MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – CIV237 - Escola de Minas

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – CIV237 - Escola de Minas
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
APOSTILA
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – CIV237
(Edição 2009)
PROF. DR. ESPEDITO FELIPE TEIXEIRA DE CARVALHO
Fevereiro / 2009
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SUMÁRIO
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I – CIV237.............................................................................................................................1
SUMÁRIO .....................................................................................................................................................................................2
INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................................3
PEDRAS NATURAIS .................................................................................................................................................................15
AGLOMERANTES EM GERAL ................................................................................................................................................18
GESSO .........................................................................................................................................................................................22
MAGNÉSIA SOREL (OU SAREE) ............................................................................................................................................31
CAL AÉREA ...............................................................................................................................................................................32
CIMENTO PORTLAND .............................................................................................................................................................40
ENSAIOS DE RECEPÇÃO DO CIMENTO ...............................................................................................................................61
AGREGADOS PARA CONCRETO ...........................................................................................................................................67
DOSAGEM EMPÍRICA ..............................................................................................................................................................92
EXERCÍCIOS SOBRE DOSAGENS DE CONCRETO........................................................................................................118
RESUMO ...................................................................................................................................................................................122
PROPPRIEDADES DO CONCRETO.......................................................................................................................................124
PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO ..............................................................................................................131
PERMEABILIDADE DO CONCRETO....................................................................................................................................148
DEFORMAÇÕES DO CONCRETO .........................................................................................................................................153
DURABILIDADE DO CONCRETO.........................................................................................................................................163
PRODUÇÃO DOS CONCRETOS – CONCRETAGEM ..........................................................................................................172
CONTROLE TECNOLÓGICO DO CONCRETO ....................................................................................................................178
R E C O N S T I T U I Ç Ã O D E T R A Ç O S .....................................................................................................................188
ARGAMASSAS ........................................................................................................................................................................191
9 - PATOLOGIA DAS ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO .............................................................................................194
PRINCIPAIS ADITIVOS QUÍMICOS......................................................................................................................................197
ADITIVOS PARA CONCRETO (continuação) ........................................................................................................................202
CONCRETOS ESPECIAIS .......................................................................................................................................................204
BIBLIOGRAFIA........................................................................................................................................................................213
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DISCIPLINA : MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I
INTRODUÇÃO
1) Objetivo e Importância da Disciplina / Ementa.
2) Condições a que devem satisfazer os Materiais
3) Ensaios de Materiais
4) Normalização
5) Especificações Técnicas
1 - OBJETIVO / EMENTA:
O objetivo fundamental da Disciplina Materiais de Construção é :
estudar os materiais para conhecê-los e saber aplicá-los, incluindo:
Extração
materiais naturais
a) OBTENÇÃO
Fabricação materiais artificiais
b) PROPRIEDADES CARACTERÍSTICAS - Ensaios de Laboratório
c) UTILIZAÇÃO - Condições de Seu Emprego
EMENTA DE MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I
OBS.: Esta é uma disciplina informativa de caráter prático
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COLOCAÇÃO DE UM PROBLEMA
No cumprimento das suas funções, ao engenheiro civil, cabe:
Arquitetar, Dimensionar, Construir, Proteger e Conservar,
São, portanto, funções do Engenheiro Civil:
Arquitetar
Conceber uma
obra para
atender às
finalidades
visadas:
conforto,
funcionalidade,
higiene,
estética
e outras.
Dimensionar
Construir
Proteger
Recorrendo a
Conhecendo os
outros materiais, o
esforços internos,
materializar a
fixar as
obra concebida,
dimensões dos
confeccionando
elementos
e montando seus
estruturais p/ que
elementos,
conservem suas
usando os
posições e formas,
materiais
isto p/ esforços
previamente
externos
escolhidos
engenheiro
procurará aumentar
a durabilidade de
uma obra
construída com um
determinado tipo de
material, quando
este for passível de
sofrer ataques por
determináveis.
agentes externos.
Conservar
retocar ou
reformar partes
da construção
cuja durabilidade
tenha se expirado
(acidentalmente
ou por
envelhecimento),
usando materiais
da mesma
natureza ou não
Vemos, assim, que nas várias funções que ao engenheiro cabe desempenhar os materiais de construção
desempenham papel importantíssimo, seja no tocante à segurança, à economia ou à durabilidade da
mesma.
pré-requisitos profissionais: segurança,
economia
e
durabilidade.
propriedades
menor custo,
propriedades físicas
mecânicas
trabalhabilidade
e químicas
De um modo geral, do ponto de vista da segurança, interessará ao engenheiro conhecer as
propriedades mecânicas dos materiais; do ponto de vista da durabilidade, interessará as propriedades
físicas e químicas; do ponto de vista econômico interessará seu preço, trabalhabilidade, etc.
PROBLEMA
Em face das necessidades do engenheiro, relativamente aos materiais usados em
construção, o problema que nos propusemos colocar consistirá em:
1°) Escolher o material mais adequado para a materialização de um dado tipo de
construção levando em conta: segurança, economia e durabilidade;
2°) Como pré-requisito à escolha, conhecer suas propriedades, isoladamente ou
associados, o que exigirá pacientes ensaios em laboratório.
A resolução do problema proposto é, precisamente, o objetivo do presente curso;
e
ressalta a importância dos materiais de construção na vida profissional do engenheiro.
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2) CONDIÇÕES A QUE DEVEM SATISFAZER OS MATERIAIS PARA
UMA DETERMINADA CONSTRUÇÃO:
CONDIÇÕES TÉCNICAS
(QUALIDADE)
CONDIÇÕES ECONÔMICAS
(CUSTOS)
CONDIÇÕES ESTÉTICAS
(APARÊNCIA GERAL)
RESISTÊNCIA
TRABALHABILIDADE
DURABILIDADE
HIGIENE (PROTEÇÃO À SAÚDE)
FABRICAÇÃO
TRANSPORTE
APLICAÇÃO
CONSERVAÇÃO
COR
ASPECTO
PLÁSTICA
Observação: “Não possuindo qualidade, o material será “barato ou de baixo
custo”, mas não será viável economicamente. Um material só poderá ser considerado
satisfatoriamente econômico se for de boa qualidade”.
Exercício de aplicação: Façamos um comentário sobre cada uma das 11 condições a
serem atendidas pelo concreto para que uma estrutura com ele executada possa ser
considerada de boa qualificação.
PONTO FUNDAMENTAL: As condições a que devem satisfazer cada material para uma
obra de engenharia de boa qualificação precisam traduzir um equilíbrio entre todos os
requisitos. Além disso, em cada requisito, qualquer alteração, para mais ou para menos,
trará reflexos negativos, seja na qualidade, nas condições econômicas ou nas condições
estéticas e esse equilíbrio deve atingir todo o conjunto de materiais empregado na obra.
Assim sendo, para o concreto, tem-se:
Resistência: Deve ser a adequada para cada caso. Se for insuficiente, isto é, com falta de
cimento, prejudicará a estética em primeiro lugar (aparência porosa, fissuração, etc) depois
a durabilidade e a própria segurança das estruturas com ele executadas. Se for em excesso
para aquela aplicação, irá aumentar o custo. Num caso de super excesso, em peças de
dimensões grandes, por exemplo, a estrutura sofrerá tensões de origem térmica exatamente
pelo calor de hidratação do cimento e tenderá à fissuração generalizada, o que irá reduzir,
outra vez, a segurança. Em peças que deverão conter água, a relação A/C deverá ser
pequena para que tal fato não ocorra (a retração levará a > fissuração, que levará a >
permeabilidade, a armadura sofrerá > taxa de corrosão; com isso, haverá deterioração e
possível ruína).
Trabalhabilidade: Cada material tem uma característica própria. Deve-se procurar o
máximo de trabalhabilidade sem prejudicar as outras condições técnicas ou estéticas. No
caso do concreto, trabalhabilidade em excesso (muita água) prejudicará a resistência e a
durabilidade por excesso de porosidade futura, ao passo que trabalhabilidade de menos
(muito seco) irá prejudicar todas as outras condições, tanto técnicas e estéticas quanto
econômicas, também por excesso de porosidade pela falta de adensamento.
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Durabilidade: É o quesito que mais depende da boa execução. Concretos potencialmente
duráveis (com dosagem adequada) podem ter sua vida útil bastante reduzida se forem mal
aplicados (apresentando alta porosidade, mal preenchimento das formas, fissuração
generalizada, etc). Projeto ruim e má execução fazem crescer os custos de conservação.
Higiene: É a quarta condição técnica a ser atendida. O concreto, os outros materais,
assim como as edificações, devem dar conforto (isolamento térmico e acústico) além de
proteger a saúde dos usuários. Um bom concreto não pode ter agregados radioativos, por
exemplo.
Fabricação: A qualidade está ligada tanto à tecnologia de fabricação dos materiais quanto
ao esmero no projeto e na execução das obras. A estética também depende da fabricação
dos materiais ou execução das edificações. No concreto, importa a qualidade de cada
componente, a dosagem correta e o mínimo de falhas nas operações de produção e de cura.
Transporte: Também é uma condição econômica a que devem satisfazer os materiais
empregados. Os custos de transporte (interno e externo) devem ser compatíveis com as
condições gerais de execução dos projetos; e gerando mínimo custo.
Aplicação: Os custos de aplicação dos diversos materiais ou sistemas construtivos devem
também ser compatíveis com o nível esperado no projeto. (qualidade geral dos
componentes, traço adequado, equipe de execução bem treinada, cura adequada, etc.)
Conservação: Os custos de conservação ou manutenção das estruturas de concreto, além
de uma característica intrínseca dos materiais componentes dependem muito da boa
execução. As falhas de projeto e de execução conduzem a custos mais altos de
conservação.
Cor: a cor é realmente importante nos materiais visíveis numa construção; assim, ela será
mais importante nos concretos aparentes, onde qualquer falta de homogeneidade seria
prontamente denunciada. (Ainda, a deterioração do colorido quase sempre denota perda de
durabilidade).
Aspecto: pela textura da peça de concreto (aspecto visual), dá para sentir o nível de
qualidade do mesmo (se possui baixa porosidade, teor adequado de argamassa,
homogeneidade, não oxidação, etc.). Aqui, maiores cuidados serão exigidos nas estruturas
em que o concreto for aparente, sem revestimento.
Plástica: Uma estrutura projetada com harmonia de dimensões causa impacto visual
agradável ao observador. Nesse caso, o concreto dependerá mais da habilidade do
engenheiro que projetou e calculou a estrutura.
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3) ENSAIOS DE MATERIAIS:
A QUALIDADE PODE
SER ESTIMADA
DIRETAMENTE
INDIRETAMENTE
POR OBRAS JÁ REALIZADAS
ATRAVÉS DE ENSAIOS *
* MAIOR EFICÁCIA: as condições a que o material deve satisfazer podem ser
reguladas ou modificadas intencionalmente, o que irá aumentar a velocidade das
observações trazendo respostas mais rápidas.
OS ENSAIOS FORNECEM
- Propriedades físicas, químicas e mecânicas
- Coeficiente de Segurança
- Processos de Recepção dos Materiais.
Coeficiente de Segurança: “É necessário que o esforço imposto a um material seja
inferior ao esforço limite que o mesmo pode suportar a fim de que haja margem para
absorver aumentos de tensão ou de fadiga provenientes de carregamentos imprevistos,
choques intempestivos, uso contínuo, oxidação, microfissuração, falta de homogeneidade,
etc.
Recepção dos Materiais: São os processos rápidos e econômicos adotados para se
conferir as qualidades previstas para cada material (série de ensaios de fácil execução).
3.1 - Classificação de ensaios de materiais
Natureza do ensaio;
Gerais.
Especiais.
Finalidade do ensaio:
Fabricação
manter e aperfeiçoar a qualidade do produto.
Recebimento
verificar se o produto atende às especificações.
Tipo de ensaio:
Destrutivo; ou
Não destrutivo.
Marcas de conformidade
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3.2 - Natureza dos ensaios
Físicos
Gerais:
Densidade
Porosidade
Permeabilidade
Aderência
Dilatação térmica
Condutibilidade térmica
Condutibilidade acústica
Dureza, etc.
Estáticos
Mecânicos
Dinâmicos
De fadiga
Tração
Compressão
Flexão
Torção
Cisalhamento
Desgaste
Tração
Compressão
Flexão
Tração
Compressão
Flexão
Composição química
Químicos
Combinados
Qualitativa
Quantitativa
Resistência ao ataque de agentes agressivos
Especiais:
Composição mineralógica
Petrográficos
Metalográficos
Classificação petrográfica
Estado de conservação
Estrutura, granulação, textura, índices de enfraquecimento da estrutura,
vazios, poros, fendas,
Elementos mineralógicos prejudiciais para a aplicação visada.
Macroscópicos
Microscópicos
Dobramento
Maleabilidade
Tecnológicos
Forjabilidade
Fusibilidade
Soldabilidade
3.3 - Marca de conformidade
É o reconhecimento público da qualidade de um produto.
Caracteriza-se por um símbolo estampado na embalagem do produto que garante que o mesmo atende à sua
especificação.
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4) MÉTODOS ESPECIFICAÇÕES E NORMAS - NORMALIZAÇÃO:
Os números fornecidos pelos ensaios são valores relativos. É grande o número de
parâmetros que influenciam. Daí a necessidade da fixação de métodos que, reduzindo ao
mínimo os fatores de variação, permitem uma comparação mais perfeita das
características. A interpretação dos resultados exige a associação de diferentes ensaios.
Num ensaio de resistência mecânica, por exemplo, os seguintes fatores exercem
considerável influência:
- forma geométrica e dimensões dos corpos de prova;
- duração e marcha do ensaio;
- máquina de ensaio;
- condições outras do ensaio (temperatura, estado de umidade, etc)
Para cada material, realizam-se séries completas de ensaios estipulados e, à vista da
documentação assim obtida, a fixação numérica de limites e demais condições para essas
características constituirá uma especificação para a recepção do material.
NORMALIZAÇÃO:
Objetivo da normalização
Normalizar é padronizar atividades específicas e repetitivas. É uma maneira de organizar
as atividades por meio da criação e utilização de regras ou normas.
A normalização técnica tem como objetivo contribuir nos seguintes aspectos:
a) Qualidade; / b) Produtividade; / c) Tecnologia; / d) Marketing;
e) Eliminação de barreiras técnicas e comerciais.
Conceitos
Normas Técnicas: documentos aprovados por uma instituição reconhecida, que prevê,
para um uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características para os produtos ou
processos e métodos de produção conexos, cuja observância não é obrigatória, a não ser
quando explicitadas em um instrumento do Poder Público (lei, decreto, portaria,
normativa, etc.) ou quando citadas em contratos.
Normas Regulamentadoras (NR): documentos aprovados por órgãos governamentais em
que se estabelecem as características de um produto ou dos processos e métodos de
produção com eles relacionados, com inclusão das disposições administrativas aplicáveis e
cuja observância é obrigatória.
Os níveis de normalização são estabelecidos pela abrangência das normas em
relação às áreas geográficas. A abrangência aumenta da base para o topo da pirâmide.
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Níveis de normalização
Normas nacionais, do Mercosul e internacionais
Normas Empresariais – são as normas elaboradas e aprovadas visando à padronização de
serviços em uma empresa ou em um grupo de empresas;
Normas de Associação – são as normas elaboradas e publicadas por uma associação
representante de um determinado setor, a fim de estabelecer parâmetros a serem seguidos
por todas as empresas a ela associadas. São as normas editadas por uma organização
nacional de normas.
Normas nacionais
No Brasil, as normas brasileiras são os documentos elaborados segundo procedimentos
definidos pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).
O CNN (Comitê Nacional de Normalização) define a ABNT como Foro Nacional de
Normalização, entidade privada, sem fins lucrativos, à qual compete coordenar , orientar e
supervisionar o processo de elaboração de normas brasileiras, bem como elaborar, editar e
registrar as referidas normas (NBR). As normas brasileiras são identificadas pela ABNT
com a sigla NBR número/ano e são reconhecidas em todo o território nacional.
Normas regionais
São estabelecidas por um organismo regional de normalização, para aplicação em um
conjunto de países. São normas regionais:
Normas do Mercosul – desenvolvidas pela AMN (Associação Mercosul de Normalização),
elaboradas através dos CSM (Comitês Setoriais Mercosul).
Normas COPANT (Comissão Pan-Americana de Normas Técnicas) – elaboradas nos seus comitês
técnicos, por meio dos ABNT/CB.
Normas internacionais
São normas técnicas estabelecidas por um organismo internacional de normalização,
resultantes da cooperação e de acordos entre grande número de nações independentes, com
interesses comuns.
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Normas ISO
São aquelas elaboradas e editadas pela Organização Internacional de Padronização
(Internacional Organization for Standardization).
Fazem parte da ISO institutos de normalização nacionais de mais de cem países do
mundo, entre eles o Brasil, representado pela ABNT.
Série de normas ISO 9000
A série ISO 9000 é formada pelas seguintes normas:
NBR ISO 9000 – descreve os fundamentos de sistemas de gestão da qualidade e estabelece
a terminologia para esses sistemas;
NBR ISO 9001 – especifica requisitos para um sistema de gestão da qualidade;
NBR ISO 9004 – fornece diretrizes que consideram tanto a eficácia, como a eficiência de
sistemas de gestão da qualidade.
Série de normas ISO 14000
Além da ISO 9000, existe a série ISO 14000, voltada para o meio ambiente.
Essa norma é de grande importância no momento em que a humanidade passa por
alterações climáticas devido ao descaso para com os aspectos ambientais. A série 14000 é
formada por três normas:
NBR ISO 14000 – descreve os fundamentos de sistemas de gestão ambiental e estabelece
a terminologia para esses sistemas;
NBR ISO 14001 – especifica requisitos para um sistema de gestão ambiental;
NBR ISO 14004 – fornece diretrizes que consideram tanto a eficácia, como a eficiência de
sistemas de gestão ambiental.
NORMALIZAÇÃO BRASILEIRA NA CONSTRUÇÃO CIVIL
CB-02 - elaboração das normas técnicas de componentes, elementos, produtos ou serviços
utilizados na construção civil (planejamento, projeto, execução, métodos de ensaio,
armazenamento, transporte, operação, uso e manutenção e necessidades do usuário,
subdivididas setorialmente);
CB-18 - normalização no setor de cimento, concreto e agregados, compreendendo
dosagem de concreto, pastas e argamassas; aditivos, adesivos, águas e elastômeros
(terminologia, requisitos, métodos de ensaio e generalidades).
Responsabilidade profissional do engenheiro em relação às normas
As normas têm uma função orientadora e purificadora no mercado. São
recomendações, com base na melhor técnica disponível e certificada num determinado
momento, para se atingir um resultado satisfatório.
As normas valem como padrões mínimos de referência.
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MATERIAL:
ENTIDADES NORMALIZADORAS
(A.B.N.T.)
PROPRIEDADES
CARACTERÍSTICAS
MÉTODOS
DE ENSAIO
SÉRIE
ENSAIOS
ESPECIFICAÇÃO P/
RECEP. DO MAT.
PRODUTORES E
CONSUMIDORES
a) Finalidades da Normalização:
As Normas Técnicas são elaboradas para regulamentar a QUALIDADE, a
CLASSIFICAÇÃO, a PRODUÇÃO e o EMPREGO dos diversos materiais.
b) Entidades Normalizadoras:
PAÍS
ENTIDADE
BRASIL
ABNT
USA
ASTM
USA
ASA
ALEMANHA
DIN
FRANÇA
AFNOR
JAPÃO
JIS
INGLATERRA
BSI
COORDENADORA MUNDIAL
ISO
OUTRAS
COPANT
ABCP
ACI
RILEM
CEB
PCA
c) Vigência:
As COMISSÕES TÉCNICAS da ABNT promovem revisão no elenco de normas
sob sua responsabilidade a cada período de 5 (cinco) anos, podendo ou não alterar o texto
da mesma em vigor.
d) Tipos de Normas:
A ABNT prepara os seguintes tipos de Normas. (qualquer delas é uma NT)
NB - (Norma Brasileira) - Condições e exigências para execução de obras
EB - (Especificação Brasileira) - Estabelecem prescrições para os materiais.
MB - (Método Brasileiro) - Ensaios. Processos para formação e exame de amostras.
PB - (Padronização Brasileira) - Estabelecem dimensões para os materiais.
TB - (Terminologia Brasileira) - Reularizam a nomenclatura técnica.
SB - (Simbologia Brasileira - Estabelecem convenções para desenhos.
CB - (Classificação Brasileira) - Dividem e ordenam materiais por propriedades
características. Ex.: Concreto por grupos de resistência
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Observações:
i) Para pesquisa no site da ABNT, deve-se usar as registradas com prefixo NBR
Exemplos: a NB-1 é registrada sob o n° NBR 6118
o MB-1 é registrado sob o n° NBR 7215
a EB-1 é registrada sob o n° NBR 5732
ii) O nome Norma Técnica (NT) pode ser aplicado a qualquer dos tipos acima.
e) Encaminhamento de uma Norma:
ESTRUTURA DA ABNT:
ABNT
CB-01 + CB-02 + CB-03 + ....+ CB-18 +....+ CB-57
COMITÊS
ex.: CB-18=Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados
BRASILEIROS
SUB – COMITÊS ex.: Cimentos e Adições Agregados Concreto Aditivos Argama.
18.01
18.02
18.03
18.04
18.05
COMISSÕES TÉCNICAS
Especificações / Métodos de ensaio / Propriedades
COMISSÕES DE ESTUDO
Preparam os textos de Norma
TEXTO DE NORMA
NORMA TÉCNICA
Projeto de Norma
NBR
passando pelo CMN
COMITÊS BRASILEIROS – em 08/2008
ABNT/CB-01 – MINERAÇÃO E METALURGIA *
ABNT/CB-02 – CONSTRUÇÃO CIVIL
ABNT/CB-03 – ELETRICIDADE
ABNT/CB-04 – MÁQUINAS E EQUIP. MECÂNICOS
ABNT/CB-05 – AUTOMOTIVO
ABNT/CB-06 – METROFERROVIÁRIO
ABNT/CB-07 – NAVIOS E TECNOLOGIA MARÍTIMA *
ABNT/CB-08 – AERONÁUTICA E ESPAÇO
ABNT/CB-09 – GASES COMBUSTÍVEIS
ABNT/CB-10 – QUÍMICA
ABNT/CB-11 – COURO E CALÇADOS
ABNT/CB-12 – AGRICULTURA E PECUÁRIA *
ABNT/CB-13 – BEBIDAS
ABNT/CB-14 – INFORMAÇÃO E DOCUMENTAÇÃO
ABNT/CB-15 – MOBILIÁRIO
ABNT/CB-16 – TRANSPORTES E TRÁFEGO
ABNT/CB-17 – TÊXTEIS E DO VESTUÁRIO
ABNT/CB-18 – CIMENTO, CONCRETO E AGREGADO
ABNT/CB-19 – REFRATÁRIOS *
NBR NM
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ABNT/CB-20 – ENERGIA NUCLEAR
ABNT/CB-21 – COMPUTADORES E PROC. DE DADOS
ABNT/CB-22 – IMPERMEABILIZAÇÃO
ABNT/CB-23 – EMBALAGEM E ACONDICIONAMENTO
ABNT/CB-24 – SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO
ABNT/CB-25 – QUALIDADE
ABNT/CB-26 – ODONTO-MÉDICO-HOSPITALAR
ABNT/CB-28 – SIDERURGIA
ABNT/CB-29 – CELULOSE E PAPEL
ABNT/CB-30 – TECNOLOGIA ALIMENTAR *
ABNT/CB-31 – MADEIRA
ABNT/CB-32 – EQUIP. DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL
ABNT/CB-33 – JOALHERIA, GEMAS, MET. PREC. E BIJOU.
ABNT/CB-35 – ALUMÍNIO
ABNT/CB-36 – ANÁLISES CLÍNICAS
ABNT/CB-37 – VIDROS PLANOS
ABNT/CB-38 – GESTÃO AMBIENTAL
ABNT/CB-39 – IMPLEMENTOS RODOVIÁRIOS
ABNT/CB-40 – ACESSIBILIDADE
ABNT/CB-41 – MINÉRIOS DE FERRO
ABNT/CB-42 – SOLDAGEM
ABNT/CB-43 – CORROSÃO
ABNT/CB-44 – COBRE
ABNT/CB-45 – PNEUS E AROS
ABNT/CB-46 – ÁREAS LIMPAS E CONTROLADAS
ABNT/CB-47 – AMIANTO CRISOTILA *
ABNT/CB-48 – MÁQUINAS RODOVIÁRIAS
ABNT/CB-49 – ÓPTICA E INSTRUMENTOS ÓPTICOS
ABNT/CB-50 – MAT, EQUIP. E ESTRUT. OFFSHORE PARA IND.DO PETRÓLEO E GÁS NAT.
ABNT/CB-52 – CAFÉ
ABNT/CB-53 – NORMALIZAÇÃO EM METROLOGIA
ABNT/CB-54 – TURISMO
ABNT/CB-55 – REFRIGERAÇÃO, AR-CONDICIONADO, VENTILAÇÃO E AQUECIMENTO
ABNT/CB-56 – CARNE E DO LEITE
ABNT/CB-57 – HIGIENE PESSOAL, PERFUMARIA E COSMÉTICOS
ABNT/CB-59 – FUNDIÇÃO
ABNT/CB-60 – FERRAMENTAS MANUAIS E DE USINAGEM
* Comitês em Recesso
ORGANISMOS DE NORMALIZAÇÃO SETORIAL (ONS)
ABNT/ONS-27 – TECNOLOGIA GRÁFICA
ABNT/ONS-34 – PETRÓLEO
ABNT/ONS-51 – EMBALAGEM E ACONDICIONAMENTO PLÁSTICOS
ABNT/ONS-58 – ENSAIOS NÃO-DESTRUTIVOS
5) ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS
Além de plantas, desenhos e cálculos, um Projeto de Engenharia tem partes de
redação sob a forma de memorial descritivo e de especificações técnicas.
Memorial Descritivo: dá a descrição e indicação dos materiais a serem empregados.
Dirigido a elementos não técnicos para melhor compreensão do projeto, inclusive de toda
a obra, quando concluída.
Especificações técnicas: indicação minuciosa das propriedades mínimas que os
materiais devem apresentar e a técnica a ser empregada na construção. Destinam-se ao
construtor visando assegurar que a obra seja realizada com os cuidados apontados no
projeto.
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PEDRAS NATURAIS
(TB-3)
“Rochas são materiais constituintes essenciais da crosta terrestre, provenientes da solidificação do
magma ou de lavas vulcânicas, ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido
transformações metamórficas. Esses materiais apresentam elevada resistência mecânica, somente
modificável por contatos com ar e água em casos muito especiais.”
1 - Terminologia das Rochas e Solos:
2 - Propriedades das Pedras - Ensaios Tecnológicos:
As propriedades fundamentais das pedras são referidas aos seguintes requisitos
básicos:
a) Resistência mecânica: Capacidade de suportar a ação das cargas aplicadas sem entrar
em colapso
b) Durabilidade: Capacidade de manter as suas propriedades físicas e mecânicas com o
decorrer do tempo e sob a ação de agentes agressivos, físicos, químicos
ou mecânicos.
c) Trabalhabilidade: Capacidade da pedra em ser afeiçoada com o mínimo esforço.
d) Estética: Aparência da pedra para fins de revestimentos ou acabamentos.
Ensaios Tecnológicos dessas Propriedades:
a) Resistência mecânica
Pela ABNT: somente o ensaio de abrasão Los Angeles (MB-170)
Pelas DIN e ASTM: restante dos ensaios
b) Durabilidade
ABNT: nenhuma
Normas Estrangeiras
c) Trabalhabilidade
NB-47 e NB-48 - ABNT
NB-47 - apreciação petrográfica feita nas jazidas, pedreiras ou depósitos, visando a
caracterização sumária do material.
A partir desse estudo, podem ser fixados os ensaios tecnológicos a serem executados para melhor
aferição da aplicabilidade do material. Fornece elementos para as determinações abaixo:
- fratura para extração
- corte
- polimento e aderência a aglomerantes
- homogeneidade - formatos adequados
- dureza para indicar qual o meio de corte mais adequado, desde a serra de dentes
para pedras duras.
NB-48 - refere-se à análise petrográfica, visando uma caracterização completa. Dela
também podem ser deduzidos os ensaios tecnológicos aconselháveis.
PRINCIPAIS PROPRIEDADES
a) Cor: Apresenta grande importância na estética (decoração).
b) Fratura: relacionada à maior ou menor facilidade de extração, corte, polimento e
aderência.
Tipos de fratura: plana - blocos de faces planas
conchoidal - corte difícil
lisa - fácil polimento
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áspera - boa aderência
angulosa - superfície de separação mais resistente
c) Homogeneidade: Mantém as propriedades (qualidade). Pedra sem defeitos dá som claro
e a defeituosa dá som surdo. Ao choque do martelo a rocha homogênea
se parte em pedaços, e não em grãos.
d) Massa específica aparente: É a massa da unidade de volume da rocha seca,
incluindo-se os vazios internos.
e) Porosidade: Vv / Vt. É o complemento da compacidade (p + c = 1)
Uma pedra porosa é: pouco resistente, permeável e gelível.
