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UNIDADE 3. A ciência dos materiais de construção: concreto Meriellen Nuvolari Pereira Mizutani OBJETIVOS DA UNIDADE • Apresentar os conceitos dos materiais aglomerantes e agregados relacionados ao concreto; • Apontar as propriedades predominantes do concreto e do concreto armado; • Conhecer origens e processos dos materiais estudados; • Apresentar as técnicas de construção mais adequadas a esses materiais para construção com qualidade, desempenho e durabilidade; • Familiarizar-se com os termos técnicos e desenvolver postura crítica na escolha dos materiais e técnicas construtivas; • Identificar patologias e falhas resultantes do emprego e do manuseio inadequados dos materiais. TÓPICOS DE ESTUDO Clique nos botões para saber mais Concreto: o resultado a partir de um aglomerante Agregados // Propriedades // Tipos de concreto // Cura do concreto Concreto armado na construção civil Propriedades // Execução // Ensaios // Patologias // Normativas Concreto: o resultado a partir de um aglomerante Seção 2 de 3 O concreto era produzido com a junção de apenas três materiais: cimento, que quase sempre era o cimento Portland, agregados e água. Com o passar do tempo, na busca por aumentar as propriedades do concreto, foram acrescidas à mistura alguns aditivos químicos. Segundo Neville (2016), além dos aditivos, outros materiais de natureza inorgânica foram introduzidos nessa mistura por serem materiais mais baratos que o cimento Portland, trazendo não apenas redução de custos na elaboração do concreto, mas também a opção de uma alternativa mais sustentável, pois reduz a proporção da exploração das jazidas para a produção do cimento Portland. Essa atribuição de outros materiais ao concreto também confere inúmeras propriedades benéficas ao material, não apenas em seu estado fresco, mas principalmente em seu estado endurecido. AGREGADOS Conforme Bauer (1992, p. 63), “agregado é um material particulado, incoesivo, de atividade química praticamente nula, constituído de misturas de partículas cobrindo extensa gama de tamanhos”. Na construção civil, a definição de agregado pode ser resumida como um material inerte e granuloso, utilizado na formação de argamassas e concretos, contribuindo para o aumento da resistência à compressão e auxiliando na redução dos custos da obra. São materiais minerais sólidos e inertes que de acordo com sua granulometria serão utilizados para a fabricação de produtos artificiais resistentes mediante mistura com materiais aglomerantes com ativação hidráulica. Os agregados são geralmente granular, sem forma e volume definidos, com dimensões e características adequadas para a preparação de argamassas e concretos. EXPLICANDO Granulometria é o estudo da distribuição das dimensões dos grãos, determinando as dimensões das partículas do agregado e de suas porcentagens. A análise granulométrica é representada por uma curva que permite a determinação das características físicas do agregado. Primeiramente, os agregados eram considerados materiais inertes, soltos na pasta de cimento e usados exclusivamente para a redução econômica. Porém, Neville (2016) nos conta que os agregados não são totalmente inertes, pois suas propriedades físicas, térmicas e químicas influenciam diretamente o desempenho do concreto. Do volume do concreto, 3/4 são compostos pelos agregados. Sendo assim, sua qualidade é de suma importância para a composição da mistura, pois são os agregados que podem limitar a resistência do concreto e suas características afetam diretamente na durabilidade e no desempenho estrutural do concreto. Os agregados podem ser classificados conforme nos mostra o Diagrama 1. Diagrama 1. Classificação dos agregados. Conforme o Diagrama 1, os agregados classificados por sua origem podem ser os naturais, que são agregados encontrados na natureza sob a forma definitiva de utilização (por exemplo cascalhos, areia de rios, seixos rolados, pedregulhos, entre outros); os artificiais são obtidos pelo britamento de rochas (por exemplo pedrisco e pedra britada); e por fim, os industrializados são obtidos por processos industriais, resultando em argila expandida, escória britada etc. O uso da areia natural se dá no preparo de argamassas, sendo que a areia natural é um aglomerado de origem natural, originária de rios, cavas, praias e dunas, porém, as areias das praias e das dunas não são utilizadas na construção civil para o preparo do concreto por conta de sua finura e de seu teor de cloreto de sódio. Ela é usada também no concreto betuminoso juntamente com o fíler e possui importante função de impedir o amolecimento do concreto usado nos pavimentos de ruas em dias de intenso calor. A areia natural pode ser utilizada no concreto de cimento e no pavimento rodoviário na correção do solo (também chamado de sub-base). Dependendo da granulometria da areia, ela é classificada conforme as especificidades do Quadro 1. Quadro 1. Classificação e uso da areia na construção. Dos agregados de origem artificial, a pedra brita é um dos mais utilizados e é originada a partir da britagem ou da redução de tamanho de uma rocha maior, que pode ser basalto, granito, gnaisse, entre outros. Os agregados são classificados de acordo com a dimensão da pedra após a britagem. Acompanhe no Quadro 2. Quadro 2. Classificação das pedras (agregado de origem artificial) após processo de britagem. Fonte: BAUER, 1992, p. 64. (Adaptado). A pedra brita tem seu processo de fabricação através da extração dos blocos (fragmentos de rochas retirado de jazidas com proporções superiores a um