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Concreto Protendido, existentes no curso de Engenharia Civil. ... Elementos de concreto simples estrutural: “elementos estruturais elaborados com concreto ...
Tipologia: Resumos
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Bauru/SP Abril/
UNESP, Bauru/SP – Estruturas de Concreto I
APRESENTAÇÃO
Este texto tem o objetivo de servir como notas de aula na disciplina 2117 – Estruturas de Concreto I, do curso de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia, da Universidade Estadual Paulista – UNESP, Campus de Bauru/SP. Encontram-se publicadas no YOUTUBE nove videoaulas da apostila, no canal “Paulo Sergio Bastos”. No texto encontram-se os conceitos iniciais e diversas informações que formam a base para o entendimento do projeto e dimensionamento das estruturas de concreto. O conhecimento dos fundamentos do concreto estrutural é primordial para o aprendizado das disciplinas posteriores de Concreto Armado e Concreto Protendido, existentes no curso de Engenharia Civil. Em linhas gerais o texto segue as prescrições contidas na norma NBR 6118/2014 (“ Projeto de estruturas de concreto – Procedimento ”), para o projeto e dimensionamento dos elementos estruturais de concreto. Nesta disciplina – e na 2123 Estruturas de Concreto II – serão utilizadas diversas apostilas, disponibilizadas no endereço wwwp.feb.unesp.br/pbastos, em “Disciplinas Lecionadas”. Ao longo do curso de Engenharia Civil o estudante cursará três disciplinas de estruturas em Concreto Armado e uma de Concreto Protendido, com a possibilidade de cursar outras disciplinas optativas. As quatro disciplinas obrigatórias apresentam os conteúdos mais importantes e comuns do dia a dia das atividades do Engenheiro Estrutural, e ao final do curso o estudante estará apto a iniciar suas atividades no ramo do projeto estrutural de concreto. Críticas e sugestões serão bem-vindas a fim de melhorar o texto.
- Sumário Cap. 1- Introdução 1
CAPÍTULO 1
1. INTRODUÇÃO
O concreto é um material composto, constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (pedra ou brita). O concreto pode também conter adições e aditivos químicos^1 , com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas. O concreto é obtido por um cuidadoso proporcionamento,^2 que define a quantidade de cada um dos diferentes materiais, a fim de proporcionar ao concreto diversas características desejadas, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido. De modo geral, na construção de um elemento estrutural em Concreto Armado, as armaduras de aço são previamente posicionadas dentro da fôrma (molde), e em seguida o concreto fresco é lançado para preencher a fôrma e envolver as armaduras, e simultaneamente o adensamento vai sendo feito. Após a cura e o endurecimento do concreto, a fôrma é retirada e assim origina-se a peça de Concreto Armado. As estruturas de concreto são comuns em todos os países do mundo, caracterizando-se pela estrutura preponderante no Brasil. Comparada a estruturas com outros materiais, a disponibilidade dos materiais constituintes (concreto e aço) e a facilidade de aplicação, explicam a larga utilização das estruturas de concreto, nos mais variados tipos de construção, como edifícios de pavimentos, pontes e viadutos, reservatórios, barragens, pisos industriais, pavimentos rodoviários e de aeroportos, paredes de contenção, obras portuárias, canais, etc.
1.1 Conceitos de Concreto Armado e Concreto Protendido
Os materiais empregados nas construções da antiguidade eram a pedra natural (rocha), a madeira e o ferro. E muitas daquelas construções perduram até os dias de hoje, como pontes e castelos. Um bom material para ser utilizado em uma estrutura é aquele que apresenta boas características de resistência e durabilidade. Nesse sentido, a pedra natural apresenta muito boa resistência à compressão e durabilidade elevada. No entanto, a pedra é um material frágil^3 e tem baixa resistência à tração. O concreto, como as pedras naturais, apresenta alta resistência à compressão, o que faz dele um excelente material para ser empregado em elementos estruturais primariamente submetidos à compressão, como por exemplo os pilares, mas, por outro lado, suas características de fragilidade e baixa resistência à tração restringem seu uso isolado em elementos submetidos totalmente ou parcialmente à tração, como tirantes^4 , vigas, lajes e outros elementos fletidos.[^1 ]^ Para contornar essas limitações, o aço é empregado em conjunto com o concreto, e convenientemente posicionado na peça de modo a resistir às tensões de tração. O aço também trabalha muito bem na resistência às tensões de compressão, e nos pilares auxilia o concreto. Um conjunto de barras de aço forma a armadura, que envolvida pelo concreto origina o Concreto Armado, um excelente material para ser aplicado na estrutura de uma obra. A Figura 1.1 mostra uma peça com o concreto sendo lançado e adensado, de modo a envolver e aderir à armadura. O Concreto Armado alia as qualidades do concreto (baixo custo, durabilidade, boa resistência à compressão, ao fogo e à água) com as do aço (ductilidade^5 e excelente resistência à tração e à compressão), o que permite construir elementos com as mais variadas formas e volumes, com relativa rapidez e facilidade, para os mais variados tipos de obra.
