade. Cimento Portland Os Cimentos Brasileiros Normalizados são os onze tipos listados a seguir: • CP I – Cimento portland comum • CP I-S – Cimento portland comum com adição • CP II-E– Cimento portland composto com escória • CP II-Z – Cimento portland composto com pozolana • CP II-F – Cimento portland composto com fíller calcáreo • CP III – Cimento portland de alto-forno • CP IV – Cimento portland pozolânico • CP V-ARI – Cimento portland de alta resistência inicial • RS – Cimento Portland Resistente a Sulfatos • BC – Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação • CPB – Cimento Portland Branco Cimento Portland Cimento Portland Comum CP I – é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição às águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos. A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos de cimento Portland). O gesso atua como um retardador de pega, evitando a reação imediata da hidratação do cimento. Este tipo de cimento é constituído por somente clinquer e gesso, sem adições. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732. Cimento Portland CP I S – tem a mesma composição do CP I (clínquer+gesso), porém com adição reduzida de material pozolânico (de 1 a 5% em massa). Este tipo de cimento tem menor permeabilidade devido à adição de pozolana. O teor de clinquer + gesso neste tipo de cimento deve estar entre 99% e 95%. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732. Cimento Portland Cimento Portland Composto São cimentos comuns onde existe a adição preponderante de escória, pozolana ou filler calcáreo. CP II-E –contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere a propriedade de baixo calor de hidratação. O CP II-E é composto de 94% a 56% de clínquer+gesso e 6% a 34% de escória, podendo ou não ter adição de material carbonático no limite máximo de 10% em massa. O CP II-E, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. Cimento Portland CP II-Z – contém adição de material pozolânico que varia de 6% a 14% em massa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas. O cimento CP II-Z, também pode conter adição de material carbonático (fíler) no limite máximo de 10% em massa. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. CP II-F – é composto de 90% a 94% de clínquer+gesso com adição de 6% a 10% de material carbonático (fíller) em massa. Este tipo de cimento é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento, porém não é indicado para aplicação em meios muito agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 11578. Cimento Portland Cimento Portland de Alto Forno O CP-III contém adição de escória no teor de 35% a 70% em massa, que lhe confere propriedades como: baixo calor de hidratação, maior impermeabilidade e durabilidade, sendo recomendado tanto para obras de grande porte e agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obras submersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos, etc.) como também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento, estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5735. Cimento Portland Cimento Portland Pozolânico O CP-IV contém adição de pozolana no teor que varia de 15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta impermeabilidade e, consequentemente, maior durabilidade. O concreto confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland comum a longo prazo. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5736. Cimento Portland Cimento Portland de Alta Resistência Inicial O CP V-ARI assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até 5% em massa de material carbonático). O que o diferencia deste último é processo de dosagem e produção do clínquer. Possui alto teor de C3S, apresentando o inconveniente de liberar muito calor de hidratação e maior quantidade de cal. O CP V-ARI é produzido com um clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aos demais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produção confere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suas primeiras idades, podendo atingir 26MPa de resistência à compressão em apenas 1 dia de idade. É recomendado o seu uso, em obras onde seja necessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5733. Cimento Portland Cimento Portland Resistente a Sulfatos Qualquer um dos tipos de cimento Portland anteriormente citados pode ser classificado como resistente a sulfatos, desde que se enquadrem dentro de uma das características abaixo: • Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente; • Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto-forno, em massa; • Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa; • Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos. É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de águas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos. Cimento Portland Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação É o cimento