metro), que passam pelo britador primário e cujo subproduto é a bica corrida. Posteriormente, o material passa pelo britador secundário, atingindo tamanhos menores, e, na sequência, pelo terceiro britador. Os fragmentos de rocha que acabam ficando retidos nas peneiras são separados conforme o tamanho de seus grãos e transportados por meio de correias aos espaços de estocagem, resultando nos produtos comumente utilizados na construção civil: o pedrisco, a brita 1, brita 2, brita 3 e brita 4, e, de acordo com a NBR 7225 (ABNT, 1993), os tamanhos dos grãos são determinados a partir das faixas de abertura de peneiras, conforme acompanhamos pelo Quadro 3. Quadro 3. Classificação de acordo com as dimensões nominais. Fonte: BAUER, 1992, p. 64. (Adaptado). A brita é produzida industrialmente nas pedreiras, onde as rochas são submetidas a diversos processos de cominuição, reduzindo seus fragmentos conforme demonstrado na Figura 1. Figura 1. Fluxograma típico de pedreiras. Fonte: BAUER, 1992, p. 73. (Adaptado). A rocha da jazida é fragmentada por meio de explosivos e, em seguida, essas fragmentações são levadas a britadores, que por meio de mandíbulas efetuam a redução desses fragmentos em dimensões ainda menores, gerando assim os agregados utilizados na produção do concreto. O resultado dessa britagem é utilizado no concreto de cimento, que emprega o pedrisco, a pedra 1 e a pedra 2; nos concretos ciclópicos, que empregam a pedra 4 e o rachão; no concreto asfáltico, que emprega o fíler, a areia, a pedra 1, a pedra 2 e a pedra 3; nas argamassas de enchimento, que empregam a brita, a areia e o pó de pedra; na correção de solos, com o emprego de proporções de pó de pedra; nos pavimentos rodoviários, que empregam em seus subleitos a bica corrida e o pó de pedra, sendo que, para a base, é usada pedra britada com granulometria maior que 6 mm; no concreto betuminoso, que utiliza várias faixas granulométricas de brita e fíler. A classificação NBR 7211 (ABNT, 2009) separa os agregados conforme a dimensão das partículas em agregados miúdos ou em agregados graúdos. Agregados miúdos são compostos por areia de origem natural ou resultante do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambas. Seus grãos passam pela peneira 4,8 mm ABNT (peneira com malha quadrada com abertura nominal de 4,8 mm) ficandoretido na peneira 0,15 mm ABNT. Já materiais como pedregulho natural ou pedra britada proveniente do britamento de rochas estáveis, ou mistura de ambos, são chamados de agregados graúdos, cujos grãos passam pela peneira 152 mm ABNT e ficam retidos na peneira 4,8 mm ABNT. As especificações das peneiras são feitas de acordo com suas aberturas, atendendo à NBR 5734 (ABNT, 1989) e auxiliando na classificação dos agregados. Veja o Quadro 4. Quadro 4. Classificação dos agregados segundo a dimensão das partículas e os conjuntos de peneiras. Quanto à classificação pela massa específica, os agregados podem ser classificados em leves, onde a massa específica é menor que 1000 kg/m³, tendo temos como exemplo o isopor e a argila expandida; médios, com massa específica entre 1000 e 2000 kg/m³, e como exemplos o basalto e o granito; e pesados, com massa específica acima de 2000 kg/m³, sendo o minério de ferro um exemplo. Os agregados classificados por meio da composição mineralógica podem ser sedimentares, ígneas ou metamórficas. A aderência do agregado com a pasta de cimento é um importante fator de resistência do concreto, especialmente em se tratando da resistência à flexão. Segundo Neville (2016), a aderência ocorre em boa parte pelo intertravamento dos agregados e da pasta de cimento hidratada adequada à rugosidade da sua superfície. A superfície rugosa das partículas britadas resulta em maior aderência devido ao intertravamento mecânico. PROPRIEDADES As propriedades do concreto são determinadas por meio de ensaios executados em condições específicas e realizados com controle de qualidade e atendimento às especificações. As principais propriedades mecânicas do concreto, segundo Neville (2016), Silva (1991), Mehta e Monteiro (2014) são: // Resistência à compressão É a característica mecânica mais importante do concreto e é denominada de fc. Sua análise é feita a partir da moldagem e ensaio de corpos de prova seguindo os critérios da NBR 5738 (ABNT, 2015a) de moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos ou prismáticos de concreto, e da NBR 5739 (ABNT, 2018) de ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos para concreto. Pelo padrão brasileiro, os corpos de prova são cilíndricos com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura, e as idades de referência normalmente estudadas são de 7 e 28 dias. Sendo que aos sete dias já é possível verificar se haverá algum problema com relação à resistência desse concreto, pois nesse período ele já deve atingir em média 70% da resistência mínima. DICA A moldagem do corpo de prova é fundamental para verificar se o concreto atendeu à resistência mínima necessária, e acontece dentro do canteiro de obra, durante a concretagem. Após um ensaio com número elevado de corpos de prova obtém-se um gráfico com os valores obtidos de fc versus a quantidade de corpos de prova relativos e determinados, gerando assim a densidade de frequência e uma curva denominada curva estatística de Gauss, ou curva de distribuição normal. Confira o Gráfico 1, que apresenta a resistência do concreto à compressão. Gráfico 1. Curva de Gauss para a resistência do concerto à compressão. Fonte: NEVILLE, 2016, p. 321. (Adaptado). É na curva de Gauss que encontramos dois valores