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Curso de Engenharia Civil Materiais de Construção Civil
Prof. Bethina de Arruda Mota Melado
CONCRETOS
TIPOS DE CONCRETOS
1) CONCRETO SIMPLES
Define-se concreto como sendo um compósito originado da mistura de pelo menos um aglomerante (cimento), agregados (areias e britas) e água, que tem por finalidade adquirir a forma desejada pelo idealizador do projeto quando no estado fresco e oferecer resistência e durabilidade quando no estado endurecido. Todavia, em situações especiais existe a necessidade de se elaborar novas formulações para este compósito secular, sendo assim, outros agregados, aglomerantes, aditivos e adições poderão ser utilizados, conforme a necessidade de cada obra. Como fora mencionado, a princípio o concreto no seu estado fresco permite ser moldado nas mais diversas formas, texturas e finalidades. Contudo, um concreto com qualidade necessita de diversos cuidados, que vão desde a escolha de seus materiais, a elaboração do projeto de dosagem (traço) que garanta as propriedades informadas ao cliente, a homogeneização da mistura através dos caminhões betoneiras, a sua correta aplicação, o adensamento realizado de forma adequada e a cura correta da estrutura, garantirão uma perfeita hidratação do cimento Portland, resultando em um produto de elevada qualidade final. Os materiais componentes devem ser de boa qualidade. Além da escolha, cuidados especiais devem ser lembrados na mistura e no lançamento do concreto.
PROPRIEDADES
- Peso específico : varia com o peso específico dos componentes, com o traço e com o próprio adensamento. O uso do agregado como a brita basáltica fará que um concreto tenha maior peso específico que o similar de brita calcária, mantidas as demais condições de traço e adensamento. - Dilatação térmica : com o aumento da temperatura ambiente o concreto se dilata, acontecendo o inverso com as baixas temperaturas. Por este motivo lajes expostas ao tempo sofrem violentos movimentos de dilatação-contração durante mudanças bruscas de temperatura, o que causa trincas, e consequentemente a penetração da água. - Porosidade e permeabilidade : dependem da dosagem, do adensamento, da porcentagem de água e do uso ou não de aditivos. Dificilmente consegue-se obter um concreto que não seja poroso. A impermeabilidade completa só é conseguida com aditivos ou pinturas especiais. Quanto maior a porosidade menor será a resistência e a durabilidade do concreto. - Desgaste : varia com a resistência, sendo menor o desgaste para uma maior resistência. A resistência dependerá dos fatores: adensamento, fator água-cimento, traço, componentes, cura e idade. - Traço : é a proporção entre os componentes, normalmente expressa em volume. Quanto maior a proporção de cimento na mistura, maior a resistência do concreto, mantidas as demais condições.
MISTURA MANUAL
a) Espalhe a areia formando uma camada de uns 15 cm; b) Sobre a areia, coloque o cimento; c) Com uma pá ou enxada mexa a areia e o cimento até formar uma mistura bem uniforme; d) Espalhe a mistura formando uma camada de 15cm a 20 cm; e) Coloque a pedra sobre essa camada, misturando tudo muito bem; f) Faça um monte com um buraco (coroa) no meio; g) Adicione e misture a água aos poucos, evitando que escorra. É muito importante que a quantidade de água da mistura esteja correta. Tanto o excesso quanto a falta são prejudiciais ao concreto. Se a mistura ficar com muita água, a resistência do concreto pode diminuir bastante, porque os componentes, em geral, se separam. Ao contrário, se a mistura ficar seca, ele será difícil de adensar. Além disso, a peça concretada ficará cheia de buracos, com a aparência ruim e com baixa resistência.
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MISTURA EM BETONEIRA
A betoneira é uma máquina que agiliza a mistura do concreto. a) Coloque a pedra na betoneira; b) Adicione metade de água e misture por um minuto; c) Ponha o cimento; d) Por último, ponha a areia e o resto da água. A betoneira precisa estar limpa (livre de pó, água suja e restos da última utilização) antes de ser usada. Os materiais devem ser colocados com a betoneira girando e no menor espaço de tempo possível. Após a colocação de todos os componentes do concreto, a betoneira ainda deve girar por, no mínimo, 3 minutos.