A porosidade está ligada à durabilidade.
f) Permeabilidade: Refere-se à existência de poros, nos quais a água pode infiltrar-se, por
capilaridade ou pressão. Importante quando há tendência à grande umidade.
g) Higroscopicidade: absorção por capilaridade
h) Gelividade: pressão vencida pelo gelo: 146 kgf/cm²; depende da porosidade e
friabilidade do material.
i) Condutibilidade térmica e elétrica: Condutibilidade pequena. As porosas são mais
isolantes. Atenção para a dilatação térmica, a
superfície sofre mais que o interior.
j)Dureza: Maior ou menor facilidade de se deixar serrar.
k)Aderência: É devida à ação química pedra-aglomerante e ação mecânica.
Fratura e porosidade influem na aderência. É avaliada pelo ensaio de tração.
Propriedades Mecânicas:
1º - Compressão, tração, flexão e cisalhamento:
As pedras resistem bem à compressão e mal à tração. Nas estratificadas, a resistência mecânica
varia com a orientação. A umidade tem influência na resistência, que varia na razão inversa da umidade.
Não seguem a lei de Hooke (As deformações crescem menos rapidamente que as tensões).
A resistência a compressão dá idéia das outras propriedades mecânicas.
A resistência ao cisalhamento -1/10 a 1/15 da resistência à compressão.
A resistência à tração é 1/20 a 1/40 da resistência à compressão.
A resistência à flexão é de 1/10 a 1/15 da resistência à compressão.
O formato do corpo de prova influencia a resistência à compressão.
2º - Desgaste: Há dois tipos de ensaios de desgaste:
- resistência à abrasão - disco horizontal que gira com abrasivo (areia ou córindon).
- desgaste recíproco por atrito em aparelhos especiais. Ex.: Los Angeles.
3º - Choque: Seu estudo não oferece maior influência. Há normas DIN ou ASTM.
3 - Escolha da Pedra:
Para segurança e economia exige-se o conhecimento das características técnicas e econômicas das
pedras disponíveis. A qualificação do material é obtida por meio de um estudo petrográfico de amostras
representativas, seguido do exame tecnológico em corpos de prova normalizados. (depende de utilização
prevista).
17
Para agregados de concreto, é necessário verificar também o potencial reativo do mineral com
os álcalis ( Na 2 O e K 2 O ) do cimento.
4 - Aplicações:
1 - Alvenarias e Cantarias
2 - Pavimentação (de estradas, ruas, pátios, etc)
3 - Revestimentos (de piso, paredes, etc)
4 - Acabamentos (banheiros, cozinhas, pias, etc)
5 - Informações Complementares:
Descrição resumida dos minerais mais importantes, por serem os mais comuns na composição
mineralógica das principais pedras de construção:
1 - Quartzo: Sílica ( SiO 2 ) livre ou constituindo silicatos com óxidos básicos. O quartzo é sílica
cristalina. Massa específica 2,65 e dureza 7. Possui alta resistência à compressão e grande resistência à
abrasão. Aquecido a 870ºC transforma-se em tridimita com considerável aumento de volume. Na
temperatura de 1.710ºC funde; resfriado rapidamente dá origem ao quartzo vítreo (sílica amorfa) de
massa específica 2,3. A sílica amorfa ocorre na natureza sob a forma de sílica hidratada, SiO 2 .2 H 2 O
(opalina), que é muito reativa com os álcalis do cimento, por exemplo.
2 - Alumino-Silicatos: Depois da sílica, é a alumina ou óxido de alumínio ( Al 2 O 3 ) o mais abundante
constituinte da crosta terrestre. Na natureza a alumina ocorre sob a forma de córindon, mineral duro,
dureza 9 na escala de Mohs, de grande emprego como abrasivo.
a) Feldspato: silicato de alumínio que forma 50% em peso da litosfera.
Tipos de feldspato:
ortoclásio: K 2 O. Al 2 O 3 .6SiO 2 ou feldspato comum de potássio
plagioclásio: Na 2 O. Al 2 O 3 .6SiO 2 - albita ou CaO. Al 2 O 3 .6SiO 2 - anortita. Coloração variável, massa
específica 2,55 a 2,76, dureza 6. Ponto de fusão: 1.170 a 1.550ºC sendo usado como fundente na
produção de louça cerâmica.
b) Micas: São silicatos de alumínio de variada e complexa composição química. Principal
característica: fácil clivagem em lâminas finas, flexíveis e elásticas.
Micas que ocorrem frequentemente:
Muscovita mica de potássio, leve, transparente, infusível e quimicamente estável.
Biotita: mica de ferro de Mg; composição variada, escura, cinza ou preta, menos durável
que a anterior.
Caulinita: silicato de alumínio hidratado ( Al 2 O 3 .2Sio 2 .2 H 2 O ). Ocorre como terra
frouxa branca ou colorida, ou sob a forma de lâminas, é o principal
componente das argilas.
3 - Silicatos de Magnésio e Ferro:
São minerais preto-escuros. Massa específica bastante maior do que dos demais silicato. Quando
em grande quantidade, esses minerais conferem às pedras uma coloração escura e grande resistência ao
impacto.
Anfibólios : incluem a hornblenda de massa específica 3,1 a 3,5 que é encontrada nas
rochas vulcânicas.
Piroxênios: têm a augita como mineral mais encontrado, com massa específica 3,2 a 3,6.
18
Olivinas: minerais esverdeados, caracterizados pela baixa estabilidade: são alterados
pelos mais diversos reagentes (água, gás oxigênio, gás carbônico). Quando
alterados pela água aumentam de volume e transformam-se na serpentina em que
uma das variedades apresenta estrutura fibrosa, utilizada na produção de
materiais isolantes térmicos (amianto).
4 - Carbonatos e Sulfatos:
Encontrados principalmente em rochas sedimentares.
a) Calcita: carbonato de cálcio cristalino ( CaCO 3 ), mineral muito abundante. Massa
específica 2,7 e dureza 3. Quando tratado por uma solução de HCl a 10%,
apresenta violento desprendimento de CO 2 .
b) Magnesita: características semelhantes à calcita, emprega-se como material refratário
para revestimento de fornos.
c) Dolomita: ( CaCO 3 . MgCO 3 ). Propriedades idênticas às da calcita. É porém mais dura,
mais resistente e menos solúvel na água.
d) Gipsita: mineral sedimentar ( CaSO 4 2H2O), tem estrutura cristalina, algumas vezes,
finamente granulada. Apresenta-se com cor branca quando puro. Massa
específica 2,3 e dureza 1,5. O gesso, comparativamente, dissolve-se bem na
água, 75 vezes mais do que a calcita (0,03g/l).
e) Anidrita: ( CaSO 4 ) Massa específica 2,8 a 3,0 e dureza 3 a 3,5. Transforma-se por
hidratação em gesso.
AGLOMERANTES EM GERAL
Definições:
Aglomerantes são produtos empregados na construção civil para fixar ou aglomerar materiais
entre si. Constituem o elemento ativo que entra na composição das pastas, argamassas e concretos.
São geralmente materiais pulverulentos que, misturados intimamente com água, formam uma pasta capaz
de endurecer por simples secagem, ou então, o que é mais geral, em virtude de reações químicas.
Quadro Geral de Aglomerantes :
19
Quadro Geral de Aglomerantes:
Termoplásticos
Tipo
PRODUT
OS
Hidrocarb
pesados
Asfaltos
Líquidos
Hidrocarb
pesados
Emulsões
Asfálticas
SECUNDÁ
RIOS
Processo de
Endurecimento
Elasticidade
Ação
da
água
Resfriamento
Plástico
-
-
-
concretos
Asfálticos
Plástico
-
-
-
“
Plástico
-
-
-
“
-
-
Ataca
Ataca
Ataca
Ataca
-
Revest. e
Alvenarias
-
Ataca
Revestimentos
-
Ataca
Revestimentos
-
-
Pisos e
pré-fabricação
ÓLEOS
Evaporação do
LEVES
solvente
GASOLINA
Evaporação do
solvente
Ação
Ação de
de
álcalis
ácidos
Uso
Cimentos
resistentes
a ácidos
Revest. e
Alvenarias
S
-
Resfriamento
Rígido
Gorda
CaO
MgO
-
Ação do CO2
do ar
Rígido
Magra
CaO
MgO
IMPUREZA
S
Ação do CO2
do ar
Rígido
Gesso
CaSO 4
-
Hidratação
Rígido
Keene
CaSO 4
-
Hidratação
Rígido
Saree
MgO
MgCl 2
Ação química
Rígido
Cal
Pozolânica
Ca(OH ) 2
Ação química
Rígido
-
Ataca
-
-
Cal Metalúrgica
Ca(OH ) 2
Ação química
Rígido
-
Ataca
-
Alvenarias
Cal
Hidráulica
CaO
ARGILAS
Hidratação +
CO2
Rígido
-
Ataca
-
Alvenarias
Cimentos
Portland
CaO
ARGILAS
Hidratação
Rígido
-
Ataca
-
Furan
Furan
-
Ação química
Plástica
-
Ataca
-
Fenólico
Fenol
-
Ação química
Plástica
-
Ataca
-
Epóxico
Poliésteres
Fenólicos
-
Ação química
Plástica
-
Ataca
-
Cal hidrat.
Aéreos
Hidráulicos
Químicos
Principais
Cimento
Asfáltico
Enxofres
Reativos
compostos
POZOLAN
A
ESCÓRIA
METALÚR
GICA
Dissolve
lentamente
Resiste a
ação das
chuvas
Dissolve,
inclusive
na chuva
Dissolve,
inclusive
na chuva
Dissolve,
inclusive
na chuva
Estruturas
Revestimentos
Revestimentos
Revestimentos
Revestimentos
(Bauer) Materiais de Construção – Vol. I
(Bauer) Materiais de Construção – Vol. I
20
AGLOMERANTES MINERAIS
Como foi visto no quadro geral, muitos são os materiais que tem propriedades aglomerantes,
porém para uso na construção civil é essencial que as matérias primas para sua obtenção sejam
abundantes na natureza e se encontrem em condições de aproveitamento econômico.
Como medida de economia e também para atenuar a influência nociva da retração, é geralmente
necessário adicionar-se à pasta um elemento inerte chamado “agregado”.
O agregado é um material granuloso e inerte, convenientemente graduado, que entra na
composição das argamassas e concretos.
Conforme veremos posteriormente, o agregado classifica-se em:
Agregado miúdo: de diâmetro máximo igual ou inferior a 4,8mm. (areia natural e areia artificial).
Agregado graúdo - de diâmetro máximo superior a 4,8mm (pedra britada, seixo, etc).
Adicionando-se à pasta um agregado miúdo ter-se-à uma argamassa. Se se adicionar, entretanto, à
pasta uma mistura de agregado miúdo e agregado graúdo ter-se-à um concreto.
Assim sendo podemos definir:
Pasta: mistura íntima de um aglomerante e água
Argamassa: mistura íntima de um aglomerante, um agregado miúdo e água.
Concreto: mistura íntima de um aglomerante, um agregado miúdo, um agregado graúdo e
água. (eventualmente acompanhados de algum aditivo).
O endurecimento das argamassas e dos concretos decorre do endurecimento da pasta, visto que, a
pasta endurecida adere também aos materiais com os quais tenha sido posta em contato; permitindo assim
a execução das alvenarias, revestimentos, concreto armado, estabilização de solos, etc.
Os aglomerantes são classificados em quimicamente inertes e quimicamente ativos. Aglomerantes
quimicamente inertes: endurecem por simples secagem, como a argila.
Aglomerantes quimicamente ativos: endurecem por reações químicas.
Os aglomerantes quimicamente ativos, como as cales, gessos e cimentos, cujo endurecimento nas
condições normais de temperatura e pressão é decorrente de uma reação química, apresentam maior
interesse e têm grande campo de aplicação, pois são capazes de atingir altas resistências físico-mecânicas
e de se manterem estáveis nessa condição por longo tempo.
Aglomerantes
quimicamente inertes
quimicamente ativos
aéreos
hidráulicos
simples
compostos
mistos
com adições
Os aglomerantes aéreos devem ser empregados somente ao ar, pois não resistem satisfatoriamente
quando imersos n’água, mesmo depois de endurecidos. Além disso, o seu endurecimento depende da
secagem para ganho e manutenção da resistência.
Neste grupo tem-se: cales aéreas, gessos, magnésia sorel.
Os aglomerantes hidráulicos resistem satisfatoriamente quando empregados dentro d’água, e
alem disso, o seu endurecimento processa-se sob influência exclusiva da água. (o endurecimento pode se
efetivar independentemente da exposição ao ar, ou seja, não dependem da secagem).
Exemplos: cimentos naturais ou artificiais e cales hidráulicas.
Aglomerantes simples - constituídos de um único produto sem mistura posterior ao cozimento, a
não ser de pequenas %s admitidas em suas especificações de substâncias destinadas a regularizar a pega,
facilitar a moagem ou ativar a progressão do endurecimento.
21
São considerados aglomerantes simples os aéreos acima referidos e os hidráulicos (cal
hidráulica, cimento natural, cimento portland ou artificial e o cimento aluminoso).
Aglomerantes Compostos - são constituídos pela mistura de sub-produtos industriais, ou
produtos naturais de baixo custo (escória de alto-forno ou pozolana) com um aglomerante simples,
geralmente cal ou portland. É comum adotar-se o termo Hidraulite para englobar as pozolanas e a escória
de alto-forno. São aglomerantes compostos: cimentos pozolânicos e cimentos metalúrgicos.
Aglomerantes Mistos - são constituídos pela mistura de dois aglomerantes simples.
(não empregados no Brasil).
Aglomerantes com adição - é o aglomerante simples ao qual foram feitas adições que excedem
os limites estabelecidos em suas especificações para dar-lhes propriedades especiais como diminuir a
permeabilidade, reduzir o calor de hidratação, diminuir a retração, aumentar a resistência a agentes
agressivos, dar coloração especial, etc.
FASE DE PEGA DOS AGLOMERANTES
Denomina-se pega ao período inicial de solidificação da pasta, designando-se por início de pega o
momento em que a pasta começa a endurecer perdendo a sua plasticidade.
Por fim de pega entende-se o momento em que a pasta se solidifica completamente, perdendo
portanto toda a sua plasticidade. (a agulha de Vicat não penetra mais na pasta já enrijecida)
O fim da pega não significa que a pasta tenha adquirido toda a sua resistência, pois terminada a
fase de pega inicia-se a fase de endurecimento que pode durar anos, se as condições de conservação
forem favoráveis.
Para o cimento portland o fim de pega ocorre de 4 a 6 horas após o contato com a água (pasta de
consistência normal). O endurecimento prossegue da seguinte forma: (valores médios):
FASE DE PEGA
Início de pega
Fim de pega
FASE DE ENDURECIMENTO
FC DE 365D
(%)
100
90
81
58
38
0
FASE
DE
PEGA
10h
FASE
DE
ENDURECIMENTO
3d
7d
28d
90d
365d
Resistência x idade para Cimento Portland Comum
Os aglomerantes classificam-se segundo o tempo de início de pega em:
Pega rápida .............. < 30 minutos
Pega semi-rápida ..... 30 a 60 minutos
Pega normal .............. 60 minutos a 6 horas
22
GESSO
1. Identificação
A norma DIN 1168 define gesso de construção como todo gesso cozido que convém para
trabalhos de construção.
É obtido por eliminação parcial ou total da água de cristalização contida no minério natural
chamado gipso (sulfato de cálcio dihidratado).
A variedade de gipso com maior importância econômica é a gipsita, geralmente encontrada sob a
forma de material compacto, de granulação fina a média. Outras variedades do gipso são o alabastro, a
selenita e o espato cetim. Existe também a anidrita que é um sulfato de cálcio natural sem água de
cristalização.
Gipsita: é a forma mineral do sulfato de cálcio dihidratado, CaSO4.2H2O apresentando uma massa
específica de 2,32 g/cm³, dureza 1,5 a 2 na escala Mohs. Quando puro tem 46,5% de SO3 , 32,6% de CaO
e 20,3% de água. Em sua forma mais pura, o gipso é branco e ocorre em camadas estratificadas de origem
marinha. A maioria dos depósitos de gipso ocorre junto aos do mineral anidrita, sugerindo uma possível
transformação de uma forma para a outra após a deposição.
Alabastro: é uma das formas de ocorrência do mineral gipso (rocha que possui 60 a 90% de gipsita
misturada com argila, areia e húmus); normalmente translúcido apresentando diversas cores devido a
efeitos ópticos ou a impurezas. O alabastro sendo relativamente mole pode ser trabalhado com facas,
serras e pode ser conformado com papéis abrasivos e posteriormente polidos. É conhecido como material
para a fabricação de vasos, bacias, pedra ornamental em estatuária, decoração interior e ornamentos.
Selenita: é uma forma pura de gipso, cristalizada na forma de folhas ou placas que apresentam um plano
de cristalização (monoclínico). Os cristais de selenita apresentam boa transparência e placas finas que
polarizam a luz e são usadas em equipamentos de laboratório com este objetivo. A selenita não tem o
retorno elástico da mica, e quando deformado, assim permanece.
Espato Cetim: é uma forma fibrosa do gipso (cristais monoclínicos). Assemelha-se algumas vezes às
fibras de amianto e, em crescimentos densos, o espato cetim é translúcido e pode ser utilizado na
fabricação de adornos e pequenos objetos de arte.
Anidrita: é um sulfato de cálcio natural sem água de cristalização, isto é, CaSO4 , que tem uma massa
específica de 2,95 g/cm³, uma dureza de 3 a 3,5 na escala Mohs. Tem a mesma solubilidade em água que
o gipso, mas não reage rapidamente para formar um hidrato. É mais usada na fabricação de sulfato de
amônio, na produção de ácido sulfúrico e em argamassas especiais. Pode entrar também na fabricação do
cimento portland, substituindo parcialmente o gipso.
2. Obtenção do gesso para construção:
A gipsita calcinada é bastante utilizada pela indústria da construção civil. Ao ser calcinada em
temperatura adequada, ela perde parte da água de cristalização, obtendo-se o produto geralmente
conhecido como gesso (hemihidrato).
2CaSO4.2H2O
gipsita
140°C - 160°C 2 [ CaSO4 + 1/2H2O] + 3H2O
calcinação
gesso
vapor d’água
O gesso, que encontra uso sob a forma de pasta para revestimentos e decorações interiores, placas
lisas moldadas e gesso acartonado, é um aglomerante aéreo. A gipsita vem geralmente acompanhada de
impurezas como sílica, alumina, carbonato de cálcio, óxido de magnésio, de ferro, num total não
ultrapassando 6%.
23
3. Funcionamento como aglomerante:
As pedras cozidas de gesso são moídas e, preparada a pasta para utilização, verifica-se a reação
oposta que provoca o endurecimento.
2 [CaSO4 .1/2H2O] + 3H2O
2CaSO4.2H2O + calor
O gesso, CaSO4 .1/2H2O, ao ser misturado com água torna-se plástico, podendo então ser moldado
na forma desejada, e enrijece rapidamente, recompondo o dihidrato original.
A hidratação e o conseqüente endurecimento se baseiam na diferença de solubilidade na água dos
dois sulfatos (ver valores adiante).
4. Endurecimento do Gesso: (Mecanismo Dissolução-Precipitação)
A água dissolve o gesso (CaSO4 .1/2H2O), na base de 10g/l; reage com ele formando gipsita
(CaSO4.2H2O). Esta, por ser menos solúvel (2g/l), faz a solução se tornar supersaturada. Há a
precipitação do excedente em forma de cristais (malha imbricada que aglutina). Em seguida, a água fica
com capacidade para dissolver mais gesso; forma-se mais gipsita, há nova precipitação, e esse ciclo se
repete, continuamente, até processar todo o gesso presente.
No estado em que se encontra no mercado, o gesso é um pó branco de elevada finura, cuja massa unitária
é de 0,70 (aproximadamente), diminuindo com o grau de finura. Sua massa específica fica em torno de
2,7 kg/dm³.
5. Aplicações
Na construção civil, o gesso é usado especialmente em revestimentos e decorações interiores. Pode ser
utilizado simplesmente como pasta ou recebendo adição de cal para melhorar as qualidades plásticas da
pasta.
O material não se presta, para aplicações exteriores por se deteriorar em conseqüência da sua
solubilidade na água.
A principal aplicação do gesso nos países industrializados, e no Brasil isto já vem ocorrendo com
grande expansão, é na produção de pré-fabricados, tais como bloquetes, chapas divisórias e de
revestimento, incluindo a forma de gesso acartonado e o fibro-gesso. Além dessas aplicações, usa-se o
gesso na confecção moldes para as indústrias metalúrgicas, de plásticos e cerâmica; em moldes artísticos,
ortopédicos e dentários; como aglomerante do giz, na mineração de carvão para vedar lâmpadas e áreas
onde há perigo de explosão de gases. Isolantes acústicos são obtidos pela adição de material poroso ao
gesso.
5.1 Aplicação: Gesso acartonado
As chapas de grandes dimensões finas de gesso revestidas externamente por duas lâminas de
papel, são denominadas comercialmente no Brasil de dry wall.
O papel kraft que reveste serve de reforço para os esforços de tração, o que permite o manuseio
seguro de chapas de grandes dimensões e confere resistência a esforços de uso. Os produtos têm alta
produtividade na montagem e permitem a execução de serviço com um baixo consumo de material.
Combinando papel e gesso, o produto é sensível a ambientes úmidos, podendo apresentar
degradação total ou biodeterioração da superfície. Para aplicação em ambientes úmidos recebe tratamento
com hidrofugante.
6. Patologias
6.1 Patologia por movimentação higrotérmica
Placas finas de gesso apresentam elevada movimentação higrotérmica, pois são permeáveis ao
vapor de água e possuem baixa inércia térmica, entrando em equilíbrio com o ambiente muito antes do
restante da estrutura do edifício. Com isso, a freqüência e a amplitude da movimentação higrotérmica de
paredes e forros de gesso são superiores às da estrutura do edifício.
Soluções:
24
1• Em forros de placas moldadas: total dessolidarização das paredes e a introdução de juntas periódicas.
2• Em gesso acartonado: fixação da estrutura de madeira ou metal e a existência de uma junta elástica
entre placas.
6.2 Patologia no revestimento em gesso
1• A umidade é prejudicial ao gesso dada a solubilidade da gipsita. Pela ação de ciclos úmido-seco do
ambiente, a gipsita da superfície se dissolve e precipita continuamente, mas os cristais apenas se
depositam sobre a superfície e não têm o mesmo imbricamento da primeira formação. A superfície tornase pulverulenta.
2• Os aditivos orgânicos empregados para controle da pega apresentam o inconveniente de alimentar o
crescimento de fungos de difícil eliminação. Os aditivos minerais empregados em excesso podem ser
trazidos para a superfície na evaporação da água de amassamento ou na secagem após a absorção de
umidade e formar eflorescências.
3• O gesso de construção, particularmente quando exposto a umidades elevadas, provoca a corrosão do
aço. Todos os componentes de aço em contato com o gesso devem ser protegidos contra a corrosão,
através, por exemplo, de galvanização.
4• Artefatos ou revestimentos de gesso apresentam uma superfície muito lisa, quase polida, às vezes
pulverulenta, o que não permite boa aderência de pinturas de emulsão. A película se forma, mas descola
com facilidade (“peeling”). Necessitam, por isso, da aplicação de fundo preparador na superfície.
7. Informações complementares
7.1 - Sulfatos que podem compor o gesso de construção:
• sulfato de cálcio hemidratado (CaSO4 .1/2H2O, ou hemidrato- );
(É a fase presente em maior teor).
• Anidrita I, de fórmula CaSO4
(Fases de pega e endurecimento lentos, contribuindo para a dureza e tenacidade
do produto final).
• anidrita insolúvel ou Anidrita II (de fórmula CaSO4), formada acima de 250oC ;
(Anidrita supercalcinada; reage lentamente com a água, podendo levar sete dias
para se hidratar completamente).
• gipsita: sulfato de cálcio dihidratado (de fórmula CaSO4 .2H2O)
Está presente no produto, por tempo de calcinação insuficiente ou por moagem
grossa da matéria prima. Age como um acelerador de reação (acelerador de pega).
• aditivos retardadores do tempo de pega.
Nota: As propriedades do gesso dependem do teor relativo desses constituintes.
7.2 - Produção do gesso de construção
1• Extração do minério, realizada em geral a céu aberto.
2• Britagem e moagem grossa.
3• Estocagem com homogeneização.
4• Secagem da matéria prima pois a umidade pode chegar a 10%.
5• Calcinação, moagem fina e ensilagem.
6• A calcinação pode consistir de um único forno, cujo produto é o hemidrato puro ou contendo
também gipsita ou anidrita, ou de dois fornos que produzem hemidrato e anidrita, em separado.
7• Moagem e seleção em frações granulométricas de acordo com a utilização: em construção (préfabricação, revestimentos) e moldagem (arte, indústria).
8• Etapa final (não praticada no País): mistura e homogeneização dos diferentes sulfatos e dos
aditivos, em função da aplicação.
7.2.1 - Produção nacional
• A calcinação é feita em forno rotativo ou fornos tipo panela e marmita
• O armazenamento em silos promove homogeneização e estabilização favorável à sua qualidade.
• A estabilização é hidratação da anidrita ao hemidrato; ela se dá após 12 horas de
armazenamento do produto em atmosfera de 80% de UR; uma fração dessa fase pode estar
presente no gesso por ocasião do consumo.
• Ensacado, deve ser protegido de umidade, pois o gesso hidrata-se com facilidade, regenerando o
dihidrato que age como acelerador de pega.
25
7.3 - Matéria Prima
Além do gipso, o gesso pode ainda ser obtido como subproduto da indústria de fertilizantes
(fosfogesso ou gesso químico) pela solubilização de rochas fosfáticas por ácidos clorídrico, nítrico ou
sulfúrico. Conforme equação abaixo:
Ca3 (PO4 )2 + 3 H2 SO4 + 6 H2O
3 CaSO4 .2H2 O + 2 H3PO4
Ou também como subproduto da produção de ácido fluorídrico, segundo a equação de reação:
CaF2 + H2SO4
CaSO4 + 2 HF
7.4 - Detalhamento do mecanismo de hidratação
O mecanismo pode ser acompanhado pela curva do calor de hidratação:
• Etapa 1: o primeiro pico ocorre durante 30 segundos e corresponde à molhagem do pó; iniciandose imediatamente a dissolução dos sulfatos
• Etapa 2: é o período de indução afetado pelo tempo de mistura, temperatura da água de
amassamento ou presença de impurezas ou aditivos.
• Etapa 3: início da pega. Ocorre um forte aumento da temperatura que indica o aumento da
velocidade de reação. Com a saturação da solução a gipsita passa a precipitar em cristais
aciculares, formando núcleos de cristalização. À medida que a hidratação evolui, a concentração
de íons, assim como a formação de novos núcleos, diminui. A fixação progressiva da água de
hidratação reduz a água disponível, aumentando simultaneamente o volume de sólidos. Os cristais
começam a ficar próximos, a porosidade diminui, e a rigidez aumenta.
• Etapa 4: diminuição da velocidade de reação; depois de a curva passar por um máximo, a
velocidade decresce progressivamente, observando-se o fim da hidratação. O crescimento dos
cristais nessa etapa vai influenciar diretamente as propriedades mecânicas.
Início e fim de pega
1 - O consumo da água de amassamento pela formação da gipsita hidratada aumenta a consistência
da pasta dando início à pega.
2 - Os cristais formados ao redor de núcleos ficam progressivamente mais próximos e se
aglomeram, aumentando a viscosidade aparente da pasta.
26
3 - O prosseguimento da hidratação leva à formação de um sólido contínuo com porosidade
progressivamente menor e resistência progressivamente maior (fim de pega).
4 - A pega e o endurecimento são afetados por diferentes fatores, principalmente: finura e forma dos
grãos, relação a/g, temperatura da água, velocidade e tempo de mistura e aditivos.
7.5 - Influência da temperatura no início e fim de pega de pastas de gesso (Fig.5).
7.6 -Propriedades físicas do pó
1 – Granulometria:
Determinada em amostra seca, por peneiramento na série padrão de peneiras (0,840 mm, 0,420 mm,
0,210 mm, 0,105 mm), sob água corrente. A massa retida em cada peneira é determinada após secagem
em estufa a 110°C.
2 - Densidade de massa aparente (massa unitária):
Determinada em recipiente com capacidade de (1.000 ± 20) cm3; recebe o gesso vertido através de um
funil cônico, de 15 cm de altura, colocado sobre um tripé, contendo uma peneira de 2,0 mm de abertura, e
ajustado na metade da altura do funil (Figura 6).
27
Fig. 6 - Funil utilizado para ensaio de
densidade de massa aparente de gesso.
7.7 - Propriedades da pasta
7.7.1 - Consistência normal
Determinada com o aparelho de Vicat modificado (Figura 7): a haste está acoplada a uma sonda de
alumínio cônica, pesando ambos 35 g; a sonda é protegida com uma ponteira de aço inox. A fim de evitar
a pega rápida do gesso, adiciona-se citrato de sódio p.a. à água (20 g/l). A penetração da agulha deve ser
de (30 ± 2) mm.
Aparelho de Vicat modificado - para
determinação da consistência da pasta
(NBR 12128).
7.7.2 Tempo de pega (NBR 12128):
É determinado com a pasta na consistência normal, sem o retardador, em aparelho de Vicat provido
de haste de (300 ± 0,5) g e de agulha com diâmetro de (1,13 ± 0,02) mm. O início de pega é considerado
quando a agulha estaciona a 1 mm da base, e o final, quando a agulha não mais penetra na pasta, deixando
uma leve impressão.