de grande importância, a resistência média do concreto à compressão, ou fcm, e a resistência característica do concreto à compressão, ou fck. O valor de fcm é a média aritmética dos valores de fc ao conjunto de corpos de prova ensaiados, utilizando a resistência característica de fck por intermédio da fórmula fck = fcm - 1,65 s, sendo o desvio de s a distância entre a abscissa de fcm e o ponto de inflexão da curva (ponto que ocorre a mudança de concavidade). O valor 1,65 representa o quantil de 5%, ou seja, apenas 5% dos corpos de prova possuem fc < fck, ou que 95% dos corpos de prova possuem fc ≥ fck. Nas obras, devido ao pequeno número de corpos de prova ensaiados, o fck é calculado por um valor estimado da resistência característica do concreto à compressão. Vários fatores interferem na resistência mecânica do concreto, por exemplo, a relação entre água e cimento, onde a resistência do concreto é tanto menor quanto maior a quantidade de água adicionada à mistura. O tipo de cimento também influencia na evolução da resistência com o tempo, e a idade do concreto normalmente é ensaiada em 3, 7 e 28 dias, sendo a idade adotada como padrão a de 28 dias. A forma e a graduação dos agregados também interferem na resistência do concreto, pois a resistência do agregado geralmente é superior à da pasta, portanto, quanto maior a proporção no emprego do agregado, maior será a resistência do concreto. // Resistência à tração: Os conceitos são iguais aos da resistência à compressão, com a resistência média do concreto a tração, ou fctm, obtido por meio de média aritmética dos resultados. A resistência característica do concreto à tração, ou fctk, ou também ftk, e a probabilidade de não alcançar os resultados é de 5%, semelhante ao ensaio de resistência à compressão. // Módulo de elasticidade: A relação entre as tensões e as deformações em um projeto de estruturas do concreto chama-se módulo de elasticidade. Dentro da resistência dos materiais, a relação entre a tensão e a deformação em determinados intervalos pode ser considerada linear, também nomeada de lei de Hooke, ou seja, σ = Eε, onde σ é a tensão, ε é a deformação específica e E é o módulo de elasticidade ou módulo de deformação longitudinal. // Trabalhabilidade: É a facilidade e a homogeneidade do concreto ao ser manipulado, desde a mistura até o acabamento, sem uma segregação nociva. Um concreto que seja difícil de lançar e adensar aumenta o custo da manipulação, mas também interfere na resistência, na durabilidade e na aparência. A trabalhabilidade está associada à facilidade na redução de vazios e do adensamento do concreto, na moldagem relacionada com o preenchimento da fôrma e dos espaços entre as barras de aço e na resistência à segregação e manutenção da homogeneidade da mistura durante seu manuseio e vibração. Fatores que afetam na trabalhabilidade do concreto são o consumo de água, consumo de cimento, aditivos e agregados. // Coesão: É a facilidade de adensamento e de acabamento, geralmente avaliada pela facilidade de desempenhar o visual da resistência à segregação e está muito ligada à trabalhabilidade, pois a falta de coesão da mistura pode acarretar a desagregação do concreto em estado fresco, alternando assim sua composição física e sua homogeneidade. // Segregação: É a separação dos componentes do concreto fresco de forma que sua distribuição não seja uniforme, sendo muito típica em concretos pobres e secos, onde os grãos maiores do agregado tendem a se separar durante o lançamento do concreto por conta de energia demasiada ou de uma vibração excessiva. // Massa específica: Quanto mais poroso for o concreto, mais rapidamente esses agentes prejudicam a integridade da peça por ação de agentes agressivos, como o gás carbônico (presente no ar), o sal da água do mar, os gases sulfurosos da rede de esgoto, entre diversos outros agentes. Assim, os fatores que influenciam nas propriedades do concreto são: tipo e quantidade de cimento empregado; qualidade da água e a proporção de água/cimento; tipos de agregados utilizados, sua granulometria e a proporção agregado/cimento; presença de aditivos na mistura; procedimento e duração do processo da mistura; condições e duração do transporte e do lançamento do concreto; condições de adensamento e de cura; forma e dimensões dos corpos de prova; tipo e duração do carregamento; idade do concreto; umidade e temperatura. TIPOS DE CONCRETO O concreto é um dos materiais mais utilizados e importantes dentro da construção civil, e segundo a NBR 12655 (ABNT, 2015c), temos os seguintes tipos de concreto: Concreto de cimento Portland É um material formado por meio da mistura homogênea de cimento, agregadomiúdo, agregado graúdo e água, com ou sem a incorporação de aditivos, desenvolvendo suas propriedades mediante endurecimento da pasta de cimento; Concreto fresco Completamente misturado, e em estado plástico, sendo capaz de ser adensado por um método escolhido; Concreto endurecido Encontrado no estado sólido e que já desenvolveu resistência mecânica; Concreto preparado pelo executante da obra Quando sua dosagem e sua elaboração são realizadas no canteiro de obras pelo construtor; Concreto pré-moldado Elemento moldado previamente e fora do local de instalação; Concreto pré-fabricado Elemento pré-moldado industrialmente em locais permanentes destinados a este fim; Concreto normal Com massa específica seca determinada conforme NBR 9778 (ABNT, 2005) entre 2000 kg/m³ e 2800 kg/m³; Concreto leve Com massa específica seca determinada conforme NBR 9778 (ABNT, 2005) inferior a 2000 kg/m³; Concreto pesado