Portland de alto forno com baixo calor de hidratação, tendo como sigla – CP-III-BC. Cimento Portland Branco Mistura de calcário e caulim, que é uma argila branca, pois não possui óxido de ferro. Alta temperatura de cozimento torna-o mais caro. Existe o estrutural e não estrutural. Cimento Portland Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação É o cimento Portland de alto forno com baixo calor de hidratação, tendo como sigla – CP-III-BC. Cimento Portland Branco Mistura de calcário e caulim, que é uma argila branca, pois não possui óxido de ferro. Alta temperatura de cozimento torna-o mais caro. Existe o estrutural e não estrutural. Cimento Portland Outros tipos de Cimento Portland • Cimento aluminoso Cimento obtido a partir de uma mistura de calcário e bauxita, possui cor negra. Usado em argamassas refratárias, resistem aos sulfatos. Deterioração com areia granítica, sem pega com temperatura superior a 30 °C, alto calor de hidratação. Umidade e alta temperatura podem levar ao colapso. • Cimento Portland de expansão controlada Concreto sem expansão a partir do controle de CaO e MgO. Uso restrito a alguns países. Cimento Portland • Cimento de Escória Moagem da escória sem adições. Usa-se um catalisador para iniciar as reações, pois sua reação de hidratação é lenta. Usado em obras com problemas potenciais de reação álcali-agregado, tem um pH alto. Cimento Portland A Tabela 2 mostra a classificação e nomenclatura dos cimentos Portland em função de sua resistência à compressão aos 28 dias de idade, segundo as normas. REQUISITOS EXIGIDOS PARA O CIMENTO PORTLAND As normas dos diversos tipos de cimento exigem que estes atendam obrigatoriamente os limites estabelecidos para os seguintes índices físicos e químicos: Índices Químicos Perda ao fogo – o cimento é aquecido à temperatura de 1000º C e nesta condição é liberada a água de cristalização e os materiais carbonáticos, se existirem. Por esta razão, este ensaio indica a prematura hidratação do cimento e adição no cimento de materiais carbonáticos ou outras impurezas; • Resíduo insolúvel – ao ser atacado pelo ácido clorídrico, o cimento é totalmente solubilizado. Se ele contiver sílica, proveniente de impurezas do calcáreo ou de outras procedências, este ensaio acusará esta sílica mediante a elevação do resíduo insolúvel. Nos cimentos que apresentam adição de pozolanas, este resíduo é elevado, pois a pozolana é constituída por sílica. Nestes cimentos, o resíduo insolúvel indica o teor de pozolana neles presente; • SO3 – esta determinação indica o teor de gesso presente no cimento; • MgO – indica a probabilidade de existir periclase expansiva; • CO2 – por meio desta determinação é verificado se o teor de adição de calcáreo está dentro dos limites da norma; • S – o enxofre sob a forma de sulfeto é um ensaio empregado no CP-III e serve para verificar seu teor neste cimento. Índices Físicos • Finura na peneira 0,075 mm (nº 200) O grau de moagem e o tamanho do grão influi na velocidade de reação, no calor de hidratação, na retração e resistência do cimento. Cimentos mais finos têm maiores resistências iniciais; Área específica pelo permeabilímetro de Blaine Este ensaio visa determinar o grau de moagem do cimento por meio da determinação do tempo que o ar atravessa uma determinada quantidade de cimento; • Tempo de início e fim de pega O período desde a adição da água até o início das reações com os compostos é chamado de início de pega (aumento da viscosidade e temperatura). Quando a pasta deixa de ser deformável tem-se o fim de pega e início da resistência docimento. A massa continua a aumentar a coesão tendo-se então o endurecimento. Quanto mais fino o grão do cimento mais rápido é o início de pega e mais demorado o seu fim. O aumento da temperatura acelera as reações; baixas temperaturas retardam as mesmas, sendo que em temperaturas abaixo de 0 °C as reações são paralisadas. Pega rápida – menos de 30 min – pega semi-rápida – entre 30 e 60 min – pega normal – mais de 60 min; • Expansibilidade a quente e a frio Este ensaio informa sobre a presença de substâncias expansivas no cimento, tais como a magnésia cristalizada (periclase), ou se há uma quantidade excessiva de cal livre. • Resistência à compressão Na maioria dos cimentos são especificadas as resistências máximas e mínimas nas idades de 3, 7 e 29 dias de idade. A Norma Brasileira permite a variação menor ou igual a 2% no peso do saco de cimento, significando que um saco poderá conter no mínimo 49 Kg e no máximo 51 kg. Caso o peso médio de uma pesagem de 30 sacos pertencentes a um lote seja inferior a 50 kg, o lote deverá ser rejeitado. Entende-se por Lote a quantidade máxima de 30 t, referente ao cimento oriundo do mesmo produtor, entregue na mesma data e mantido nas mesmas condições de armazenamento. Agregados para Concreto Definição • Agregados para construção civil são materiais minerais, sólidos inertes que, de acordo com granulometrias