LANÇAMENTO
Uma vez pronta a mistura, o concreto deve ser usado rapidamente, sob pena de endurecer na masseira. O transporte em pequenas obras é feito em baldes ou carrinhos de mão. Grandes obras podem exigir o transporte a vácuo ou esteiras. Nas fôrmas, deve-se fazer vibração mecânica de modo a possibilitar um bom adensamento e um concreto menos poroso. Em lajes, a superfície é acertada com réguas ou sarrafos, retirando-se os excessos.
CURA DO CONCRETO
É caracterizada pelo endurecimento do concreto com o consequente aumento da sua resistência, o que ocorre durante longo período de tempo. Manter a umidade da peça concretada é importante no início do processo de endurecimento. O concreto exposto ao sol e ventos perde água por evaporação muito rapidamente antes que o endurecimento tenha ocorrido. Tornando-se neste caso menos resistente e mais permeável.
2) CONCRETO DE CASCALHO CICLÓPICO
Usado no caso de lastro de piso de terreno plano, em obras de pouca importância e sujeitas a cargas pequenas como terreiros de café. O cascalho vem misturado à areia em proporções variadas e à porcentagem também variada de terra.
3) CONCRETO CICLÓPICO
É o produto proveniente do concreto simples ao qual se incorpora pedras-de-mão, dispostas regularmente em camadas convenientemente afastadas de modo a serem envolvidas pela massa. Utilizado em alicerces corridos, pequenas sapatas e muros de arrimo.
4) CONCRETO ARMADO
É a união do concreto simples às armaduras de aço. Sabe-se que o concreto simples resiste bem aos esforços de compressão e muito pouco aos demais esforços. No entanto, elementos estruturais como lajes, vigas, pilares, são solicitados por outros esforços – tração, flexão, compressão e cisalhamento, ultrapassando as características do concreto simples. Por isso torna-se necessário a adição ao concreto de um material que resiste bem a estes esforços, o aço por exemplo. A união dos dois materiais é possível devido à características comuns, como:
- Coeficientes de dilatação térmica praticamente iguais;
- Boa aderência entre ambos;
- Preservação de ferro contra ferrugem.
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Antes da seleção do aditivo, devem ser observados os seguintes pontos:
a) Comparação do custo final do concreto com as características especificadas; b) Conhecimento dos efeitos reais do aditivo ou da mistura de aditivos no concreto; c) Habilitação do pessoal que irá empregar o aditivo na obra.
PROPRIEDADES DO CONCRETO
Para efeito de suas propriedades, o concreto deve então 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. O concreto endurecido é o material que se obtém pela mistura dos componentes, após o fim da pega do aglomerante.
1. Propriedades do Concreto Fresco Para o concreto fresco, as propriedades desejáveis são as que asseguram a obtenção de uma mistura fácil de transportar, lançar e adensar, sem segregação. As principais propriedades do concreto, quando fresco, são:
- consistência
- plasticidade
- poder de retenção de água
- trabalhabilidade
1.1. Consistência Consistência é o maior ou menor grau de fluidez da mistura fresca, relacionando-se portanto, com a mobilidade da massa. O principal fator que influi na consistência é, sem dúvida, o teor água/materiais secos. Teor de água/materiais secos é, pois, a relação entre o peso da água e o peso dos materiais secos multiplicada por 100. 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 1%;
- fluido - quando a relação água/materiais secos é alta, entre 1 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. A natureza da obra, o espaçamento entre as paredes das formas e a distribuição da armadura no seu interior impõem que a consistência do concreto seja adequada. Fixada a resistência, mediante o estabelecimento de determinado valor 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. 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 utilizados.