ou denso Com massa específica seca determinada conforme ABNT NBR 9778 (ABNT, 2005) superior 2800 kg/m³; Concreto de alta resistência Com uma classe de resistência à compressão do grupo II da NBR 8953 (ABNT, 2015b); Concreto dosado em central Dosado em instalações específicas ou em central instalada no canteiro de obra em conformidade com a NBR 7212 (ABNT, 2012a) e misturado em equipamento estacionário ou em caminhão betoneira. Transportado por caminhão betoneira ou outro tipo de equipamento equipado com dispositivo de agitação; Concreto prescrito Composto por materiais definidos pelo usuário. Ainda sobre tipos de concreto, Oliveira (2008) traz definições mais usuais dentro do dia a dia da obra, que são descritas em: Concreto convencional É o tipo mais usado nas obras brasileiras, é utilizado diretamente no solo, nas fundações, ou lançado em fôrmas para lajes e pisos. Sua mistura é feita com um vibrador, garantindo o adensamento correto da mistura. Tem como base da mistura padrão água, cimento, areia e brita sem aditivos, por isso mesmo denominado convencional, e sua resistência pode variar de 10 a 40 MPa; Concreto bombeável É uma variação do concreto convencional, e por ter mais fluidez, é possível realizar seu emprego por bombeadoras. A tubulação pode variar de 3 a 5,5 polegadas de diâmetro, saindo do caminhão betoneira diretamente ao local de aplicação final. A fluidez para o lançamento é obtida através do aumento do fator de água e da diminuição da granulometria do agregado, permitindo a passagem pelo diâmetro da tubulação. Geralmente são utilizados aditivos para se obter as características necessárias; Concreto armado Este é um concreto mais comum em nosso dia a dia, e a diferença entre ele o concreto convencional é a presença de armaduras de barras de aço que garantem ao concreto a resistência à flexão e tração, sendo empregados nas estruturas de vigas, pilares e lajes; Concreto protendido Tem como técnica a inserção de cabos de aço de alta resistência no concreto, processo chamado de ancoramento. As partes tracionadas, com as aplicações de tensões de compressão prévia realizadas na peça permitem melhor desempenho da estrutura e oferecem boa capacidade em resistir aos esforços de flexão. Sendo assim, a utilização do concreto protendido permite a realização de vãos livres um pouco maiores que os de concreto armado convencional, podendo se obter vãos ainda maiores se ao mesmo tempo for usada a estrutura de laje nervurada ao invés da maciça; Concreto leve Empregado com agregado leve, sua massa específica é aproximadamente dois terços da densidade de um concreto tradicional, gerando assim uma redução de custos e oferecendo baixa permeabilidade. Apesar da redução no peso das estruturas, seu objetivo é a redução da massa específica e não da resistência. Possui uma porosidade maior em seus agregados, o que gera maior uso de água e riscos de segregação. É mais empregado em peças pré-moldadas, fabricação de blocos, regularização de superfícies e enchimento de lajes; Concreto celular Tem maior leveza que o concreto convencional e possui uma massa específica entre 300 kg/m³ a 1850 kg/m³, sua diferença em relação ao concreto leve é por ser obtido através de um aditivo especial de espuma. É muito utilizado em paredes, divisórias e nivelamento de pisos; Concreto pré-fabricado É produzido industrialmente fora da obra. São peças encaixadas no local de execução da laje tornando a obra mais ágil; Concreto de alta resistência inicial Possui resistência inicial maior, obtida por meio de aditivos especiais que garantem grande resistência em um pequeno intervalo de tempo, agilizando a obra ou atendendo a emergências; Concreto pesado Emprega agregados de maior massa específica para atingir valores superiores a 2800 kg/m³, e é muito utilizado na construção de câmaras de raio X ou gama, ou mesmo em ambientes que lidam com energia atômica, como usinas, pois os agregados ajudam na proteção contra a radiação; Concreto projetado Também conhecido como concreto jateado, é aplicado por mangueiras de ar comprimido que possuem aditivos que garantem maior aderência, sendo muito utilizado em encostas para evitar deslizamentos; Concreto autoadensável Possui alta fluidez através da ação de aditivos superplastificantes que facilitam o bombeamento. É utilizado em peças armadas, estruturas pré-moldadas, fôrmas em alto relevo e acabamentos em concreto aparente. Tem como vantagem o autonivelamento, eliminando a necessidade de vibradores na concretagem, porém, suas propriedades possuem menor homogeneidade, resistência e durabilidade; Concreto de alto desempenho Também conhecido como CAD, é empregado em obras que necessitam de elevada resistência e durabilidade, por meio de aditivos especiais que diminuem os índices de porosidade e permeabilidade, tornando as estruturas mais resistentes à ação de cloretos, sulfatos, gás carbônico e maresia, apresentando uma resistência superior a 40 MPa. Outra característica do CAD é a possibilidade de desformas rápidas e uma maior agilidade na obra; Concreto rolado Muito utilizado na base inferior das obras, como pisos de estacionamentos e barragens, e sua aplicação é realizada com a compactação por rolos compressores devido aos baixos consumos de cimento e trabalhabilidade. Não tem um acabamento muito bom e por isso é mais empregado como sub-base para concretos que apresentam melhor aparência. CURA DO CONCRETO A cura do concreto tem como objetivo retardar a evaporação da água empregada no preparo da mistura e auxiliar na hidratação completa do cimento, segundo Petrucci (2007). As