Aula 4 estado fresco 2017 br

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Concreto no estado fresco & 
Aditivos
PCC 3222
2017
Objetivos da aula
� Conhecer os constituintes básicos dos 
concretos
� Entender o conceito de trabalhabilidade e 
suas técnicas de avaliação
� Conhecer as classes de concretos com base em 
diferentes técnicas de aplicação
� Identificar as famílias de aditivos e suas 
necessidades de uso
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http://www.pagnotta.ca/uploads/files/New%20Website/Concrete%20Structures.jpg
Diversidade de usos
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http://img.archiexpo.com/images_ae/photo-g/139565-11348374.jpg
Diversidade de usos
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http://www.constructionchat.co.uk/wp-
content/uploads/b93d65a8cdcedd0dc6ad28efcad06ceb-940x626.jpg
Diversidade de usos e ambientes
https://sourceable.net/wp-content/uploads/2015/10/concrete-frame.jpg
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http://www.ccr-mag.com/wp-
content/uploads/2015/04/Cortec-041015.jpg
Diversidade de usos e ambientes
https://theconstructor.org/wp-
content/uploads/2013/09/durable-concrete-structure.jpg
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“Concreto, em construção, é um material 
estrutural consistindo de uma substância 
particulada dura, quimicamente inerte, 
conhecida como agregado (geralmente areia e 
cascalho), que é unida por cimento e água.”
https://www.britannica.com/technology/concrete-building-material
Definição para construção civil
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“Concretos são 
obtidas 
a partir da mistura homogênea de um ou mais 
ligantes, agregados e água, podendo conter 
ainda aditivos, fibras e fíleres.”
Definição: suspensões granulares
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Parte do sucesso da tecnologia está Parte do sucesso da tecnologia está 
atrelado à moldagem como suspensão atrelado à moldagem como suspensão 
no estado frescono estado fresco
Importante !Importante !
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http://cdnassets.hw.net/0a/83/1c1c62ed40c683acdb7eb32c4f0b/tmp3d83-2etmp-tcm20-138062.jpg
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https://i2.wp.com/civilblog.org/wp-content/uploads/2015/04/Properties-of-Fresh-Concrete.jpg?fit=640%2C282
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https://previews.123rf.com/images/wuttichok/wuttichok1502/wuttichok150200277/37141193-Close-up-
background-and-texture-of-mixed-fresh-concrete-on-construction-site-Stock-Photo.jpg
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9
https://cdn.shutterstock.com/shutterstock/videos/3927662/thumb/5.jpg
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http://www.arqhys.com/contenidos/fotos/contenidos/Compactaci%C3%B3n-del-hormig%C3%B3n.jpg
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10
http://maxi.co.uk/wp-content/uploads/2016/01/DSC_0562-1030x685.jpg
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http://cdnassets.hw.net/0a/83/1c1c62ed40c683acdb7eb32c4f0b/tmp3d83-2etmp-tcm20-138062.jpg
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http://paramountjm.com/wp/wp-content/uploads/2015/10/1401202112666-1024x296.jpg
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http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/50140-8604839.jpg
http://verificoncrete.com/wp-content/uploads/end-of-concrete-pump.jpg
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https://qph.ec.quoracdn.net/main-qimg-95e009c1005f2800ed02ddec56b72b51
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(consistência) (consistência) 
http://premobras.com.br/imagens/img_
concreto_auto_adensavel_01.jpg
http://www.lafarge.com.br/wps/wcm/connect/b814670042
6d6677b1b1f37eb6fe18a4/PL009138.JPG?MOD=AJPERES&C
ACHEID=b8146700426d6677b1b1f37eb6fe18a4
FluidaFluida Seca “farofa”Seca “farofa”
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https://mastourreadymix.files.wordpress.com/2013/08/material-required-for-ready.jpg
Ingredientes básicos + concreto fresco
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Cimento
https://5.imimg.com/
data5/QW/XC/MY-
6308812/calcium-
carbonate-powder-
500x500.jpg
https://3.imimg.com
/data3/AY/NI/MY-
735156/fly-ash-
powder-250x250.jpg
Carbonato 
de cálcio
Cinzas
http://www.succinite-
inc.com/resources/ck/i
mages/ggbs1.jpg
Escória
E muito mais!