O gesso misturado com a água começa a endurecer em razão da formação de uma malha
imbricada de finos cristais de sulfato hidratado. Depois da pega, o gesso, tal como os outros materiais
aglomerantes, continua a endurecer, ganhando resistência, num processo que pode durar semanas.
O tempo de pega para o gesso de paris é de 15 a 20 minutos.
A quantidade de água necessária para a hidratação é de 50 a 70%. A temperatura da água funciona
diretamente como acelerador e sua quantidade como retardador
O gesso de paris, se totalmente puro, iniciaria a pega entre 2 e 5 minutos, tornando-o virtualmente
inútil como material de construção, pois endurece antes que possa ser trabalhado. Mas, a presença de
impurezas, que naturalmente ocorre na gipsita original, diminui muito a velocidade de endurecimento.
Pode-se também influir no tempo de pega utilizando-se aditivos apropriados (ver adiante).
7.7.3 Influência da relação água/gesso (g/g) no tempo de pega pela agulha de Vicat.
28
Fig. 11 – Imagem de
elétrons secundários, de
pasta de gesso (a/g 0,7),
ilustrando
a
elevada
porosidade
e
os
aglomerados de cristais.
7.8 - Propriedades mecânicas: Resistência à compressão
29
7.9 Retardadores de pega
De modo geral estão agrupados em três categorias conforme o seu modo de atuação:
Espécies químicas que diminuem a velocidade de dissolução do hemidrato, por introduzirem outros
íons na solução: retardam a saturação da solução: ácidos orgânicos fracos (ácidos cítrico, fórmico,
acético, láctico, e seus sais alcalinos, como os citratos, acetatos e lactatos) e ácido bórico, ácido fosfórico,
glicerina, álcool, éter, acetona e açúcar.
Espécies químicas que geram reações complexas, resultando em produtos pouco solúveis ou
insolúveis ao redor dos cristais de dihidrato, atrasando o seu crescimento e, como conseqüência, sua
precipitação: boratos, fosfatos, carbonatos e silicatos alcalinos.
Produtos orgânicos de massa molecular elevada, como as proteínas degradadas e alguns colóides;
misturados com água, formam um gel ao redor dos grãos de hemidrato, atrasam o contato com a água e a
solubilização e cristalização do dihidrato: queratina, caseína, goma arábica, gelatina, pepsina, peptona,
albumina, alginatos, proteínas hidrolisadas, aminoácidos e formaldeído condensados.
7.10 Reações de transformação
• Até 100°C ocorre a secagem da umidade da matéria prima.
• Entre 140°C e 160°C formação do hemidrato:
CaSO4 .2H2O CaSO4 .1/2H2O + 3/2H2O
• Entre 160°C e 190°C formação da anidrita I:
CaSO4 .1/2H2O CaSO4 + 1/2H2O
• Acima de 250°C, a anidrita I, solúvel, por mudança de estrutura forma a anidrita II, insolúvel.
CaSO4 .2H2O CaSO4 + 2H2O
• A 1.200°C, a anidrita II transforma-se na anidrita.
• A 1.350°C, ocorre a fusão.
•Acima de 1.450°C, ocorre a dissociação da anidrita em anidrido sulfúrico e óxido de cálcio.
Propriedades
No estado em que se encontra no mercado, o gesso é um pó branco de elevada finura, cuja massa
unitária é de 0,70 (aproximadamente), diminuindo com o grau de finura. Sua massa específica fica em
torno de 2,7 kg/dm³.
a) Pega: O gesso misturado com a água começa a endurecer em razão da formação de uma malha
imbricada de finos cristais de sulfato hidratado. Depois da pega, o gesso, tal como os outros materiais
aglomerantes, continua a endurecer, ganhando resistência, num processo que pode durar semanas.
O tempo de pega para o gesso de paris é de 15 a 20 minutos.
A quantidade de água necessária para a hidratação é de 50 a 70%. A temperatura da água funciona
diretamente como acelerador e sua quantidade como retardador
O gesso de paris, se totalmente puro, iniciaria a pega entre 2 e 5 minutos, tornando-o virtualmente
inútil como material de construção, pois endurece antes que possa ser trabalhado. Mas, a presença de
impurezas, que naturalmente ocorre na gipsita original, diminui muito a velocidade de endurecimento.
Pode-se também influir no tempo de pega utilizando-se aditivos apropriados tais como os retardadores:
sulfato de sódio, bórax, cola, açúcar, serragem fina de madeira e até sangue e outros produtos de
matadouro usados em proporção 0.1 a 0.5% . Alguns produtos retardam a hidratação por interferência
mecânica, formando membranas protetoras intergranulares, outros a alteram por influir na solubilidade do
hemihidrato. Como aceleradores tem-se: alúmen de potássio (silicato duplo de alumínio e potássio), sal de
cozinha, etc.
A cal hidratada, em mistura com até cerca de 15%, melhora as qualidades plásticas da pasta.
30
b) Endurecimento e Resistência Mecânica: A relação água/gesso é decisiva para a qualidade
do produto endurecido, isto é, sua porosidade e sua resistência. Quanto mais água, mais poroso e,
conseqüentemente, menos resistente. O endurecimento e acréscimo da resistência do gesso em ambiente
seco devido à perda da água excedente. Caso o gesso hidratado permaneça em local úmido, sua
resistência não varia, e conforme o grau de saturação, poderá cair, até se desintegrar (ou ser lixiviado),
portanto não é recomendado para locais úmidos. Por isso, é um aglomerante aéreo.
A ASTM C-26 especifica as seguintes características para o gesso:
- Resistência à flexão: 1,4 MPa
- Resistência à compressão: 7,0 MPa
- Nenhum resíduo na peneira n° 14 (1,4mm)
- % passando na peneira n° 100 (0,15mm): 45 a 75
c) Aderência: As pastas e argamassas de gesso aderem muito bem ao tijolo, pedra e ferro; e
aderem mal às superfícies de madeira. A aderência ferro-gesso, embora traduza uma compatibilidade
físico-química entre os dois materiais, tem, infelizmente, o defeito de ser instável, permitindo a corrosão
do metal. Não se pode fazer gesso armado como se faz cimento armado. Quando for necessário armar as
placas de gesso, deverá ser feito com fibras sintéticas, tecidos ou fios galvanizados.
d) Isolamento: As pastas endurecidas de gesso gozam de excelentes propriedades de isolamento
térmico, isolamento acústico e impermeabilidade ao ar. Sua condutibilidade térmica é muito fraca (0.40
cal/h/cm²/°C/cm), cerca de 1/3 do valor para o tijolo comum. O gesso é material que confere aos
revestimentos com ele realizados considerável resistência ao fogo. A água de cristalização é eliminada
pelo calor, reduzindo o material superficial à condição de pó (sulfato anidro), que não sendo removido,
atua como um isolador que protege a camada inferior do gesso.
Aplicações
Na construção civil, o gesso é usado especialmente em revestimentos e decorações interiores.
Pode ser utilizado simplesmente como pasta ou recebendo adição de cal.
O material não se presta, para aplicações exteriores por se deteriorar em conseqüência da sua
solubilidade na água.
A principal aplicação do gesso nos países industrializados, e no Brasil isto já vem ocorrendo com
grande expansão, é na produção de pré-fabricados, tais como bloquetes, chapas divisórias e de
revestimento, incluindo a forma de gesso acartonado. Além dessas aplicações, usa-se o gesso na
confecção moldes para as indústrias metalúrgicas, de plásticos e cerâmica; em moldes artísticos,
ortopédicos e dentários; como aglomerante do giz, na mineração de carvão para vedar lâmpadas e áreas
onde há perigo de explosão de gases. Isolantes acústicos são obtidos pela adição de material poroso ao
gesso.
O gesso é largamente empregado na fabricação de ornamentos, painéis para paredes e forros, etc.
sempre produtos de fino acabamento.
Atualmente, algumas grandes empresas internacionais de materiais de construção estão se
instalando no Brasil e investem pesadamente na fabricação e aplicação do gesso em painéis préfabricados para divisórias internas prediais. As divisórias são isolantes acústicas e permitem embutir as
instalações elétricas e hidráulicas, dando velocidade e um bom índice de industrialização à construção,
principalmente quando casada à estruturação metálica).
Uma outra grande aplicação tem sido na forma de gesso acartonado em placas para a préfabricação. Obs.: deve-se cuidar, no entanto, para que a qualidade final do revestimento seja plenamente
satisfatória.
Cimento Keene
Uma variedade bem conhecida de gesso de acabamento é o chamado cimento keene.
Fabricação:
calcinação de gipsita muito pura
imersão em solução de 10% de alúmen
recalcinação e moagem
31
Ensaios existentes para caracterização do gesso:
Determinação da consistência padrão (pastas e argamassas), finura, início e fim de pega,
resistência à compressão e à tração por flexão, massa específica e variação dimensional por secagem
(ASTM C-311).
MAGNÉSIA SOREL (OU SAREE)
O cimento magnesiano, cimento sorel ou magnésia sorel, é um aglomerante muito resistente, obtido pela
reação do óxido de magnésio e cloreto de magnésio.
A magnésia vem em sacos; o cloreto em vidros. Adicionam-se serragem, mármore moído, etc,
com a magnésia e depois o cloreto. Essa argamassa endurece em algumas horas e tem resistência
mecânica igual à do cimento portland.
A reação que provoca o endurecimento forma um produto de fórmula:
Seja p = MgO / MgCl2
p < 3 (I) + sol. MgCl2
3 < p < 5 (I) + (II);
p > 5 (II) + Mg(OH)2
3MgO . MgCl2 . 11H2O (I)
ou
5MgO . MgCl2 . 13H2O (II)
sensível à umidade;
expansivo.
Lavagens sucessivas vão eliminando paulatinamente o cloreto, dando hidróxido e destruindo a
argamassa; logo, não é conveniente que fique exposta às intempéries, porque então apresentam a
tendência de inchar e fender.
Aplicações
O cimento sorel é muito empregado para pisos, paredes e placas de revestimento. O material de
enchimento será escolhido de acordo com o tipo de produto que se queira obter. Empregam-se madeiras,
cortiça, amianto, pó de pedra, talco, etc.
A principal desvantagem do cimento sorel é sua instabilidade em presença de água. Podem ocorrer
também fissuração, produção de pó e aumento de volume sem causas bem definidas.
Resistência mecânica do concreto com cimento sorel:
- resistência à compressão: 22,5 MPa.
- resistência à flexão: 3 a 6 Mpa.
32
CAL AÉREA
1 – GENERALIDADES:
Utilização ampla da cal :
Utilização da cal na construção civil:
Argamassa: Assentamento de alvenarias, revestimentos, etc.
Tinta: Pinturas à base de cal.
Blocos construtivos: sílico-calcário, cal-escória, concreto celular, solo-cal.
Estabilizador de Solos: base e sub-base de pavimentos rodoviários.
Aditivo: melhorando misturas asfálticas para pavimentação.
Na antiguidade o aglomerante clássico dos elementos de construção era a cal. Pode-se até
imaginar que tenha sido descoberta acidentalmente num acampamento onde se acendeu uma fogueira
sobre a rocha calcária; tendo caído uma chuva inesperada ocorre a desagregação dos pedaços de rocha,
com a produção de vapor d’água e de uma pasta branca. Esta pasta ao transcorrer dos dias recupera a
dureza e resistência da rocha original.
Deste modo ou de uma maneira muito semelhante foi descoberto o aglomerante e a argamassa de cal,
séculos antes que se conhecesse a explicação do processo.
Atualmente no Brasil, segundo a ABPC (Associação Brasileira dos Produtores de Cal),
consomem-se, nas pequenas construções 1,1 sacos de cal por m² de construção, ou seja, 22 kg/m² de área
construída. Isto dá bem uma dimensão da importância do material que é também empregado na
estabilização dos solos, em especial os sílticos e argilosos formando o solo-cal, nos processos de obtenção
de aço (fundentes) na fabricação de açúcar de cana, na obtenção do vidro, no tratamento de água, na
obtenção de papel e em concretos especiais para aumentar a trabalhabilidade.
Quanto à forma de oferecimento do produto no mercado, podemos classificar as cales, e, esta é a
classificação da ABNT, em cales hidratadas ou cales virgens, conforme tenham sido, ou não, extintas na
própria fábrica.
Para sua fabricação, utiliza-se uma única matéria prima que é o calcário (carbonato de cálcio) com teor
desprezível de argila. O cozimento é feito a uma temperatura inferior à fusão, cerca de 900°C, suficiente
para a dissociação do calcário, produzindo-se cal virgem e desprendendo-se gás carbônico.
33
2 - CICLO DA CAL AÉREA COMO AGLOMERANTE:
2.1 - Reações Químicas Envolvidas e sua importância:
I
-
∆ ≅ 900 o C
CaCO 3  
→ CaO + CO ′2
100
calcinação
56
+ 44
(calcinação) ou
(obtenção da cal virgem)
O calcário perde 44% de seu peso quando calcinado, sofrendo redução de volume de 12 a 20%.
Ao ser calcinado, o calcário mantém sua forma (fragmentos), tornando-se, porém, mais poroso.
Obs.: Os calcários dolomíticos sofrem perda de peso maior podendo chegar até 52%, caso fossem
carbonatos de magnésio puros.
No ensaio de perda ao fogo para a cal virgem (MB-342) pode-se verificar desprendimento de mais
CO2 (indicando má calcinação) ou presença de vapor d’água [decomposição do Ca(OH)2] indicativo de
hidratação precoce da cal virgem ou viva. Portanto, quanto menor a perda ao fogo é sinal de melhor
industrialização e correto armazenamento do produto. Outro significado do ensaio é que a % de (CaO +
MgO) representa o total de óxidos livres para a reação.
II -
CaO + H 2 O → Ca ( OH ) 2 + calor ′
(extinção) ou
(obtenção da cal hidratada)
34
A cal extinta ou hidratada, que é o aglomerante usado em construções, é obtida na reação acima
com o aumento de volume de ≅ 100% e grande desprendimento de calor (aproximadamente 280 cal/g), o
que pode acarretar em certos casos a elevação da temperatura em mais de 100°C, com risco de incêndios.
As partículas de hidróxido de cálcio e magnésio resultantes dessa desagregação são extremamente
pequenas com dimensões na ordem de 2 micra (0,002mm). Somente as impurezas não se transformam em
pó, existindo inclusive um ensaio chamado resíduo de extinção para verificar o teor de impurezas no
calcário.
Qualidade através da Velocidade de Extinção:
A hidratação ou extinção da cal virgem é uma operação importantíssima que deve ser
cuidadosamente controlada, pois é dela que vai depender o desempenho da cal como aglomerante. As
cales virgens apresentam diferentes comportamentos quando em presença de água, segundo tenham
predominância ou não de magnésio.
O MgCO3 dissocia-se ou decompõe-se a cerca de 402°C e o CaCO3 somente com cerca de 898°C,
à pressão atmosférica. Assim, quando se inicia a decomposição do CaCO3, o MgO já formado está há
algum tempo exposto a temperaturas mais elevadas e isto acarreta a sinterização (semifusão) do MgO,
denominada coalescência do cristal, que diminui sua afinidade com a água dificultando posteriormente a
hidratação. Esse comportamento distinto exige uma classificação prévia, quanto à rapidez de extinção de
uma cal virgem.
Se a água não for acionada convenientemente à cal, na extinção da cal rápida, normalmente cal
cálcica ou alto cálcio, a dificuldade de irradiação do calor gerado pode elevar excessivamente a
temperatura de modo a prejudicar a cal; diz-se então que a cal foi queimada. Na cal de extinção lenta,
geralmente magnesiana, que tem menor afinidade com a água, o calor se irradia com facilidade, dando,
como conseqüência a não extinção completa, diz-se que a cal está afogada.
Para evitar estes dois fenômenos prejudiciais, recomendam-se os seguintes cuidados na extinção:
- cal de extinção rápida (início das reações em menos de 5 min.): cal adicionada à água que deve cobri-la
toda. Não permitir o desprendimento de vapor, adicionando sempre mais água;
- cal de extinção média (início das reações entre 5 e 30 min.): água adicionada à cal até cobri-la, mexer
sempre que necessário;
- cal de extinção lenta (início das reações após 30 min.): água adicionada à cal até umedecê-la
completamente, esperando que a reação se inicie; posteriormente, se necessário, adicionar cautelosamente
mais água.
Também pelo MB-342 pode ser verificada a existência de partículas de CaO e MgO na cal já
extinta. Se isto acontece, a hidratação fatalmente ocorrerá no revestimento ou rejuntamento, fenômeno
que se dará com expansão de volume e conseqüentes prejuízos estéticos.
A finura de uma cal é, sem dúvida, o fator de maior importância nas suas propriedades como
material de construção civil. É desejável, portanto que a cal tenha uma boa finura, pois quanto maior for a
porcentagem de material fino, maior a sua plasticidade e retenção de água, duas propriedades das pastas e
argamassas que mais contribuem para a perfeita união dos elementos construtivos. Além disso, partículas
com diâmetros de 0,5 mm ou mais são normalmente as responsáveis pela falta de estabilização das cales.
A finura pode ser verificada pelo ensaio de peneiramento (máx. de 0,5% retido na peneira 0,6mm
e 15% na peneira 0,075mm, peneira 200, pelo método ASTM C-110) ou pela permeabilidade ao ar no
aparelho de blaine (área específica de 10.000 a 15.000 m²/kg), verificou-se experimentalmente que tais
cales são constituídas predominantemente de partículas de 0,5 a 10,0 micrômetros.
Alguns pesquisadores afirmam que a forma e a finura das partículas de cal hidratada sofrem
influência da temperatura de calcinação do calcário bem como do método de hidratação da cal. Em
particular, temperaturas elevadas durante a hidratação tendem a aumentar o tamanho das mesmas.
Justificam-se condições de temperatura e pressão altas nos processos modernos de extinção que
conseguem um produto completamente hidratado. A plasticidade nesse caso pode ser aumentada
utilizando-se da moagem em moinhos de bolas.
35
Especificações pela NBR 6453/03
Quadro 11 – Cal hidratada para construção. Exigências químicas (NBR 6453/03)
36
Quadro 12 – Cal hidratada para construção. Requisitos físicos (NBR 6453/03)
Ensaios normalizados
• Finura (NBR 9289/00)
• Estabilidade (NBR 9205/01)
• Retenção de água (NBR 9290/96)
• Plasticidade (NBR 9206/03)
• Consistência normal (NBR 14399/99)
• Capacidade de incorporação de areia (9207/00)
Plasticidade:(plasticímetro de Emley)
Importância: plasticidade alta significa maior trabalhabilidade, são também mais econômicas no
uso uma vez que permitem maior proporção de areia no preparo das argamassas.
Geralmente, a plasticidade da argamassa é afetada pelo tempo em que a pasta esteve em contato
com a água. Quanto maior o tempo de embebição, maior a plasticidade.
Obs.: o plasticímetro de Emley mede a plasticidade das pastas de cal.
Retenção de água:
Uma boa retenção de água melhora a aderência entre os elementos da construção. Isto significa
dizer que a argamassa irá ceder água para os elementos da alvenaria de uma maneira gradativa, não
rapidamente, o que causaria má aderência, e nem excessivamente lenta, pois poderia acarretar a perda de
prumo da alvenaria.
A grande capacidade de fixação de água da cal hidratada é devida à união física e química da água
sobre o cristal de Ca(OH)2 e isto é a base principal do endurecimento da argamassa de cal aérea, já que
deste modo há sempre presente suficiente quantidade de água para dissolver a cal e o CO2 propiciando a
reação de carbonatação. Obs.: a finura maior também beneficia na capacidade de retenção de água do
conjunto. O valor mínimo para a retenção de água da cal do tipo “E” é de 85% pela Norma e 75% para o
tipo “C”
Capacidade de incorporação de areia:
O objetivo deste ensaio é determinar a quantidade máxima de areia que pode ser misturada com
uma cal sem prejudicar as características de trabalho da mistura resultante. No ensaio, uma série de
misturas areia-cal contendo proporções crescentes de areia é forçada através de um tubo com ponta
tronco-cônica, com força e velocidade constantes. Atinge-se um estágio onde um pequeno aumento no
conteúdo de areia resulta num aumento desproporcionalmente grande na quantidade de energia necessária
para extrudar a mistura toda, sobrando no tubo uma porção de argamassa não extrudida. A altura dessa
porção que sobra no tubo não pode exceder 3,7cm. Desta forma podemos encontrar qual o traço mais
37
econômico para uma determinada cal, garantindo com isso a mesma trabalhabilidade da mistura
resultante.
Obs.: Verificou-se que cales com plasticidade e retenção de água elevadas (maior finura), também
têm capacidade de incorporação de areia elevada; conseqüentemente, tais cales são as mais econômicas
na prática.
III -
Ca ( OH ) 2 + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O
(recarbonatação ou endurecimento)
Aproveita-se o fechamento do ciclo para se fazerem as argamassas misturando-se a cal extinta
com areia e água.
Finalmente, o bom desempenho de argamassas de cal, que são duráveis e capazes de acomodaremse a pequenas deformações, restabelecendo fendas minúsculas e preenchendo vazios nas argamassas, é
explicado pela recarbonatação da cal, devida a ciclos de umedecimento e secagem. Este restabelecimento
autógeno é de grande valia na impermeabilidade de juntas de assentamento de alvenaria.
Insistindo num produto em conformidade com uma determinada especificação, ou seja, fazendo os
ensaios de recebimento e aceitação, o construtor estará seguro de obter um produto com as características
que o torna mais adequado aos seus propósitos, e que, certamente, irá apresentar maior estabilidade. O
aglomerante, tendo propriedades físicas adequadas, invariavelmente trará melhoria no desempenho da
construção, especialmente no que concerne à resistência e à durabilidade, e em economia considerável de
material.
2.2 - Comentários:
A cal varia de propriedades de acordo com a composição da matéria prima e dos tratamentos a que
for submetida após a calcinação. A cal é considerada aérea, quando a relação (Ih) entre os componentes
argilosos e a cal é inferior a 0,1 :
Ih =
% SiO2 + % Al 2 O3 + % Fe2 O3
< 0,1
%CaO
Se proviesse de carbonato puro, seria exclusivamente óxido de cálcio; há, porém, um certo teor
de outros componentes, tais como MgO e Si2O3.
Quando o teor de óxido de magnésio ultrapassa 20%, temos as cales dolomíticas ou magnesianas, em que
o MgO tem as mesmas propriedades aglomerantes do CaO.
A pasta de cal aérea hidratada, uma vez utilizada, seca e endurece pela recombinação do CO2 do ar
com o hidróxido, o que se verifica em presença de água, a qual, dissolvendo ao mesmo tempo a cal e o
CO2, funciona como catalisador. Esse endurecimento é lento e do exterior para o interior da massa,
exigindo certa porosidade para evaporação da água em excesso e penetração do CO2.
Há o risco de o carbonato formado na superfície constituir uma camada impermeável ao gás
carbônico, ficando assim impedido o endurecimento do interior da massa. Conclui-se que não se deve
empregar a cal aérea em maciços de alvenaria muito espessos, nem argamassas muito ricas (com elevado
teor de cal) por não serem muito porosas.
O aumento da % de CO2 no ambiente para acelerar a reação e endurecimento da pasta não
funciona, pois, proporciona a formação de cristais, em sua maioria pequenos, trazendo como
conseqüência uma redução da resistência da argamassa.
38
3 - CLASSIFICAÇÃO DA CAL AÉREA:
A cal aérea pode ser magra ou gorda, conforme o teor de CaO.
Cal Gorda: 90% CaO, mínimo, branca, melhor qualidade e rendimento.
Nas cales magras, o teor de magnésio supera 20% e pode atingir até 50% do volume.
O problema básico da magnésia é que sua extinção é muito mais lenta que a do CaO, o que pode
prejudicar seriamente os revestimentos com ela executados.
4 - FABRICAÇÃO:
Atualmente a cal aérea tem sido fabricada em:
fornos verticais: calcário em blocos de 6 a 8cm em camadas com o combustível. 150 kg de carvão/ton. de
cal.
fornos rotativos: (vende normalmente a cal já hidratada). Calcário em fragmentos de até 1 cm. A
produção é contínua.
Combustíveis usados: carvão pulverizado, gás ou óleo combustível.
5 - CAL HIDRATADA X CAL VIRGEM:
A aquisição da cal virgem para extinção no canteiro está praticamente eliminada por vários
fatores, inclusive segurança nas obras, isto apesar de oferecer maior plasticidade nas argamassas e maior
rendimento econômico.
Vantagens na aquisição da cal já hidratada:
- melhor manuseio, transporte e armazenamento
- pronta para utilização, facilita a preparação das argamassas
- maior segurança contra hidratação espontânea ou incêndios.
6 - RESISTÊNCIA DAS ARGAMASSAS:
No traço 1 : 3 em volume (aos 28 dias de idade)
0,2 a 0,5MPa para tração
1 a 3 MPa para compressão.
A resistência poderá, no entanto, crescer bastante com a inclusão do cimento portland nas misturas
(formando argamassas mistas).
39
AGLOMERANTES E ÍNDICE DE HIDRAULICIDADE (IH) DAS CALES:
SiO2 + Al 2 O3 + Fe2 O3
CaO
%CaO
NOME
MATÉRIA PRIMA
Ih =
Cal Aérea
calcário pouco
argiloso
0,10
90
0,10 a 0,50
0,50 a 0,65
90 - 67
67 - 61
0,60 a 0,80
62 - 55
0,45 a 0,50*
69 - 67
0,60 a 0,80
62 - 55
Cal Hidráulica
Pega lenta
Cimento
Pega
Natural
rápida
Pega lenta
Cimento
Portland Pega
rápida
calcário
argiloso
Mistura
calcário/argila
cimentos: produtos hidráulicos que precisam de moagem após o cozimento.
pega rápida: elevada % de aluminatos na, também elevada, % de argila.
* maior quantidade de silicato básico reagindo com mais CaO, não existindo, entretanto,
cal livre.
RESUMO DAS PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE OS AGLOMERANTES:
Diferenças
Cal Aérea Cal Hidráulica Cimento Natural
Calcário
Matéria Prima pouco
calcário argiloso calcário argiloso
argiloso
Índice de
Hidraulicidade
< 0,10
Endurecimento CO2 do ar
Fabricação
0,10 < Ih ≤ 0,50
CO2 +
hidratação
Ih > 0,50
Hidratação
Cimento Portland
Mistura
calcário/argila
dosada
Ih > 0,50
Hidratação
Pode conter cal
O processo visa
livre por
combinar toda a cal.
Possuem cal livre
heterogeneidade Sua composição é
da rocha.
mais regular
Pulverizam durante extinção
necessitam moagem
40
CIMENTO PORTLAND
Definição:
O Cimento Portland Comum pode ser definido como um aglomerante hidráulico produzido pela
moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, usualmente com uma
ou mais formas de sulfato de cálcio como um produto de adição.
Os clínqueres são nódulos de 5 a 25mm de diâmetro de um material sinterizado, produzido pelo
cozimento até fusão incipiente (± 30% de fase líquida) de uma mistura de calcário e argila,
convenientemente dosada e homogeneizada, de tal forma que toda a cal se combine com os compostos
argilosos, sem que, após o cozimento resulte cal livre em quantidade prejudicial.
Processo de Fabricação:
Origem do Cimento
A norma brasileira prevê adições que dão 8 tipos de Portland, conforme o teor e a composição adotada:
Clínquer
+
CaSO 4
Escória de AF
Pozolana
Filler
MOAGEM
≤ 75 µm
Cimento Portland XYZ
41
- A presença de Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MgO e álcalis na mistura de matérias primas tem um efeito de reduzir
as temperaturas de formação dos silicatos de cálcio, baixando os custos de produção do cimento.
- A homogeneização da mistura de matérias-primas, e a moagem, também ajudam na formação dos
compostos desejados no clínquer.
- Devido à maior eficiência em termos de consumo de energia, as fábricas modernas priorizam o processo
de produção por via seca (800 kcal por quilograma de clínquer contra 1400 kcal/kg na via úmida).
- As reações químicas que ocorrem no sistema de fornos de cimento podem aproximadamente ser
representadas como as seguintes:
Matérias-Primas
Clínquer
Notação Simplificada
Pedra calcária → CaO + CO 2
Argila → SiO 2 + Al 2 O3 + Fe 2 O3
3CaO.SiO2
2CaO.SiO2
3CaO. Al 2 O 3
4CaO. Al 2 O 3 . Fe 2 O 3
C3S
C2S
C3A
C4AF
A operação final no processo de produção consiste na moagem do clínquer com gesso (retardador
da pega inicial) e as adições em teores variados que darão os vários tipos de cimento portland
especificados pelas normas técnicas do CB-18 da ABNT.
Seqüência de formação dos compostos do clínquer:
Na temperatura de clinquerização, em torno de 1450 o C, a formação dos compostos ocorre da
seguinte maneira:
Inicialmente a cal se combina com o óxido de ferro e a alumina para dar o ferroaluminato
tetracálcico (C 4 AF ), até esgotar-se o óxido de ferro. A alumina restante vai formar com a cal o aluminato
tricálcico ( C 3 A ). A sílica combina-se com a cal, dando o silicato dicálcico ( C 2 S ). O restante da cal age
sobre o C 2 S , dando o silicato tricálcico ( C 3 S ). Se houver cal em excesso, haverá cal livre.