(^1) Adições/Aditivos : são “ materiais que não sejam agregados, cimento e água, e que são adicionados à dosagem do concreto
imediatamente antes ou durante a mistura 2 .”[^17 ] Proporcionamento : “ processo de medição e introdução dos ingredientes no misturador para o preparo do concreto .” [^17 ] (^3) Material frágil : aquele que apresenta uma deformação plástica muito pequena até a ruptura. (^4) Tirante : elemento linear destinado a transmitir forças de tração. (^5) Ductilidade : representa o nível de deformação plástica antes da ruptura do material.
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Figura 1.1 – Preenchimento de fôrma com concreto e adensamento interno com vibrador de agulha.[^2 ]
Outro aspecto positivo é que o aço, convenientemente envolvido e com um cobrimento^6 adequado de concreto, fica protegido de corrosão, bem como quando submetido a elevadas temperaturas provocadas por incêndio (pelo menos durante um certo período de tempo). Uma questão importante a ser observada para a existência do Concreto Armado é a necessidade de aderência entre o concreto e o aço, de modo que ambos trabalhem solidariamente, conjuntamente. Com a aderência, a deformação s em um ponto da superfície da barra de aço e a deformação c do concreto neste mesmo ponto são iguais, isto é: c = s. A NBR 6118 (itens 3.1.2, 3.1.3 e 3.1.5) apresenta as definições:
Elementos de concreto simples estrutural : “ elementos estruturais elaborados com concreto que não possui qualquer tipo de armadura ou que a possui em quantidade inferior ao mínimo exigido para o concreto armado ; Elementos de Concreto Armado : aqueles cujo comportamento estrutural depende da aderência entre concreto e armadura, e nos quais não se aplicam alongamentos iniciais das armaduras antes da materialização dessa aderência ; Armadura passiva : qualquer armadura que não seja usada para produzir forças de protensão, isto é, que não seja previamente alongada .”
No Concreto Armado a armadura é chamada passiva , o que significa que as tensões e deformações nela existentes devem-se exclusivamente às ações^7 aplicadas na peça. O trabalho conjunto entre o concreto e a armadura fica bem caracterizado na comparação de uma viga sem armadura (Concreto Simples, Figura 1.2a) e com armadura de flexão (Concreto Armado, Figura 1.2b). Supondo que as forças aplicadas sobre as vigas aumentem gradativamente de zero até a ruptura, a viga sem armadura rompe bruscamente tão logo inicia-se a primeira fissura, o que ocorre quando a tensão de tração atuante alcança a resistência do concreto à tração na flexão. Já a viga de Concreto Armado tem a capacidade resistente à flexão significativamente aumentada devido à existência da armadura.
a)
concreto compressão
fissuras armadura tração
abertura prévia
fissura
b)
Figura 1. 2 - Viga de concreto: a) sem armadura; b) com armadura.[^3 ]
(^6) Cobrimento : espessura da camada de concreto responsável pela proteção do aço da armadura em uma peça. Está apresentado no
item 7 3.2.6. Ações : “ causas que provocam esforços ou deformações nas estruturas .” [^18 ]^ As ações classificam-se em permanentes, variáveis e excepcionais.