adequadas, são utilizados para fabricação de produtos artificiais resistentes mediante a mistura com materiais aglomerantes de ativação hidráulica ou com ligantes betuminosos. • É geralmente, granular, sem forma e volume definidos, com dimensões características e propriedades adequadas para a preparação de argamassas e concretos (NBR 9935/05). • Uma vez que cerca de ¾ do volume do concreto são ocupados pelos agregados, não é de se surpreender que a qualidade destes seja de importância básica na obtenção de um bom concreto, exercendo nítida influência não apenas na resistência mecânica do produto acabado como, também, em sua durabilidade e no desempenho estrutural. Classificação dos agregados Os agregados podem ser classificados quanto: • À origem; • Às dimensões das partículas • À massa unitária • Composição mineralógica Quanto à origem: • Naturais - já são encontrados na natureza sob a forma definitiva de utilização: areia de rios, seixos rolados, cascalhos, pedregulhos,... Agregados miúdos. • Artificiais - são obtidos pelo britamento de rochas: pedrisco, pedra britada,... Agregados graúdos. • Industrializados - aqueles que são obtidos por processos industriais. Ex.: argila expandida, escória britada, ... Deve-se observar aqui que o termo artificial indica o modo de obtenção e não se relaciona com o material em si. Agregados industrializados Quanto à dimensão de suas partículas, a Norma Brasileira (NBR 7211) define agregado da seguinte forma: • Agregado miúdo - Areia de origem natural ou resultante do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira ABNT de 4,8 mm (peneira de malha quadrada com abertura nominal de “x” mm, neste caso 4,8 mm) e ficam retidos na peneira ABNT 0,150 mm. Areia. • Agregado graúdo - o agregado graúdo é o pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambos, cujos grãos passam pela peneira ABNT 152 mm e ficam retidos na peneira ABNT 4,8 mm. Classificação Granulométrica. Classificação Granulométrica Quanto à massa específica pode-se classificar os agregados em leves, médios e pesados. Massa específica. Massa específica de agregados Quanto à composição mineralógica Tipos Agregados Naturais: • Areia natural: considerada como material de construção, areia é o agregado miúdo. A areia pode originar-se de rios, de cavas ou de praias e dunas. As areias das praias e dunas não são usadas, em geral, para o preparo de concreto por causa de sua grande finura e teor de cloreto de sódio. Processor de obtenção da areia. • Granulometricamente areia fina (entre 0,06 mm e 0,2 mm), segundo a NBR 7211/83; • Granulometricamente areia media (entre 0,2 mm e 0,6 mm), segundo a NBR 7211/83; • Granulometricamente areia grossa (entre 0,6 mm e 2,0 mm), segundo a NBR 7211/83. Cascalho: também denominado pedregulho, é um sedimento fluvial de rocha ígnea, formado de grãos de diâmetro em geral superior a 5 mm, podendo os grãos maiores alcançar diâmetros até superiores a cerca de 100 mm. O cascalho também pode ser de origem litorânea marítima. O concreto executado com pedregulho é menos resistente ao desgaste e à tração do que aquele fabricado com brita. O pedregulho deve ser limpo, quer dizer, lavado antes de ser fornecido. Deve ser de granulação diversa, já que o ideal é que os miúdos ocupem os vãos entre os graúdos. Agregados Artificiais: • Pedra britada: agregado obtido a partir de rochas compactas que ocorrem em jazidas, pelo processo industrial da cominuição (fragmentação) controlada da rocha maciça. Os produtos finais enquadram-se em diversas categorias. Processor de obtenção da brita. Brita 0 - produto de dimensões reduzidas em relação a brita 1 – Brita aplicada em lajes pré-moldadas, blocos, usinas de asfalto e de concreto. Brita 1- produto mais utilizado pela construção civil, muito apropriado para lajes, pisos, tubulões, vigas, pilar entre outros. Brita 2- utilizado em estacionamentos, concretos mais grossos e drenos. Brita 3- conhecida como pedra de lastro, pois são constantemente utilizadas em aterramentos e nivelamentos de áreas ferroviárias, drenos e reforço de pistas. Tamanho das britas. • Areia de brita ou areia artificial: agregado obtido dos finos resultantes da produção da brita, dos quais se retira a fração inferior a 0,15 mm. Sua graduação é 0,15 /4,8mm. retida/passante • Fíler: agregado de graduação 0,005/0,075mm. Seus grãos são da mesma ordem de grandeza dos grãos de cimento e passam na peneira 200 (0,075 mm). É chamado de pó de pedra. O fíler é utilizado nos seguintes serviços: Preparação de concretos, para preencher vazios; Adição a cimentos; Preparação da argamassa betuminosa. • Bica-corrida: material britado no estado em que se encontra à saída do britador. Pode ser classificada em primária ou secundária. Será primária quando deixar o britador primário, com graduação aproximada de 300 mm, dependendo da regulagem e tipo de britador. Será secundária quando deixar o britador secundário, com graduação aproximada