Composição Química:
A composição em óxidos dos cimentos nacional varia, comumente, entre os seguintes valores:
CaO .............. 61 a 67%
MgO ............ 0,8 a 6 %
SiO 2 ............. 20 a 23%
Álcalis ....... 0,3 a 1,5%
Al 2 O 3 ......... 4,5 a 7%
SO 3 ..............1 a 2,3%
Fe 2 O 3 ............ 2 a 3,5%
TiO2 ; Mn3O4 e P2O5 - Aparecem em pequenas quantidades
Perda ao fogo:
4,5 %
e
Insolúveis no HCl: ≤ 1,0 %
Notação própria da química dos cimentos – abreviações
Óxido
CaO
SiO2
Al 2 O 3
Fe 2 O 3
SO 3
H2O
Abreviação
C
S
A
F
S
H
Compostos
Abreviação
3CaO.SiO 2
C3S
2CaO.SiO 2
C2S
3CaO. Al 2 O 3
C3A
4CaO. Al 2 O 3 . Fe 2 O 3
C4AF
CaSO 4 .2 H 2 O
C SH 2
3CaO.2 SiO2.3H 2 O
C 3 S2 H 3
42
É prática comum na indústria do cimento, calcularem-se os teores dos compostos a partir da
análise dos óxidos usando uma série de equações originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. A
determinação direta desses compostos, que requer habilidade e equipamentos especiais, não é necessária
para o controle rotineiro da qualidade do cimento.
Obs.: a determinação direta acima citada pode ser feita por dois métodos, a saber: microscopia em
seções polidas e difratogramas de raios X de amostras pulverizadas (baseia-se em curvas de calibração
que comparam picos de difração).
Cálculo da composição potencial do cimento pelas equações de Bogue:
% C 3 S = 4,071C - 7,600S - 6,718A - 1,430F - 2,805S
% C 2 S = 2,867S - 0,754C 3 S
% C 3 A = 2,650A - 1,692F
% C 4 AF = 3,043F
Observações:
1) As equações de Bogue admitem que as reações químicas de formação dos compostos do clínquer
estejam completas, e que a presença de impurezas tais como o MgO e os álcalis possa ser ignorada. Esta é
a razão pela qual a composição calculada é também referida como composição potencial do cimento.
2) As equações são aplicáveis aos cimentos com uma relação A/F 0,64
Como ambas as hipóteses não são válidas, em alguns casos, surgem desvios consideráveis entre a
composição calculada e a real, determinada diretamente, principalmente em relação aos aluminatos
C 3 A e C 4 AF .
Nos cimentos brasileiros, são os seguintes os teores médios dos compostos:
C 3 S → 42 a 60%
C 2 S → 14 a 35%
C 3 A → 6 a 13%
C 4 AF → 5 a 10%
Características dos compostos:
Propriedade
Resistência
Intensidade da reação
Calor desenvolvido
C 3S
boa (início)
média
médio
C2S
boa (fim)
Lenta
pequeno
C3A
pequena
rápida
grande
C 4 AF
pequena
rápida
pequeno
Os aluminatos são os responsáveis pelas primeiras reações com a água (enrijecimento e pega), mas
atingem valores muito baixos de resistência aos esforços mecânicos.
Velocidade de hidratação dos componentes
Resistência dos componentes do cimento
43
Estruturas cristalinas:
Está fora do escopo da Disciplina discutir em detalhes a estrutura cristalina altamente complexa
dos compostos do cimento, porém, os aspectos essenciais que conduzem a diferenças na reatividade são
descritos abaixo. (inclui exame microscópico do clínquer):
Silicato tricálcico: ocorre em cristais melhor definidos, relativamente grandes, com contornos
hexagonais. É conhecido como alita. Assim como os outros, possui impurezas em pequena quantidade,
íons de magnésio, alumínio, ferro, potássio, sódio e enxofre que trazem distorções em sua fórmula. Seu
arranjo estrutural possui grandes vazios, responsáveis pela alta energia e reatividade. Dimensões: 10 a
50µm.
Silicato dicálcico: ocorre em cristais relativamente grandes, exibindo forma arredondada ou com bordos
dentados, mas sem evidência de forma regular. É conhecido como belita (βC 2 S). Possui vazios
intersticiais muito menores do que no C3S e isto torna a belita muito menos reativa que a alita. A outra
forma cristalográfica do C 2 S , denominado (γC 2 S ), tem estrutura regular que o torna não reativo.
Dimensão: 30µm, aproximadamente.
44
Aluminato e ferroaluminato de cálcio: formam o material intersticial situado entre os cristais dos
silicatos de cálcio. São fases que se achavam no estado líquido à temperatura de clinquerização. A fase
clara seria aquela contendo ferro, C 4 AF ou uma solução sólida próxima dessa composição. Sua forma
cristalina é às vezes de difícil distinção. Já o material intersticial escuro apresenta dois tipos: o cristalino e
o amorfo. O primeiro é o C 3 A e o segundo é chamado vidro, porque solidificou sem ter tido tempo de
cristalizar-se. A vitrificação é maior para maiores velocidades de resfriamento. Analogamente aos
silicatos cálcicos, ambos os aluminatos possuem impurezas. As estruturas cristalinas são bastante
complexas, mas caracterizadas por grandes vazios intersticiais que os tornam altamente reativos.
Óxido de magnésio: uma parte do óxido de magnésio total no clínquer do cimento portland (isto é, até
2%) pode entrar em solução sólida com os vários compostos acima descritos; porém, o resto, se houver,
ocorre como MgO cristalino, também chamado periclásio; cuja hidratação (transformação em hidróxido
de magnésio) é uma reação lenta e expansiva que pode causar deterioração ou imperfeições no concreto
endurecido.
Óxido de cálcio livre: raramente está presente em quantidades significativas nos cimentos modernos (só
através de falhas nas operações de produção). Na estrutura do MgO os íons de oxigênio estão em contato
íntimo com o íon Mg 2+ num arranjo compacto nos interstícios. Porém, no caso do CaO, devido ao
tamanho bem maior do íon Ca 2 + , o oxigênio fica bem mais afastado e o arranjo não é tão compacto.
Conseqüentemente, o MgO cristalino é muito menos reativo com a água do que o CaO cristalino e muito
menos prejudicial, sob temperaturas comuns de cura.
Compostos Alcalinos e Sulfatos: os álcalis, o sódio e o potássio, no clínquer do cimento, são
principalmente provenientes da argila ou do carvão combustível; sua quantidade total expressa, em Na 2 O
equivalente ( Na 2 O + 0,648 K 2 O ), pode variar de 0,3 a 1,5 %. Quando o cimento possui teor de álcalis
superior a 0,6 %, se o agregado contiver sílica amorfa ou dolomita em condições de reação, poderá haver
expansões anormais em argamassas e concretos. Os álcalis desenvolvem papel de fundentes na produção
do clínquer, baixando a temperatura e reduzindo custos, e depois agem como aceleradores da pega.
Quanto aos sulfatos, sua presença no clínquer tem origem geralmente no combustível. No cimento
portland comum, a origem da maioria dos sulfatos (expressos em SO 3 ) é a gipsita, ou CaSO 4 numa das
suas várias formas possíveis, adicionada ao clínquer.
HIDRATAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND
hidratação = reação química
cimento x água
pontos de interesse
A HIDRATAÇÃO GERA
transformações de matéria
variações de energia
velocidade de reação
PEGA: período de solidificação da pasta
ENDURECIMENTO: resistência x tempo
Mecanismos de hidratação do cimento
1 - dissolução /precipitação
2 - topoquímico
45
1 - dissolução / precipitação:
Envolve a dissolução de compostos anidros em seus constituintes iônicos, formação de hidratos
na solução e, devido à sua baixa solubilidade (menor que dos compostos anidros), precipitação
proveniente de supersaturação. Há uma completa reorganização dos constituintes dos compostos
originais. Outra abordagem do mesmo mecanismo pode ser vista conforme figura 1: (Dissolução /
precipitação)
2 - topoquímico ou hidratação no estado sólido:
As reações ocorrem diretamente na superfície dos componentes do cimento anidro sem entrarem
em solução.
A partir de estudos sobre pasta de cimento em microscópio eletrônico notou-se que o mecanismo
dissolução/precipitação é dominante nos estágios iniciais de hidratação do cimento. Em estágios
posteriores, quando a mobilidade iônica na solução se torna restrita, a hidratação da partícula residual
pode ocorrer por reações no estado sólido.
O enrijecimento e a pega são devidos aos aluminatos.
O endurecimento é devido, quase que exclusivamente, aos silicatos.
46
Figura 1
GEL DE CIMENTO
SOLUÇÃO SUPERSATURADA EM RELAÇÃO
AOS COMPOSTOS HIDRATADOS
PRECIPITAÇÃO
cristal primário
de
cimento anidro
Ca ( OH ) 2
VARIAÇÕES DE
CONCENTRAÇÃO
PRESSÃO OSMÓTICA
QUE ROMPE O GEL
Velocidade de Avanço
0,5 µm no 1º dia
2 µm em 7 dias
4 µm no 1º mês
AVANÇO DA ÁGUA SOBRE
O COMPOSTO ANIDRO
REINÍCIO DO CICLO
DE HIDRATAÇÃO
Veja-se o que ocorre com os compostos na hidratação do cimento:
C 3 S - A hidratação começa dentro de poucas horas, desprendendo-se calor; o composto anidro vai
passando para a solução, aparecendo cristais de Ca ( OH ) 2 , enquanto uma massa gelatinosa de silicato
hidratado se forma em torno dos grãos originais.
C 2 S - É atacado lentamente pela água; depois de semanas os cristais se recobrem de silicato
hidratado. Forma-se também Ca(OH) 2 , porém em menor quantidade que na hidratação do C 3 S .
C 3 A - Reage rapidamente com a água e cristaliza em poucos minutos. Não se produz hidróxido,
mas aluminato hidratado. O calor de hidratação é tanto que quase seca a massa. A inclusão da gipsita é
para que ocorra a sua reação com o C 3 A formando uma capa de etringita (trissulfoaluminato de cálcio
hidratado) envolvendo os grãos de aluminato e impedindo a continuidade da sua hidratação. Após 21
horas essa capa é rompida e a hidratação prossegue.
C 4 AF - Reage menos rapidamente que o C 3 A . Não libera cal e forma também um aluminato
hidratado.
Obs.: Estas reações processam-se simultaneamente, havendo ainda uma reação, da parte dos compostos
com o gesso. O aluminato de cálcio hidratado reage com o sulfato de cálcio e forma um sulfoaluminato
conhecido pelo nome de sal de Candlot:
C 3 A . aq . + 3CaSO 4 → 3CaO. Al 2 O 3 . 3 CaSO 4 . 31 H 2 O
A cristalização desse sal se dá com fixação de muita água. O sal de Candlot é expansivo, exigindo
que a quantidade de gesso adicionada seja limitada.
47
Hidratação do Cimento Portland por C. Venet (1995):
Os pormenores das reações químicas que têm lugar durante a hidratação são muito
complexos e costuma-se dizer que “O concreto é fruto de uma tecnologia muito simples, mas de
uma ciência muito complexa”. Detalhes do endurecimento da pasta de cimento não são ainda
completamente compreendidos.
Estágios iniciais da Hidratação
Estágio 1 – Período da mistura
Rápida dissolução dos diferentes íons liberados pelas diversas fases. Natureza exotérmica, gerando
dois hidratos que cobrem parcialmente a superfície dos grãos de cimento:
a) pelo C-S-H formado com íons Ca++, H2SiO4- - e OH- vindos dos silicatos do clínquer
b) pela etringita (sal de trissulfoaluminato de cálcio hidratado) formada por Ca++, AlO2-, SO4- - e OHoriginados dos aluminatos e do sulfato de cálcio (gesso)
Estágio 2 – O Período dormente
O rápido aumento tanto do pH como no teor de íons Ca++ da água de mistura torna mais lenta a
dissolução da fase do clínquer.
48
O fluxo térmico fica consideravelmente mais lento, mas nunca pára. Uma pequena quantidade de
C-S-H é formada durante esse período e, se existe o equilíbrio certo entre os íons de alumínio e de sulfato,
quantidades reduzidas de etringita e de aluminato de cálcio hidratado são também formadas. Durante esse
período, a fase aquosa torna-se saturada em Ca++, mas não existe precipitação de Ca(OH)2, mais
provavelmente por causa de sua baixa velocidade de formação em comparação com aquela do
concorrente C-S-H. Alguma floculação dos grãos de cimento também ocorre durante este período.
Estágio 3 - Início da Pega
49
A reação de hidratação é subitamente ativada quando o hidróxido de cálcio começa a precipitarse. Isso ocorre quando não existe praticamente mais silicato na fase aquosa. Este súbito consumo de íons
Ca++ e OH- acelera a dissolução de todos os componentes do cimento portland. O fluxo térmico cresce
vagarosamente no princípio (porque a precipitação do CH é endotérmica e absorve algum calor) e tornase mais rápida nos estágios finais.
Usualmente, o início da pega cai dentro deste período, exceto quando algum endurecimento da
argamassa ocorre devido ao desenvolvimento de agulhas de etringita e de algum C-S-H. As fases dos
silicatos e dos aluminatos hidratados começam a criar algumas ligações interpartículas, resultando em
endurecimento progressivo da pasta.
Estágio 4 – Endurecimento
Na maioria dos cimentos Portland, existe menos sulfato de cálcio do que o necessário para reagir
com a fase aluminato, de tal forma que durante a pega, íons SO4- - são totalmente consumidos inicialmente
pela formação da etringita. Isso ocorre usualmente entre 9 e 15 horas depois do início da mistura. Nesse
momento, a etringita torna-se uma fonte de sulfato para formar o monossulfoaluminato com a fase
aluminato remanescente. Essa reação gera calor e leva à aceleração da hidratação das fases silicato.
50
Nota: os produtos de hidratação formados durante os primeiros estágios são freqüentemente chamados de
produtos externos porque eles crescem fora dos grãos de cimento, na fase intersticial aquosa. Eles
aparecem como uma rede porosa e frouxa de C-S-H, de agulhas de etringita, de monossulfafoaluminato e
de cristais hexagonais amontoados de portlandita.
Estágio 5 – Redução da velocidade
Neste estágio da hidratação, os grãos de cimento estão cobertos por uma camada de hidratos, a
qual vai se tornando cada vez mais espessa. É cada vez mais difícil para as moléculas de água chegarem
às partes não hidratadas das partículas de cimento, atravessando essa espessa camada. A hidratação vai se
reduzindo porque é controlada predominantemente pela difusão das moléculas de água através das
camadas de hidratos, e a pasta de cimento hidratada se parece com uma compacta pasta “amorfa”
conhecida como produto interno.
A hidratação do cimento Portland pára quando não existe mais fase anidra (concreto de alta
relação água/aglomerante bem curado) ou quando a água não pode mais chegar às fases não hidratadas
(sistemas muito densos e defloculados), ou ainda quando não existe mais água disponível, caso isso
aconteça (relação água/aglomerante muito baixa).
51
Macro-diferenças entre Concretos
Produtos da hidratação do cimento:
Silicato de cálcio hidratado: a fase silicato de cálcio hidratado, abreviada para C-S-H, constitui
de 50 a 60% do volume de sólidos de uma pasta de cimento portland completamente hidratado e é,
conseqüentemente, a mais importante na determinação das propriedades da mesma. O fato do termo C-SH ser hifenizado significa que ele não é um composto bem definido; a relação C/S varia entre 1,5 e 2,0 e
o teor de água estrutural varia ainda mais. A morfologia do C-S-H varia de fibras pouco cristalinas a um
reticulado cristalino. Devido às suas dimensões coloidais e à tendência a aglomerar, os cristais de C-S-H
puderam ser observados somente com o advento do microscópio eletrônico. A estrutura cristalina interna
do C-S-H também permanece não totalmente distinguível. Ela foi anteriormente assumida como
semelhante à do mineral natural tobermorita; por isto, foi às vezes denominada gel de tobermorita.
52
No caso da hidratação completa, a composição aproximada do material corresponde ao C 3 S 2 H 3 ; esta
composição é então utilizada para cálculos estequiométricos.
As reações estequiométricas para pastas completamente hidratadas de C 3 S e C 2 S podem ser
expressas como:
2 C 3 S + 6H → C 3 S 2 H 3 + 3 CH
2 C 2 S + 4H
→
C 3 S 2 H 3 + CH
Além do fato de que produtos de reação similares são formados na hidratação de ambos os
silicatos de cálcio presentes no cimento portland, há diversos pontos que precisam ser destacados.
Primeiro, cálculos estequiométricos mostram que a hidratação do C 3 S produziria 61% de
C 3 S 2 H 3 e 39% de Ca ( OH ) 2 , enquanto a hidratação do C 2 S produziria 82% e 18%, respectivamente. Os
dados sugerem que a resistência final de um cimento portland de alto teor de C 3 S seja menor do que a de
um cimento com alto teor de C 2 S .
Segundo, com relação à durabilidade a ataques químicos, muitas especificações objetivam limitar
o teor máximo permissível de C 3 S nos cimentos; algumas recomendam o uso de pozolanas para remover
o excesso de hidróxido de cálcio da pasta de cimento hidratado.
Terceiro, pelas equações acima, pode-se calcular que os silicatos consomem 24% e 21% de água,
respectivamente, para a hidratação completa.
Obs.: 1) As reações de hidratação da alita e da belita são aceleradas na presença de íons sulfato em
solução. Eles são provenientes da gipsita, o que mostra que, embora o objetivo básico da gipsita no
cimento seja o de retardar o início de pega, um efeito colateral é a aceleração da hidratação da alita, sem a
qual os cimentos industriais endureceriam a uma taxa mais lenta.
2) A alta resistência do cimento se obtém pela melhor moagem ou pelo aumento de C 3 S ,
obtido pelo aumento do CaO na matéria prima, mas isso ocasiona um aumento do hidróxido de cálcio,
isto é, a melhoria na resistência é acompanhada de menor estabilidade química.
De acordo com o modelo de Powers-Brunauer, o C-S-H tem uma estrutura em camadas com uma
área especifica elevada, podendo chegar a 700m²/g. A resistência do material é principalmente atribuída a
forças de Van der Waals, sendo o tamanho dos poros do gel ou a distância sólido-sólido ao redor de 18Å.
O modelo Feldman-Sereda representa a estrutura do C-S-H como sendo composta de um arranjo irregular
e dobrado de camadas ao acaso, de modo a formar espaços interlamelares de forma e tamanhos diferentes
(5 a 25Å).
Hidróxido de cálcio: Cristais de hidróxido de cálcio (também chamado de portlandita) constituem 20 a
25% do volume de sólidos na pasta hidratada. Em contraste com o C-S-H, o hidróxido de cálcio é um
composto com uma estequiometria definida de Ca(OH) 2 . Comparado ao C-S-H, o potencial de
contribuição do hidróxido de cálcio para a resistência devido a forças de Van der Waals é limitado,
conseqüência de uma área específica consideravelmente menor. Além disso, a presença de uma
quantidade considerável de Ca(OH) 2 no cimento portland hidratado tem um efeito desfavorável pela
solubilidade do hidróxido de cálcio, muito maior do que a do C-S-H.
O Ca(OH) 2 dissolve-se até na água absorvida da umidade do ar e, vindo à superfície, em contato
com o CO 2 do ar forma o CaCO 3 . Este carbonato insolúvel dá eflorescências brancas.
Sulfoaluminatos de cálcio: Os sulfoaluminatos de cálcio ocupam de 15 a 20% do volume de sólidos na
pasta endurecida e, conseqüentemente, desempenham um papel menor nas relações estruturapropriedades. Já foi estabelecido que durante os primeiros estágios da hidratação a relação iônica
sulfato/alumina da solução favorece a formação de etringita, que se transforma eventualmente em
monossulfato hidratado. A presença do monossulfato no concreto de cimento portland torna o concreto
vulnerável ao ataque por sulfato (água do mar, águas selenitosas, etc.).
As reações químicas relevantes podem ser expressas como:
53
[ AlO 4 ] − + 3 [SO 4 ] −2 + 6 [Ca] +2 + aq.
[ AlO 4 ] − + [SO 4 ] −2 + 4 [Ca] +2 + aq.
→
→
C 6 AS 3 H 32 (etringita)
C 4 ASH 18 (monossulfato)
Obs.: Na água do mar, o sulfato de magnésio nela contido reage com o Ca(OH) 2 e resulta CaSO 4 ,
com conseqüente depósito de hidróxido de magnésio. Este sulfato de cálcio ocasiona expansão na massa
do cimento e, juntamente com o existente na água do mar, combina-se com a alumina e dá o sal de
Candlot (sulfoaluminato de cálcio insolúvel), o que agrava com o tempo a fragmentação do cimento
portland comum.
Grãos de clínquer não hidratado. Dependendo da distribuição do tamanho das partículas de cimento
anidro e do grau de hidratação, alguns grãos de clínquer não hidratados podem ser encontrados na
microestrutura de pastas já hidratadas. (Considera-se geralmente que as partículas de cimento maiores do
que 45µm são difíceis de hidratar e aquelas maiores do que 75µm nunca se hidratam completamente).
Com a evolução da hidratação, primeiro são dissolvidas as partículas menores (i.e., desaparecem do
sistema) e as partículas maiores tornam-se menores.
Dados obtidos na hidratação do cimento portland:
experiência: 100g de cimento e 42g de água
Massa do cimento seco .............................................100g
Volume absoluto do cimento seco.............................31,8cm³
Massa de água combinada.........................................23% em peso
Volume de água do gel..............................................19cm³
Água total na mistura.................................................42cm³
Relação água/cimento em massa................................0,42
Volume do cimento hidratado....................................67,9cm³
Volume inicial do cimento e água..............................73,8cm³
Poros capilares e vazios.............................................5,9cm³
Obs.: Hidratação realizada em tubo de ensaio lacrado.
PEGA E ENDURECIMENTO
Mecanismo de retardo da pega pela gipsita:
A reação do C3A com a água é imediata e tornaria o cimento portland sem utilidade para a maioria
dos propósitos de construção, caso não fosse utilizada a gipsita. A solubilidade do C 3 A é diminuída na
presença de íons sulfato, hidroxila e álcalis. Dependendo da concentração do aluminato e dos íons sulfato
na solução, o produto cristalino de precipitação é o trissulfoaluminato de cálcio hidratado que,
posteriormente se transforma em monossulfoaluminato de cálcio hidratado por reação com mais C3A . O
trissulfoaluminato cristaliza-se como pequenas agulhas prismáticas e é também denominado alto sulfato
ou pela designação mineralógica etringita. A etringita cristaliza-se devido à elevada relação
sulfato/aluminato na fase aquosa durante a primeira hora de hidratação. Mais tarde, depois do sulfato da
solução ter sido consumido quando a concentração de aluminatos se eleva novamente devido à renovação
da hidratação do C 3 A e do C 4 AF , a etringita torna-se instável e é gradativamente convertida em
monossulfato, que é o produto final da hidratação dos cimentos portland que contêm mais de 5% de
C3A :
C 6 AS 3 H 32 + 2 C 3 A → C 4 ASH 18 + ...
54
Esse monossulfato torna o concreto vulnerável ao ataque por sulfato, formação do sal de Candlot
que é expansivo.
Fatores que influenciam a duração da pega:
a) Cimentos ricos em C 3 A dão pega mais rapidamente. Corrige-se esse tempo de início de pega
pela adição de gesso, retardando-o.
b) A duração da pega varia na razão direta do grau de moagem, cimentos finos dão início de pega
mais rápidos e fim de pega mais demorados.
c) A quantidade de água sendo maior provocará menores tempos de início de pega.
d) O aumento da temperatura diminui o tempo da pega.
e) Temperaturas próximas de 0º C retardam as reações, e pouco abaixo desse valor as paralisam. A
-1º C a pega não se dá (a pasta congela)
f) Os produtos que aumentam a velocidade de dissolução (aumentam a solubilidade dos
constituintes do cimento) são aceleradores. Já os que dificultam a dissolução são retardadores.
Aceleram a pega:
retardam-na:
Cloreto de Cálcio (>0,5%)
Gesso, Carbonato de Sódio,
Cloreto de Sódio
Óxido de Zinco, açúcar
Potassa e Soda.
bórax, Ácido Fosfórico.
Obs.: Na prática, ao se necessitar alterar a pega do cimento, ou outra propriedade qualquer, é
aconselhável utilizar produtos específicos (aditivos) já existentes no mercado por terem sido alvo de
estudos prévios de dosagem pelos próprios fabricantes.
FINURA DO CIMENTO : (GRAU DE MOAGEM)
Além da composição, a finura do cimento influencia a sua reação com a água. Haverá uma taxa
de reatividade maior e, portanto, maior velocidade no ganho de resistência.
A hidratação se faz da superfície para o interior dos grãos, assim sendo, o grau de moagem
influirá sobre a rapidez da hidratação e, conseqüentemente, sobre o desenvolvimento de calor,
retração e aumento da resistência com a idade.
Como ordem de grandeza, pode-se citar que a água age a 0,5µm de profundidade nas
primeiras 24 horas, 2µm na primeira semana e 4µm no primeiro mês.
(o grão de cimento tem ≅ 30 µm de diâmetro médio).
“Um cimento mais fino possui maior número de grãos por unidade de massa, com isso, para uma mesma
dosagem de cimento por unidade de volume de concreto, haverá maior número de partículas reagindo
com a água ao mesmo tempo, e tudo acontecerá com maior intensidade”. Porém, o custo da moagem e o
calor liberado na hidratação estabelecem alguns limites para a finura. Para a finalidade de controle da
qualidade na indústria de cimento, a finura é facilmente determinada como resíduo em peneiras padrão
como as malhas #200 (75µm) e #375 (44µm). Considera-se geralmente que as partículas de cimento
maiores do que 45µm são difíceis de hidratar e aquelas maiores do que 75µm nunca se hidratam
completamente. Entretanto, uma estimativa das taxas relativas de reatividade dos cimentos com
composição similar não pode ser feita sem o conhecimento da distribuição granulométrica completa
através de métodos de sedimentação.
Uma vez que a determinação da distribuição granulométrica por sedimentação é também trabalhosa e
requer equipamentos caros, é uma prática comum na indústria obter uma medida relativa da distribuição
55
granulométrica pela determinação da área específica do cimento pelo método Blaine de permeabilidade
ao ar (MB-348 ou NBR 7224).
Dados típicos da distribuição granulométrica e da área específica Blaine para duas amostras de
cimento portland são mostrados na figura abaixo:
Obs.: Dependendo da composição específica do cimento, modificando-se a área específica de 320 para
450 m²/Kg Blaine, é possível aumentar a resistência à compressão da argamassa de cimento com 1, 3 e 7
dias de aproximadamente 50 a 100, 30 a 60 e 15 a 40 por cento, respectivamente.
ESTABILIDADE DE VOLUME
Num cimento estável, nenhum de seus compostos sofre, após endurecimento, expansão prejudicial
e destrutiva.
A cal e a magnésia, livres e cristalizadas, se se hidratam sem dissolução prévia, passam a um
estado pulverulento com marcada expansão.
Os trabalhos de Lerch e Taylor puseram em evidência ser o periclásio, magnésia cristalizada, o
responsável pela expansão excessiva, não tendo qualquer contribuição a magnésia dissolvida.
Aceita-se, hoje, ser de 2% o teor máximo permissível de MgO em cristais de periclásio, para
prevenir a instabilidade de volume.
A expansibilidade pode ser medida pelas agulhas de Le Chatelier, impreciso, mas de fácil
execução; ou em autoclaves (215°C e 2,07 MPa).
56
CALOR DE HIDRATAÇÃO
Os compostos do cimento portland são produtos de reações a altas temperaturas que não estão em
equilíbrio e por isso estão em um estado de energia elevado. Quando um cimento é hidratado, os
compostos reagem com a água para atingir estados estáveis de baixa energia, e o processo é acompanhado
pela liberação de energia na forma de calor.
Em outras palavras, as reações de pega e endurecimento dos cimentos são exotérmicas com elevação
da temperatura da massa. O significado do calor de hidratação do cimento em tecnologia do concreto é
múltiplo, pode muitas vezes ser um problema (por exemplo em estruturas de concreto massa, de grandes
volumes), e outras vezes ser um auxílio (concretagem em temperaturas muito baixas).
A quantidade de calor liberada é função da composição do clínquer e é expresso em calorias por
grama.
Os processos usados para medir o calor de hidratação são:
a) Pela medida da diferença entre os dois valores do calor de dissolução de duas amostras de
cimento, uma anidra e outra hidratada, numa mistura de ácidos fluorídrico e nítrico.
b) Processo da garrafa thermos ( tem como vantagem permitir leituras contínuas com a mesma
amostra)
c) Método da garrafa térmica de Lagavant.
Ordem de grandeza do calor de hidratação para portland comum:
até
3 dias
41 a 90 cal/g ≅ 50% do total
46 a 97 cal/g
7 dias
28 dias
61 a 109 cal/g ≅ 90% do total
90 dias
72 a 114 cal/g
74 a 116 cal/g 100% do total
180 dias
A redução do calor de hidratação do cimento pode ser conseguida por:
- redução do teor de C 3 A e C 4 AF
- redução do teor de C 3 S
- adição de escórias ou pozolanas
- uso de um retardador de pega.