http://www.rkconcrete.com/i
mages/cement_dust.jpg
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https://previews.123rf.com/images/maheyfoto/maheyfoto1603/maheyfoto160300007/55941085-Variedad-de-
piedras-de-cantos-rodados-Cuatro-puntos-de-vista-diferentes-de-grava-Material-de-constru-Foto-de-archivo.jpg
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http://www.mapadaobra.com.br/wp-content/uploads/2016/12/Novembro_18-1.jpg© Poli USP 2017
Modelo esquemático das fases 
do concreto
Modelo esquemático das fases 
do concreto
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Cimento (“finos”)
(<75 micrometro)
“Filers” (ultrafinos)
(< 10 micrometro)
Suspensão granular: faixa granulométrica
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Cimento (“finos”)
(<75 micrometro)
“Filers” (ultrafinos)
(< 10 micrometro)
Água
MATRIZ 
ou 
PASTA
Suspensão granular: faixa granulométrica
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Cimento (“finos”)
(<75 micrometro)
“Filers” (ultrafinos)
(< 10 micrometro)
Água
PASTA 
ENDURECIDA
Suspensão granular: faixa granulométrica
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Resistência depende da reatividade
Apos Mistura 28 dias de hidratação
Stroeven, He, Guo, Stroeven, Materials Characterization, Volume 60, Issue 10, October 2009, Pages 1088-1092.
Cimento 
Portland
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Agregado miúdo
(0,075~0,1 a 4,8 mm)
Cimento (“finos”)
(<75 micrometro)
“Filers” (ultrafinos)
(< 10 micrometro)
Água
PASTA 
ENDURECIDA
Suspensão granular: faixa granulométrica
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Agregado miúdo
(0,075~0,1 a 4,8 mm)
Cimento (“finos”)
(<75 micrometro)
“Filers” (ultrafinos)
(< 10 micrometro)
Água ARGAMASSA
Suspensão granular: faixa granulométrica
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Água
Agregado graúdo
(> 4,8 mm)
CONCRETO
Suspensão granular: faixa granulométrica
Agregado miúdo
(0,075~0,1 a 4,8 mm)
Cimento (“finos”)
(<75 micrometro)
“Filers” (ultrafinos)
(< 10 micrometro)
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ARGAMASSA
PASTAC
O
N
C
R
ET
O
+ Aditivos+ Aditivos
+ Fibras+ Fibras
+ ...+ ...
Modelo de fases Modelo de fases multimulti--escalaescala
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Respeitados os limites 
granulométricos, 
diversos constituintes 
podem ser 
empregados
Composição variável
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Composição variável
• Agregados graúdos
• Britas
• Cascalho
• Agregados miúdos
• areia natural
• pó calcário
• entulho reciclado
• Ligante(s)
• cimento 
• cal (hidratada ou virgem)
• gesso
• Adições
• Filers
• Pozolanas
• Resíduos
• Saibro, ...
• Aditivos
• Incorporador de ar
• Modificador de 
viscosidade
• Polímeros em emulsão
• Dispersantes, ...