de 76 mm. • Rachão: agregado constituído do material que passa no britador primário e é retido na peneira de 76 mm. É a fração acima de 76 mm da bica corrida primária. A NBR 9935 define rachão como “pedra de mão”, de dimensões entre 76 e 250 mm. • Restolho: material granular, de grãos em geral friáveis (que se partem com facilidade). Pode conter uma parcela de solo. • Blocos: fragmentos de rocha de dimensões acima do metro, que, depois de devidamente reduzidos em tamanho, vão abastecer o britador primário. Agregados Industrializados: Agregados Leves: • Argila expandida: a argila é um material muito fino, constituído de grãos lamelares de dimensões inferiores a 2 m, formada, em proporções muito variáveis, de silicato de alumínio e óxidos de silício, ferro, magnésio e outros elementos. O principal uso é como agregado leve para concreto, seja concreto de enchimento, seja concreto estrutural ou pré-moldados. O concreto de argila expandida, além da baixa densidade de 1,0 a 1,8, apresenta muito baixa condutividade térmica – cerca de 15 x do concreto de britas de granito. Escória de alto-forno: é um resíduo resultante da produção de ferro gusa em altos-fornos, constituído basicamente de compostos oxigenados de ferro, silício e alumínio. A escória simplesmente resfriada ao ar, ao sair do alto forno (escória bruta), uma vez britada, pode produzir um agregado graúdo. A escóriagranulada é usada na fabricação do cimento Portland de alto-forno. Usa-se a escória expandida como agregado graúdo e miúdo no preparo de concreto leve em peças isolantes térmicas e acústicas, e também em concreto estrutural, com resistência a 28 dias da ordem de 8-20 MPa e densidade da ordem de 1,4. • Vermiculita: é um dos muitos minérios da argila. A vermiculita expandida tem os mesmos empregos da argila expandida. Agregados Pesados: • Hematita: a hematita britada constitui os agregados miúdo e graúdo que são usados no preparo do concreto de alta densidade (dito “concreto pesado”) destinado à absorção de radiações em usinas nucleares (escudos biológicos ou blindagens). O grau de absorção cresce com o aumento da densidade do concreto • Barita: pela sua alta densidade, a barita também é usada no preparo de concretos densos. Finalidade dos agregados. • Técnica: aumentar a resistência das argamassas e concreto diminuindo a retração (diminuição do volume). • Econômica: reduzir o consumo de aglomerantes de custos mais elevados. Exigências normativas da NBR 7211 a) Granulometria: É a ciência cujo objetivo é medir e determinar a forma do grão do agregado. • Ela é feita numa série de peneiras normalizadas, com aberturas de malhas quadradas, conforme especificações da ABNT. • O procedimento do ensaio consiste no peneiramento do agregado e determinação das porcentagens retidas em cada peneira. • A granulometria dos agregados é característica essencial para estudo das dosagens do concreto. • Para caracterizar um agregado é, então, necessário conhecer quais são as parcelas constituídas de grãos de cada diâmetro, expressas em função da massa total do agregado. Para conseguir isto, divide-se, por peneiramento, a massa total em faixas de tamanhos de grãos e exprime-se a massa retida de cada faixa em porcentagem da massa total. b) Quanto à continuidade da curva de distribuição granulométrica os agregados podem ser classificados: •Contínua = S suave e alongado na horizontal •Descontínua = Patamar horizontal •Uniforme = S alongado na vertical A granulometria continua apresenta todas as frações em sua curva de distribuição granulométrica sem mudança de curvatura (ideal da norma). A granulometria descontinua apresenta ausência de uma ou mais frações em sua curva de distribuição granulométrica Granulometria. c) Curva granulométrica: O conhecimento da curva granulométrica do agregado, tanto graúdo quanto miúdo, é de fundamental importância para o estabelecimento da dosagem dos concretos e argamassas, influindo na: • Quantidade de água a ser adicionada ao concreto, que se relaciona com a resistência e; • Trabalhabilidade do concreto, se constituindo em fator responsável pela obtenção de um concreto econômico. • Porcentagem retida: é a porcentagem de material retido em uma determinada peneira. Peneiras Granulometria. • Porcentagem acumulada: é a soma das porcentagens retidas em uma determinada peneira e nas outras que lhe ficam acima da numeração. d) Peneiras (Série Normal e Série Intermediária): conjunto de peneiras sucessivas, que atendem a NBR 5734, com as seguintes aberturas discriminadas: Peneiras Série Normal e Série Intermediária. e) Limites granulométricos do agregado miúdo. Limites granulométricos do agregado miúdo. f) Limites granulométricos do agregado graúdo • A NBR 7211 classifica os agregados graúdos segundo a tabela abaixo: Limites granulométricos do agregado graúdo. g) Módulo de finura (Mf): é a soma das porcentagens acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100. “quanto