CALORES DE HIDRATAÇÃO DOS COMPOSTOS DO CIMENTO
Compostos
C 3S
C2S
C3A
C 4 AF
Calores de hidratação a uma dada idade (cal/g)
3 dias
90 dias
13 anos
58
12
212
69
104
42
311
98
122
59
324
102
Uma vez que o calor de hidratação do cimento é uma propriedade aditiva e que depende da
composição do clínquer pode-se predizê-lo por expressão do tipo H = a.A + bB + cC +dD, onde H
representa o calor de hidratação a uma dada idade; a, b, c e d são coeficientes que representam a
contribuição de 1% dos compostos do clínquer. A, B, C, e D são as porcentagens dos respectivos
compostos no clínquer. Os valores dos coeficientes serão diferentes para as várias idades de hidratação.
57
RESISTÊNCIA AOS ESFORÇOS MECÂNICOS:
O ensaio mais utilizado para a verificação da resistência mecânica é o de compressão uniaxial (o
concreto é um material frágil).
A necessidade de qualificação do cimento obedece a duas razões:
a) Seleção pela qualidade (Há vários tipos e vários fabricantes)
b) Conhecimento prévio do comportamento do cimento em argamassas e concretos.
Para o caso b, o ensaio da pasta pura não é representativo porque a quantidade de água de amassamento é
muito diferente da necessária para argamassas e concretos e a pasta tem leis de variação da resistência
com o tempo diversas da do cimento adicionado a um agregado. O ensaio diretamente em concreto seria
muito dispendioso, além de introduzir mais uma variável, que é o agregado graúdo, complicando a
uniformidade do ensaio. O ensaio sob a forma de argamassa é o escolhido porque é mais representativo
do que a forma em pasta e mais econômico do que a forma em concreto.
Tipos de Cimento
Obs.: Existem ainda os seguintes tipos de cimento portland:
Resistente a Sulfatos (RS), Baixo Calor de Hidratação (BC), Branco Estrutural (CPB).
58
OUTRAS CARACTERÍSTICAS DOS CIMENTOS:
a) O cimento ARI (alta resistência inicial) deve apresentar finura maior que os demais (máx. de 6%
retido na peneira 200# e área específica >300m²/Kg).
CP II- Z com
b) O portland composto é apresentado nas versões CP II-E com até 34% de escória,
até 14% de pozolana e CP II-F que é simples, mas todos possuem ainda até 10% de Filler.
c) O cimento ARS (alta resistência aos sulfatos) só é apresentado na classe 20 (20MPa de resistência
à compressão no ensaio normal).
d) O cimento CP III (alto forno) deve apresentar teor de escória entre 35 e 70% da massa total do
aglomerante, com a escória de AF obedecendo à relação:
CaO + MgO + Al 2 O 3
>1
SiO 2
e) O portland pozolânico deve conter teores de materiais pozolânicos compreendidos
entre 15 e 50% da massa total do cimento.
São materiais pozolânicos: cinzas vulcânicas, argilas calcinadas, cinzas volantes, microssílica (sílica
micro pulverizada expelida pelos fornos de produção de ferro-silício) e outros como escórias siderúrgicas
ácidas, rejeito sílico-aluminoso do craqueamento do petróleo, cinzas de resíduos vegetais e rejeito de
carvão mineral. A atividade pozolânica deve ser testada pela NBR 5753 e se caracteriza pela reatividade
do material com o Ca ( OH ) 2 em presença da água.
f) Moderada Resistência aos sulfatos → teor de C 3 A < 8%
Alta Resistência aos sulfatos → teor de C 3 A < 5%
59
A REAÇÃO POZOLÂNICA E O SEU SIGNIFICADO:
Com relação à reação principal de formação de C-S-H, é útil uma comparação entre cimento
portland comum e cimento pozolânico com a finalidade de compreenderem-se as razões para as
diferenças entre os seus comportamentos:
Cimento Portland
RÁPIDA
C 3 S + H → C − S − H + CH
Cimento Portland Pozolânico
LENTA
Pozolana + CH + H → C -S - H
A reação entre a pozolana e o hidróxido de cálcio é chamada reação pozolânica. A importância
técnica dos cimentos pozolânicos (e dos cimentos de alto-forno) deriva principalmente de três aspectos da
reação pozolânica. Primeiro, a reação é lenta, e portanto, a taxa de liberação de calor e de
desenvolvimento da resistência serão conseqüentemente lentas. Segundo, a reação consome hidróxido de
cálcio, ao invés de produzi-lo o que representa uma contribuição importante para a durabilidade do
concreto frente a meios ácidos. Terceiro, estudos sobre a distribuição do tamanho dos poros dos cimentos
pozolânico e AF hidratados mostraram que os produtos da reação são bastante eficientes no
preenchimento dos espaços capilares grandes, melhorando assim a resistência e diminuindo a
permeabilidade do sistema.
APLICAÇÕES DOS TIPOS DE CIMENTO
Cimento Portland comum CPI e CPI-S (NBR 5732)
Ambos os tipos do cimento portland comum são usados em serviços de construção em geral,
quando não são exigidas propriedades especiais do cimento. Não devem ser utilizados quando há
exposição a sulfatos do solo ou de águas subterrâneas. (O cimento CPI-S difere do anterior porque possui
adições de 5% em massa. Essas adições podem ser de material pozolânico, ou de escória granulada de
alto-forno, ou de fíler calcário).
Cimento Portland Composto CP II-Z (com material pozolânico - NBR11578)
O cimento portland composto gera calor numa velocidade menor do que aquela gerada pelo
cimento portland comum. Seu uso, portanto, é recomendado em lançamentos maciços de concreto, em
que o grande volume da concretagem e a superfície relativamente pequena reduzem a capacidade de
resfriamento da massa, Esse cimento também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos
no solo (essa característica se aplica também aos compostos CP II-E e CPII-F). É empregado não só em
obras em geral, subterrâneas, marítimas e industriais, como também para produção de argamassas,
concreto simples, armado e protendido, elementos pré-moldados e artefatos de cimento. O concreto feito
com esse produto é menos permeável e, por isso, mais durável.
Cimento Portland Composto CP II-E (com escória granulada de alto forno - NBR11578)
O cimento Portland Composto CPII-E é a composição intermediária entre o cimento portland
comum e o cimento portland de alto-forno. É recomendado para estruturas que exigem um
desprendimento de calor moderadamente lento ou que possam ser atacadas por sulfatos.
Cimento Portland Composto CP II-F (com adição de filer calcário - NBR 11578)
Além de servir para aplicações gerais, o cimento portland composto CPII-F pode ser usado no
preparo de argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, concreto simples, armado,
protendido, projetado, rolado, magro, concreto-massa, elementos pré-moldados e artefatos de concreto,
pisos e pavimentos de concreto e solo-cimento, dentre outros.
Cimento Portland de Alto Forno CP III (com 35% a 70% de escória - NBR 5735)
60
O cimento Portland de Alto Forno CP III apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, além de
baixo calor de hidratação e alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado, além de ser
resistente a sulfatos. É um cimento que pode ter aplicação geral em argamassas de assentamento,
revestimento, argamassa armada, de concreto simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro e
outras. É também recomendado para uso em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de
grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas
para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos,
pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos.
Cimento Portland Pozolânico CP IV (com pozolana NBR 5736)
Pode ser utilizado em obras correntes, mas é especialmente indicado em obras expostas à ação de
água corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com esse produto se torna mais impermeável, mais
durável, apresentando resistências mecânicas à compressão superiores às de concretos feitos com cimento
portland comum a idades avançadas. Apresenta características particulares que favorecem sua aplicação
em casos de grande volume de concreto, devido ao baixo calor de hidratação desprendido.
Cimento Portland CP V ARI (Alta Resistência Inicial - NBR 5737)
Com valores aproximados de resistência à compressão de 26 MPa a um dia de idade e de 53 MPa
aos 28 dias, que superam em muito os valores normativos de 14 MPa, 24 MPa e 34 MPa para 1, 3 e 7
dias, respectivamente, o CP V ARI é recomendado no preparo de concreto e argamassa para produção de
artefatos de cimento em indústrias de médio e pequeno porte, como fábricas de blocos de alvenaria,
blocos para pavimentação, tubos, lajes, meio-fio, mourões, postes, elementos arquitetônicos pré-moldados
e pré-fabricados. Pode ser utilizado no preparo de concreto e argamassa em obras desde as pequenas
construções até as edificações de maior porte e em todas as aplicações que necessitem de resistência
inicial elevada e desforma rápida. O desenvolvimento dessa propriedade é conseguido pela utilização de
uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer (que resulta em elevação dos
conteúdos de alita e C3A), e pela moagem mais fina do cimento. Assim, ao reagir com a água, o CP V
ARI adquire elevadas resistências, com maior velocidade.
Cimento Portland CP (RS) – (Resistente a sulfatos – NBR 5733)
O cimento CP-RS oferece resistência aos meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos de
águas servidas ou industriais, água de mar, e a alguns tipos de solos. Pode ser usado em concreto dosado
em central, concreto de alto desempenho, obras industriais e de recuperação estrutural, concretos
projetados, concreto armado e protendido, elementos pré-moldados, pisos industriais, pavimentos,
argamassa armada, argamassas e concretos submetidos ao ataque de meios agressivos, como estações de
tratamentos de água e esgotos, obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas. De acordo com a
norma NBR5737 (ABNT, 1992), os cinco tipos básicos de cimento – CP I, CP II, CP III, CP IV, e CP VARI – podem ser resistentes aos sulfatos, desde que atendam a pelo menos uma das seguintes condições:
• teor de aluminato tricálcico (C3 A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8% e
5% em nassa, respectivamente;
• cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escória, em massa;
• cimentos pozolânicos que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico, em massa;
• cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que
comprovem resistência aos sulfatos.
Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) – NBR 13116
O cimento portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) é designado por siglas e classes de seu tipo
acrescidas de BC. Por exemplo: CPIII-32 (BC) é o Cimento Portland de Alto-Forno com baixo calor de
hidratação, determinado pela sua composição. Esse tipo de cimento tem a propriedade de retardar o
desprendimento de calor em peças de grande massa de concreto, evitando o aparecimento de fissuras de
origem térmica, devido ao calor desenvolvido durante a hidratação do cimento.
61
Cimento Portland Branco CPB - (NBR 12989)
O cimento portland branco se diferencia por coloração e está classificado em dois subtipos:
estrutural e não estrutural. O estrutural é aplicado em concretos brancos para fins arquitetônicos, com
classes de resistência 25, 32 e 40, similares às dos demais tipos de cimento. Já o não estrutural não tem
indicações de classe e é aplicado, por exemplo, em rejuntamento de azulejos e em aplicações não
estruturais. Pode ser utilizado nas mesmas aplicações do cimento cinza. A cor branca é obtida a partir de
matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro, em condições especiais durante a fabricação, tais
como resfriamento e moagem do produto e, principalmente, utilizando o caulim no lugar de argila. O
índice de brancura deve ser maior que 78%. Adequado aos projetos arquitetônicos mais ousados, o
cimento branco oferece a possibilidade de escolha de cores, uma vez que pode ser associado a pigmentos
coloridos.
ENSAIOS DE RECEPÇÃO DO CIMENTO
A - Finura (peneiras #200, #325 e área específica Blaine);
B - Início e Fim de Pega
C - Expansibilidade ( estabilidade de volume)
D - Resistência à Compressão
Cujos valores mínimos e máximos são prescritos pelas normas que especificam cada tipo de cimento.
Como exemplo, seguem abaixo os valores da EB-1 (NBR 5732) que especifica o cimento portland
comum:
A - Finura:
1 - peneira 200# (0,075mm)
!
"##$
classes: 25 e 32 ....... máx 12%
classe : 40 ........ máx 10%
2 - área específica Blaine (
%'
tipo 25
≥ 240m²/Kg
tipos 32 e 40 ≥ 260m²/Kg
% &
'
$
Obs.: O princípio desse método consiste em passar o ar através de uma camada de cimento de porosidade
conhecida. Considera-se que o número e o tamanho dos poros da camada são função do tamanho das
partículas e de sua distribuição granulométrica, e determinam a velocidade com que a camada será
atravessada pelo ar. O ensaio é feito por comparação usando-se uma amostra padrão de área específica
conhecida, fornecida pela ABNT. (ou pela ABCP-Associação Brasileira de Cimento Portland).
B - Pega (NBRNM65: Cimento portland - Determinação dos tempos de pega)
Tempo de início de pega .............. ≥ 1 hora
Tempo de fim de pega ................. ≤ 10 horas (facultativo)
C - Expansibilidade : (agulhas de Le Chatelier)
Expansão após 7 dias em água fria ...... ≤ 5 mm (influência do MgO livre)
Expansão por imersão em água quente ≤ 5 mm (influência do CaO livre)
D - Resistência à Compressão: ( valores em MPa)
classe 25 classe 32 classe 40
a 3 dias - (mínimo de) ......................
8
10
14
a 7 dias - ( mínimo de) ...................... 15
20
24
a 28 dias - ( mínimo de) ....................... 25
32
40
62
O ensaio é regido pela NBR7215 e executado na argamassa no traço 1:3, em peso, em corpos de
prova cilíndricos de base 5 cm e altura 10 cm. A argamassa normal deve ser preparada com a quantidade
de água igual a 48% da quantidade de cimento. A areia normal tem 4 frações iguais com material retido
nas peneiras
0,15 - 0,30 - 0,60 e 1,2mm , respectivamente. A areia normal é coletada nas cabeceiras do rio Tietê em
São Paulo; preparada e vendida somente pelo IPT
( Instituto de Pesquisas Tecnológicas da USP).
Moldam-se 3 séries de 4 corpos de prova cada para serem ensaiados a 3, 7 e 28 dias de idade. Para
que o ensaio em qualquer das séries seja aprovado é necessário que o Desvio Relativo Máximo (DRM)
seja inferior a 6%.
DRM = Fi - Fm x 100 ≤ 6%
Fm
Fm = valor médio (dos 4, ou apenas 3 corpos de prova)
Fi = valor mais afastado em relação à média considerada.
Observação:
Quando a série não é aprovada com os quatro corpos de prova, abandona-se o resultado mais
afastado e refazem-se os cálculos com os três corpos de prova restantes. Se ainda assim não for atendida a
fórmula acima, o ensaio não foi aprovado, devendo ser refeito.
Obs.: Só após a aprovação do ensaio, pode-se verificar a aprovação da própria amostra; o que é feito comparando-se a
média adotada com o mínimo especificado na norma de especificação correspondente.
CIV 237- E N S A I O D E P E G A D O C I M E N T O P O R T L A N D
Importância do ensaio:
Pega do cimento: fenômeno cuja duração inicial é controlada pela adição de ≅ 5% de
gesso ao clínquer na fabricação do cimento.
“A inclusão da gipsita no cimento é para que ocorra a sua reação com o C 3 A formando uma capa de
etringita (trisulfoaluminato de cálcio hidratado) envolvendo os grãos de aluminato e impedindo
momentaneamente a continuidade da sua hidratação, retardando a pega”.
Ver ainda: “Mecanismo de retardo da pega pela gipsita” - Apostila Pg.: 49
DETERMINAÇÃO DOS TEMPOS DE INÍCIO E FIM DE PEGA
(
)
Ao se amassar água com cimento obtém-se uma pasta plástica, facilmente trabalhável. No decorrer do
tempo, essa pasta começa a perder plasticidade.
Esta característica é importante pois dá idéia do tempo disponível para misturar, transportar, lançar e
adensar concretos e argamassas, bem como transitar sobre eles ou molhá-los para execução da cura.
O tempo que decorre desde a adição da água até o início das reações com os compostos do cimento é
denominado início de pega ou seja, o instante em que não se pode mais aplicar o concreto ou argamassa.
O fim de pega ocorre quando a pasta torna-se rígida, indeformável.
Antes da determinação dos tempos de pega do cimento, deve ser feita a determinação da água da pasta de
consistência normal (NBRNM 43) que é feita da seguinte maneira:
Massa da amostra de cimento 500g
Massa de água determinada por tentativas, de modo que a sonda de Tetmajer (300g de peso e φ10mm)
estacione a 6mm do fundo do molde normal (tronco de cone com diâmetro interno superior igual a
70mm e inferior igual a 80mm, espessura de 8mm e altura de 40mm).
Após a mistura, que é feita em um misturador mecânico (argamassadeira) por um tempo de 4min, colocase a pasta no interior do molde, aplicando-se a sonda de Tetmajer sem choque e sem velocidade inicial até
63
que a pasta ofereça uma resistência a esta penetração tal que ela estacione a 6mm ±1mm do fundo do
molde. Diz-se aí que a pasta possui consistência normal.
Obtida a quantidade de água da pasta de consistência normal procede-se uma nova mistura, marcando-se
a hora em que foi lançada a água ao cimento, para se determinar assim, os tempos de início e fim de pega,
através da penetração da agulha de Vicat (300g e 1,1 mm de diâmetro) também sem choque e sem
velocidade inicial, até que ela estacione a 4±1 mm do fundo do molde, momento este em que ocorre o
início de pega. O tempo que decorre desde o lançamento da água de amassamento até quando a agulha de
Vicat, aplicada suavemente sobre a superfície da pasta de cimento, não deixa vestígios ou marcas, define
o chamado fim de pega.
Resumindo:
l
t0
Origem da contagem do tempos
(momento em que a água entra
em contato com o cimento).
t1 - t0
Pega
l
t1
Momento em que a agulha
de Vicat estaciona a 4±1 mm
do fundo do molde.
tempo do início de pega
t2 - t0
l Endurecimento
l
t2
Momento em a agulha de Vicat não
mais penetra e nem deixa vestígios
na pasta de cimento.
tempo de fim de pega
Obs. : Segundo as especificações brasileiras, os cimentos devem apresentar tempo de início de pega ≥ a 1
hora, e tempo de fim de pega menor ou igual a 10 horas (sendo esta uma especificação facultativa).
ENSAIOS DE FINURA DO CIMENTO PORTLAND
1 - DETERMINAÇÃO DA FINURA POR MEIO DA PENEIRA 75µm (n° 200)
(MB-3432 = NBR 11579)
2 - DETERMINAÇÃO DA ÁREA ESPECÍFICA BLAINE
(NBR NM 76)
Importância da finura:
O contacto da água com os componentes do cimento se dá na superfície dos grãos, hidratando-os,
paulatinamente, em direção ao interior. Um cimento mais fino possui maior número de grãos por unidade
de massa, ou seja, possui maior área específica. Com isso, a água encontrará muito maior área de contacto
e a reação se fará com maior intensidade, resultando, assim, em maior resistência mecânica, maior
liberação de calor e, também, maior tendência à retração.
Resumindo:
“A forma mais sadia de se aumentar a resistência de um cimento é torná-lo mais fino”.
Dois são os métodos utilizados para a determinação do grau de moagem ou finura do cimento. O
peneiramento (peneiras 200# ou 325#) e por permeabilidade ao ar.
1 - PENEIRAMENTO COM A PENEIRA N° 200 (# 0,075mm de lado)
A finura é dada pela porcentagem do material que não passa na peneira n° 200 durante o ensaio,
R
IF = x 100
P
onde, IF = índice de finura em %
R = resíduo na peneira depois de encerrado o peneiramento
P = massa inicial da amostra = 50g ± 0,05g
64
Peneiramento:
É feito na peneira #200 provida de fundo e tampa por um tempo entre 12 e 15 minutos.Pode ser
considerado completo quando, após 1min de peneiramento manual contínuo, estiver passando pela
peneira menos que 0,05g, ou seja, menos que 0,1% da massa inicial da amostra.
Obs.: o índice de finura será a média de duas determinações.
Exemplo:
P = 50g
R = 0,82g
IF = 0,82/50 x 100 = 1,64%
Checagem dos Resultados: Pela EB 2138, que especifica o cimento CP II E 32 , IF≤ 12%
Como 1,62% < 12%
aprovado
Obs.: pode-se também utilizar a peneira n° 325 com 45µm de abertura de malha
2 - DETERMINAÇÃO DA ÁREA ESPECÍFICA BLAINE:
No permeabilímetro de Blaine, considera-se que o número e o tamanho dos poros de uma amostra
de dada densidade dependem do tamanho das partículas e têm a ver com a sua distribuição
granulométrica.
Este processo utiliza a permeabilidade ao ar da camada de material (cimento ou qualquer outro pó)
com porosidade conhecida (ε = 0,5) e baseia-se na comparação dos tempos gastos pelo ar para atravessar,
ora uma amostra padrão fornecida pela ABCP, ora a amostra do ensaio em questão.
A área específica é dada por: Am =
K ε3 . t
γ (1 − ε ) η
onde : Am = área específica em massa
K = constante do aparelho, obtido na calibração
ε = porosidade da camada;
t = tempo em segundos;
γ = massa específica do cimento;
η = viscosidade do ar no momento do ensaio (varia com a temperatura) e é tabelada
calibração
K=
γ p (1 − ε p ) η p
ε3p
tp
Obs.: as grandezas aqui são as mesmas; o índice p se refere à amostra padrão
Ensaio:
m = γ V (1 − ε
Determinação da massa de material que formará a amostra
Onde V = volume da camada de material (no nosso aparelho V = 1,851cm³)
)
Operação:
- Ao tubo em “U“ do aparelho, acopla-se a célula, já com a amostra de cimento.
- Promove-se uma sucção no líquido manométrico, fazendo-o chegar ao nível 1 do tubo;
- Do nível 1 ao nível 2 haverá uma regularização do fluxo de ar na camada ensaiada;
- Do nível 2 ao nível 3 faz-se a tomada do tempo t (tempo gasto pelo ar para atravessar a amostra);
- O nível 4 é o nível de equilíbrio manométrico (repouso)
O tempo adotado será a média de duas determinações.
65
Calcula-se Am e confere-se o resultado na norma EB correspondente.
DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CIMENTO PORTLAND
1 - Importância
A resistência aos esforços mecânicos é considerada a mais importante característica de um cimento. As
especificações fixam os valores mínimos para essa característica. O ensaio de resistência à compressão é
adotado como aquele que é o principal indicador dessa resistência mecânica;
Este ensaio é aplicável em muitas situações, como:
• Possibilitar o conhecimento prévio do comportamento do cimento em argamassas e concretos;
• Possibilitar a comparação de qualidade entre componentes;
• Aplicação em grande número de pesquisas.
• Selecionar o cimento pela sua qualidade
2 - Porque se usa argamassa:
O ensaio em pasta pura não é representativo:
1- O cimento é muito pouco usado na forma de pasta;
2- A relação água/cimento é muito diferente daquela usada comumente em argamassas e concretos;
3- O ganho de resistência com o tempo para pastas é também diferente das outras aplicações.
O ensaio na forma de concreto é antieconômico e seria duvidoso tecnicamente:
1- Um corpo de prova padrão de concreto é 27 vezes maior que um de argamassa;
2- Na forma de concreto seria necessário controlar, também, a variável agregado graúdo.
3 - O ensaio em si
Utilizam-se corpos de prova cilíndricos de 5cm de base e 10cm de altura moldados em argamassa de traço
1:3 em massa e relação água/cimento igual a 0,48.
•
É utilizada uma areia que é controlada em termos mineralógicos e granulométricos, lavada, e
sem impurezas que pudessem afetar a hidratação do cimento.
Como padrão é adotada uma areia preparada pelo IPT, coletada nas cabeceiras do rio Tietê em São Paulo
e especificada pela NBR 7214 (ver composição granulométrica no quadro abaixo)
Granulometria da areia normal:
Material retido entre as peneiras...
% retido em peso
(fração grossa)
2,4 e 1,2
(fração média/grossa) 1,2 e 0,6
(fração média/fina)
0,6 e 0,3
(fração fina)
0,3 e 0,15
Módulo de Finura (MF)
25
25
25
25
% acumulado
25
50
75
100
2,50
66
3.1 - moldagem dos corpos de prova
3.1.1 – Quantidade de materiais ( p/ 4 corpos de prova):
cimento 420g
areia normal
4 frações de 315g cada (total de 1260g)
água
x = 0,48 = 201,6g
Mistura mecânica:
• Colocar a água na argamassadeira;
• Adicionar todo o material sólido, já previamente misturado;
• Misturar na velocidade baixa por 30s;
• Misturar na velocidade alta por mais 30s;
• Executar repouso por 90s (sendo que nos primeiros 15s retira-se, com a uma espátula, todo o material
que ficou aderido às paredes da cuba e da pá da misturadora);
• Encerrando, misturar na velocidade alta por mais 60s.
3.2 – Moldagem dos CP’s
• Os moldes deverão estar previamente untados internamente com uma leve camada de óleo;
• Proceder a moldagem em 4 camadas, aplicando em cada uma 30 golpes com soquete normal;
• Após 24 horas da moldagem, desmoldar os CP’s e colocá-los para cura imersos em água potável
saturada de cal, no interior de câmara úmida. Retirá-los somente no dia da ruptura.
4 – Aprovação (ou não) do ensaio
O ensaio só será aprovado se o DRM (Desvio Relativo Máximo) para 3 ou 4 corpos de prova for ≤ 6%.
DRM i =
Fi − Fm
Fm
x 100
F
Onde: i = resultado mais afastado da média
Fm = média dos resultados obtidos
Caso o DRM 4 seja > 6%, abandona-se o resultado mais afastado e calcula-se nova média para os 3
resultados restantes determina-se o DRM3
Se o DRM3 ≤ 6%
Se o DRM3 ≥ 6%
Ensaio Aprovado,
Repetir o ensaio !
5 – Aprovação (ou não) da amostra
DRM 3
Quando DRM 4 (ou
) ≤ 6%, adota-se como resistência daquele cimento a tensão média dos
resultados válidos (em MPa) e compara-se esse valor com o valor mínimo que é especificado na EB
correspondente ao tipo e classe do cimento (ou amostra) ensaiada.
Ou seja,
f cm, j ≥ f cj mín AMOSTRA APROVADA!
67
AGREGADOS PARA CONCRETO
Agregados são fragmentos de rochas, popularmente, denominados como “pedras”. Fragmentos
de rochas com tamanho e propriedades adequadas são utilizados em quase todas as obras de infraestrutura civil, como em edificações, pavimentação, barragens e saneamento. Estes materiais
incluem, por exemplo, blocos, pedras, pedregulhos, cascalhos, seixos, britas, pedriscos, areias, etc. A
faixa de tamanho destes fragmentos é bastante ampla, desde blocos com dezenas de centímetros, como os
“enrocamentos” usados em barragens, até partículas milimétricas, como os “agregados miúdos” usados
na confecção de concreto para a maioria das edificações.
1 - Especificação do Material: (NBR 7211)
1 Objetivo
2 Referências normativas
3 Definições:
3.1 Agregado Miúdo ........ 4,75 ≥ φ > 0,150mm (150µm)
3.2 Agregado Graúdo ....... 75 ≥ φ > 4,75mm
3.3
Série Normal e Série Intermediária: (ABNT)
(Dimensões em mm)
Série
0,15 0,30 0,60 1,18 2,36 4,75
9,5
19
Normal
Série Intermediária
6,3
12,5
37,5
25
31,5
75
50
63
3.4 Dimensão Máxima Característica (DMC): abertura da peneira, em milímetros, na qual o agregado
apresenta uma porcentagem retida, acumulada, igual ou imediatamente inferior a 5% em massa.
3.5 Módulo de Finura: soma das porcentagens retidas, acumuladas, em massa de um agregado, nas
peneiras da série normal, dividida por 100, ou:
MF =
Σ ( % s acumuladas nas peneiras da série normal )
100
3.6
Agregado Total: conjunto formado pelos agregados miúdo e graúdo que compõem o concreto.
Juntamente com o cimento, possibilitam ajustes na curva granulométrica do concreto que se pretende
dosar. Os limites desta norma, quando se referem ao agregado total, devem atender aos critérios de
ponderabilidade em massa entre esses mesmos agregados.
4 Requisitos gerais:
4.1 Os agregados devem ser compostos por grãos minerais duros, compactos, estáveis, duráveis e
limpos e não devem conter substâncias que afetem a hidratação e o endurecimento do cimento, a proteção
da armadura contra a corrosão, a durabilidade ou, quando for requerido, o aspecto visual externo do
concreto.
O exame petrográfico realizado de acordo com a ABNT NBR 7389 e interpretado por profissional
capacitado, fornece alguns dos subsídios necessários para o cumprimento destas condições. Para outras
características, ver seções 5 e 6 desta norma.
4.2 Os agregados devem ser fornecidos ao consumidor em lotes cujas unidades parciais de transporte
devem ser individualizadas, mediante uma guia de remessa na qual constem pelo menos os seguintes
dados:
a) nome do produtor;
b) proveniência do material;
c) identificação da classificação granulométrica de acordo com itens 5.1 e 6.1
d) data do fornecimento.
68
5
Agregado miúdo
A amostra representativa de um lote coletada e reduzida de acordo com as normas NBR NM 26 e NBR
NM 27, deve satisfazer os requisitos prescritos de 5.1 a 5.3.
Obs.: havendo duas ou mais origens considerar a participação % de cada fração.
5.1
Distribuição granulométrica
A distribuição granulométrica deve atender aos limites estabelecidos na tabela 2. Podem ser utilizados
materiais com distribuição granulométrica diferente das zonas estabelecidas na tabela 2, desde que
estudos prévios de dosagem comprovem sua aplicabilidade.