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- Volume das fases
- Granulometria dos materiais
- Teor e tipo de cimento
- Teor de água
- ADITIVOS
- Técnica de mistura, transporte, lançamento
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Condição de continuidade espacial
Vágua + Var > Vol. entre grãos de cimento e fíleres
(dificilmente é um problema)
Vpasta > Volume entre grãos de areia
Vpasta = Vcimento +Vágua + Var
Vargamassa >> Volume entre grãos de ag. graúdo
Vargamassa = Vpasta + Vareia
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Continuidade espacial
http://tmo.org.tr/wp-content/uploads/2016/01/Image1-suspension.jpg
Volume insuficiente 
de fase líquida
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Continuidade espacial
http://tmo.org.tr/wp-content/uploads/2016/01/Image1-suspension.jpg
Volume suficiente de 
fase líquida
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águaágua
matrizmatriz
agregadoagregado
partícula partícula 
pequenapequena
MPT
IPS
MPT = distância entre agregados > 100 µµµµm 
IPS = distância entre finos < 100 µµµµm 
IPS, MPT > 0 µµµµm: continuidade espacial
MPT = distância entre agregados > 100 µµµµm 
IPS = distância entre finos < 100 µµµµm 
IPS, MPT > 0 µµµµm: continuidade espacial
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Distância de separação 
entre partículas
















−
−×=
ofs PVVSA
IPS
1
112
Aplicável para a matriz (cimento, filer, água)
















−
−×=
gofgsg
PVVSA
MPT
1
112
Aplicável para os agregados (areia e brita)
VSA – área superficial volumétrica (m2/cm³) = área superficial (m2/g) x densidade (g/cm³)
Vs – fração volumétrica dos sólidos
Pof – fração de poros no sistema, quando as partículas se encontram acomodadas na condição de 
máximo empacotamento
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� Água
Mobilidade reduzida
� ÁguaMobilidade facilitada
Teor de água controla 
mobilidade da pasta (IPS)
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� pasta
Mobilidade reduzida
� pasta
Mobilidade facilitada
Teor de pasta controla 
mobilidade dos agregados (MPT)
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Impacto na Mobilidade: Granulometria x área específica
https://www.researchgate.net/profile/Ameer_Hilal/publication/308968131/figure/fig6/AS:416798836051973@14
76383994863/Figure-8-Raw-materials-of-concrete-and-some-supplementary-additives-15.png
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Forças coesivas: aglomeraçãoForças coesivas: aglomeração
Presença de finos e/ou 
ultrafinos resulta em 
forças superficiais de 
atração eletrostáticas e 
secundárias (van der Waals)
que conferem coesão e 
pontes de adesão com 
superfícies 
aglomerados de partículas
(YANG; JENNINGS, 1995)
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Forças coesivasForças coesivas
repulsão
Camada de SternCamada Difusa
solução
Energia potencial
distância
Força resultante
Força de atração
Força de repulsão
Ep = Ep atrativa + Rp repulsiva
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Forças coesivasForças coesivas
repulsão
Camada de SternCamada Difusa
solução
Energia potencial
distância
Força resultante
Força de atração
Força de repulsão
Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas 
(aumento área específica e da força iônica)
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http://www.cementlab.com/cement-art.htm
Reação do ligante (cimento) acentua as forças atrativas 
(aumento área específica e da força iônica)© Poli USP 2017
DispersanteDispersante
Disperso Aglomerado
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DispersanteDispersante
Disperso Aglomerado
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DispersanteDispersante
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DispersanteDispersante
Ex. policarboxilato
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São obtidos a partir do processo de 
extração de celulose das madeiras e são 
conhecidos como lignosulfonatos porque contém 
uma mistura complexa de produtos provenientes 
da lignina (20% a 30%), decomposição da 
celulose, carboidratos e ácidos sulfurosos livres 
ou sulfatos. São redutores normais de água. Pimeira Geração – Lignosulfonato 
 
São produtos obtidos a partir de técnicas 
de polimerização a partir da mistura de moléculas 
de melamina com moléculas de formaldeído, 
seguida da sulfonatação a partir da adição de 
bissulfito de sódio no produto intermediário 
formado. As melaminas permitem a redução de 
aproximadamente 25% da água de amassamento 
dos concretos. 