maior o módulo de finura, mais graúdo é o agregado”. O módulo de finura é muito importante para saber das dimensões dos grãos (superfície especifica). Sua determinação serve para determinar a quantidade de: • Cimento necessário para envolver os grãos e a; • Necessidade de água de molhagem e esta relacionado com a área superficial alterando a água de amassamento para certa consistência. Dimensão Máxima (Dm): grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado, correspondente à abertura de malha quadrada, em mm, à qual corresponde uma porcentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa. Dimensão Máxima da brita. Forma dos grãos: os grãos dos agregados não tem forma geometricamente definida. • Quanto às dimensões: Com relação ao comprimento (l), largura (l) e espessura (e), os agregados classificam-se em alongados, cúbicos, lamelares e discóides, conforme sejam as relações entre as três dimensões, que definem sua forma. Calcários estratificados, arenitos tendem a produzir fragmentos alongados e achatados, especialmente quando são usados britadores de mandíbula no beneficiamento. Dimensão dos agregados. • Quanto à conformação da superfície: Partículas formadas por desgaste superficial contínuo tendem a ser arredondadas, pela perda de vértices e arestas, como é o caso das areias e seixos rolados formados nos leitos dos rios, e também nos depósitos eólicos em zonas marítimas, tendo geralmente uma forma bem arredondada. Agregados de rochas britadas possuem vértices e aresta bem definidos e são chamados angulosos. Angulosos: quando apresentam arestas vivas e pontas (britas); Arredondados: quando não apresentam arestas vivas (seixos) • Quanto à forma das faces: Conchoidal: quando tem uma ou mais faces côncavas; Defeituoso: quando apresentam trechos convexos. A forma dos grãos tem efeito importante no que se refere à compacidade, à trabalhabilidade e ao ângulo de atrito interno. A influência da forma é mais acentuada nos agregados miúdos. Agregados miúdos: • Argamassas de revestimento, por exemplo, se preparadas com areia artificial, ficam tão rijas que não se podem espalhar com a colher, constituindo o que se chama de argamassas duras. Agregados graúdos: • Concretos preparados com agregados de britagem exigem 20% mais água de amassamento do que os preparados com agregados naturais, sendo os grãos lamelares os mais prejudiciais. • Apesar disso, concretos de agregados de britagem têm maiores resistências ao desgaste e à tração, devido a maior aderência dos grãos à argamassa. Substâncias: • Torrões de Argila: São denominadas todas as partículas de agregado desagregáveis sob pressão dos dedos (torrões friáveis). A presença de areias ou argila, sob a forma de torrões é bastante nociva, para a resistência de concreto e argamassas e o seu teor é limitado a 1,5 % . • Material Pulverulento: as areias contém uma pequena percentagem de material fino, constituído de silte e argila, e portanto passando na peneira de 0,075 mm. Os finos, de um modo geral, quando presentes em grandes quantidades, aumentam a exigência de água para uma mesma consistência. Os finos de certas argilas, propiciam maiores alterações de volume nos concretos, intensificando sua retração e reduzindo sua resistência. A argila da areia pode ser eliminada por lavagem, porém poderá arrastar os grãos mais finos da areia, reduzindo a trabalhabilidade • 3% para concreto submetido a desgaste superficial • 5% outros concretos Impurezas Orgânicas: a matéria orgânica é a impureza mais frequente nas areias. São detritos de origem vegetal na maior parte. São partículas minúsculas, mas em grande quantidade chegam a escurecer a argila A cor escura da areia é indício de matéria orgânica (exceto para agregado resultante de rocha escura como o basalto). as impurezas orgânicas formadas por húmus exercem uma ação prejudicial sobre a pega e o endurecimento das argamassas e concretos. Ensaio colorimétrico indica a existência ou não de impurezas orgânicas. • Materiais carbonosos: partículas de carvão, linhito, madeira. São considerados prejudiciais pois são materiais de baixa resistência, diminuindo a resistência do concreto. Máximo de 0,5 % para concretos onde a aparênciaé importante e 1% para os demais concretos. Diminuem também a resistência à abrasão • Cloretos: em presença excessiva podem causar certos problemas. Nas argamassas geram o aparecimento de eflorescências e manchas de umidade. No concreto aceleram o processo de corrosão do aço. Cuidado com alguns aditivos aceleradores de pega que contém cloretos (não usar em concreto protendido). • Sulfatos: podem acelerar e em certos casos retardar a pega do cimento. Dão origem e expansão no concreto pela formação de etringita (formação mineral, que por sua constituição e forma podem ser prejudicial ao concreto) BIBLIOGRAFIA. • BAUER, L. ª F. “ Materias de Construção” volumes 1 e 2 , 2000 Editora LivrosTécnicos e Ciêntíficos, São Paulo – SP. • PETRUCCI, E. G. R. “ Materiais de Construção”, 1998, Editora globo, Rio de Janeiro – RJ.PETRUCCI, E. G. R. “Concreto de Cimento Portland 1998, Editora Globo, Rio deJaneiro – RJ. • RIBEIRO, C.C ,PINTO , J.D, “MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO” , ED CENGAGE LEARNING, SÃO PAULO , 2009. Propriedades do Concreto nos Estados Fresco e Endurecido PROPRIEDADES DO CONCRETO O concreto deve ser analisado nestas duas condições: fresco e endurecido. •O concreto fresco é assim considerado até o momento em que tem início a pega do aglomerante →período inicial de solidificação da pasta (↑viscosidade↑ da T pasta). •O concreto endurecido é o material que se obtém pela mistura dos componentes, após o fim da pega do aglomerante →pasta se solidifica completamente (resistência-anos). Propriedades do concreto fresco –TRABALHABILIDADE –TEMPO DE TRABALHABILIDADE –TEMPO DE PEGA –COESÃO TRABALHABILIDADE Características e condições que o concreto possui para ser adequadamente misturado, transportado, lançado e adensado de uma maneira fácil e sem perda de homogeneidade, para se obter um concreto com um mínimo de vazios. FATORES QUE AFETAM A TRABALHABILIDADE FATORES INTERNOS –Consistência: relação água/materiais secos; –Traço: proporção cimento/agregados –Granulometria: proporção agregado miúdo/agregado graúdo; –Forma dos grãos: forma angulosa ou arredondada; –Aditivos plastificantes Seixo, arredondado e liso Rocha britada, alongada Agregado leve, anguloso e rochoso Rocha britada, equidimensional Rocha britada chata Agregado leve, arredondado e liso FATORES QUE AFETAM A TRABALHABILIDADE FATORES EXTERNOS –Tipo de mistura: manual ou mecânica; –Tipo de transporte: caçambas, bombas , calhas; –Tipo de lançamento: pequenas ou grandes alturas: pás, calhas; –Tipo de adensamento: manual, vibratório, etc; –Dimensões da peça a executar e armadura. CONSISTÊNCIA É a relativa mobilidade ou facilidade de o concreto ou argamassa escoar. •Em se tratando de trabalhabilidade está implícita a necessidade de que uma mistura seja estável, não segregue. •Segregação: é a separação dos constituintes da mistura, impedindo a obtenção de um concreto com características uniformes razoáveis Consistência é o maior ou menor grau de fluidez da mistura fresca. O principal fator que influi na consistência é, sem dúvida, o teor água/materiais secos (A %). Teor de água/materiais secos é a relação entre o peso da água e o peso dos materiais secos multiplicada por 100. A% = Pag x 100 Pc + Pm onde: Pag = peso da água Pc = peso do cimento Pm = peso do agregado miúdo + agregado graúdo Em função de sua consistência, o concreto é classificado em: •seco ou úmido - quando a relação água/materiais secos é baixa, entre 6 e 8%; •plástico - quando a relação água/materiais secos é maior que 8 e menor que 11%; •fluido - quando a relação água/materiais secos é alta, entre 11 e 14%. Um concreto de consistência plástica pode oferecer, segundo o grau de sua mobilidade, maior ou menor facilidade para ser moldado e deslizar entre os ferros da armadura, sem que ocorra separação de seus componentes. São os mais usados nas obras em geral . CONSISTÊNCIA •Existem duas formas de segregação: 1º) Os grãos maiores tendem a se separarem dos demais, quer depositando-se no fundo das fôrmas, quer quando se deslocam mais rapidamente, no caso de concretos transportados por calhas. Este tipo de segregação ocorre muito em concretos pobres e secos. 2º) Separação total da pasta. Este tipo de segregação ocorre em concretos com muita água A segregação pode ocorrer também como resultado de vibração exagerada, devido a erros no lançamento ou transporte do concreto; •A segregação pode causar: a) Enfraquecimento da aderência pasta-agregado; b) Aumento da permeabilidade; c) Diminuição de resistência mecânica. Agregados com grande quantidade de partículas chatas e alongadas produzem concreto com péssima trabalhabilidade. •Areias com módulo de finura em torno de 2,75 resultam em concretos trabalháveis. •Areias com deficiência de material fino, produzem concretos áridos, difíceis de trabalhar. A quantidade de finos deve ser a menor possível para evitar consumo excessivo de água e a consequente retração acentuada do concreto. Mas a quantidade de finos deve ser tal que proporcione o argamassamento suficiente para se obter o acabamento superficial, o preenchimento interno entre os grãos e também a coesão necessária. ENSAIO DE ABATIMENTO –SLUMP TEST A natureza da obra, o espaçamento entre as paredes das fôrmas e a distribuição da armadura no seu interior impõem que A consistência do concreto seja adequada . Fixada a resistência, mediante o estabelecimento de determinado valo r para a relação água/cimento , resta assegurar à mistura uma consistência compatível com a natureza da obra. O processo de determinação de consistência mais utilizado no Brasil, devido à simplicidade e facilidade com que é executado na obra, é o ensaio de abatimento