Tabela 2 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo
Peneira com abertura de
malha
(ABNT NBR
NM ISO 3310-1)
Zona utilizável
Zona ótima
Zona ótima
Zona utilizável
9,5 mm
6,3 mm
4,75 mm
2,36 mm
1,18 mm
600 µm
300 µm
150 µm
Módulo de Finura
0
0
0
0
5
15
50
85
1,55
0
0
0
10
20
35
65
90
2,20
0
0
5
20
30
55
85
95
2,90
0
7
10
25
50
70
95
100
3,50
Porcentagem, em massa, retida acumulada
Limites inferiores
Limites superiores
NOTAS
1 O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90
2 O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20
3 O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50
69
5.2
Substâncias nocivas
Tabela 3 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas
no agregado miúdo com relação à massa do material.
Determinação
Método de ensaio
Torrões de argila e
materiais friáveis
Quantidade máxima relativa à
massa do agregado graúdo
%
ABNT NBR 7218
3,0
Materiais carbonosos1)
ASTM C 123
Material fino que passa
através da peneira 200#
por lavagem (material
pulverulento) 2)
NBR NM 46
Concreto aparente
Concreto não aparente
Concreto submetido a
desgaste superficial
Concretos protegidos
do desgaste superficial
ABNT NBR NM 49
Impurezas orgânicas3)
0,5
1,0
3,0 ou 10,0
5,0 ou 12,0
A solução obtida no ensaio
deve ser mais clara que a
solução-padrão
Diferença máxima aceitável
através da resistência à
10%
compressão
1)
Quando não for detectada a presença de materiais carbonosos durante apreciação petrográfica, pode-se
prescindir do ensaio de quantificação (ASTM C 123).
ABNT NBR
7221
2)
Quando o material fino que passa na peneira 200# for constituído totalmente de grãos gerados durante
a britagem de rocha, os valores constantes da tabela 3 podem ter seus limites alterados de 3% para 10%
(para Concreto submetido a desgaste superficial) e de 5% para 12% (para Concretos protegidos do
desgaste superficial), desde que seja possível comprovar, por apreciação petrográfica (NBR 7389), que
os grãos constituintes não interferem nas propriedades do concreto. São exemplos de materiais
inadequados os materiais micáceos, ferruginosos e argilo-minerais expansivos. Ver nota 3 da tabela 7.
3)
Quando a coloração da solução obtida no ensaio for mais escura do que a solução-padrão, a utilização
do agregado miúdo deve ser estabelecida pelo ensaio previsto na ABNT NBR 7221.
5.3
Durabilidade
5.3.1 Em agregados provenientes de regiões litorâneas, ou extraídos de águas salobras ou ainda quando
houver suspeita de contaminação natural (regiões onde ocorrem sulfatos naturais como a gipsita) ou
industrial (água do lençol freático contaminada por efluentes industriais), os teores de cloretos e sulfatos
devem ser limitados, conforme tabela 4:
5.3.2
agregados potencialmente reativos (ditados pela apreciação petrográfica da norma NBR7389),
quando excedem o limite de 0,10% de expansão do método ASTM C 1260, podem ser utilizados somente
em concretos com teor total de álcalis ≤ 3,0 kg/m3 ou naqueles com cimentos considerados inibidores,
tipo CP III e CP IV. Alternativamente, pode ser verificada a reatividade do agregado de acordo com a
ABNT NBR 9773, devendo ser observados os limites da tabela 4.
70
Tabela 4 – Limites máximos para a expansão devida à reação álcali-agregado e
teores de cloretos e sulfatos presentes nos agregados
Determinação
Método de ensaio
ASTM C 1260
Reatividade
álcali-agregado
Teor de cloretos2) (CL-)
ABNT NBR 97731)
ABNT NBR 9917
ABNT NBR 148323)
Limites
Expansão máxima de 0,10% aos 14
dias de cura agressiva
Expansão máxima de 0,05% aos 3
meses
Expansão máxima de 0,10% aos 6
meses
< 0,2% concreto simples
< 0,1% concreto armado
< 0,01% concreto protendido
< 0,1%
Teor de sulfatos solúveis4) (SO42-)
ABNT NBR 9917
1)
Ensaio facultativo, nos termos de 5.3.2.
2)
Agregados que excedam os limites estabelecidos para cloretos só podem ser utilizados em concreto
quando o teor total trazido ao concreto por todos os seus componentes, verificado por ensaio
realizado pelo método ABNT NBR 14832 (determinação no concreto) ou ASTM C 1218, não exceda
os seguintes limites, dados em % sobre a massa de cimento:
- concreto protendido ≤ 0,06%
- concreto armado exposto a cloretos ≤ 0,15%
- concreto armado em condições de exposições não severas ≤ 0,40%
- outros tipos de construção com concreto armado ≤ 0,30%
3)
O método ABNT NBR 14832 neste caso pode ser utilizado para o ensaio de agregados.
4)
Agregados que excedem o limite estabelecido para sulfatos solúveis só podem ser utilizados em
concreto quando o teor total trazido ao mesmo por todos os seus componentes não exceda 0,2% ou
que fique comprovado o uso de cimento Portland RS, conforme ABNT NBR 5737.
5.4
Ensaios Especiais
Em determinadas regiões ou para concretos com determinados requisitos específicos, pode ser necessária
a exigência, por parte do consumidor, de prescrições especiais adicionais. Algumas destas prescrições ou
os métodos para sua determinação são exemplificados na tabela 5.
Tabela 5 – Ensaios especiais para agregado miúdo
Propriedades físicas
Massa específica
Massa unitária
absorção de água
Inchamento
Teor de partículas leves
Umidade superficial
Método
ABNT NBR NM 52
ABNT NBR 7251
ABNT NBR NM 30
ABNT NBR 6467
ABNT NBR 9936
ABNT NBR 9775
71
6
Agregado graúdo
A amostra representativa de um lote coletada e reduzida de acordo com as normas NBR NM 26 e NBR
NM 27, deve satisfazer os requisitos prescritos de 6.1 a 6.4.
6.1
Granulometria
6.1.1 Distribuição granulométrica
A amostra representativa de um lote de agregado graúdo deve satisfazer os requisitos prescritos para
granulometria, conforme tabela 6.
Tabela 6 – Limites da composição granulométrica do agregado graúdo
Peneira com abertura
de malha
(ABNT NBR NM ISO 3310-1)
75 mm
63 mm
50 mm
37,5 mm
31,5 mm
25 mm
19 mm
12,5 mm
9,5 mm
6,3 mm
4,75 mm
2,36 mm
Porcentagem, em massa, retida acumulada
Zona granulométrica d/D1)
4,75/12,5
9,5/25
19/31,5
25/50
37,5/75
0-5
2 - 152)
402) - 652)
802) - 100
95 - 100
0-5
2 - 152)
402) - 652)
802) - 100
92 - 100
95 - 100
-
0-5
5 - 252)
652) - 95
92 - 100
95 - 100
-
0-5
5 - 30
75 - 100
87 - 100
95 - 100
-
0-5
5 - 30
75 - 100
90 - 100
95 - 100
-
1)
Zona granulométrica correspondente à menor (d) e à maior (D) dimensões do agregado graúdo.
Em cada zona granulométrica deve ser aceita uma variação de no máximo 5% em apenas um dos
limites marcados com 2). Essa variação pode também estar distribuída em vários desses limites.
2)
6.1.2
Forma dos grãos
O índice de forma dos grãos do agregado não deve ser superior a 3, quando determinado pela NBR 7809.
6.1.3 Desgaste
O índice de desgaste por abrasão “Los Angeles” determinado pela NBR NM 51, deve ser inferior a 50%,
em massa, do material.
6.2
Substâncias nocivas
Tabela 7 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas
no agregado graúdo com relação à massa do material.
Determinação
Torrões de argila e
materiais friáveis
Método de ensaio
ABNT NBR 7218
Concreto aparente
Concreto sujeito a desgaste
superficial
Outros concretos
Quantidade máxima relativa à
massa do agregado graúdo - %
1,0
2,0
3,0
72
Materiais carbonosos1)
1)
Material fino que passa
através da peneira 200# por
lavagem (material
pulverulento)2), 3)
ASTM C 123
Concreto aparente
Concreto não aparente
ABNT NBR NM 46
0,5
1,0
1,0
Quando não for detectada a presença de materiais carbonosos durante apreciação petrográfica, pode-se
prescindir do ensaio de quantificação (ASTM C 123).
2)
Para agregados produzidos a partir de rochas com absorção de água < 1%, o limite de material fino
pode ser alterado de 1% para 2%.
3)
Para agregado total, definido conforme item 3.6 desta norma, o limite de material fino pode ser
composto até 6,5%, desde que seja possível comprovar, por apreciação petrográfica (NBR7389), que os
grãos constituintes não interferem nas propriedades do concreto. São exemplos de materiais inadequados
os materiais micáceos, ferruginosos e argilo-minerais expansivos.
6.3 Durabilidade
Aplicam-se os re quesitos estabelecidos em 5.3 para agregados analisados individualmente e para o
agregado total definido em 3.6.
6.4 Ensaios especiais
Em determinadas regiões ou para concretos com determinados requisitos específicos, pode ser necessária
a exigência, por parte do consumidor, de prescrições especiais adicionais. Algumas destas prescrições ou
os métodos para sua determinação são exemplificados na tabela 8.
Propriedades
físicas
Propriedades
mecânicas
Tabela 8 – Ensaios especiais para agregado graúdo
Determinação
Método
Massas específicas absoluta e aparente e absorção
ABNT NBR NM 53
de água
Ciclagem natural
ABNT NBR 12695
Ciclagem artificial água - estufa
ABNT NBR 12696
Ciclagem com etilenoglicol
ABNT NBR 12697
Teor de partículas leves
ABNT NBR 9936
Umidade total
ABNT NBR 9939
Módulo de deformação estático e coeficiente de
ABNT NBR 10341
Poisson de rochas
Resistência ao esmagamento
ABNT NBR 9938
Desgaste por abrasão
ABNT NBR 12042
Resistência à compressão da rocha
ABNT NBR 6953
7 Inspeção
A inspeção deve ser feita de acordo com a ABNT NBR NM 26.
8 Aceitação e rejeição
8.1 Para a aceitação de um ou mais lotes de agregados, definidos conforme ABNT NBR NM 26, deve
ser estabelecido explicitamente entre o consumidor e o produtor a realização da coleta e dos ensaios das
amostras por laboratório idôneo ou no laboratório de uma das partes quando houver consentimento
mútuo.
8.2
Um lote somente deve ser aceito quando cumprir todas as prescrições desta Norma e eventuais
prescrições especiais contratadas.
73
1 - Razões de sua utilização em argamassas e concretos:
a) economia
b) influência técnica benéfica sobre:
- retração
- resistência ao desgaste
Obs.: O conjunto pasta-agregado forma um compósito em que a resistência aos esforços mecânicos
passa a depender da zona de ligação entre ambos, mas pode se manter em níveis tecnicamente
satisfatórios, desde que bem dosados.
Informações Complementares:
3.1 - definição:
Agregado é o material granuloso e inerte, sem forma e volume definidos, de
dimensões e propriedades adequadas para o uso em obras de engenharia.
Ligeira explicação dos termos usados na definição:
a) “granuloso” devido à sua característica de “enchimento”, ou seja, ganho de volume que gera economia
e ajuda a reduzir a retração. Constituem 70 a 80% do volume do concreto.
b) “inerte”: isenção de substâncias prejudiciais (inclui reatividade potencial com os álcalis do cimento).
Mas, é interessante possuir relação epitáxica (aderência química, formação de C-S-H com componentes
do próprio agregado).
c) “sem forma definida”: por razões de economia (agregados graúdos). A melhor forma é a que mais se
aproxima da esfera, para os seixos e do cubo, para as britas.
coeficiente volumétrico - AFNOR
concreto de alta resistência ou para barragens ......... 0,20
concreto simples ...................................................... 0,15
d) “dimensões adequadas” - aqui estão resguardadas características como granulometria contínua para
maior trabalhabilidade e posterior ganho de compacidade (melhor arrumação das partículas dentro do
concreto), significando maior resistência final.
e) “propriedades adequadas” - além das já citadas, devemos incluir:
- resistência mecânica da rocha matriz. (fc ≥ 100 MPa, ou superior se necessário)
- aderência por afinidade química
- adequadas propriedades térmicas.
Afirmação conclusiva: “A forma final de se ajuizar da qualidade de uma rocha para agregados é
ensaiando o concreto com ela fabricado.”
3.2 - Classificação dos Agregados:
Quanto às
dimensões
Quanto à
Massa Unitária
miúdos
graúdos
Agregados Leves
Agregados Normais
Agregados Pesados
areia natural
pedrisco (artificial)
seixo rolado (natural)
brita (artificial)
δ < 1 t /m³ (vermiculita, argila expandida, pedrapomes, etc.)
1 t /m³ < δ < 2 t /m³ (areias quartzosas, seixos, etc.)
δ > 2 t /m³ (barita, magnetita, etc.)
74
3.3 - Informações Úteis
Massa Específica (p/ consumos)
Massa Unitária (p/ padiolas e aquisição de areias)
Umidade e absorção dos agregados miúdos
4 - Areias Artificiais
5 - Durabilidade Esperada dos Agregados Graúdos:
I – Inalterabilidade (ao ar, à água e ∆T)
II – Não provocar a RAA (Reação Álcali-Agregado)
(São reações expansivas envolvendo agregados)
CONDIÇÕES A QUE DEVEM SATISFAZER OS AGREGADOS
PARA CONCRETOS DE BOA QUALIFICAÇÃO:
CONDIÇÕES TÉCNICAS
RESISTÊNCIA
TRABALHABILIDADE
(gerar < consumo dágua)
DURABILIDADE
FABRICAÇÃO
TRANSPORTE
APLICAÇÃO
CONSERVAÇÃO
COND.
ESTÉTICAS
COND.
ECONÔMI
CAS
HIGIENE
ASPECTO
COR
PLÁSTICA
grãos duros e compactos.
rocha matriz com fc > 100 MPa, ou bem superior para uso
em CAD’s.
perda por abrasão Los Angeles < 50%.
baixo teor de materiais friáveis e húmus vegetal.
coeficiente volumétrico médio do grão > 0,20.
índice de forma dos grãos < 3, ou seja, c/e < 3.
granulometria contínua e M.F. > 2,4 p/ miúdos.
baixo teor de materiais pulverulentos (<3%). Ausência de
materiais micáceos e de argilo-minerais.
grãos duráveis e limpos.
resistência química (inalteráveis ao ar, à água e ∆T).
isentos de substâncias que provoquem:
a) corrosão das armaduras
b) prejuízos à ligação e hidratação do cimento
c) expansões a médio e longo prazos: (como as RAA).
não agredir a saúde dos usuários.
apresentar adequadas propried. térmicas, acústicas, etc.
atender economicamente (britagem, peneiramento, etc).
distâncias econômicas em rel. ao mercado consumidor.
atender quanto à trabalhabilidade.
atender quanto à durabilidade.
atender quanto à durabilidade.
também, atender quanto à durabilidade.
não é afeta diretamente aos agregados, mas sim ao projeto
arquitetônico.
INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA TRABALHABILIDADE DO CONCRETO
Agregado
(φ mm)
0,16 – 0,30
0,20 – 0,40
0,40 – 0,80
0,80 – 1,60
1,60 – 3,15
Água de Molhagem
(l/m3)
300
280
200
120
75
Agregado
(φ mm)
2,50 – 5,00
6,30 – 10,00
16,00 – 25,00
40,00 – 63,00
120,00 – 200,00
Água de Molhagem
(l/m3)
56
38
18
11
5
75
a) Aderência por rugosidade superficial do agregado. (Interpenetração)
b) Aderência por atração capilar. (Devida a uma película líquida ou gelatinosa formada entre as
superfícies de ligação pasta/agregado)
c) Aderência química. (Reação pozolânica e/ou ligação epitáxica (os cristais de cimento hidratado como
que “prolongam” os do agregado).
76
Massa Específica:
A massa específica do agregado é a massa da unidade de volume do mesmo, excluindo deste tanto
os vazios permeáveis (acessíveis) quanto os vazios entre os grãos (intergrãos).
O valor obtido para a massa específica de um agregado poroso vai depender do estado de umidade
em que o mesmo se encontrar no momento do ensaio. No entanto, a única situação de umidade do
agregado que não altera a água do concreto é na de Saturado Superfície Seca, ou condição SSS, situação
que deve ser a escolhida quando da operação em obra bem controlada ou na realização de pesquisas.
Observação: Quando o agregado é compacto, ou seja, pouco poroso e de baixa absorção, os valores
da massa específica serão bastante próximos tanto na situação seco ao ar quanto na situação SSS,
podendo ser utilizado qualquer deles.
Sua determinação pode ser feita através de:
Proveta graduada,
balança hidrostática,
picnômetros e frasco de chapman (estes só para agregados miúdos)
77
•
•
•
•
Determinação da Absorção e da Massa Específica SSS de agregado graúdo em balança
Hidrostática; (MB-2698)
Colocar a amostra em imersão em água durante 24 horas;
Secar a superfície dos grãos e determinar ao ar a sua massa no estado saturado superfície seca (B);
Determinar a massa da amostra imersa através da balança hidrostática (C);
Colocar a amostra para secar em estufa por 24 horas e determinar a sua massa no estado seco em
estufa (A).
γsss = B /(B - C)
;
a % = (B – A) /A x 100
Frasco de Chapman
Utiliza-se Ps =500g de areia seca em estufa (h=0%) e 200ml de água
L = 200 + Va , onde Va = volume real da areia.
γa = Ps = 500_
Va
L - 200
;
γa ≅ 2,65 Kg /dm³
(valor médio)
A massa específica tem aplicação direta no cálculo dos consumos de materiais por m³ de concreto ou
argamassa. (serve de base para os orçamentos).
Obs.: A massa específica real só pode ser obtida reduzindo-se o material a pó muito fino de modo a
eliminar o efeito dos vazios inacessíveis (internos) dos grãos.
Massa Unitária:
A massa unitária é definida como sendo a massa da unidade de volume total aparente, isto é,
incluindo no volume todos os vazios, intra e intergrãos.
Valores da massa unitária:
δo = Ps (kg/dm3) , para material seco (h = 0%) δh = Ph (kg/dm3), para material úmido (h ≠ 0%)
Vs
Vh
A massa unitária tem grande importância nas operações de concretagem e orçamentos, pois
serve para converter composições em peso para volume e vice-versa. (capacidade de padiolas e aquisições
de areia e britas em volume).
78
A massa unitária é influenciada por:
a) modo de enchimento do recipiente
(energia de compactação)
b) forma geométrica e volume do recipiente
(paralelepípedo V ≥ 15dm³)
c) teor de umidade do agregado miúdo
(inchamento);
6) Umidade e Absorção dos Agregados para Concreto:
Na obra o agregado miúdo é entregue com certa umidade (2 a 7% em 95% dos casos) sendo
necessárias determinações periódicas de seu teor para controle da quantidade de água que deverá ser
adicionada no concreto e acerto da quantidade do agregado miúdo, visto que, com a umidade aparece o
fenômeno do inchamento, alterando seu volume. A não consideração dessas variáveis acarretará grande
dispersão nos resultados de resistência (aumento no desvio-padrão), caindo a qualidade das estruturas
executadas.
Uma partícula de agregado, mais ou menos porosa, pode assumir uma das quatro situações
apresentadas na figura abaixo:
No momento de se misturar esse agregado ao concreto, ele poderá alterar a quantidade desejável
de água do mesmo em 3 (três) das quatro situações.
Nas condições (a) e (b), ele irá “puxar” parte da água de amassamento, secando o concreto. Na
condição (d), ele tenderá a passar água para a mistura, aumentando a relação água/cimento do mesmo.
Em todas essas situações estará havendo perda de qualidade do concreto, caso não haja uma boa
“administração” do fenômeno.
Esse problema será tanto maior quanto maior for a porosidade do agregado. Para os agregados de
boa qualidade, muito compactos e de baixa absorção, a preocupação será, obviamente, bem menor.
79
Como se atinge, na prática, a situação (c), que é a única confortável no controle de qualidade?
Antes de qualquer coisa, a situação (c), é chamada SSS, ou seja, o material está Saturado com Superfície
Seca.
No caso do agregado graúdo, padronizou-se que a condição SSS é atingida quando o grão do
material, que tenha passado por um período satisfatório de imersão, tem a sua superfície enxugada da
água excedente (aquela que escorre) com um pano absorvente.
Já o agregado miúdo, tem a sua condição SSS, conforme a figura abaixo. Quando uma pilha
tronco-cônica, recentemente moldada com a areia úmida, permanece parcialmente de pé ao se retirar o
molde. Se a pilha se desmancha, a areia estará mais seca, ou na situação (b). Ficando inteiramente de pé, a
areia estará com “água livre”, denotando uma situação semelhante à (d) da figura acima.
Processos para determinação do teor de umidade total:
a) Secagem em estufa (105 a 110 °C por 6h, no mínimo)
b) Secagem por aquecimento ao fogo
c) Frasco de Chapman
d) Speedy
e) Medida indireta pela massa unitária
Ligeira explicação dos métodos:
a) e b): os casos a e b baseiam-se na expressão h% =
Ph − Ps
x 100
Ps
onde, h = teor de umidade em %
Ph = peso da areia úmida
Ps = peso da areia completamente seca (base = 100%)
c) Frasco de Chapmam :
Utilizam-se 500g de areia úmida → Ph = 500g
leitura L = 200 + v +Va
h %= (Ph - Ps)/Ps x 100
, onde v = volume da água carregada pela areia
Va = volume real da areia (sem água)
Baseando-se nas expressões acima, demonstra-se que o teor de umidade é:
h=
100[500− (L − 200) γ a ]
(L − 700) γ a
d) Medida indireta pela massa unitária:
Para uma areia que tenha sido previamente ensaiada para o traçado de sua curva de inchamento,
conhece-se a correlação h% X δh. Assim, para cada valor de δh ter-se-á o h% correspondente.
80
e) Speedy:
Reação básica:
CaC 2 + 2H 2 O
Ca(OH) 2 + C 2 H 2
Consta de um recipiente de vedação perfeita equipado com um manômetro, no interior do qual é
colocado um certo peso de areia úmida e carbureto de cálcio, este em excesso.
O carbureto de cálcio (CaC 2 ) reage com a água da areia formando hidróxido de cálcio e gás
acetileno, que exerce pressão. Através de leitura no manômetro e de uma tabela que acompanha o
aparelho, tem-se o teor de umidade.
RAA (Reação Álcali-Agregado) - Reações Expansivas Envolvendo Agregados:
Condições “sine qua non” para a sua ocorrência:
CONCRETO EM MEIO ÚMIDO
HIDRÓXIDOS ALCALINOS DO CIMENTO
(Na2O + 0,658K2O ≥0,6%)
AGREGADO REATIVO
(sílica ou carbonato reativos)
a) Reação Álcali-Sílica:
A deterioração do concreto pela reação álcali-sílica (Stanton -1940) é devida à alta concentração
de álcalis na solução dos poros do concreto, que resulta numa elevação do pH a níveis que tornam a
solução altamente agressiva e susceptível a reagir com a possível sílica amorfa existente nas rochas
usadas como agregado.
É importante ressaltar que não são os álcalis que reagem, e sim os íons hidroxilas provenientes da
dissociação dos hidróxidos alcalinos.
sílica + álcalis gel
gel + H2O expansão
Trata-se de uma reação do tipo ácido-base onde o grupo silanol (Si-OH) é neutralizado pela solução
alcalina (NaOH) formando um gel de silicato alcalino...
Si – OH + OHSi – O- + Na+
Si-O- + H2O
Si – ONa
Minerais reativos: opala, calcedônia, tridimita, cristobalita e zeólitas (componentes eventuais
dos agregados).
Para evitar a reação alcalina, quando o cimento se destinar a emprego com agregados
considerados potencialmente reativos, é exigido o teor de álcalis do cimento
( Na 2 O + 0,658 K 2 O ) ≤ 0,6%.
Considerações sobre o gel:
Na presença de umidade, o gel formado expande devido à absorção, por osmose, de uma grande
quantidade de água, provocando uma pressão hidráulica na estrutura. Como conseqüência dessa pressão,
ocorrem expansões e fissurações das partículas do agregado, da pasta de cimento, e conseqüentemente do
81
concreto. Uma vez que a disponibilidade da água é contínua, essas fissuras tendem a aumentar e
progredir até atingirem a superfície externa dessa estrutura.
Segundo Sousa Coutinho,
SiO 2 + 2Na(OH) → Na 2 O. SiO 2 + H 2 O
Provoca expansão e deterioração do concreto
Obs.: Pozolanas podem reagir com a sílica evitando a formação de silicatos expansivos.
São fatores decisivos na reação álcali-agregado: o tipo e a concentração de álcalis, a % de agregados
reativos, a umidade ambiente, a temperatura, a utilização de pozolanas, etc.
As pozolanas têm influência sobre essas reações podendo inibi-las total ou parcialmente e a
expansão ser evitada, mediante uma substituição de quantidades superiores a 25% de cimento por igual
peso de pozolana adequada. A efetividade desse método de controle da expansão depende muito do tipo
de reação e do tipo de pozolana.
Ensaios:
1) Redução da alcalinidade de uma solução normal de NaOH quando colocada em contato com agregado
pulverizado, em temperatura de 80ºC, e na determinação da quantidade de sílica dissolvida. Os resultados
são comparados com os dados do gráfico de MIELENS e WITTE (ver Concreto de Cimento Portland Petrucci) e a sua situação neste gráfico permite ajuizar de sua possível inocuidade ou reatividade.
2) Uma melhor verificação é dada pela medida do alongamento de uma barra de argamassa de 25 x 2,5 x
2,5 cm.
Quando a expansão longitudinal é superior a 0,10 % aos 6 meses ou a 0,05% aos 3 meses, a reação
alcalina entre o cimento e o agregado pode ser considerada perigosa.
b) Reação Álcali-Carbonato: (relação calcita / dolomita ≅ 1:1)
A reação álcali-carbonato ocorre entre alguns calcários dolomíticos e soluções alcalinas presentes
nos poros do concreto, causando expansões e intensas fissurações. Não há formação de gel alcalino como
produto desta reação. Um mecanismo bastante aceito é que este tipo de reação está fundamentado na
reação de desdolomitização com formação de hidróxido de magnésio (brucita) e regeneração do hidróxido
alcalino, conforme as equações abaixo:
Formação da brucita: CaMg(CO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3
Havendo disponibilidade de Ca(OH)2 haverá a regeneração dos álcalis:
Regeneração dos álcalis: Na2CO3 + Ca(OH)2
2NaOH + CaCO3
Como conseqüência tem-se o enfraquecimento da ligação entre a pasta de cimento e o agregado e a
formação de microfissuras.
Ainda segundo Sousa Coutinho, a reação será:
(A)
(B)
(1)
(2)
CaMg(CO 3 ) 2 + 2Na(OH)
Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Na 2 CO 3
(3)
Na 2 CO 3 + 10H 2 O
Na 2 CO 3 .10H2O
O volume de (1) + (2) + (3) é superior ao triplo do volume de (A) + (B), com expansão de 239%,
segundo o autor.
calcário dolomítico
82
Estrutura de barragem apresentando sinais de RAA
Impurezas dos Agregados miúdos:
a - Material fino passante na peneira #200
b - Impurezas orgânicas húmicas
c - Outras substâncias nocivas
a) Material fino passante na peneira #200:
É constituído de partículas de silte, argila e substâncias solúveis em água, naturalmente passantes
na peneira #200 (menores que 75µm).
Os finos, de um modo geral, contribuem para aumentar a coesão do concreto fresco, mas,
quando presentes em grande quantidade, aumentam a exigência de água dos concretos para uma mesma
consistência. Os finos de certas argilas em particular, além disso, incham, propiciando maiores alterações
de volume nos concretos, intensificando sua retração e reduzindo sua resistência e durabilidade.
No caso de areia artificial (filler calcário, por exemplo), se o material pulverulento (< 75µm)
consistir de pó oriundo da trituração de rocha, essencialmente livre de argila ou folhelho, os limites de
norma podem ser aumentados para 10% e 12%, respectivamente.
“A argila de uma areia pode ser eliminada por lavagem, mas corre-se o risco de arrastar também
os grãos de silte e os mais finos da mesma, aumentando o índice de vazios, o que resultará em menor
resistência”.
Impõe-se a realização de ensaios comparativos prévios.
Teor de Material Pulverulento ( passante na peneira #200) aceito pela EB-4
- 3% máx. para concretos submetidos a desgaste superficial
- 5% máx. para outros concretos.
Sua determinação é feita pela NBR 7219 (MB-9)
b) Impurezas Orgânicas Húmicas:
As impurezas orgânicas da areia, normalmente formadas por partículas de húmus, exercem uma
ação prejudicial sobre a pega e o endurecimento das argamassas e concretos. Uma parte do húmus, que é
ácida, neutraliza a água alcalina do gel de cimento, provocando prejuízos à hidratação e ganho de
resistência, e a parte restante envolve os grãos de areia, formando uma película sobre eles, impedindo,
desta forma, uma perfeita aderência entre o cimento e as partículas de agregado. Por estas razões, as
argamassas e concretos preparados com areias que contenham um elevado teor de matéria orgânica, têm
baixa resistência.
83
Conclusões acerca da influência da matéria orgânica sobre a qualidade das argamassas e concretos:
1) Reduz a resistência (influi mais em misturas pobres e nas primeiras idades)
2) A lavagem da areia com água não tem objetivo, pois os ácidos do húmus são dificilmente
solúveis e aderem fortemente aos grãos;
3) A lavagem com água de cal é mais conveniente porque neutraliza a acidez e elimina os sais;
4) A substituição de 5% do cimento por igual quantidade de cal também ajuda;
5) A resistência aos 7 dias é o melhor indicador da qualidade da areia e da influência da matéria
orgânica;
6) O concreto executado com areias impuras deve ser mantido úmido durante longo tempo, pois seu
endurecimento é mais lento devido à redução da alcalinidade do gel na hidratação do cimento;
7) As areia se tornam inutilizáveis com 1% em massa de ácidos do húmus.