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No processo de pós-tensão primeiramente a peça de concreto é fabricada, contendo dutos (bainhas^8 ) ao longo do comprimento da peça, que são posteriormente preenchidos com o aço de protensão (cordoalhas), de uma extremidade a outra (Figura 1.5). Quando o concreto apresenta a resistência suficiente, o aço de protensão, fixado em uma das extremidades, é estirado (tracionado) pelo cilindro hidráulico na outra extremidade, com o cilindro apoiando-se na própria peça. Esta operação provoca a aplicação de uma força que comprime o concreto de parte ou de toda a seção transversal na peça. Terminada a operação de estiramento, a armadura permanece fixada em ambas as extremidades da peça. A bainha pode ser totalmente preenchida com calda de cimento, para proporcionar aderência do aço de protensão com o concreto da peça. Há também peças fabricadas com pós-tensão com cordoalha engraxada (Figura 1.7 e Figura 1.8), de aplicação cada vez mais comum no Brasil.^9 O Concreto Protendido apresenta estruturas muito diversificadas e uma grande variedade de aplicações, como pontes e viadutos, onde é preponderante, e em lajes de pavimentos e pisos em edifícios residenciais, comerciais ou industriais. O Concreto Protendido, especialmente com cordoalhas engraxadas, vem sendo cada vez mais aplicado no Brasil e no mundo, e por isso merece ser estudado em uma disciplina específica nos cursos de Engenharia Civil, de modo a proporcionar ao estudante as noções básicas para o projeto e a execução.
a) Peça concretada duto vazado
Ap
Ap
b) Estiramento da armadura de protenção
c) Armadura ancorada e dutos preenchidos com nata de cimento
Figura 1.5 – Aplicação de protensão com pós-tensão.
Figura 1. 6 – Cordoalha engraxada de sete fios. (Fonte: Catálogo ArcelorMittal)^10
(^8) Bainha : é um tubo geralmente metálico e corrugado onde é inserido o aço de protensão o qual pode se movimentar durante a
operação de protensão. Posteriormente pode ser preenchido com nata de cimento para criar aderência entre o aço e o concreto da peça. 9 Ver BASTOS, P.S.S. Concreto Protendido. Bauru/SP, Departamento Engenharia Civil, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Março/2019, 237p. Disponível em (19/04/2019): http://wwwp.feb.unesp.br/pbastos/Protendido/Ap.%20Protendido.pdf 10 ARCELORMITTAL. Fios e Cordoalhas para Concreto Protendido – Aços Longos. Catálogo, s/d, 12p. Disponível em (1/02/2019): http://longos.arcelormittal.com/pdf/produtos/construcao-civil/fios-cordoalhas/catalogo-fios-cordoalhas.pdf
Cap. 1- Introdução 5
Figura 1.7 – Cordoalha de sete fios engraxada. (Fonte: Catálogo ArcelorMittal)
1.2 Fissuração no Concreto Armado
A fissura é uma abertura de pequena espessura no concreto. O aparecimento de fissuras no Concreto Armado deve-se à baixa resistência do concreto à tração, caracterizando-se por um fenômeno natural, embora indesejável. A abertura das fissuras deve ser controlada, geralmente até 0,3 mm, a fim de atender condições de funcionalidade, estética, durabilidade e impermeabilização. O engenheiro projetista deve garantir que as fissuras apresentem aberturas menores que as aberturas limites estabelecidas pela NBR
Figura 1. 8 – Fissuras em uma viga após ensaio experimental em laboratório.[^5 ]
1.3 Histórico do Concreto Armado
A argamassa de cal já era utilizada 2000 anos antes de Cristo, na ilha de Creta, e no terceiro século a.C., os romanos descobriram uma fina areia vulcânica que, misturada com argamassa de cal, resultava em uma argamassa muito resistente e possível de ser aplicada sob a água.[^6 ]^ Os romanos também faziam uso de uma pozolana^12 de origem vulcânica, e misturada à areia, pedra e água, confeccionavam concretos que foram
(^11) Retração : diminuição do volume de pastas de cimento, argamassas e concretos, devida principalmente à perda de água, sem que exista qualquer tipo de carregamento. Classificada em retração plástica, química, hidráulica e por carbonatação.[^19 ] (^12) Material pozolânico : “ material silicoso ou sílico-aluminoso que por si só possui pouca ou nenhuma propriedade cimentícea, mas, quando finamente dividido e na presença de umidade, reage quimicamente com o hidróxido de cálcio, à temperatura ambiente, para formar compostos com propriedades cimentantes .”[^20 ]^ A pozolana de origem vulcânica é um exemplo.