conhecido como Slump Test. ENSAIO DE ABATIMENTO –SLUMP TEST O equipamento para medição consta de um tronco de cone - Cone de Abrams - com as medidas apresentadas na Figura ENSAIO DE ABATIMENTO –SLUMP TEST Na elaboração do ensaio, o cone deve ser molhado internamente e colocado sobre uma chapa metálica, também molhada. Uma vez assentado firmemente sobre a chapa, enche-se o cone com concreto em três camadas de igual altura. Cada uma dessas camadas é “socada” com 25 golpes, com uma barra de ferro de 5/8”(16 mm). Terminada a operação, retira-se o cone verticalmente e mede- se o abatimento da amostra conforme ilustrado na Figura ENSAIO DE ABATIMENTO –SLUMP TEST ENSAIO DE ABATIMENTO –SLUMP TEST Segundo a NBR 6118, a consistência do concreto deve estar de acordo com as dimensões da peça a ser concretada, com a distribuição da armadura no seu interior e com os processos de lançamento e adensamento utiliza dos. As Tabelas 2.1 e 2.2 fornecem indicações úteis sobre os resultados do Slump Test. CLASSIFICAÇÃO DO CONCRETO FRESCO QUANTO AO ABATIMENTO Tabela 2.1. Abatimento recomendado para diferentes tipos de obras CLASSIFICAÇÃO DO CONCRETO FRESCO QUANTO AO ABATIMENTO Tabela 2.2. Índices de consistência do concreto em função de diferentes tipos de obras e condições de adensa mento. Propriedades do Concreto Endurecido A massa específica do concreto endurecido depende do adensamento e dos agregados utilizados na mistura. •Concreto não adensado: 2100 kg/m³ •Concreto comprimido: 2200 kg/m³ •Concreto socado: 2250 kg/m³ •Concreto vibrado: 2300 a 2400 kg/m³ FATORES QUE INFLUENCIAM NA RESIST. MECÂNICA a) Fator água/cimento b) Tipo e teor de cimento (finura, composição química); c) Água: deve estar sem impurezas; d) Agregados: aderência à pasta de cimento (rugosidade, tamanho dos grãos) e) Cura: A função da cura é manter o concreto saturado, ou o mais próximo possível da saturação, até que o espaço ocupado pela água da pasta do cimento tenha sido preenchido, no volume desejado, pelos produtos da hidratação do cimento. f) Grau de hidratação. Quanto à RM do concreto endurecido, ou seja, a sua capacidade de resistir às diversascondições de carregamento a que possa estar sujeito quando em serviço, destaca-se a resistência à compressão, à tração, à flexão e ao cisalhamento . O processo de endurecimento dos concreto s à base de cimento Portland é muito longo, podendo levar mais de dois anos. Com a idade o concreto endurecido vai aumentando a resistência a esforços mecânicos. Aos 28 dias de idade já adquiriu cerca de 75 a 90% de sua resistência total. É na RM apresentada pelo concreto endurecido 28 dias após a sua execução que se baseia o cálculo dos elementos de concreto. •Resistência à compressão Chamamos de: fc = a resistência à compressão do concreto; ft = a resistência à tração simples no concreto; ft’ = a resistência à tração na flexão do concreto. A resistência à tração na flexão equivale, aproximadamente, à quinta parte da resistência à compressão do concreto; a resistência à tração simples é igual à décima parte da resistência à compressão do concreto, assim expressa : 5% Tração Simples Tração na flexão Chamamos de fck a resistência característica do concreto à compressão , que é a resistência adotada para fins de cálculo. Para a resistência à tração, a NBR 6118 permite a adoção, na falta de determinação experimental, dos seguintes valores: Sendo: fck = a resistência característica à compressão; ftk = a resistência característica à tração pura. (Tração simples) temos que: Para efeito de dosagem, a resistência adotada é chamada de fc28 (resistência de dosagem),que corresponde a resistência média do concreto, ou seja, aquela que ocorre com probabilidade de 50%, a qual é superior ao fck e assegura a resistência à compressão determinada no projeto, no nível de probabilidade de 5%. Vários são os fatores que influem na RM do concreto, dentre os quais destacamos: •fator água/cimento; •idade; •forma e granulometria dos agregados ; •tipo de cimento; •condições de cura. O fator água/cimento (x) é a relação entre o peso de água (Pag) e o peso de cimento (Pc) empregado no traço de um cimento. A resistência de um concreto depende fundamentalmente do fator água/cimento, isto é, quanto menor for este fator, maior será a resistência do concreto. Mas, deve-se ter um mínimo de água necessária para reagir com todo o cimento e dar trabalhabilidade ao concreto. Pode-se pois considerar a resistência do concreto como sendo função principalmente da resistência da pasta de cimento endurecida, do agregado e da ligação pasta/agregado. Quando se trata de resistência à compressão, a resistência da pasta é o principal fator. Por outro lado, é conhecida a influência da porosidade da pasta sobre a resistência do concreto. Como porosidade depende do fator água/cimento, assim como do tipo de cimento. Pode-se dizer que para um mesmo tipo de cimento a resistência da pasta depende unicamente do