Segunda Geração – Melamina 
 
Atualmente são os aditivos mais 
eficientes para redução da quantidade de água de 
amassamento dos concretos (cerca de 40%), 
mantendo a mesma trabalhabilidade. São aditivos 
que apresentam grandes variações da massa 
molecular e sua eficiência depende do 
comprimento das cadeias principais e das 
ramificações. Sua atuação é sensível ao tipo de 
cimento e ao tempo de utilização. Terceira Geração – Policarboxilato 
 
HO
C
H2
O
OH
H
C C
H
SO3H
CH2OH
O
*
H
N
N N
N
HN
SO3Na
H
N O *
n
* C
H2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
DispersanteDispersante
HO
C
H2
O
OH
H
C C
H
SO3H
CH2OH
O
*
H
N
N N
N
HN
SO3Na
H
N O *
n
* C
H2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
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DispersanteDispersante
HO
C
H2
O
OH
H
C C
H
SO3H
CH2OH
O
*
H
N
N N
N
HN
SO3Na
H
N O *
n
* C
H2
C
C
O
C
O
C
C
O
O
H3C n CH2CH2(EO)12CH2CH2O
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Aditivos são produtos químicos adicionados 
ao cimento, à argamassa ou ao concreto, 
para modificar uma ou mais propriedades 
das misturas cimentícias
As doses de aditivos químicos normalmente variam entre 0,05% e 
5% da massa de materiais cimentícios.
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Existem outros aditivos para 
materiais cimentícios?
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Tipos de Aditivos
• Dispersantes ou redutores de água
• Modificadores de pega
• Incorporadores de Ar 
• Modificadores Reológicos ou Espessantes
• Controladores de retração
• Etc.
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Cinética hidratação cimento Portland
10 minutos
gel Aft
grão anidro
C3A
C3S
C4AF
“outer”
C-S-H
10 horas
Aft
18 horas
Afm
1-3 dias
“inner”
C-S-H
-14 dias
Scrivener (1989)
Modificadores de Pega
acelerador
retardador
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Cinética hidratação cimento Portland
Modificadores de Pega
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
F
lu
x
o
 d
e 
ca
lo
r 
(W
/g
)
Tempo (h)
Variação do teor de policarboxilato
0.00
0.15%
0.35%
0.45%
0.65%
1.00%
Teor de 
policarboxilato 
Tempo de início 
da indução 
Final do período 
de indução 
Tempo no período 
de indução 
Calor total 
acumulado após 
48 horas 
(%-p) (h:min) (h:min) (h:min) (J/g) 
0,00 
1:00 
2:10 1:10 281 
0,15 4:00 3:00 278 
0,35 7:05 6:05 272 
0,45 8:40 7:40 268 
0,65 11:00 10:00 259 
1,00 12:30 11:30 246 
 
retardador
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Modificadores de Pega
• Aceleradores
• Cloreto de Cálcio
(CaCl2.2H2O)
• Formiato de cálcio
• Trietalonamina
• Silicato de sódio
• Aluminato de 
potássio
• Carbonato de Sódio
• Retardadores
• Fosfatos
• Açúcares
• Celulósicos
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Incorporadores de Ar
TensoativosTensoativosTensoativosTensoativos
CH3H3C
CH3
H3C
CH3
O
O OH
n
Não-iônico - Alquil Fenol Etoxilado
H3C O
SO3
-
Aniônico - Lauril sulfato
H3C
N+
Catiônico - Sal de Diamina
NH3
+
H
H
N+
CH2COO
-
CH3
Anfótero - Amidobetaína
H3C
C
H2N O
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ar
ar
arar
ar
ar
cimento
água
AIA
ar
ar
arar
ar
ar
cimento
água
AIA
Incorporadores de Ar
TensoativosTensoativosTensoativosTensoativos
Bolhas de ar devem ancorar nos grãos de cimento e estabilizar o conjunto
Ar incorporado sob agitação mecânica
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Incorporadores de Ar
TensoativosTensoativosTensoativosTensoativos
Ar incorporado sob agitação mecânica
sem ar incorporado com ar incorporado
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Éteres de celulose
� plasticidade, � coesão, 
� capacidade lubrificante, � retenção de água, � segregação.