Cap. 1- Introdução 7
além de resistir às diversas ações atuantes, pode compor também a arquitetura. O concreto pré-moldado pode ser uma opção estrutural e arquitetônica à estrutura de concreto convencional;
c) Resistência ao fogo : uma estrutura deve resistir às elevadas temperaturas devidas ao fogo e permanecer intacta durante o tempo necessário para a evacuação de pessoas e permitir interromper o incêndio. As estruturas de concreto, sem proteção externa, tem uma resistência natural de 1 a 3 horas;
d) Resistência a choques e vibrações : as estruturas de concreto geralmente tem massa e rigidez que minimizam vibrações e oscilações, provocadas pelas ações de utilização e o vento. Os problemas de fadiga são menores e podem ser bem controlados;
e) Conservação : desde que o projeto e a execução tenham qualidade, as estruturas de concreto podem apresentar grande resistência às intempéries, aos agentes agressivos e às ações atuantes. Geralmente, os fatores mais importantes são a resistência do concreto e o correto posicionamento das armaduras, obedecendo os cobrimentos mínimos exigidos;
f) Impermeabilidade : o concreto comum, quando bem executado, apresenta muito boa impermeabilidade.
Os principais aspectos negativos das estruturas de concreto são os seguintes:
a) Baixa resistência à tração : a resistência do concreto à tração é baixa se comparada à sua resistência à compressão, cerca de apenas 10 %, o que o sujeita à fissuração. A armadura de aço, convenientemente projetada e disposta, minimiza esse problema, atuando de forma a restringir as aberturas das fissuras a valores aceitáveis, prescritos pelas normas de modo a não permitir a entrada de água e de agentes agressivos, e não prejudicar a estética e a durabilidade da estrutura. O Concreto Protendido pode ser uma opção ao Concreto Armado, especialmente no caso de ambientes muito agressivos, por possibilitar o projeto de peças sem fissuras, ou fissuras que possam surgir apenas sob carregamentos menos frequentes ao longo do tempo de vida útil da estrutura;
b) Fôrmas e escoramentos : a construção da estrutura de concreto (moldado no local) requer fôrmas e escoramentos que necessitam ser montados e posteriormente desmontados, acarretando custos elevados de material e de mão de obra. Como opção, o concreto pré-moldado elimina a necessidade de escoramentos, reutiliza as fôrmas e diminui o tempo de construção da estrutura;
c) Baixa resistência do concreto por unidade de volume : o concreto apresenta baixa resistência comparativamente ao aço estrutural, e elevada massa específica (2.450 kg/m^3 ), o que resulta na necessidade de estruturas com elevados volumes e consequentemente pesos próprios muito elevados, caracterizando-se no principal aspecto negativo das estruturas de concreto. Por exemplo, considerando um aço estrutural com resistência de 250 MPa e massa específica de 7.850 kg/m^3 , o concreto deve ter resistência de 78 MPa para apresentar a mesma relação resistência/massa. Como a resistência dos concretos utilizados situa-se geralmente na faixa de 25 a 50 MPa, a elevada massa específica do concreto torna-se um aspecto negativo;
d) Alterações de volume com o tempo : o concreto pode fissurar sob alterações de volume provocadas pela retração e pela fluência^14 , o que pode dobrar a flecha em um elemento fletido.
1.5 Principais Normas
No século passado, a principal norma para projeto de estruturas de Concreto Armado foi a NB 1, cuja última edição ocorreu em 1978. Em 1980 a NB 1 teve sua nomenclatura e número substituídos, tornando- se NBR 6118. A versão de 1980 passou por longo processo de revisão e foi substituída em 2003, depois reeditada em 2007. Em 2014, após novo processo de revisão, surgiu a quarta edição da NBR 6118[^9 ], sendo esta a versão de 2014^15 a considerada neste texto. É importante considerar que a NBR 6118 trata apenas do
(^14) Fluência : “ deformação lenta que acontece nos materiais devido à ação de cargas permanentes de longa duração, sendo normalmente um fenômeno indesejável e que diminui a vida útil de um determinado material .”[^21 ] (^15) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto – Procedimento. NBR 6118,
ABNT, 2014 (versão corrigida), 238p.