fator água/cimento. Este também é um dos principais fatores determinantes da resistência da ligação pasta/agregado. Quem primeiro reconheceu essa relação de dependência foi Abrams, em trabalho publicado em 1919. Baseando-se em pesquisas de laboratório, Abrams demonstrou que a resistência do concreto dependia das propriedades da pasta endurecida, a qual, por sua vez, era função do fator água/cimento. A chamada Lei de Abrams é assim expressa : onde: R= resistência do concreto; A e B = constantes empíricas; x= fator água/cimento Atualmente, a expressão resulta da ajustagem de dados experimentais e tem larga aplicação na tecnologia do concreto, apesar de a influência das propriedades dos agregados não haver sido considerada na sua formulação . A Lei de Abrams pode ser utilizada para avaliar a resistência à compressão do concreto em função do fator água/cimento ,ou, o que é mais comum no Brasil, para escolher o fator água/cimento apropriado à obtenção da desejada resistência à compressão. A influência da idade na resistência mecânica do concreto está diretamente associada à resistência da pasta, que por sua vez é determinada pelo tipo de cimento. A resistência do agregado deve ser igual ou superior à resistência do concreto que se pretende fabricar. Com relação à ligação pasta/agregado, esta depende, basicamente, da forma, da textura superficial e da natureza química dos agregados A forma e a textura, podem alterar significativamente a área específica dos agregados, influindo diretamente na ligação pasta/agregado Partículas que tendem à forma cúbica apresentam maior área específica do que as que se aproximam da forma arredondada. De igual modo, quando a textura superficial é rugosa, a resistência mecânica do concreto aumenta consideravelmente, sobretudo nos esforços de tração na flexão. O mesmo efeito é obtido quando se reduz a dimensão máxima característica do agregado graúdo. Com relação à reatividade potencial, alguns agregados naturais contendo sílica hidratada e certas rochas carbonatadas, desenvolvem reações químicas de interação com os álcalis do cimento Portland. Em conseqüência, é possível produzir deteriorações por aumento de volume em estruturas submetidas a condições de umidade permanente. Outro fator da maior relevância na resistência final do concreto a esforços mecânicos é a cura - procedimento utilizado para favorecer a hidratação do cimento →consiste no controle da T e no movimento da água de dentro para fora e de fora para dentro do concreto - visto que as condições de umidade e T, principalmente nas primeiras idades, têm importância muito grande para as propriedades do concreto endurecido. Figura 1- topo de pilar de vertedouro de barragem afetado por RAA Figura 2- Detalhe de reação álcali-agregado: a seta indica a borda de reação circundando o agregado graúdo Quadro fissuratório provocado pela RAA, em bloco de sapata de um edifício residencial: recuperação destas estruturas é cara e complexa. Facilidade com que um fluido pode escoar através de um corpo sólido. Tanto a pasta de cimento como os agregados têm alguma porosidade e, o próprio concreto contém vazios decorrentes da dificuldade de adensamento que variam de 1% a 10% da mistura. PERMEABILIDADE A permeabilidade do concreto é menor quanto menor for a relação água/cimento. Quanto maior o grau de hidratação da pasta, com o passar do tempo, menor o espaço disponível para o gel e, consequentemente, menor a permeabilidade. Para que isso ocorra, é fundamental a cura do concreto. Se o agregado de um concreto tem baixa permeabilidade a área onde o fluxo de água pode ocorrer é reduzida e, sua presença prolonga o trajeto do fluxo, forçando -o a circunscrever as partículas do agregado, contribuindo para a redução da permeabilidade. Por se tratar de um material alcalino, o concreto é atacado em meios ácidos. A própria atmosfera dos centros urbanos pode constituir um meio agressivo, uma vez que a concentração de poluente provoca chuvas ácidas ou em dias de muita umidade, uma névoa com altos níveis de acidez DURABILIDADE As ações mecânicas, físicas e químicas atuando de forma isolada ou combinada por meio do intemperismo natural ou resultante de resíduos industriais, contribuem para a redução da vida útil do concreto. A redução da permeabilidade do concreto é uma medida importantíssima do ponto de vista do aumento da durabilidade do concreto. O emprego de cimentos resistentes a sulfatos e com baixos teores de C3A, também aumentam a vida útil do concreto. RETRAÇÃO A retração do concreto é a redução do volume em razão da redução do teor de água. Quando a retração ocorre no concreto ainda fresco minutos após o adensamento, ela é chamada de retração plástica e frequentemente é acompanhada por abertura de fissuras. A umidade do ar, a T, a velocidade do vento e o volume da concretagem são fatores que influenciam neste tipo de deformação.
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