condições de umidade e de temperatura têm grande influência, principalmente nas primeiras idades do concreto. O processo de cura é realizado nas etapas iniciais do endurecimento e pode ser executado de diversas formas. A NB 1/77 pede para que a proteção das peças se faça nos sete primeiros dias a partir do lançamento do concreto, podendo ser então imersas em água, molhando continuamente as peças concretadas com dispositivos apropriados, para depois cobrir com sacos de aniagem mantidos sempre úmidos. A atenção maior à cura é em lajes e pisos, pois costumam ser ambientes expostos, sem proteção e formas, como no caso de vigas e pilares. De todas as técnicas, a mais empregada é a cura com molhagem constante, porém vale lembrar que isso não significa ter um operário com uma mangueira na mão molhando uma área enquanto outra área vai secando; a cura deve estar sempre 100% saturada de umidade relativa (UR). Outros métodos de cura são: por aspersão, que envolve sistemas de ar-comprimido, mantendo uma névoa próxima à peça de concreto; cura química, que é a aplicação de produto na superfície do concreto por aspersão, com sustâncias como WAX, ceras, parafinas, PVA, acrílicos, estilenos, entre outros elementos que impedem a evaporação da água; cura a vapor, que é muito empregada em ambientes frios, como a região Sul do país, que tem como procedimento usaro princípio da maturidade para alcançar altas resistências em baixas idades; e, por fim, temos a cura térmica, que tem o mesmo princípio da cura a vapor pela maturidade, mas é empregada em peças pré-moldadas. Concreto armado na construção civil Como o concreto possui baixa resistência à tração, surgiu a necessidade de inserir materiais mais resistentes: as barras de aço. O concreto armado é a associação do concreto simples com uma armadura, e os dois materiais devem resistir solidariamente aos esforços solicitantes, sendo essa solidariedade garantida pela aderência. Dentre as vantagens do uso do concreto armado, Petrucci (2007) aponta algumas características: • Moldável, permitindo grande variabilidade de formas e de estilos arquitetônicos; • Apresenta boa resistência em relação à grande parte dos tipos de solicitação de esforços, desde que seja feito um dimensionamento correto e um detalhamento adequado das armaduras; • A estrutura do concreto armado é monolítica, possibilitando que todo o conjunto trabalhe em associação quando a peça é solicitada; • Possui baixo custo de mão de obra, não exigindo profissionais com elevado nível de qualificação e formação; • Os processos construtivos são bastante conhecidos e difundidos em todo o país, sendo fácil seu emprego e utilização; • Sua execução é fácil e rápida, em especial nas peças pré-moldadas; • O concreto armado é durável e protege a armação contra a corrosão e as ações de intempéries; • A manutenção tem gastos menores quando a estrutura é projetada e construída adequadamente; • É pouco permeável à água, seguindo as corretas condições de plasticidade, adensamento e cura; • É seguro contra o fogo, seguindo o cobrimento de acordo; • É resistente a choques e vibrações, efeitos térmicos e atmosféricos e a desgastes mecânicos. O concreto armado traz como grande diferencial e benefício a melhoria na resistência à tração do concreto com o emprego das armaduras na estrutura, atribuindo também ductibilidade e um aumento na resistência à compressão em relação ao concreto simples. Porém, existem algumas desvantagens no emprego do concreto armado, como o grande peso do próprio material, pois em média temos 2500 kg/m³, um valor impactante para o cálculo estrutural. Quando reformas e demolições são necessárias, são muito difíceis de serem executadas por causa da dureza do material, além do baixo grau de proteção térmica que apresenta, criando assim espaços mais frios. Outra breve desvantagem é quanto ao prazo na utilização do concreto sem o uso de aditivos, sendo necessário aguardar o tempo de cura e secagem da peça. PROPRIEDADES Em uma estrutura de concreto armado, além do uso do concreto, o emprego de armações de barras de aço é fundamental, permitindo uma melhoria na resistência aos esforços de tração da estrutura. Na região tracionada onde o concreto possui resistência praticamente nula, ele acaba sofrendo fissuração e se deformando, graças à aderência das barras de aço, que auxiliam no trabalho e absorção dos esforços de tração da região comprimida. Os coeficientes de dilatação térmica do aço e do concreto são muito próximos, o que auxilia que o trabalho ou que a movimentação do conjunto aconteça uniformemente com as variações de temperatura. O coeficiente de dilatação do concreto é de (0,9 a 1,4) ∙ 10-5/℃ (mais frequentemente 1,0 · 10-5/℃). No caso do aço, o coeficiente é de 1,2 ∙ 10-5/℃. Se observarem, essa diferença entre o aço e o concreto é insignificante, tanto que para o concreto armado é adotado o coeficiente de 1,0 ∙ 10-5/℃. Como já mencionamos, o concreto protege o aço da oxidação, garantindo durabilidade à estrutura. Auxilia, também, na proteção física por meio do cobrimento das barras e protegendo-as do exterior, além da proteção química, pois durante a pega do concreto cria-se uma camada quimicamente inibidora em torno da ferragem. É possível encontrar em alguns livros a diferença entre armadura passiva e armadura ativa. A armadura passiva é utilizada na terminologia em referência ao concreto armado, enquanto a armadura ativa designa o concreto protendido por conta dos esforços de tração direta pelos quais ele é submetido. EXECUÇÃO Antes de iniciar a mistura para a produção do concreto, é