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projeto das estruturas de Concreto Armado e Protendido, porque as recomendações para a execução das estruturas de concreto fazem parte da NBR 14931.[^10 ] A NBR 6118 define critérios gerais para o projeto de estruturas de concreto, que compõem os edifícios, pontes, obras hidráulicas, portos, aeroportos, etc., devendo ser complementada por outras normas para estruturas específicas. A norma “ estabelece os requisitos básicos exigíveis para o projeto de estruturas de concreto simples, armado e protendido, excluídas aquelas em que se empregam concreto leve, pesado, ou outros especiais. ” (NBR 6118, item 1.1). Além dos concretos especiais^16 leve^17 e pesado^18 , outros também são excluídos pela norma, como o concreto massa^19 e o concreto sem finos^20. A NBR 6118 aplica-se a estruturas com concretos normais, com massa específica seca maior que 2. kg/m^3 , não excedendo 2.800 kg/m^3 , do grupo I de resistência (C20 a C50)^21 , e do grupo II de resistência (C55 a C90), conforme classificação da NBR 8953[^11 ]. Segundo o item 1.5 da NBR 6118, “ No caso de estruturas especiais, como de elementos pré-moldados^22 , pontes e viadutos, obras hidráulicas, arcos, silos, chaminés, torres, estruturas off-shore^23 , ou estruturas que utilizam técnicas construtivas não convencionais, como formas deslizantes^24 , balanços sucessivos^25 , lançamentos progressivos^26 e concreto projetado^27 , as condições desta Norma ainda são aplicáveis, devendo, no entanto, ser complementadas e eventualmente ajustadas em pontos localizados, por Normas Brasileiras específicas. ” Veja algumas definições nas notas de rodapé. Por não constarem da NBR 6118, no projeto de estruturas sujeitas a ações sísmicas deve ser consultada a NBR 15421[^12 ], e aquelas em situação de incêndio a NBR 15200.[^13 ]^ Além das normas citadas, entre outras as seguintes merecem destaque:
NBR 6120 - Cargas para o cálculo de estruturas de edificações - Procedimento NBR 6122 - Projeto e execução de fundações NBR 6123 - Forças devidas ao vento em edificações - Procedimento NBR 7187 - Projeto de pontes de concreto armado e de concreto protendido - Procedimento NBR 7191 - Execução de desenhos para obras de concreto simples ou armado NBR 7480 - Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação NBR 8681 - Ações e segurança nas estruturas - Procedimento NBR 9062 - Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado
Outras normas também importantes e de interesse no estudo das estruturas de concreto são as normas estrangeiras: MC- 90 [^14 ], do COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON, o Eurocode 2[^15 ], do EUROPEAN COMMITTEE STANDARDIZATION, e o ACI 318[^16 ], do AMERICAN CONCRETE INSTITUTE).
(^16) Concreto especial : aquele com características particulares visando melhorar propriedades ou corrigir deficiências do concreto convencional. (^17) Concreto leve : “ são obtidos pela substituição total ou parcial dos agregados tradicionais por agregados leves ” e caracterizados por apresentarem massa específica seca abaixo de 2000 kg/m 18 3 .[^22 ] Concreto pesado : concreto usado em blindagem contra radiação e com massa específica maior que cerca de 3200 kg/m^3. (^19) Concreto massa : “ aquele que necessita de cuidados especiais para a minimização dos efeitos das variações volumétricas e geração de calor decorrentes da hidratação do cimento 20 .”[^23 ] Concreto sem finos : concreto sem areia, com alta porosidade, baixa massa específica e excelente permeabilidade. (^21) O número que segue a letra C indica a resistência característica do concreto à compressão (fck), em MPa. (^22) Elemento pré-moldado : “ elemento que é executado fora do local de utilização definitiva na estrutura, com controle de qualidade .”