O MB-10 = NBR NM 49 fixa o modo de avaliação colorimétrica das impurezas orgânicas das
areias destinadas ao concreto, o que será visto em laboratório.
c) Outras Substâncias Nocivas:
Torrões de argila, gravetos, grânulos tenros friáveis, matérias carbonosas e sais (principalmente
sulfatos e cloretos) são também impurezas da areia.
- As partículas de baixa densidade baixam a resistência do concreto e o prejudicam quanto à abrasão.
- As partículas de carvão e linhita podem intumescer e desagregar o concreto, bem como perturbar
seu endurecimento.
- Revestimentos contendo cloretos tornam-se higroscópicos dando lugar ao aparecimento de
eflorescências e manchas de umidade.
- Os sulfatos alteram a pega e dão origem a inchamentos pela formação do sal de Candlot
(sulfoaluminato expansivo).
Areias Artificiais:
São obtidas pela classificação ou moagem de fragmentos de rochas.
As melhores são de granito e pedras com predominância de sílica. As de basalto apresentam
muitos grãos em forma de placas e agulhas que reduzem muito a trabalhabilidade.
Tem a vantagem de serem passíveis de correções granulométricas, ajuste no teor de finos na
dosagem dos concretos e apresentar ligação epitáxica com a pasta de cimento.
Durabilidade dos Agregados Graúdos:
I – inalterabilidade (ao ar, à água e ∆T)
Os agregados devem provir de rochas inertes, isto é, sem ação química prejudicial sobre os
aglomerantes e inalteráveis ao ar, à água e às variações de temperatura. Certos feldspatos e xistos que se
decompõem lentamente ao ar ou em contato com a água não satisfazem sobre este ponto de vista.
O IPT de São Paulo prescreve o método M-14 para verificar esta característica. O ensaio consiste
em submeter o agregado à ação de uma solução de sulfato de sódio (500g de sulfato em 1000 cm³ de água
destilada). Verifica-se a perda de peso pela imersão em 5 ciclos do agregado na solução por 20 horas,
seguidos de 4 horas de secagem em estufa a 105º C.
O IPT fixa em 15% a perda de peso máximo permissível.
84
ALGUNS ENSAIOS DE AGREGADOS
1 - Determinação do Teor de Argila em Torrões e Materiais Friáveis..............ABNT NBR-7218
2 - Determinação do Teor de Materiais finos passantes na peneira #200............NBR NM 46
3 - Determinação do Teor de Impurezas Orgânicas Húmicas............................ NBR NM 49
1 - DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ARGILA EM TORRÕES... ABNT NBR-7218
Importância do Ensaio:
Torrões de argila ou grânulos friáveis disseminados no maciço de concreto constituem “pontos
fracos” dentro do mesmo e prejudicam diretamente a resistência. Por outro lado, se o torrão de argila se
desmancha no momento da mistura na betoneira, ele tenderá a “secar” o concreto prejudicando a
trabalhabilidade; para restabelecer, a adição de mais água irá aumentar a relação A/C, o que prejudicará a
qualidade como um todo.
Procedimento do ensaio:
- Colher a amostra e reduzi-la segundo as NBR NM 26 e NBR NM 27;
- Peneirar certa quantidade desse material seco através das peneiras especificadas na tabela
abaixo e formar as amostras com as massas mínimas indicadas:
Material retido entre as peneiras de (em mm)
Massa mínima da amostra para ensaio (kg)
Peneira para remoção dos resíduos (mm)
1,2 e 4,8
0,2
0,6
4,8 e 19
1,0
2,4
19 e 38
3,0
4,8
38 e 76
5,0
9,6
Agregado Miúdo
ENSAIO POR FRAÇÃO DA AMOSTRA
4,76 mm
1,18 mm
Mi
0,6 mm
Identificação e
esmagamento manual
Mt =
Mi − M f
Mi
Mf
Remoção
M tF
para fração fina (< 4,76 mm)
M tG
para fração grossa (> 4,76 mm) , se % retido > 5% da amostra
x 100
Exemplo:
Amostra de areia com : Fração grossa de 6% + Fração fina de 94 % (retidas)
200 − 198
Ensaio da fração fina : M i = 200g ; M f = 198g
MtF =
x 100 = 1%
200
F = Teor parcial da fração fina = 1% de 94 % = 0,94%
Ensaio da fração grossa: M i = 1000g ; M f = 980g
M tG =
G = Teor parcial da fração grossa = 2% de 6 % = 0,12%
1000 − 980
x 100 = 2%
1000
Teor Global de Argila em Torrões = F + G = 0,94 + 0,12 = 1,06%
85
Avaliação dos resultados segundo a NBR 7211/2005 (Ver Tabela 3 e Tabela 7)
3,0% para agregado miúdo
Teor de argila em torrões deve ser
Até 3,0% para agregado graúdo
Como 1,06% < 3,0%
AMOSTRA APROVADA !
1- DETERMINAÇÃO DO TEOR DE MATERIAIS FINOS PASSANTES NA PENEIRA #200
(NBR NM 46)
Importância do Ensaio:
Um índice alto de materiais pulverulentos no agregado por si só exige um teor de água maior para
“molhar” o concreto, com isso, a relação A/C sobe, prejudicando a qualidade. Por outro lado, um teor de
finos mais alto (>350kg/m3) é bom para a coesão do concreto (dará < exsudação). Nesse aspecto, o
material pulverulento de granulometria siltosa é até interessante porque pode economizar em cimento,
mas desde que não traga contaminações químicas (como os sais cloretos e sulfatos). Ao final de contas, o
material pulverulento mais prejudicial é o argiloso, de origem natural e barrento, cheio de matéria
orgânica apodrecida; este não deve aparecer. Teor zero%!
Procedimento do ensaio:
Usa-se um conjunto de duas peneiras superpostas , sendo a superior de 1,2mm de abertura de
malha para sustentar o material mais grosso, e a inferior de # 0,075mm de abertura e água corrente para
que o material possa ser lavado.
Depois de colhida ,segundo a NBR NM 26, a amostra deve ter no mínimo:
Dimensão Máxima do Agregado
Menor que 4,8 mm
entre 4,8 mm e 19,0 mm
Maior que 19,0 mm
Massa Mínima da Amostra a Ensaiar
1,0 kg
3,0 kg
5,0 kg
Procedimento:
- Secar previamente as amostras de ensaio em estufa entre 105ºc e 110ºc até constância de
massa.Determinar suas massas secas (M1 e M2);
- Colocar a amostra (M1) num recipiente e cobrir com água, agitando bem o material com o auxílio de
uma haste provocando, assim, separação e suspensão das partículas finas, tendo o cuidado de não
provocar abrasão no material;
- Verter a água cuidadosamente através do conjunto de peneiras previamente montado;
- Lançar o material retido nas peneiras de volta ao recipiente e repetir a operação de lavagem até que a
água aí contida se torne límpida. Fazer a comparação visual da limpidez entre a água, antes e depois
da lavagem,utilizando dois recipientes de vidro transparentes com dimensões iguais;
- Ao terminar a lavagem, deixar o material em repouso em tempo suficiente para decantar partículas.
Retirar a água em excesso e levar o material pra secagem em estufa até constância de massa e
determinar a massa final de M1 (mf1);
- Repetir todo o procedimento para a amostra M2, obtendo mf2.
Resultados:
O teor de material pulverulento (MP%) de cada amostra é obtido pela diferença entre as massas M1 e M2
finais e expresso em percentagem da massa da amostra ensaiada.Sendo que o resultado final será a média
aritmética das duas determinações:
MP%= Mi – Mf x 100
Mi
86
Avaliação dos resultados segundo a NBR 7211/2005: (Ver Tabela 3 e Tabela 7)
MP% ≤ 3 ou 10%
Para Agregados miúdos
MP% ≤ 5 ou 12%
Para Agregados graúdos
MP% ≤ 1 ou 2%
2- DETERMINAÇÃO DO TEOR DE IMPUREZAS ORGÂNICAS HÚMICAS
NBR NM 49
Importância do ensaio: (Ver página 82 desta apostila)
Procedimento do ensaio:
Conforme a NBR NM 49 a presença prejudicial de materiais orgânicos contidos ou não nas areias
é determinada através do ensaio colorimétrico, no qual, através de uma solução, cuja cor adotada como
padrão, julgará a areia quanto à sua qualidade para uso em concretos e argamassas.
- Prepara-se com antecedência as seguintes soluções:
Hidróxido de sódio
a) Solução de hidróxido de sódio a 3%
Água destilada
b) Solução de ácido tânico a 2%
Ácido tânico
Álcool
Água destilada
30g
970g
2g
10ml
90g
ESQUEMA GERAL DO ENSAIO
SOLUÇÃO PADRÃO
3ml DE SOLUÇÃO
DE
ÁCIDO TÂNICO
AMOSTRA
97ml SOLUÇÃO
DE
NaOH A 3%
200g AREIA
SECA AO AR
100ml SOLUÇÃO
NaOH A 3%
REPOUSO POR 24h
COR
PADRÃO
COMPARAÇÃO
FILTRADO
3 ml de solução Padrão tem 0,02 g de ácido Tânico
Para cor igual: 200g de areia terão 0,06 g de ácido tânico
1.000.000g “ “
“ 300g “
“
“ ou 300ppm
87
TRAÇADO DA CURVA DE INCHAMENTO DE UMA AREIA
(NBR 6467)
Definições:
Os agregados miúdos têm grande capacidade de retenção de água. A areia, quando utilizada
em obra, apresenta-se mais ou menos úmida, o que se reflete de maneira considerável sobre o sua
massa unitária. A experiência mostra que a água livre aderente aos grãos provoca afastamento
entre eles, causando o chamado inchamento da areia, que é o aumento de volume dessa massa de
areia pela absorção de água. São caracterizados por dois índices:
Umidade crítica: É o teor de umidade acima do qual o coeficiente de inchamento pode ser considerado
praticamente constante e próximo ao máximo.
Coeficiente médio de inchamento (c.m.i.): É a média dos coeficientes de inchamento correspondentes
aos pontos de umidade crítica e de inchamento máximo observados.
OBS.: O Coeficiente de Inchamento serve para medir o inchamento sofrido por uma determinada
massa de agregado miúdo e é dado pela relação entre o volume final úmido e o volume inicial seco
(Vh/Vs).
Procedimento de Ensaio: [NBR 6467]:
-
colher a amostra de acordo com a NBR 7216;
amostra a ensaiar deve possuir um volume de aproximadamente 30 dm3;
secar em estufa (110 ± 5) oC até constância de peso;
determina-se a massa unitária, segundo a NBR 7251 para os seguintes teores de umidade (h%): 0% 0,5% - 1% - 2% - 3% - 4% - 5% - 7% - 9% e 12%
para cada teor de umidade, calcular o coeficiente de inchamento de acordo com a expressão:
Vh = δo x (100 + h)
100
V0 δh
Onde:
Obtida de : h% = Ph – Po x 100
Po
δ0
=
Po
e
Vo
δh
=
Ph
Vh
Vh = volume do agregado com h% de umidade, em dm3;
Vo = volume do agregado seco em estufa, em dm3;
Vh/Vo = coeficiente de inchamento;
δo = massa unitária do agregado seco em estufa, em kg/dm3;
δh = massa unitária do agregado com h% de umidade, em kg/dm3;
h = teor de umidade do agregado, em %.
TRAÇADO DA CURVA (VER FIGURA NA PÁG. 74):
- Assinalar os pares de valores (h x Vh/V0) em gráfico, e traçar a curva de inchamento, de
modo a obter uma representação aproximada do fenômeno.
- Determinar a umidade crítica na curva de inchamento , pela seguinte construção gráfica:
- Traça-se uma tangente à curva de inchamento, paralela ao eixo das umidades no
ponto de inchamento máximo;
- Traça-se uma corda que une a origem ao ponto de tangência obtido anteriormente;
- Traça-se uma nova tangente à curva, paralela a esta corda;
- A abscissa do ponto de interseção das duas tangentes é a umidade crítica (hCRÍTICA);
- O coeficiente médio de inchamento (c.m.i.) é determinado pela média entre os
coeficientes de inchamento máximo (ponto A) e aquele correspondente à umidade
crítica (ponto B).
88
TRAÇADO DA CURVA DE INCHAMENTO DE AGREGADOS MIÚDOS
NBR 6467 ( MB 215 )
Interessado: CIV237:Aula Prática
Procedência: Ponte Nova
Material: Areia para concreto
Massa da amostra: 22,000 (kg) (seca em estufa)
Dados da Operação:
(3)
(4)
Massa de
Massa
Areia
Unitária (δ)
(kg)
(kg/dm3)
(1)
Teor de
Umidade
(%)
(2)
Massa de
Água
(kg)
0
0
23,09
0,11
0,5
1
2
3
4
5
7
9
12
Dados do recipiente:
Tara (kg) 7,10
(5)
δ0
(6)
Vh
δh
Vo
1,374
1
1
22,38
1,332
1,032
1,037
0,22
20,84
1,240
1,108
1,119
0,44
18,95
1,128
1,219
1,243
0,66
18,24
1,085
1,266
1,304
0,88
17,89
1,065
1,290
1,342
1,10
17,63
1,049
1,310
1,375
1,54
17,89
1,065
1,291
1,381
1,98
18,12
1,078
1,274
1,389
2,64
18,89
1,124
1,222
1,369
Dimensões (dm)
Volume (dm3)
16,8
89
90
DOSAGEM DOS CONCRETOS
O traço define a composição do concreto, e pode ser expresso:
- em peso: quando todos os componentes são dados em peso;
*- em volume: quando todos os componentes são dados em volume;
- indicação mista: (cimento em peso e agregados em volume);
* deve ser evitado (o cimento deve ser sempre medido em peso).
Obs.: para qualquer deles, no entanto, o cimento é tomado como unidade.
NOTAÇÃO ADOTADA:
Observação: A mesma notação será utilizada em todos os processos de dosagem.
Traço Unitário em massa (TU):
1 - representa a unidade de massa de cimento (kg)
a - relação areia/cimento (kg/kg);
p - relação brita/cimento (kg/kg); (pode ser desdobrado em p1 + p2 );
m = (a + p) - relação agregado total/cimento (kg/kg);
x - relação água/cimento (kg/kg);
γ - representa a massa específica dos componentes (kg/dm³);
δ - representa a massa unitária dos mesmos (kg/dm³);
c.m.i.- coeficiente médio de inchamento da areia úmida
C - consumo de cimento em kg por m³ de concreto pronto na forma.
Pode-se exprimir o traço de várias maneiras:
a) Traço em massa referido ao kg de cimento (TU):
1:a:p:x
ou
1 : a : p1 : p2 : x
b) Traço em peso referido ao consumo de cimento por m³ de concreto:
C : Ca : Cp : Cx
c) Traço dos agregados em volume referido ao kg de cimento:
1 : a_(c.m.i.): p_ : x
δa
δp
A indicação em peso é mais exata, não é todavia a mais utilizada na prática. Nas obras de pequeno vulto é
mais usado o traço tipo c, acima, só que referido ao saco de cimento (50kg) e com o uso de padiolas para
os agregados, ou seja:
1 sc de cimento: 50a (c.m.i.): 50p : 50x (em kg)
δa
δp
MÉTODOS DE DOSAGEM:
Dosagem Empírica → realizada sem ensaiar o material. Utiliza bases arbitrárias,
experiência anterior ou a tradição.
“Só permitida em obras de pequeno vulto - fck ≤ 15 MPa ”
“É maneira inadequada de proporcionar o concreto”
Dosagem Experimental → realizada em laboratórios, onde, através de ensaios, ficam
conhecidos, tanto os componentes, quanto a mistura ideal
para aquela aplicação prevista.
91
NBR 12655/06 – Concreto: preparo, controle e recebimento
Dosagem Racional e
Obrigatória para fck 15 MPa (C 15)
Experimental
Dosagem Empírica
Apenas para fck = 10 MPa (C10), com C 300 kg/m3
FLUXOGRAMA GERAL DE DOSAGENS
(Obs.: ler o quadro de baixo para cima)
Resumo Final
(para mistura de 1 saco de
cimento em betoneira)
Dimensionamento de Padiolas
Cálculo do
consumo de materiais por
m³ de concreto
Traço Unitário Adotado
K1
K x2
6 – BASEADA NA % DE VAZIOS
Ex.: γmistura x MUCm (O’REILLY)
AG obtido em 3 traços ≠s
; obtidos em 3 traços ≠s
5 - BASEADA NA GRANULOMETRIA
Ex.: CURVAS IDEAIS; MF ÓTIMO;
GRADUAÇÃO ÓTIMA; etc
K1
K x2
f cj =
3-
f cj =
4 - fcj = 0,5 Rc (M1 log 1/x + M2)
(valores médios)
(K1 e K2 conhecidos)
; A% e α %
2 - SIMPLIFICADA (MNEMÔNICA)
(BASE: x ; A% e α % (ARBITRADOS)
1- CLÁSSICA (LIVRO DO PETRUCCI)
(BASE: C; A% e a/p (TABELADOS)
::1:a:p:x
OBEDECE NORMA
(C ≥ 300)
CORRELACIONADA
(ATENDE fcj )
NÃO EXPERIMENTAL
(EMPÍRICA)
GRANULOMÉTRI MENOR ÍNDICE DE
COS
VAZIOS
PROCESSOS
EXPERIMENTAL ou RACIONAL
(ENSAIOS)
FLUXOGRAMA GERAL DE DOSAGENS
(VER NOTAÇÃO ADOTADA)
92
DOSAGEM EMPÍRICA
Será apresentada pelas formas abaixo:
1) PROCESSO CLÁSSICO
Livro do Prof. Petrucci
2) PROCESSO SIMPLIFICADO (MNEMÔNICO)
Fixando-se x e A%.
3) TABELA DE CALDAS BRANCO (será apresentada uma adaptação para materiais de nossa região)
4) MÉTODO DO ACI (American Concrete Institute)
Prescrições normativas:
A dosagem não experimental somente será permitida para obras de pequeno vulto, respeitadas as
seguintes condições:
a) “O consumo mínimo de cimento por m³ de concreto será de 300kg”.
b) “A proporção do agregado miúdo no conteúdo total do agregado será fixada de maneira a obter-se um
concreto com trabalhabilidade adequada ao seu emprego, devendo estar entre 30% e 50%”
c) “A água será a mínima compatível com a trabalhabilidade necessária”.
1) PROCESSO CLÁSSICO:
FLUXOGRAMA DO PROCESSO CLÁSSICO:
(obedece notação adotada)
m=
A%
C
QUADRO IV
ARBITRÁRIO
m
265.000− (88,33+ 2,65A )C
(100+ 2,65A )C
a
→ QUADRO I
p
P1 = 50%
P2 = 50%
(caso o tenha)
Como x = f (A, m) , tem-se todo o traço unitário em peso: : 1 : a : p : x
Dimensionamento de Padiolas
Para a mistura de 1 saco de cimento, tem-se :
T.U. x 50
50.a
1 Sc. Cimento : 50.a : 50.p : 50.x (em massa)
QUADRO II
VOLUME DE
AREIA SECA
QUADRO III
(INCHAMENTO)
VOLUME DE
AREIA ÚMIDA
PADIOLA(S) DE AREIA
50.p
QUADRO II
VOLUME DE PEDRA(S)
PADIOLA(S) DE PEDRA(S)
50.x = Qde TOTAL DE ÁGUA = água carregada pela areia + água a adicionar
∴ água a adicionar = V = 50.x – h% de 50.a
RESUMO FINAL : 1 Sc de cimento (especificar tipo e classe)
93
n padiolas (a x b x c) de areia
n’ padiolas (a’ x b’x c’) de brita 1 ou 2
V kg de água a adicionar
Operacionalização do Atendimento à Norma Acima:
a) Quantidade de Cimento:
Com a notação anterior, tem-se no m³ de concreto pronto e adensado (desprezando-se os vazios de
ar aprisionado):
Vcim + Vareia + Vbritas + Vágua = 1 m³ = 1.000 dm³
C
γc
+
Ca
γa
+
Cp
γp
+ C x = 1000
onde, γc, γa e γp são massas específicas de cimento, areia e britas.
C=
1000
p
a
γc + γa + γp +x
1
b) Proporção entre os Agregados:
- Nos agregados graúdos, predomina a influência da forma dos grãos.
- A granulometria é o principal fator que governa a atuação do agregado miúdo (devido à sua maior área
específica)
Indicações para a melhor composição do agregado:
Agregado
Graúdo
Seixo
Brita
% de areia, em peso, no agregado total.
Fina
Média
Grossa
30
35
40
40
45
50
(I)
Obs.: Para adensamento manual, somar 4% a cada valor.
massas específicas e massas unitárias (valores médios):
MATERIAL
Cimento
Areia seca
Seixo
Brita
Massa Unitária
δ (kg/dm³)
1,38
1,40
1,50
1,40
Massa Específica
γ (kg/dm³)
3,00
2,65
2,65
2,65
Obs.: estimar em 4% a umidade da areia, quando não determinada.
( II )
94
indicações relacionadas ao inchamento da areia:
Umidade
Crítica (%)
2,5
2,5
2,5
AREIA
Fina
Média
Grossa
Coef. médio de inchamento (c.m.i.)
(III )
1,30
1,25
1,20
c) Quantidade de Água:
valores médios do teor de água / materiais secos (A%):
Agregado
Adensamento
Manual
Vibração
8%
7%
9%
8%
Seixo
Brita
(IV)
Obs.: valores são válidos para:
- DMC = 25mm e
areia natural grossa
Ajustes para outras condições:
Se o DMC for 19mm somar 0,5% ; para DMC de 38mm diminuir 0,5%
para areia média
somar 1% ; areia fina (MF < 2,4) somar 2%;
para areia artificial somar 1%
d) Cálculo do Traço:
Da fórmula do consumo vem:
C.
se,
m = a + p
0,333 C +
mC
2,65
∴ 0,333C +
donde,
mC
2,65
1
a
p
+
+
+ x = 1000
γc γa γp
; γa = γp = 2,65
+ Cx = 1.000 , mas
+
, γc = 3,00 , tem-se:
x=
A (1 + m )
100
CA (1 + m )
100
88,33 C + 100mC + 2,65AC + 2,65 mAC = 265.000
m = 265.000 - (88,33 + 2,65A)C
(100 + 2,65A) C
Exemplo de aplicação: determinar o traço e dimensionar as padiolas para um concreto
obedecendo à NB-1, com areia média, britas de DMC 38mm ou seja, Brita 2 e usando adensamento
vibratório na obra.
Solução:
Pela NB-1, C ≥ 300 kg de cimento por m³ de concreto
Quadro IV Vibração A = 8,5%
m=
265000 − (88,33 + 2,65 x8,5)300 231.752,5
=
= 6,30
(100 + 2,65 x8,5)300
36.757,5
95
Do QUADRO I a = 45% de m
∴ a = 0,45 .6,30 = 2,835
Mas, p = m - a = 3,465. Assim, p1 = p2 = p/2 = 1,733 (para granulometria contínua é recomendável
incluir 50% de uma brita 1).
A = 8,5 =
Traço Unitário:
Esse traço contém:
x
100
1+ m
x = 8,5
7,30
= 0,62
100
1 : 2,835 : 1,733 : 1,733 : 0,62
α % = %(cimento + areia ) = 52,6%
% brita1 = 23,7%
% brita2 = 23,7%
Dimensionamento de padiolas:
Na betoneira tem-se Traço Unitário x 50, ou seja,
50 : 141,75 : 86,65 : 86,65 : 31 (em kg)
Sugestões p/ padiolas:
a) Capacidade entre 40 e 60kg de agregado.
base retangular de 45 x 35cm (ou <, dependendo da boca da betoneira)
b) para areia
c) para britas base quadrada e h ≥ 27cm
Padiolas de Areia:
Quantidade para mistura de 1 saco de cimento: 3 pad. de 47,25kg cada
Volume de Areia seca: 141,75/1,40 = 101,25 dm³
retirado do quadro II
Volume de Areia Úmida = 101,25 x 1,25 = 126,56 dm³ (situação mais comum durante as
retirado do quadro III (c.m.i)
concretagens)
Volume por Padiola: 126,56 / 3 = 42,19 dm³
Altura da Padiola =
42,19 = 2,68dm = 26,8cm
4,5 x 3,5
Padiolas de Britas:
Quantidade: 2 para cada tipo de brita. Capacidade = 43,32 kg
Volume = 43,32/1,40 = 30,95dm³ Para h = 3,0 dm a = 30,95 / 3 = 3,21dm
Água a adicionar:
Considerando-se a areia com umidade média de 4%, a mesma estará “carregando” 4% de
141,75kg, ou seja, 5,7kg de água, portanto deve-se adicionar na betoneira apenas 25,3kg ou dm³ de água.
RESUMO: (a ser fornecido ao encarregado da obra)
1 sc de cimento (especificar o tipo e a classe)
3 padiolas (45 x 35 x 26,8)cm de areia
2 padiolas (32,1 x 32,1 x 30)cm de brita 1
2 padiolas (32,1 x 32,1 x 30)cm de brita 2
Água a adicionar: 25,3 litros.
96
DOSAGEM EMPÍRICA SIMPLIFICADA (MNEMÔNICA)
MATERIAIS
DISPONÍVEIS
PARA A DOSAGEM
PARÂMETROS
A SEREM DEFINIDOS OPÇÕES
PELO ENGENHEIRO
≤ 0,62 → ESTRUTURA PROTEGIDA
CIMENTO
AREIA FINA → MF < 2,4
1 - x = Relação A/C
AREIA MÉDIA→2,4 ≤ MF ≤ 3,3
AREIA GROSSA → MF > 3,3
b0 (DMC) ≅ 1 cm
BRITAS b1 (DMC) ≅ 2 cm
b2 (DMC) ≅ 4cm
Aditivo Plastificante ?
(é Recomendável)
2 - A% (Teor de ÁGUA)
QUADRO IV
OU
3 - Teor de Argamassa
(α %)
4 obedecer à NB-1
Base para fórmulas:
1)1 + m
100%
2) 1
% Cim
3) a
% areia
4) p
% pedras
5) x
A%
6) (1 + a)
α %
≅ 0,54 → P/ MENOR
PERMEABILIDADE
≤ 0,48 → MEIO AGRESSIVO
(industrial, maresia, etc)
Com brita 1 e areia média/fina,
A% = 10%
b1 e b2 e areia média/grossa,
A% ≅ 9%
c/ aditivo plastificante
-1%
areia F,
α ≅ 50%
areia M,
α ≅ 53 % a 54%
areia G,
α ≅ 58%
(C ≥ 300)
Exemplo:
1
Areia média, b1, sem plastificante ,
Concreto pouco permeável (x=0,54).
Conferir obediência à NB-1
Solução:
T.U.: : 1 : 1,916 : 2,484 : 0,54
C = 395 kg/m³
Exemplo 2
areia Areia média, b1, sem plastificante
(A=10%)
Concreto protegido (x=0,60). α % = 54%
Conferir obediência à NB-1
Solução:
T.U.: 1 : 2,24 : 2,76 : 0,60
C = 355 kg/m³ ; R$ 66,40/ m³
(A=10%).
α % = 54%
Exemplo 3
Areia média, b1, com plastificante
(A=8,5%)
Concreto protegido (x=0,60). α % = 54%
Conferir obediência à NB-1
Solução:
T.U.: 1 : 2,81 : 3,25 : 0,60
C=310 kg/m³ ;
R$ 59,03
Observação:
O livro Manual de Dosagem e Controle do Concreto apresenta uma série de curvas resistência
x Rel. A/C para vários cimentos e para várias idades, o que pode ser útil para a definição de traços. O
problema é que, para resistências baixas (fck < 15Mpa), podem-se chegar a traços com baixo consumo de
cimento, ou seja, relações A/C muito altas. Isso leva a concretos também muito porosos e, como a cura
nem sempre é bem realizada, a permeabilidade será alta e a durabilidade do concreto armado poderá ficar
muito baixa.
Alguns valores apresentados:
97
Alguns valores apresentados:
-
Cimento AF 32 (CP III-32 ?) : fcc3 =
-
Cimento CP 32 (CP II -32 ?) : fcc3 =
87,7
44,6
x
79,4
25,9x
; fcc7 =
95,0
19,5
; fcc 7 =
x
86,8
14,9x
; fcc 28 =
121,2
10,2x
; fcc 28 =
92,8
7,9 x
Alguns valores obtidos pelo LMC-DECIV:
concreto com CP II-E-32:
fc28 =
concreto com CP III-32 :
f c 28 =
69,218
4,250
x
ou fc 28 =
123,22
15,38x
86,5
4,46 x
Pode-se também efetuar a dosagem utilizando a expressão :
f c = 0,5 Rc ( M 1 log
1
+ M2 )
x
Onde,
fc = Resistência do concreto em Mpa
Rc = Resistência do cimento em Mpa ( 47 para CP III-32 e 58 para CP V – ARI, etc)
x = relação A/C
M1 e M2 = constantes que variam com a consistência do concreto (O’Reilly)
M1 = 4,6259 - 0,0604.S
S = valor da consistência (Slump) do concreto em cm.