necessário efetuar a separação dos utensílios de medição, bem como os materiais que serão utilizados. Normalmente os agregados miúdos e graúdos são medidos em padiolas de madeira, sempre levando em consideração a umidade. O cimento é sempre medido em peso, podendo utilizar a dosagem de 50 kg (tamanho de um saco de cimento), e a água geralmente é medida em latas. A mistura do concreto poderá ocorrer de forma manual ou mecânica, sendo que o amassamento manual é empregado apenas em pequenos volumes ou em obras mais simples, pois a garantia no atingimento final da resistência quase sempre é imprecisa. Para esses casos, a execução é feita sobre estrados ou superfícies planas impermeáveis e resistentes, com dimensões máximas de 3 m x 3 m. Misturam-se primeiramente os itens secos (agregados miúdos, graúdos e o cimento) homogeneizando-os, e em seguida é feito um buraco no centro da massa e adiciona-se aos poucos a água, continuando a misturar toda a massa até atingir uma pasta uniforme. No caso do amassamento mecânico, a mistura é realizada por máquinas chamadas de betoneiras. Costuma-se colocar na betoneira uma parte da água, o agregado graúdo, o cimento, o agregado miúdo e o restante da água. O tempo de mistura contado após todos os materiais serem introduzidos na betoneira é feito através das rotações da máquina, geralmente 20 rotações ou aproximadamente um minuto. Uma outra forma de se obter o concreto é através do uso do concreto usinado, que é entregue por caminhões betoneiras, já misturado conforme a resistência necessária ao projeto. Nesse caso, o caminhão betoneira trabalha com 8 m³, sendo indicado, portanto, para volumes maiores do que pequenas reformas. Durante o transporte, lançamento e adensamento do concreto é importante observar se ocorre a separação do agregado graúdo, ou segregação, pois isso pode impedir a qualidade final do concreto. E para isso, é indicado que o transporte do local do amassamento até o lançamento seja o mais rápido possível, e o sistema de transporte adotado deve permitir o lançamento direto nas fôrmas, evitando assim um depósito intermediário. Na direção horizontal, o transporte é feito por carrinhos com rodas de pneus (carriolas) e no transporte vertical, por estrados acionados por guinchos. DICA Para evitar a segregação do agregado graúdo do concreto durante o transporte, o ideal é reprimir a trepidação durante seu manuseio e o excesso de vibração durante o processo de adensamento e lançamento em alturas elevadas. No caso do lançamento do concreto, a norma NB 1 recomenda que o concreto seja lançado logo após sua mistura, não criando um intervalo maior que uma hora, e em nenhuma hipótese se fará o lançamento do concreto após o início da pega. O adensamento ou vibração do concreto tem como objetivo preencher os vazios formados durante o lançamento, eliminando o ar aprisionado e os riscos de bicheiras. Esse adensamento poderá ser realizado manualmente por meio de golpes de haste (vergalhão) ou apiloamento com soquete. Para adensamento mecânico são utilizados vibradores de imersão, permitindo assim maior homogeneidade e durabilidade, levando a uma redução na retração e na permeabilidade da mistura. O uso de aço em vigas, pilares e lajes é indispensável em estruturas de concreto armado, e seu dimensionamento deve ser bem calculado dentro do projeto estrutural. Nesse cálculo será dimensionado a bitola da barra a ser utilizada e os elementos relacionados na estrutura. Os elementos estruturais em concreto armado podem ser identificados de acordo com sua geometria e comparando a grandeza das trêsdimensões principais, que são comprimento, altura e espessura. Os elementos lineares possuem comprimento longitudinal maior que o comprimento transversal em ao menos três vezes; como exemplos temos as vigas e pilares, que também podem ser chamados de barras. As vigas são elementos que, segundo Mehta, Monteiro (2014) e Coêlho (2008), possuem flexão preponderante, e suas funções básicas são vencer os vãos e transmitir as cargas aos apoios, conforme vemos na Figura 2. No eixo longitudinal, as vigas podem ser curvas, mas em sua grande maioria sua execução é reta e horizontal. Figura 2. Viga reta de concreto. Fonte: COÊLHO, 2008, p. 156. (Adaptado). A carga recebida é originária das lajes, das paredes de alvenaria e de outras vigas e pilares, que normalmente são perpendiculares ao eixo longitudinal. As vigas, em conjunto com pilares e lajes, formam a estrutura de contraventamento que é responsável por oferecer estabilidade ao edifício, sob ações verticais e horizontais. Sua construção usualmente possui duas armaduras diferentes, uma na longitudinal e outra na transversal, compostas de barras longitudinais e estribos. Segundo Coêlho (2008), a seção transversal da viga não poderá ter largura inferior a 12 cm, e, no caso das vigas das parede inferior, 15 cm. Em casos excepcionais, esse mínimo poderá chegar a 10 cm, mas, respeitando a NBR 6118 (ABNT, 2014) em relação ao alojamento da armadura e suas interferências, e a NBR 14931 (ABNT, 2004) referente ao lançamento e vibração do concreto. Temos como exemplificação de execução de vigas a Figura 3, apresentando os tipos de viga mais utilizados na construção, sendo vigas baldrames para o apoio de paredes da construção (1); vigas invertidas na base de uma parede (2); vigas em múltiplos pavimentos (3) e vigas em sobrado residencial (4). Figura 3. Exemplos de uso e tipos de vigas. Fonte: BASTOS, 2019, p. 75-76. (Adaptado). Os pilares também são elementos lineares, porém de eixo reto e usualmente executados na vertical, onde as