[^24 ] (^23) Estrutura off-shore : são as estruturas compreendidas entre a costa e o alto-mar, como: plataformas de exploração, produção e distribuição de petróleo e gás, embarcações, instalações portuárias, estaleiros, bases de apoio, etc. 24 Fôrma deslizante : fôrma para moldagem contínua de grandes superfícies de concreto, que é movimentada para receber novo lançamento de concreto conforme o concreto previamente lançado permita. Geralmente utilizada na construção de reservatórios de água, silos, chaminés, pilares de grandes dimensões, barragens, muros, pavimentos, etc. (^25) Balanços sucessivos : método geralmente aplicado na construção de pontes e viadutos de grandes vãos. Consiste na execução da estrutura em segmentos (aduelas), construídas a partir de um apoio e que avançam uma a uma em balanço, até o término da execução do vão. É indicado onde existe dificuldade na montagem de escoramento sob a estrutura, como em rios, vales e vias de tráfego. 26 Lançamentos progressivos : método geralmente aplicado na construção de pontes, onde segmentos da estrutura da ponte são fabricados nas proximidades e deslocados na direção do vão até a posição final, quando em balanço são finalizados com a concretagem do tabuleiro para ocasionar a ligação com a seção previamente concluída. 27 Concreto projetado : concreto transportado por tubulação ou mangueira e projetado em uma superfície sob pressão e em alta velocidade, e autocompactado simultaneamente.[^17 ,^25 ]
UNESP, Bauru/SP – Estruturas de Concreto I 10
21. ANDRADE, J.J.O. Propriedades Físicas e Mecânicas dos Materiais. In: ISAIA, G.C. (ed.). Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. São Paulo, Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2007, v.1, p.203-236. 22. ROSSIGNOLO, J.A. ; AGNESINI, M.V.C. Concreto Leve Estrutural. In: ISAIA, G.C. (ed.). Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo, Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2011, v.2, p.1531-1568. 23. MARQUES FILHO, J. Concreto Massa e Compactado com Rolo. In: ISAIA, G.C. (ed.). Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo, Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2011, v.2, p.1400-1447. 24. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de estruturas de concreto pré- moldado. NBR 9062, ABNT, 2001, 36p. 25. PRUDÊNCIO JR, L.R. Concreto Projetado. In: ISAIA, G.C. (ed.). Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo, Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2011, v.2, p.1367-1397.
Cap. 2 - Materiais 11
CAPÍTULO 2
2. MATERIAIS
Para compreender o comportamento, projetar e dimensionar as estruturas de concreto, primeiramente é necessário conhecer as características e as propriedades dos dois principais materiais, o concreto e o aço. Na sequência, de posse desses conhecimentos, estuda-se o Concreto Armado, considerando o trabalho conjunto e solidário dos dois materiais.
2.1 Composição do Concreto
O concreto é um material composto, constituído por cimento, água, agregado miúdo (areia) e agregado graúdo (brita ou pedra), sendo mais comum a brita 1 (Figura 2.1), e pode conter adições e aditivos químicos, com a finalidade de melhorar ou modificar suas propriedades básicas. São exemplos de adições a cinza volante^28 , a pozolana natural^29 , a sílica ativa^30 , metacaulim^31 , entre outras. O concreto também pode conter outros materiais, como pigmentos coloridos, fibras^32 , agregados especiais, etc. No caso de aditivos, são largamente empregados os plastificantes^33 e os superplastificantes, para reduzir a quantidade de água do concreto e possibilitar a trabalhabilidade necessária.^34 A tecnologia do concreto busca a proporção ideal entre os diversos constituintes, procurando atender simultaneamente as propriedades requeridas (mecânicas, físicas e de durabilidade), e apresentar trabalhabilidade a fim de possibilitar o transporte, lançamento e adensamento do concreto para cada caso de aplicação.[^26 ]^ Para conhecer melhor as características e propriedades dos materiais do concreto, bem como a definição das proporções dos seus constituintes, recomendamos as Ref. [ 27 a 33 ].^35
(^28) Cinza volante : “ material finamente particulado proveniente da queima – com o objetivo de gerar energia - de carvão