� a viscosidade da água (formando um gel)
Espessantes
Polímero semissintético solúvel em água
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Éteres de celulose
Espessantes
http://www.nneximhouse.com/images/products/cgel.jpg
Gel aquoso
http://momentivefracline.com/assets/images/Fall%202012/Crosslinked%20Gel.jpg
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Espessantes
1 (estável) 2 (estável) 3 (instável) 4 (instável)
Imagem
Classificação
Minimizam risco de segregação
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Controladores de retração
Compensam a retração inevitável do concreto
• Produzindo etringita (sulfato)
• Incorporando ar (agente espumante)
• Gerando gases (pó de alumínio)
• Modificando tensão superficial da água
• Óxido de cálcio transforma
em hidróxido de cálcio (CaO - Ca(OH)2
E
X
PA
N
SÃ
O
E
X
PA
N
SÃ
O
E
X
PA
N
SÃ
O
E
X
PA
N
SÃ
O
R
E
TR
A
Ç
Ã
O
R
E
TR
A
Ç
Ã
O
R
E
TR
A
Ç
Ã
O
R
E
TR
A
Ç
Ã
O
© Poli USP 2017
40
© Poli USP 2017
© Poli USP 2017
41
Concretos em um Concretos em um 
futuro futuro 
sustentávelsustentável
Menos 
CO2
Menos 
água
Fácil 
utilização
Melhor uso 
dos 
materiais
Eficiente 
em 
energia
Durável
Automação
E mais ....
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Quantomenor for o teor 
volumétrico de água, 
menos poros e melhores 
as propriedades no 
estado endurecido, desde 
que se garanta a 
compactação
https://i0.wp.com/chiptronic.com.br/blog/wp-content/uploads/2016/08/Joinha.png?fit=350%2C263
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42
Resistência / porosidade / permeabilidadeResistência / porosidade / permeabilidade
Poros também influenciam no módulo de 
elasticidade: lei das misturas
Poros também influenciam no módulo de 
elasticidade: lei das misturas
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80 100 120 140
IL
rc
(k
g
.m
-3
.M
P
a
-1
)
Resistência à compressão (MPa)
Literatura - Brasil
Literatura - Internacional
500kg/m³
250kg/m³
1000kg/m³
Mínimo de 5?
A
lt
a
 d
is
p
e
rs
ã
o Intensidade de Ligantes (IL): 
quantidade de ligantes (impacto) 
necessária para produzir 1 unidade
de resistência (desempenho)© Poli USP 2017
43
estado frescoestado fresco
Ideal
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44
Quanto menor for o teor de 
água, mais difícil a 
Trabalhabilidade dentro de 
uma classe de concreto
PROBLEMA
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American Concrete Institute (ACI)
• facilidade e homogeneidade do material na 
mistura, lançamento, adensamento e 
acabamento
Association of Concrete Engineers (Japão) 
• facilidade com a qual o material pode ser 
misturado, lançado e adensado devido à sua 
consistência
• homogeneidade do concreto e grau de 
resistência à separação de materiais
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45
Dosagem
Transporte Lançamento Acabamento
http://www.icreatables.com/images/ext
eriorhomeimgs/concrete/concrete-
trowel-steel.jpg
http://shelleypintoduschinsky.files.wordpress.co
m/2011/12/1____carriole1_400.jpg?w=620
Produção
Aplicação
Mistura
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© Poli USP 2017
46
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• Vertimento
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http://www.flickr.com/photos/tonyesineide/
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http://picasaweb.google.com/pastoralpascom
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48
http://www.construtoraformigoni.com.br/_acompanhe-sua-obra/ampliar.php?cf/residencial-donna-martha/3/15119/17257
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http://www.arq.ufsc.br/arq5661/trabalhos_2004-1/construcao/estrutura.htm
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http://construcaocivilpet.wordpress.com/2012/03/11/inovacoes-no-concreto-2-concreto-auto-adensavel/
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98
transporte, lançamento, adensamento 
mecanizado © Poli USP 2017
50
http://www.storrer.com.br/fotos/6.jpg
http://www.iporablocos.com.br/imagens/infor
macoes/blocos-concreto-muro-06.jpg
© Poli USP 2017
UHE Lajeado - CCR - Compactação
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51
Frente às diversas possibilidades tecnológicas, 
como medir a trabalhabilidade do 
concreto?