forças normais de compressão são preponderantes e as ações recebidas são transmitidas às fundações da construção. Os pilares são elementos estruturais de grande relevância, tanto do ponto de vista da capacidade de resistência como no aspecto de segurança, e garantem a estabilidade da construção compondo o sistema de contraventamento juntamente com as vigas e lajes, conforme observado na Figura 4. Figura 4. Pilar de concreto. Fonte: COÊLHO, 2008, p. 191. (Adaptado). Acompanhamos na Figura 5 exemplos de execução de pilar, apresentando os tipos mais utilizados na construção: pilares de fachada (1); pilares em edifícios de múltiplos pavimentos (2); detalhe da montagem da forma (3) e detalhe do encontro do pilar com a parede de vedação (4). Figura 5. Exemplos de uso e tipos de pilar. Fonte: BASTOS, 2019, p. 77-78. (Adaptado). As lajes são elementos bidimensionais planos que têm função principal servir de piso ou cobertura nas edificações, e geralmente recebem ações verticais aplicadas provenientes da utilização da laje em função arquitetônica. As ações perpendiculares do plano da laje são separadas em: distribuída na área, peso próprio, contrapiso e revestimento na borda inferior. São distribuídas linearmente em carga de parede apoiada na laje e distribuída de forma concentrada nos pilares apoiados na laje. As cargas e ações são transmitidas para as vigas de apoio conforme demonstrado na Figura 6, porém, eventualmente as cargas podem ser transmitidas diretamente aos pilares, conforme estabelece a NBR 6118 (ABNT, 2014). Figura 6. Planta e corte de forma simples com duas lajes maciças. Fonte: COÊLHO, 2008, p. 33. (Adaptado). Observe os tipos de lajes na Figura 7, onde podemos encontrar lajes maciças (1), nervuradas (2), lisas (3), treliçadas (4) e pré-moldadas (5). Figura 7. Exemplos de uso e tipos de lajes. Fonte: BASTOS, 2019, p. 69-73. (Adaptado). As lajes maciças possuem espessura totalmente preenchida em concreto, sem vazios, e suas armaduras são embutidas no concreto e apoiadas ao longo de toda a parte do perímetro. As lajes nervuradas podem ser moldadas no local ou podem ser pré- moldadas, e a zona de tração dos momentos positivos está localizada nas nervuras entre as quais pode ser colocado material inerte. As lajes nervuradas parecem colmeias ou grandes vãos cubos na parte inferior. As lajes lisas são apoiadas diretamente nos pilares, são executadas de forma maciça de concreto e aço e sem vazios ou enchimentos, porém não são apoiadas nas vigas, somente nos pilares, apresentando vantagens de custos menores, com maior rapidez de construção, mas são mais suscetíveis a deformações verticais. As lajes treliçadas são mais empregadas em construções de pequeno porte devido à facilidade na execução, entre as treliças pré-fabricadas instalam-se lajotas cerâmicas ou mesmo isopor, e acima dessa estrutura recebe-se a concretagem, conforme a NBR 6118 (ABNT, 2014). Já as lajes pré-moldadas são fabricadas industrialmente e são levadas prontas para as obras, precisando apenas encaixar nas demais peças. A argamassa armada, ou microconcreto, é uma outra possibilidade no emprego do concreto armado. Ela possui a mesma origem do concreto armado, apenas com a exclusão dos agregados graúdos. Sua armação usualmente é feita através de telas soldadas. Os agregados empregados têm a espessura na ordem de 20 mm, em média. PATOLOGIAS Bauer (1992) explica que a maioria dos danos estruturais são do tipo evolutivo, ou seja, poderão comprometer a estabilidade em um prazo mais ou menos curto, e a deterioração está relacionada com erros de projeto estrutural, emprego de materiais inadequados, erros de execução e agressividade do meio ambiente. Veja algumas patologias relacionadas a erros de projeto: • A falta de detalhamento ou detalhes mal especificados; • Cargas ou tensões não levadas em consideração no cálculo estrutural; • Variações bruscas de seção em elementos estruturais; • Falta ou projeto deficiente de drenagem; • Efeitos da fluência do concreto não levados em consideração. Os materiais devem ser criteriosamente conhecidos e ensaiados previamente para evitar as patologias, caracterizando-os conforme as normas e procedimentos relacionados. Patologias relacionadas a erros de execução podem estar relacionadas com: • Má interpretação das plantas e/ou detalhes pela equipe de obra; • Adoção de métodos executivos e equipamentos inadequados; • Deslocamento de formas, prumo e alinhamento durante a montagem; • Falta de limpeza das formas; • Descolamento de formas durante a concretagem devido a amarrações deficientes ou vibração excessiva; • Má colocação da armadura com a falta de cobrimento adequado ou má distribuição; • Desforma antes que o concreto apresente resistência à compressão e módulo de deformação suficientes e necessários; • Não retirada de materiais construtivos nas juntas de dilatação, como formas, ou ausência de vedação elástica ou limpeza; • Recalques diferenciais; • Segregação do concreto; • Retração hidráulica durante a pega do concreto gerando perda d’água; • Vibrações produzidas por tráfego intenso ou cravação de estacas nas proximidades causando impactos; • Conhecimento inadequado de engenharia por parte do construtor. Segundo Bauer (1992), os três principais sintomas de patologia de obras em concreto armado são as fissuras, a disgregação e a desagregação. São sintomas visíveis e podem ser facilmente constatados e diferenciados entre si. As fissuras podem surgir após anos, ou mesmo semanas, e as aberturas máximas das fissuras, admissíveis pela NBR 6118 (ABNT, 2012), não deve ultrapassar 0,1 mm