pulverizado em usinas termoelétricas 29 .”[^60 ] Pozolana natural : “ materiais de origem vulcânica, geralmente ácidos, ou de origem sedimentar .”[^60 ]^ Existem também pozolanas artificiais. (^30) Sílica ativa : subproduto resultante do processo de obtenção do ferro-silício e do silício-metálico, o primeiro destinado à produção de aços comuns e o segundo utilizado na fabricação de silicone, semicondutores e células solares.[^60 ] (^31) Metacaulim “ é uma adição mineral aluminossilicosa obtida, normalmente, da calcinação, entre 600 e 900 C, de alguns tipos
de argilas, como as cauliníticas e os caulins de alta pureza 32 .” [^60 ] Fibras “ são elementos descontínuos, cujo comprimento é bem maior que as dimensões da seção transversal .”[^38 ]^ Podem ser de diversos tipos e materiais: de aço, polipropileno (microfibras de monofilamentos ou fibriladas, e macrofibras poliméricas), vidro, carbono, náilon, madeira, sisal, etc. As fibras atuam como ponte de transferência de tensão nas fissuras, e podem: aumentar a resistência à tração e a ductilidade dos concretos (o concreto deixa de ter comportamento frágil); melhorar o comportamento no estado fresco e no processo de endurecimento; serem utilizadas para o controle de fissuração plástica em pavimentos; reduzir a propagação das fissuras; atuar como reforço do concreto endurecido, podendo diminuir ou substituir a armadura convencional, o que aumenta a capacidade de reforço pós-fissuração do compósito; aumentar a resistência a cargas explosivas e dinâmicas em geral (a resistência do compósito é de três a dez vezes maior); aumentar a resistência à fadiga, com o aumento do número de ciclos necessários para a ruptura, sendo neste caso indicadas para aplicações em pavimentos (rodovias, aeroportos, pisos industriais), dormentes ferroviários, base de máquinas, etc.). (^33) Aditivos plastificantes e superplastificantes : “ Os aditivos redutores de água são também conhecidos como plastificantes e
superplastificantes, dependendo da redução da quantidade de água de amassamento para uma determinada consistência (trabalhabilidade). Enquanto os aditivos plastificantes (ou redutores de água de eficiência normal) permitem uma redução de água de pelo menos 5 %, os superplastificantes podem reduzir a água da mistura em até 40 %. [...] além de permitirem a redução da relação água/cimento para uma dada consistência da mistura, podem também conferir aumento de fluidez se a quantidade original de água da mistura for mantida constante 34 .”[^37 ] No item 7.4.4 a NBR 6118 coloca: “ Não é permitido o uso de aditivos à base de cloreto em estruturas de concreto, devendo ser obedecidos os limites estabelecidos na ABNT NBR 12655 .” (^35) Dentre as Referências, destacamos para estudo o livro: MEHTA, P.K. ; MONTEIRO, P.J.M. Concreto – Microestrutura,
Propriedades e Materiais. São Paulo, Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), 2a^ ed., 2014, 782p.
Cap. 2 - Materiais 13
Figura 2.3 – Clínquer para fabricação de cimento.
Tabela 2.1 – Tipos de cimento Portland normalizados no Brasil.[^35 ,^36 ]
Nome técnico Identificação do tipo
Comum CP Ia) Comum com adição CP I-Sa) Composto com escória CP II-Ea) Composto com pozolana CP II-Za) Composto com fíler CP II-Fa) Alto-forno CP III a) Pozolânico CP IVb) Alta resistência inicial CP V-ARI Branco estrutural CPBa)
Notas: a) fabricado nas classes de resistência à compressão de 25, 32 ou 40 MPa; b) fabricado nas classes 25 ou 32 MPa.
Os cinco tipos básicos de cimento Portland mostrados na Tabela 2.1 podem ser resistentes a sulfatos , designados pela sigla RS, como por exemplo o CP II-F-32RS. Oferecem resistência aos meios agressivos sulfatados, como aqueles de redes de esgoto residenciais ou industriais, água do mar, do solo, etc.[^36 ]^ Outro aspecto também importante na definição do tipo de cimento refere-se ao calor gerado na hidratação do cimento, onde para grandes volumes de concreto são indicados os cimentos de baixo calor de hidratação , com o sufixo BC, do tipo CP III e CP IV, como mostrado na Tabela 2.2.
Tabela 2.2 – Características conferidas a concretos e argamassas em função do tipo de cimento.