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1.2. Plasticidade Plasticidade é a propriedade do concreto fresco identificada pela facilidade com que este é moldado sem se romper. Depende fundamentalmente da consistência e do grau de coesão entre os componentes do concreto. Quando não há coesão os elementos se separam, isto é, ocorre a segregação. Segregação é a separação dos grãos do agregado da pasta de cimento. Pode ocorrer durante o transporte, durante o lançamento - em conseqüência de movimentos bruscos -, durante o adensamento - por vibração excessiva -, ou pela ação da gravidade, quando os grãos graúdos, mais pesados do que os demais, tendem a assentar no fundo das fôrmas. À medida que as paredes das fôrmas vão se aproximando e a armadura se torna mais densa, maior deve ser o grau de plasticidade da mistura, a fim de evitar o perigo de que apareçam vazios na peça depois de concretada. Neste caso seria altamente desfavorável obter a consistência desejada aumentando-se simplesmente a quantidade de água, pois essa prática diminuiria significativamente a resistência do concreto, a qual para ser compensada exigiria o emprego de mais cimento. Quanto às dimensões dos agregados, observa-se que os miúdos exercem influência preponderante sobre a plasticidade do concreto, por possuírem elevada área específica. Dessa forma, qualquer alteração do seu teor na mistura provocará modificações significativas no consumo de água e, conseqüentemente, no de cimento. Como o cimento é o material de custo mais elevado na mistura, qualquer alteração no consumo de areia incide diretamente no custo do concreto. A forma e a textura superficial das partículas da areia têm grande influência na plasticidade do concreto. Esta será prejudicada na medida em que mais angulosas, rugosas ou alongadas forem as partículas de areia. As areias mais finas requerem mais água, por terem maiores áreas específicas. Por sua vez, pelo fato de serem mais finas, o teor de areia requerido pelo concreto de igual plasticidade será menor, compensando dessa maneira o efeito negativo da finura da areia. As areias muito grossas, quando utilizadas em concretos cuja dimensão máxima do agregado é pequena (9,5 m), resultam em misturas muito ásperas e pouco coesivas, devido ao fenômeno de interferência entre partículas. Quantidades excessivas de areia aumentam demasiadamente a coesão da mistura e dificultam o lançamento e adensamento do concreto nas formas, além de também aumentarem o consumo de cimento e, conseqüentemente, o custo final do concreto produzido. Quanto maior for o consumo de areia, maior será o consumo de cimento, pelo fato de que a pasta é o agente lubrificante entre as partículas de areia. Em relação ao agregado graúdo, como se observou antes, grãos arredondados e de textura superficial lisa, como os seixos rolados, favorecem a plasticidade do concreto, Misturas contendo quantidades excessivas de agregados graúdos resultam em massas de concreto fresco com baixa coesão e mobilidade, exigindo grande esforço no seu lançamento e adensamento.
1.3. Poder de Retenção de Água O poder de retenção de água é o oposto à exsudação. Exsudação é o fenômeno que ocorre em certos concretos quando a água se separa da massa e sobe à superfície da peça concretada. Ocorre quando a parte superior do concreto se torna excessivamente úmida; sua conseqüência é um concreto poroso e menos resistente. Além disso, o concreto pode estar sujeito à desintegração em virtude da percolação da água. Esse fenômeno acontece quando no processo de lançamento do concreto nas fôrmas a parte sólida não é capaz de reter a água de amassamento. Ocorre geralmente em concretos com pequena porcentagem de finos, que são o material que passa pela peneira com abertura de malha igual a 0,15 m. Para diminur a exsudação é necessário alterar a dosagem do concreto, aumentando-se a proporção de finos e o teor de cimento. A exsudação também pode ser controlada pela adequada confecção de um concreto trabalhável, evitando-se o emprego de água além do limite necessário.
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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 resistência mecânica 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, evidentemente, deve-se ter um mínimo de água necessária para reagir com todo o cimento e dar trabalhabilidade ao concreto. Conforme se observou anteriormente, 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 um dos principais fatores determinantes da resistência da ligação pasta/agregado. 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 forma e a textura, por exemplo, 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. Finalmente, outro fator da maior relevância na resistência final do concreto a esforços mecânicos é a cura - procedimento utilizado para favorecer a hidratação do cimento que consiste no controle da temperatura e no movimento da água de dentro para fora e de fora para dentro do concreto, visto que as condições de umidade e temperatura, principalmente nas primeiras idades, têm importância muito grande para as propriedades do concreto endurecido.