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Acessório J-ring Funil em V
Habilidade 
passante
Velocidade 
escoamento
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techne
Caixa L
Concretos fluidos
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Vibração / Remoldagem
Concretos secos
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53
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A especificação e o controle do concreto é vinculado 
ao abatimento
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Cisalhamento 
restrito a taxas 
limitadas pode 
levar a erros de 
interpretação
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BML viscometer Cemagref-IMG Two-Point rheometer
BTRHEOM IBB rheometerConTec Rheometer
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Junto ao caminhão betoneira
ICAR
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Estado Fresco
MisturaMistura
TransporteTransporte
AplicaçãoAplicação
AcabamentoAcabamento
Avaliação parcial 
(mistura e acabamento não são considerados)
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Avaliação completaAvaliação completa
Estado Fresco
MisturaMistura
TransporteTransporte
AplicaçãoAplicação
AcabamentoAcabamento
IDEALIDEALIDEAL
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DDLL < 25,4 mm< 25,4 mm
Mistura
Transporte
Aplicação
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57
0.05
0.07
0.09
0.11
0.13
0.15
0.17
0.19
0.21
0.23
0.25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
tempo (s)
eq
ui
va
le
nt
e 
T
or
qu
e
arg A
arg C
arg F 
arg H
arg J 
arg M
arg R
Área sob curva = energia mistura
Curvas de mistura
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0
2
4
6
8
10
12
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Te
ns
ão
 d
e 
ci
sa
lh
am
en
to
 (P
a)
Taxa de cisalhamento (1/s)
http://www.m-mixconcretousinado.com.br/filosofia-e-visao-empresa.htm
Qual bombeia melhor?
Qual flui mais?
http://www.equipede
obra.com.br/construc
ao-
reforma/38/artigo225
320-1.asp
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58
0
5
10
15
20
25
30
35
0 500 1000 1500 2000
To
rq
ue
 (
N
.m
)
Rotação (rpm)
1 - SL90-85
2 - SL90-85
1 - SL90-100
2 - SL90-110
1 - SL220-220
2 - SL220-220
1 - SL140-120
2 - SL140-110
1 - SL90-90
2 - SL90-80
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R² = 0,828
R² = 0,450
0
5
10
15
20
25
30
40 70 100 130 160 190 220
To
rq
ue
 (
N
m
)
Abatimento (mm)
25 RPM
1000 RPM
Torque de escoamento
Torque alta rotação
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Classes reológicas
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
rotação (rpm)
T
or
qu
e 
(N
.m
)
Speed (rpm)
Auto-adensável
Spray
Bombeável
http://vhprasad.files.wordpress.com/2010/03/scc.jpg
http://www.contechuk.com/uploa
ds/images/shotcrete1.jpg
http://www.felcon.com.au/files/media/thumbcach
e/004/aea/0f9/iStock_000008409136Medium.jpg
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REÔMETROSREÔMETROS
nãonão avaliamavaliam
espalhamentoespalhamento
sobresobre superfíciessuperfícies
Acabamento superficialAcabamento superficial
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http://blog.exilva.com/hs-fs/hubfs/Exilva_Blog/Blog_pictures/2016-07/workers-807577_1280-240751-
edited.jpg?t=1502093359585&width=625&name=workers-807577_1280-240751-edited.jpg
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SQUEEZE FLOW
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SQUEEZE FLOW
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flow > 340mmflow > 340mmflow > 340mmflow > 340mm
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Deslocamento (mm)
C
a
rg
a
 (
N
)
15min
60min
1
> 1000N
SQUEEZE FLOW
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1
flow = 279mmflow = 279mmflow = 279mmflow = 279mm
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Deslocamento (mm)
C
a
rg
a
 (
N
)
15min
60min
2
< 200N
SQUEEZE FLOW
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63
O projeto de 
microestrutura de um 
concreto se inicia no 
estado fresco
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