Característica
Tipo de Cimento Comum e Composto Alto forno^ Pozolânico^
Alta resistência inicial
Resistente a sulfatos
Branco estrutural Resistência à compressão Padrão
Menor nos primeiros dias e maior no final da cura
Menor nos primeiros dias e maior no final da cura
Muito maior nos primeiros dias Padrão^ Padrão Calor gerado na reação do cimento com a água
Padrão Menor Menor Maior Padrão Maior
Impermeabilidade Padrão Maior Maior Padrão Padrão Padrão Resistência aos agentes agressivos (água do mar e esgotos)
Padrão Maior Maior Menor Maior Menor
Durabilidade Padrão Maior Maior Padrão Maior Padrão
No comércio o cimento é geralmente fornecido em sacos de 50 kg e por vezes também em sacos de 25 kg. O cimento do tipo ARI (alta resistência inicial) pode ser encontrado em sacos de 40 e 50 kg, dependendo do fabricante. Centrais fabricantes de concreto adquirem o cimento a granel diretamente dos fabricantes e em grandes quantidades.
UNESP, Bauru/SP – Estruturas de Concreto I 14
Para melhor conhecimento sobre o cimento, como fabricação, constituintes, propriedades, tipos, reações químicas, etc., recomendamos as Ref. [ 27 , 28 , 32 , 35 , 36 , 37 ].
2.1.2 Agregados
Os agregados podem ser definidos como os materiais granulosos e inertes constituintes das argamassas e concretos .[^32 ]^ São muito importantes no concreto porque constituem cerca de 70 a 80 % da sua composição, e porque influenciam várias de suas propriedades. O concreto tem evoluído na direção de um maior teor de argamassa, com a diminuição da quantidade de agregado graúdo, de forma a produzir traços mais trabalháveis e melhor bombeáveis. O uso cada vez mais intenso de concreto autoadensável^39 tem colocado os agregados, especialmente os finos, em evidência.[^38 ]^ Os agregados são classificados quanto à origem em naturais, britados, artificiais e reciclados:^40
Quanto à dimensão dos grãos, os agregados miúdos e graúdos são classificados do seguinte modo:
No comércio é comum encontrar as britas com a seguinte numeração e dimensão máxima (Figura 2.4):
No passado era comum a mistura de britas 1 e 2 para a confecção de concretos, mas hoje porém, a maioria dos concretos feitos para as obras correntes utiliza apenas a brita 1como agregado graúdo. Peças cujas dimensões e taxas de armadura^41 propiciem a utilização de concretos com brita 2 devem ser verificadas, porque podem diminuir o custo da estrutura. A massa unitária dos agregados naturais varia geralmente de 1.500 a 1.800 kg/m^3 , e resultam concretos comuns com massa específica em torno de 2.400 kg/m^3. Outros agregados, chamados leves[^40 ]^ e pesados[^41 ], podem ser aplicados na produção de concretos especiais. Um aspecto muito importante a ser considerado na escolha dos agregados refere-se à questão da reação álcali-agregado^42 , que afeta o comportamento e a durabilidade do concreto. Análises prévias devem ser feitas a fim de evitar esse problema, que se ocorrer pode trazer sérias consequências para a durabilidade da estrutura.
(^39) Concreto autoadensável : é um concreto especial que no estado fresco diferencia-se do concreto convencional por apresentar
elevadas fluidez, deformabilidade e estabilidade da mistura, que proporcionam três características básicas e essenciais: habilidade de preencher espaços nas fôrmas, habilidade de passar por restrições e capacidade de resistir à segregação. Não requer adensamento e sua aplicação é mais fácil, rápida, necessita menos mão de obra, pode ser produzido em centrais dosadoras tradicionais e tem os mesmos materiais utilizados no concreto convencional (brita, areia, cimento, adições e aditivos).[^39 ] (^40) Agregado reciclado : podem ser resíduos industriais granulares que tenham propriedades adequadas ao uso como agregado ou proveniente do beneficiamento de entulho de construção ou demolição selecionado para esta aplicação.[^38 ] (^41) Taxa de armadura : razão entre a quantidade de armadura e a área da seção transversal de concreto da peça. (^42) Reação álcali-agregado : reação expansiva que ocorre no concreto endurecido, provocando fissuras e deformações, e que se origina do sódio e do potássio presentes no cimento, em reação com alguns tipos de minerais reativos, presentes no agregado.[^38 ]