para peças não protegidas em meio agressivo, 0,2 mm para peças não protegidas em meio não agressivo, e 0,3 mm para peças protegidas. Acima desses valores, passam a ser necessários tratamento e correção das fissuras.As fissuras chamadas “vivas” são as com movimentação e ainda em crescimento, e as fissuras chamadas “mortas” são as fissuras estabilizadas, sem movimentação ou crescimento. Disgregação é a ruptura do concreto, especialmente nas regiões salientes dos elementos estruturais. São concretos que conservam sua característica de origem, porém não foram capazes de suportar os esforços anormais sobre eles. As desagregações são sintomas característicos de ataques químicos, como corrosão de natureza química, reação de hidróxido de cálcio da hidratação dos elementos do cimento e as reações. O Quadro 5 apresenta um resumo dos principais sintomas e causas de patologias do concreto. Quadro 5. Principais sintomas e suas causas. Fonte: BAUER, 1992, p. 413. NORMATIVAS Como diversos materiais, o concreto armado também segue normas que asseguram a qualidade e a confiabilidade do projeto e obra. A principal norma relacionada ao concreto armado é a NBR 6118 (ABNT, 2014), sobre os procedimentos do projeto de estrutura de concreto. Além desta NBR, podemos citar outras relacionadas ao concreto: • NB 1 – NBR 6118 – Projeto e execução de obras de concreto armado; • NB 2 – NBR 7187 – Cálculo e execução de pontes de concreto armado; • NB 4 – NBR 6119 – Cálculo e execução de lajes mistas; • NB 5 – NBR 6120 – Cargas para cálculo de estruturas de edificações; • NB 6 – NBR 7188 – Cargas móveis em pontes rodoviárias; • NB 7 – NBR 7189 – Cargas móveis em pontes ferroviárias; • NB 8 – NBR 5984 – Norma geral do desenho técnico; • NB 16 – NBR 7191 – Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado; • NB 49 – Projeto e execução de obras de concreto simples; • NB 51 – Projeto e execução de fundações; • NB 116 – NBR 7197 – Cálculo e execução de obras de concreto protendido; • NB 599 – NBR 6123 – Forças devidas ao vento em edificações; • EB 1 – NBR 5732 – Cimento Portland comum; • EB 3 – NBR 7480 – Barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado; • EB 4 – NBR 7211 – Agregados para concreto armado; • EB 565 – Telas de aço soldadas para armaduras de concreto; • EB 780 – Fios de aço para concreto protendido; • EB 781 – Cordoalhas de aço para concreto protendido; • MB-1 – NBR 7215 – Ensaio de cimento Portland; • MB-2 – NBR 5738 – Confecção e cura de corpos de prova de concreto cilíndrico ou prismáticos; • MB-3 – NBR 5739 – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto; • MB-4 – NBR 6152 – Determinação das propriedades mecânicas à tração de materiais metálicos; • MB-215 – Determinação do inchamento de agregados miúdos para concreto; • MB-256 – Consistência do concreto pelo abatimento do tronco de cone; • NBR 7187 – Cálculo e execução de ponte em concreto armado; • NBR 7212 – Execução de concreto dosado em central; • NBR 7807 – Símbolo gráfico para projeto de estruturas - simbologias; • NBR 8681 – Ações e segurança nas estruturas; • NBR 8953 – Concreto para fins estruturais - classificação por grupo de resistência; • NBR 9062 – Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado; • NBR 11173 – Projeto e execução de argamassas armadas; • NBR 12317 – Verificação de desempenho de aditivos para concreto; • NBR 12654 – Controle tecnológico dos materiais componentes do concreto; • NBR 12655 – Concreto - preparo, controle e recebimento do concreto. Existem também algumas normas estrangeiras que podem ser consultadas, como as dos órgãos do American Concrete Institute - ACI e do Comité Européen du Beton - CEB. SINTETIZANDO Como pudemos ver nesta unidade, o concreto é um dos materiais mais utilizados dentro da construção civil e da arquitetura, permitindo atribuir mais qualidade e durabilidade aos projetos e construções. O concreto é composto por aglomerantes e agregados, sendo o cimento o aglomerante da mistura que permite a união de todos os materiais. Já os agregados, como visto nessa unidade, podem ser classificados através de sua origem, dimensões das partículas, massa específica e composição mineralógica, porém a classificação mais usual é a da dimensão de partículas, que são separadas entre agregados miúdos (areia fina, média e grossa) e agregados graúdos (brita, pedra britada, pó de pedra, rachão, bica corrida e restolho). Com relação às propriedades do concreto, é preciso observar a resistência à compressão, a resistência à tração, a trabalhabilidade, o módulo de elasticidade, a coesão, a segregação e a massa específica. O concreto é um material que resiste muito bem à compressão, porém tem baixa resistência à flexão. Existem diversos tipos de concretos, e sua escolha ocorre de acordo com o tipo de obra. Entre os concretos mais usuais, temos o de cimento Portland (ou concreto convencional), o bombeado, o protendido, o celular e o armado. Concreto armado é a junção do concreto convencional com armaduras de barra de aço, que auxiliam justamente na resistência à flexão da peça que, em conjunto com a mistura de concreto (resistente à compressão), permite uma maior durabilidade e qualidade da peça. Na construção civil, os elementos estruturais mais utilizados na estrutura e contraventamento de uma edificação são executados em concreto armado, como as vigas, pilares e lajes. Por ser um material bastante empregado, existem vários ensaios e normativas para sua fiscalização, garantindo a segurança, durabilidade e qualidade da construção final.
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