2.2. Durabilidade e Impermeabilidade A durabilidade pode ser definida como sendo a capacidade que o concreto possui de resistir à ação do tempo, aos ataques químicos, à abrasão ou a qualquer outra ação de deterioração. A durabilidade depende, entretanto, do tipo de ataque, físico ou químico, que o concreto, depois de endurecido, será submetido, devendo ser analisado criteriosamente antes da escolha dos materiais e da dosagem. No que diz respeito a abrasão ou a erosão, a durabilidade está diretamente ligada a resistência do concreto. A impermeabilidade do concreto está relacionada com a durabilidade. Um concreto impermeável impede o acesso de agentes agressivos. Vários são os fatores que podem influir na durabilidade e na impermeabilidade dos concretos, entre eles:
- porosidade da pasta - a impermeabilidade está diretamente relacionada com a porosidade da pasta. Quanto menos porosa, mais impermeável será a pasta e, conseqüentemente, o concreto.A porosidade depende de dois fatores principais: da relação água/cimento e do grau de hidratação da pasta.
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A relação água/cimento, neste caso, define a estrutura da pasta. Quanto menor essa relação, mais próximos uns dos outros estarão os grãos de cimento e menor, portanto, será a porosidade da pasta. Como os produtos da hidratação ocupam um volume maior do que o cimento na pasta, a porosidade diminui à medida que a hidratação evolui. Pode-se concluir, dessa forma, que a impermeabilidade do concreto aumenta, também, com a redução da relação água/cimento e com a evolução da hidratação, ou seja, com a idade do concreto.
- agressão química - principalmente de sulfatos, que reagindo com o hidróxido de cálcio livre e o aluminato de cálcio hidratado presentes no cimento, aumentam o volume dos sólidos causando expansão que, por sua vez, provocam fissuração, que poderão resultar na total deterioração da peça endurecida. Esses efeitos podem ser atenuados se a relação água/cimento não ultrapassar 0,40 para peças delgadas, com menos de 2,5 cm de recobrimento de armadura, e 0,45 para outras estruturas. No caso de se utilizar cimentos resistentes a sulfatos, o fator água/cimento deverá ser de 0,45 e 0,50, respectivamente, conforme recomenda o ACI - American Concrete Institute.
- retração hidráulica - é resultante da retração da pasta de cimento, que ao sofrer modificações de volume devidas à movimentação da água, exerce tensões sobre o agregado, provocando fissuração no concreto, abrindo dessa forma caminho a agressão de agentes exteriores. São vários os fatores que influenciam a retração hidráulica. Entre eles a concentração de agregados, o fator água/cimento, as dimensões da peça e como já vimos anteriormente as condições de cura. Uma vez que a retração ocorrerá somente na pasta, quanto menor o seu teor e consequentemente maior concentração de agregado, menor será a retração no concreto e, também, como a retração é oriunda da movimentação da água que pode sair por evaporação ou entrar por capilaridade, quanto maior for o fator água/cimento, maior será evidentemente a retração.
DOSAGEM DO CONCRETO
Dosar um concreto consiste em determinar a proporção mais adequada e econômica, com que cada material entra na composição da mistura, objetivando as propriedades já identificadas para o concreto fresco e endurecido. Dosar, é portanto, procurar o traço que atende as condições específicas de um projeto, utilizando corretamente os materiais disponíveis. Traço é a maneira de exprimir a proporção dos componentes de uma mistura. Genericamente, um traço 1:m:x significa que para uma parte de aglomerante deve-se ter m partes de agregados, que pode ser somente miúdo, como no caso das argamassas, ou miúdo e graúdo, como nos concretos e x partes de água. O traço pode ser medido em peso ou em volume. Geralmente quando não está expressa de forma clara a unidade, supõem-se que esta medida seja em peso. Se o traço for em volume deve ser indicado. Freqüentemente adota-se uma indicação mista: o cimento em peso e os agregados em volume. Exemplos de traços para concreto para 1 kg de cimento. 1:a:p onde: a = peso de agregado miúdo para 1 kg de cimento p = peso de agregado graúdo para 1 kg de cimento ou 1:a”:p” em volume onde: a” = volume de agregado miúdo p” = volume de agregado graúdo A dosagem pode ser não experimental ou experimental. Na dosagem não experimental o engenheiro baseia-se na sua experiência profissional ou em tabelas confeccionadas com base em outras obras realizadas. Na dosagem experimental o engenheiro baseia-se nas características dos materiais, nas solicitações mecânicas a que estará sujeito o concreto e nas implicações inerentes a cada obra. Assim sendo, é levado em conta as cargas que vão atuar na estrutura, as dimensões da peça, os processos construtivos bem como as condições do meio em que vai ser implantada a construção.