(-1,3125 + 0,0283.S)
M2 = e
Valores de : M1 = 4,1427 e
M2 = 0,3375 (para slump 80mm= 8cm)
DOSAGEM EXPERIMENTAL
Introdução:
Teor Ideal de Argamassa:
Na Dosagem Experimental, uma questão de fundamental importância é a definição acertada do
teor de argamassa na mistura, ou seja, a porcentagem de cimento + areia a ser adotada. A quantidade de
argamassa não pode ser pequena, isto é, insuficiente para preencher os vazios entre as partículas de britas
e os recantos das formas; nem muito grande capaz de provocar consumo excessivo de água; ambos
prejudiciais à resistência e durabilidade do concreto.
Existem vários processos para se obter, na prática, o teor ideal de argamassa nas misturas. É
importante salientar que o teor ideal é uma característica intrínseca de cada conjunto de materiais,
variando sempre que se muda qualquer deles. Desde que se encontre o teor ideal, qualquer processo é
válido, não existindo um melhor ou mais “moderno”; existem, no entanto, maneiras mais trabalhosas e
demoradas de obtê-lo.
Obs.: O teor ideal de argamassa pressupõe uma composição tal para a mistura que se obtém a
melhor trabalhabilidade (menor exsudação, maior coesão, melhor preenchimento das formas na
concretagem, menor porosidade, etc) com um consumo adequado de água.
98
Ao final de contas, a melhor composição de cada conjunto de materiais é encontrada por
tentativas, mas é válido utilizar-se de orientações formuladas por pesquisadores que promovam ganho de
tempo e maior eficácia nessa investigação.
Por questões de didática, e sem prejuízo da qualidade, preferimos adotar os seguintes processos:
a) Processo do INT (Instituto Nacional de Tecnologia) para fazer o proporcionamento prévio da mistura.
O processo foi proposto pelo pesquisador Fernando Luís Lobo Carneiro e trata de curvas granulométricas
ideais para cada dimensão máxima do agregado a ser utilizado. Uma curva de referência (média entre a
curva I e a curva II) é então utilizada como primeira aproximação para chegarmos ao teor ideal de
argamassa. O Módulo de Finura adequado para cada mistura e uma experimentação com análise visual,
levam aos ajustes finais para definição da composição a ser adotada.
b) Processo de O´Reilly adaptado em nosso laboratório, com a adoção do menor índice de vazios na
mistura dos agregados disponíveis, e
c) Processo com a fixação do teor de argamassa e do agregado graúdo.
Em seguida a qualquer dos processos citados, a moldagem e rompimento de corpos de prova com um
mínimo de três traços diferentes para análise da correlação resistência x relação A/C, complementam a
dosagem experimental.
Seqüência adotada para sua execução:
PROJETO ARQUITETÔNICO
PROJETO ESTRUTURAL
fck
RESISTÊNCIA DE DOSAGEM
fcj = fck + 1,65 Sd
DEFINIÇÃO DO DMC DO CONCRETO
PROPORÇÃO ENTRE OS AGREGADOS (a/p):
Baseada no < Índice de Vazios
ou
Com base nas Curvas de Granulometria (MFm)
TEOR DE ÁGUA P/ A TRABALHABILIDADE (A%)
(ver Diagrama de Interdependência)
DEFINIÇÃO DOS TRAÇOS EXPERIMENTAIS
(m1, x1 ; m2, x2 e m3, x3)
CONFECÇÃO DOS CORPOS DE PROVA
(Moldagem, Cura e Rompimento)
CORRELAÇÃO RESISTÊNCIA x Rel. A/C
(Obtenção de AG, K1e K2)
TRAÇO PROVÁVEL
(1 : a : p : x)
TRAÇO DEFINITIVO
Após ajustes de Obra
99
DIAGRAMA DE INTERDEPENDÊNCIA NA DOSAGEM DE UM CONCRETO
Observação: quando se altera o valor de m ; (ou de a ou de p ), muda-se o A% e o x.
Detalhamento de Itens Importantes
Resistência do concreto à compressão:
Resistência característica - fck
Resistência de cálculo - fcd
Resistência de dosagem - fcj
fck = resistência característica
Limite inferior em relação ao
qual se quer que p% daqueles
valores sejam superiores
fcm = valor médio da distribuição
s = desvio padrão da distribuição
t = coeficiente de Student
Função da p%
p(%)
100
99
95
90
85
80
t
∞
2,33
1,65
1,28
1,04
0,84
Resistência de dosagem do concreto
Atender às condições de variabilidade da produção de
concreto.
O desvio padrão (Sd) mede a variabilidade.
fcj = fck + 1,65 x Sd
100
Valores de Sd:
a) Concreto com desvio padrão conhecido:
Mesmos materiais
Equipamentos similares
Condições equivalentes
Calcular Sd a partir de:
pelo menos 20 resultados consecutivos
obtidos em período imediatamente anterior de 30 dias
Sd =
n
i =1
( f cj − f ci ) 2
Porém, Sd > 2,0 MPa
n −1
b) Para outros concretos, a norma prescreve:
4,0 MPa Condição A
De acordo com as condições de execução e controle do
Sd valerá
5,5 MPa Condição B
concreto na obra, definidos pela NBR 12.655 e
7,0 MPa
Condição C
pela NBR 6118, conforme abaixo:
Condição A
Aplicável: C10 a C80
cimento e agregados
são medidos em massa
água:
medida em massa ou
volume com dispositivo
dosador e corrigida em
função da umidade dos
agregados.
Desvio-padrão:
Sd = 4,0 MPa
Condições de preparo do concreto
Condição B
Condição C
C10, C15 e C20
C10 e C15
cimento em massa agregados cimento em massa agregados
em volume
em volume
água:
água:
medida em volume com
medida em volume e sua
dispositivo dosador e
quantidade é corrigida por
corrigida em função da
estimativa da umidade dos
umidade dos agregados (3 x
agregados e determinação do
por turma).
(Slump Test).
Volume da areia corrigido
P / C15 C 350kg /m3
pelo c.m.i. da mesma.
Desvio-padrão:
Desvio-padrão:
Sd = 5,5 MPa
Sd = 7,0 MPa
Definição do DMC do agregado ou concreto para as dosagens:
Pelas dimensões da peça
DMC
DMC
1/4 da menor distância entre faces da
forma
1/3 da altura das lajes
Pelo espaçamento das armaduras:
DMC < 1,2 do espaço livre entre duas barras nas
camadas horizontais e
DMC < 0,8 do mesmo espaço nas camadas verticais.
101
2 - Proporção entre os Agregados:
Feitas as análises granulométricas dos agregados e seguindo orientações de pesquisadores, ou
sistemática adequada, faz-se o proporcionamento dos agregados em % do seu peso total na mistura, ou
seja, a areia terá y% do agregado total e, consequentemente, a brita terá (100 - y)% do mesmo, ou ainda,
conforme a notação apresentada:
a = y % de m ; p = (100 - y)% de m
m=a+p
* escolhidos para efeito de ensino e mostrados a seguir.
Formas de obtenção da relação ótima entre pedra e areia
A literatura é rica em apresentação dos diversos métodos de dosagem, mas não existe um consenso sobre
qual deles seria o melhor. O importante, contudo, é que, para cada conjunto de materiais, seja descoberta
a relação ótima entre pedra e areia, além do teor ótimo de argamassa. Como relação ótima entende-se
aquela mistura que, apresentando a menor porcentagem de vazios, será a mais econômica, pois irá
requerer a menor quantidade de pasta para seu preenchimento; assim também estaria sendo adotado o teor
ideal de argamassa. Neste mister, é interessante considerar as conclusões de O’Reilly para as situações em
que o agregado graúdo possui forma inadequada de grãos, ou seja, grãos em que a maior dimensão supera
em quatro vezes, ou mais, a menor dimensão (situação em que as curvas granulométricas, adotadas em
extenso número de métodos de dosagem, não funcionam a contento) são elas:
a) Após exaustivas pesquisas, ao usar pedra de grãos inadequados do ponto de vista de sua forma, em
quantidade de 16 até 31% do peso total do lote (conservando constantes a trabalhabilidade, a energia
de adensamento e o consumo de cimento), ficou comprovado que a influência decisiva na resistência
não é dada pela granulometria, mas sim pelas características das formas dos grãos da pedra;
b) Ao utilizar agregados graúdos com uma quantidade excessiva de grãos inadequados (tipo lâmina ou
agulha), não é possível utilizar os métodos clássicos granulométricos para a determinação da
proporção ótima entre pedra e areia, porque estas conduzem, na maioria dos casos, a resultados
completamente diferentes dos experimentais;
Dosagem pelo método do menor índice de vazios – (O’Reilly modificado)
Seqüência indicada
A porcentagem mínima de vazios no processo O’Reilly é obtida ensaiando-se algumas misturas prévias
areia/pedra. Para cada mistura obtém-se a MUCm, ou seja, Massa Unitária Compactada da mistura pela
expressão abaixo:
Massa total compactada da mistura
MUCm =
Volume total aparente da mesma
A massa específica absoluta das misturas será:
γ a (% a) i + γ p (% p ) i
(γ m ) i =
,
100
onde
(γ m ) i = Massa específica da mistura " i" , que possui % de vazios = 0 %
γ a e γ p = Massas específicas da areia e da pedra ( previamente det er min adas )
(% a ) i porcentagem de areia na mistura " i"
(% p ) i porcentagem de pedra na mistura " ï "
A porcentagem de vazios na mistura será:
(% vazios ) i =
γ m i − MUC m
γ mi
i
x 100
Para obter a mínima porcentagem de vazios nos agregados estudados, foram feitas algumas
adaptações, conforme mostrado no esquema abaixo:
102
Nossa Adaptação:
Observações:
a) Como se vê na figura acima, com a adaptação a energia de compactação não influi no resultado
porque o volume total a ser preenchido pela mistura é mantido constante (a tela é sempre fixada numa
posição única); a mesa vibratória é muito mais eficiente que o sistema através de soquete manual, e,
após um número adequado de medições experimentais intermediárias, por um processo de regressão,
obter-se-á a verdadeira proporção ótima entre aqueles agregados ensaiados;
103
b) foi utilizado um recipiente cilíndrico com 16,80 dm³ de capacidade.
Experiências Realizadas:
1ª Medição
“brita compactada a ≅ 3cm da tela ”
Massa de brita = 22,90 kg
Massa de areia = 13,30 “
Total = 36,20 ”
γ mistura = 2,679 kg / dm 3
2ª Medição
“brita compactada a ≅ 1cm da tela”
Massa de brita = 24,60 kg
Massa de areia = 11,60 “
Total = 36,20 ”
γ mistura = 2 ,683 kg / dm 3
63,2%
36,8%
MUCm = 2,155 kg /dm³
% Vazios = 19,57 %
68,0%
32,0%
MUCm = 2,155 kg /dm³
% Vazios = 19,68 %
3ª Medição
“brita no estado solto enchendo o recipiente”
Massa de brita = 24,10 kg
65,5%
Massa de areia = 12,70 “
34,5%
Total = 36,80 ”
MUCm = 2,190 kg /dm³
γ mistura = 2 ,681 kg / dm 3
4ª Medição
Massa de brita = 24,20 kg
Massa de areia = 12,50 “
Total = 36,70 ”
γ mistura = 2 ,681 kg / dm 3
5ª Medição
Massa de brita = 23,90 kg
Massa de areia = 12,80 “
Total = 36,70 ”
γ mistura = 2 ,681 kg / dm 3
% Vazios = 18,32 %
65,94%
34,06%
MUCm = 2,185 kg /dm³
% Vazios = 18,52 %
65,10%
34,90%
MUCm = 2,184 kg /dm³
% Vazios = 18,54 %
104
Obtenção dos pontos para o traçado da curva (%de brita x Índice de Vazios)
Dados:
Recipiente: V=16,8 dm3 e tara=7,2kg ;
γpedra = 2,65kg/dm3 ; γareia = 2,63kg/dm3.
Tabela 1: Índice de vazios entre brita 1 gnáissica e areia de Ponte Nova
Ensaio
Massa de
brita (kg)
Massa
total (kg)
Massa
de areia
(kg)
% de
brita na
mistura
% de
areia
γmistura
MUCm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
6,06
14,55
17,37
18,54
19,24
20,16
21,09
21,25
21,55
23,61
23,43
26,69
29,98
33,75
34,85
34,84
34,72
34,85
35,38
35,39
35,44
35,41
34,78
33,17
23,92
19,20
17,47
16,30
15,49
14,69
14,29
14,13
13,89
11,80
11,34
6,49
20,21
43,10
49,86
53,22
55,40
57,85
59,62
60,06
60,81
66,67
67,38
80,45
79,79
56,90
50,14
46,78
44,60
42,15
40,38
39,94
39,19
33,33
32,62
19,55
2,634
2,639
2,640
2,641
2,641
2,642
2,642
2,642
2,642
2,643
2,643
2,646
1,784
2,009
2,074
2,074
2,067
2,075
2,106
2,106
2,110
2,108
2,070
1,975
34
INDICE DE VAZIOS NUMA MISTURA DE AGREGADOS
BRITA 1 DE GNAISSE X AREIA PONTE NOVA
32
ÍNDICE DE VAZIOS (%)
Índice
de
Vazios
(%)
32,26
23,87
21,43
21,47
21,74
21,46
20,29
20,27
20,16
20,27
21,69
25,38
2
Y =48,1856-0,92943 X+0,00791 X
30
28
26
24
22
20
20
30
40
50
60
70
80
90
% DE BRITA 1 (GNAISSE)
Relação ótima pedra/areia adotada
Conforme os resultados mostrados na figura abaixo, a mistura que apresenta a menor porcentagem de
vazios contém 58,75% de brita de gnaisse e 41,25% de areia.
Assim, para m = 5,0
p = 0,5875 x 5,0 = 2,9375 e a = 0,4125 x 5,0 = 2,0625
105
Determinação do teor de água/materiais secos (A%)
Para buscar a equação de correlação teor de água x materiais secos, característica dos materiais
estudados para consistência plástica, foram ensaiados 11 traços diferentes, desde o traço 1:2 até 1:7,5. A
amostra de areia testada tinha MF = 2,68 e a brita calcária, MF = 7,05. Todas as misturas tiveram seu
Módulo de Finura calculado e apresentaram consistência plástica, com o abatimento do tronco de cone
(Slump Test) variando desde 55mm até 92mm. O quadro abaixo apresenta os dados e resultados
relevantes sobre a investigação, que usou a brita calcaria:
Módulo
de Finura
3,67
3,97
4,13
4,19
4,39
4,41
4,45
4,59
4,72
4,82
4,88
TRAÇO
TOTAL
1:2
1:2,5
1:3
1:3,4
1:3,8
1: 4
1:4,5
1: 5
1: 6
1: 7
1:7,5
TRAÇO UNITÁRIO
(EM MASSA)
1: 0,70: 1,30: 0,325
1: 0,86: 1,64: 0,337
1: 1,05: 1,95: 0,375
1: 1,27: 2,13: 0,406
1: 1,31: 2,49: 0,438
1: 1,40: 2,60: 0,467
1: 1,66: 2,84: 0,490
1: 1,75: 3,25: 0,474
1: 2,10: 3,90: 0,549
1: 2,45: 4,55: 0,680
1: 2,61: 4,89: 0,697
Teor de
Argamassa
56,67
53,14
51,25
51,59
48,09
48,00
48,35
45,83
44,28
43,12
42,44
Slump
(mm)
90
70
85
85
80
80
70
90
70
55
65
Teor de água
(A%)
10,82
9,63
9,32
9,24
9,12
9,10
8,91
8,62
8,39
8,29
8,20
Aplicando-se regressão linear aos dados de módulo de finura da mistura ( MFm ) e teor de água (a%)
obteve-se a equação abaixo:
MÓDULO DE FINURA DA MISTURA ( MFm ) X TEOR DE ÁGUA (A%):
Teor de Água (A%)
A% x MFm
11,0
Teor de Água (A%)
10,5
2
Y =32,85061-9,08346 X+0,82858 X
10,0
9,5
9,0
8,5
8,0
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
Módulo de Finura da Mistura (MFm)
2
A% = 32,85061 − 9,08346MFm + 0,82858MFm equação que foi aplicada para definição e moldagem
dos traços empregados na presente pesquisa.
106
Determinação experimental da característica " AG " do agregado
Alguns dos traços que serviram de base para a investigação da equação de correlação entre o teor
de água (A%) e o módulo de finura da mistura foram moldados e utilizados na determinação da
característica " AG " do agregado. A característica " AG " fica conhecida pela média dos resultados
obtidos empregando-se a fórmula:
fc j
Onde,
" AG " =
1
Rc j ( M 1 log + M 2 )
x
f c j = Re sistência à compressão do concreto na idade de j dias .
Rc j = Re sistência à compressão do cimento na idade de j dias . ( testado concomi tan temente )
M 1 e M 2 = Valores dependentes da consistência ( Slump ) de cada traço ensaiado
tabela 1
x = Re lação água / cimento adotada em cada traço ensaiado.
No quadro a seguir são mostrados os dados e resultados obtidos com mais esta experimentação:
Resistência média
f c j (MPa)
Característica
Rcj
Slump *
AG
AG
(cm)
(14 DIAS)
1 : 2 : 0,325
32, 54
31,54
9,1
0,479
1 : 3 : 0,375
30,97
31,54
8,2
0,478
1: 4 : 0,467
24,96
31,54
8,1
0,473
0,474
1: 5 : 0,474
24,55
31,54
9,2
0,473
1: 6: 0,549
20,59
31,54
7,0
0,469
1: 7 : 0,680
15,14
31,54
5,5
0,471
* Os valores de M1 e M2 para cálculo de A G foram obtidos das expressões dadas na página 86 desta
apostila, ou seja:
TRAÇO
TOTAL
M1 = 4,6259 - 0,0604.S
M2 = e
(-1,3125 + 0,0283.S)
S = valor da consistência (Slump) do concreto em cm.
Valores de M 1 e M 2 Tabelados:
Abatimento VALORES DE Abatimento
(mm)
M1 e M2
(mm)
Slump 20
Slump 30
Slump 40
Slump 50
Slump 60
M 1 = 4,5051
M 2 = 0,2848
M 1 = 4,4447
M 2 = 0,2930
M 1 = 4,3843
M 2 = 0,3014
M 1 = 4,3239
M 2 = 0,3101
M 1 = 4,2635
M 2 = 0,3189
Slump 70
Slump 80
Slump 90
Slump 100
Slump 110
VALORES
DE
M1 e M2
M 1 = 4,2031
M 2 = 0,3281
M 1 = 4,1427
M 2 = 0,3375
M 1 = 4,0823
M 2 = 0,3472
M 1 = 4,0219
M 2 = 0,3572
M 1 = 3,9615
M 2 = 0,3674
Abatiment VALORES DE
o (mm)
M1 e M2
Slump 120
Slump 130
Slump 140
Slump 150
Slump 160
M 1 = 3,9011
M 2 = 0,3780
M 1 = 3,8407
M 2 = 0,3888
M 1 = 3,7803
M 2 = 0,4000
M 1 = 3,7199
M 2 = 0,4115
M 1 = 3,6595
M 2 = 0,4233
Os traços unitários moldados para a confecção dos corpos de prova seguiram o diagrama de
interdependência entre os componentes, apresentado na página 92.
107
Relações A/C necessárias para as resistências previstas
Considerando concretos com consistência compatível com Slump 70mm, estão apresentados no
quadro abaixo os valores das relações Água/Cimento que atendem cada resistência fcj especificada:
valores da relação a/c necessários para cada traço
TRAÇO
fc j
AG
Rc j
21,6
27,6
31,6
41,6
0,474
0,474
0,474
0,474
38,1
38,1
38,1
38,1
Slump 70mm
M1
M2
RELAÇÃO
A/C
(x)
4,2031
4,2031
4,2031
4,2031
0,3281
0,3281
0,3281
0,3281
0,620
0,517
0,458
0,338
Traços unitários e preparação dos corpos de prova
Conforme, ainda, o referido diagrama da página 145, obtêm-se os valores de a e p de cada traço pelo
processo das tentativas (parte inferior do diagrama). O valor de x que se quer aplicar deve ser compatível
com a trabalhabilidade requerida, esta, dada pelo teor de água/materiais secos, o qual está ligado ao
módulo de finura da mistura adotada, que, por sua vez, depende dos valores de a e p . É importante
lembrar que a areia e a brita entram sempre nas proporções de 34,5% e 65,5%, respectivamente, que
conduzem a um menor índice de vazios, conforme experimentação anterior. Como ilustração, a definição
do primeiro traço é apresentada abaixo:
Visando-se um concreto com x = 0,620, ter-se-ia numa 1ª tentativa:
Arbitrando m = 6,000 ; a = 34,5% de 6,000 = 2,070 e p = 65,5% de 6,000 ∴p = 3,930
%a = 29,571% e %p = 56,146%
Assim, %Cim = 100/7,000 = 14,286% ,
O Módulo de Finura será : MFm = (29,571 x 2,68 + 56,146 x 7,05)/100 = 4,751
2
A% = (32,85061 − 9,08346MFm + 0,82858MFm ) x 4,751 = 8,400 %
∴x = 8,400(1 + 6)/100 = 0,588 < 0,620
2ª tentativa:
p/ m = 6,250 ; a = 34,5% de 6,250 = 2,156 e p = 65,5% de 6,250 ∴p = 4,094
Assim, %Cim = 100/7,250 = 13,793%
%a = 29,738% e %p = 56,469%
O Módulo de Finura será : MFm = (29,738 x 2,68 + 56,469 x 7,05)/100 = 4,778
2
A% = (32,85061 − 9,08346MFm + 0,82858MFm ) x 4,778 = 8,372 %
∴x = 8,372 (1 + 6,25)/100 = 0,607 < 0,620
3ª tentativa:
p/ m = 6,320 ; a = 34,5% de 6,320 = 2,180 e p = 65,5% de 6,320 ∴p = 4,140
Assim, %Cim = 100/7,32 = 13,661%
%a = 29,781% e %p = 56,557%
O Módulo de Finura será : MFm = (29,781 x 2,68 + 56,557 x 7,05)/100 = 4,785
2
A% = (32,85061 − 9,08346MFm + 0,82858MFm ) x 4,785 = 8,361 %
∴x = 8,361 (1 + 6,32)/100 = 0,612 < 0,620
108
4ª tentativa:
p/ m = 6,430 ; a = 34,5% de 6,430 = 2,218 e p = 65,5% de 6,430 ∴p = 4,212
%a = 29,852% e %p = 56,689%
Assim, %Cim = 100/7,430 = 13,459%
O Módulo de Finura será : MFm = (29,852 x 2,68 + 56,689 x 7,05)/100 = 4,797
2
A% = (32,85061 − 9,08346MFm + 0,82858MFm ) x 4,797 = 8,345 %
∴x = 8,345 (1 + 6,430)/100 = 0,620
OK!
O traço unitário a ser adotado seria: : 1 : 2,218 : 4,212 : 0,620
Montando-se um pequeno algoritmo no Excel, ou outro programa, pode-se facilitar a obtenção
deste tipo de ajuste. Os demais traços seriam:
P/ x = 0,517
m = 5,038
T.U.: : 1 : 1,738 : 3,300 : 0,517
P/ x = 0,458
m = 4,212
T.U.: : 1 : 1,453 : 2,759 : 0,458
P/ x = 0,338
m = 2,354
T.U.: : 1 : 0,817 : 1,551 : 0,338
Consumo de Materiais em cada traço
Para a confecção de 24 corpos de prova cilíndricos 100 x 200mm, necessitam-se de 40 dm³ de
concreto, sendo pesadas as seguintes quantidades de materiais por traço:
Cálculo da Quantidade de Materiais:
Aplicando-se a conhecida expressão:
40
C=
;
a
p
1
+
+
+x
γc
γa
(1 : a : p : x)
traço unitário adotado
γp
C = consumo de cimento em kg para 40dm³
PROPORCIONAMENTO ENTRE OS AGREGADOS
CURVAS GRANULOMÉTRICAS DE REFERÊNCIA – INT
Obs.: Porcentagens Acumuladas
DMC=9,5
DMC=19
DMC=25
Φ
(mm)
Ι
ΙΙ
Ι
ΙΙ
Ι
ΙΙ
38
25
19
9,5
4,8
2,4
1,2
0,6
0,3
0,15
MF
0
0
0
0
22
37
49
59
67
74
0
0
0
0
26
45
58
67
74
79
0
0
0
22
37
49
59
66
74
77
0
0
0
26
45
58
67
74
79
82
0
0
13
29
42
53
61
69
74
80
0
0
12
35
51
62
68
76
80
83
3,08
3,49
3,84
4,32
4,21
4,67
DMC=38
Ι
ΙΙ
0
0
14
17
23
26
37
45
49
58
59
67
67
74
74
78
77
82
80
84
4,66
5,14
109
Observações.:
a) As curvas I geram misturas com maior teor de argamassa, sendo mais indicadas para as construções
correntes onde não há grande energia de vibração para o adensamento do concreto. Já as curvas II,
dependendo da forma dos grãos dos agregados, podem apresentar teor insuficiente de argamassa para uma
boa concretagem.
Por isso, em muitos casos, a curva média entre I e II dá boa alternativa
b) O teor de argamassa corresponde a α % = (cimento + areia) % na mistura seca (1+m).
EXEMPLO DE PROPORCIONAMENTO ENTRE OS AGREGADOS
(GRANULOMETRIA DO CONCRETO) - MÉTODO DO INT
Utilizando-se um traço total auxiliar 1:6 e os materiais cujas granulometrias são dadas abaixo,
proporcionar os agregados a fim de que a curva granulométrica da mistura adotada (concreto seco) atenda
a Curva I de Lobo Carneiro (INT) em termos de Módulo de Finura, ou seja, MF ≥ 4,21.
Obs.: O cimento tem Módulo de Finura igual a 0 (zero).
DADOS:: Ver Quadro I
110
PENEIRAS
(aberturas em mm)
50
38
25
19
9,5
4,8
2,4
1,2
0,6
0,3
0,15
FUNDO
D.M.C. (mm)
Módulo de Finura
(Quadro I)
PORCENTAGENS ACUMULADAS
Areia
Brita 0
Brita 1
0
0
0
5
12
26
44
70
93
100
4,8
2,50
0
0
5
56
84
91
94
96
98
100
9,5
5,24
3
33
95
100
100
100
100
100
100
100
25*
7,31
* DMC do concreto que usará essa brita 1 como maior agregado.
Solução:
Pelo método gráfico de proporcionamento mostrado a seguir (Quadro II), a mistura procurada terá a
seguinte composição :
α%= % (cimento + areia) = 45%
no traço 1:6, %Cim = 14,29%, assim
% brita 0 = 26%
%areia = (45 - 14,29)% = 30,71%
% brita 1 = 29%
Traço em % ::14,29% : 30,71% : 26% : 29% : A% (todos os componentes em %)
Traço Unitário: (÷14,29)
::1 : 2,15 : 1,82 : 2,03
, ou seja, 1:6.
Verificação:
O cálculo do Módulo de Finura da mistura representada pelo traço acima pode ser feito de duas
formas, a saber:
a) Pela granulometria (Quadro III)
b) Pela média ponderada dos módulos de finura dos componentes, onde a participação
percentual de cada um forma o conjunto dos pesos respectivos:
MFm = (a%.MFa + p0 %.MFpo + p1 %.MFp1)/100 =
(30,71x 2,5 + 26x 5,24 + 29x 7,31)/100 ∴ MFm = 4,25 ≅ 4,21 da Curva 1 .
Obs.: A parcela %Cim x MFcim = 0, sendo desprezada.
111
PROCESSO GRÁFICO – Ver (Quadro II)
Processo Gráfico: Consiste de verticais para separar os agregados dois a dois. Cada vertical é única
porque os segmentos externos são iguais (parte abaixo de uma curva = à parte acima da outra).
Os pontos de intersecção entre as verticais e a curva de referência (no caso, curva I) são pontos
notáveis que definem a composição desejada para a mistura.
Assim, a vertical que divide areia e brita 0 corta a curva I no ponto de ordenada 55%, significando
que 45% da mistura será composta de finos, ou seja, cimento + areia.
Os outros 55% serão de britas (0 + 1).
Para proporcionar as britas, outra vertical; essa, por acaso, passará em cima da peneira 9,5mm (5%
abaixo da curva da brita 0 igual a 5% acima da curva da brita 1). O ponto de intersecção dessa vertical
com a curva I se dá exatamente na ordenada 29%.
A porcentagem de brita 1 na mistura será então 29% e a brita 0 complementa os 55%, ou seja,
26%. (É como se a curva de referência fosse formada por 3 parcelas; o pé da curva recebe contribuição do
material grosso (brita 1), o meio pelo material intermediário (brita 0) e a ponta pelo material fino
(cimento + areia).
No Quadro III é feita a verificação da efetividade do processo gráfico como auxiliar no proporcionamento
dos agregados segunda uma curva de referência:
112
OBTENÇÃO DO MÓDULO DE FINURA DA MISTURA
PROCESSO GRANULOMÉTRICO
TRAÇO UNITÁRIO DA MISTURA :: 1 : 2,15 : 1,82 : 2,03
(Quadro III)
PENEIRAS
(mm)
38
25
19
9,5
4,8
2,4
1,2
0,6
0,3
0,15
FUNDO
TOTAL
Material Retido (g)
Areia Brita 0 Brita 1
Σ
61
61
0
0
609
609
0
0
1259
1350
0
91
101
1136
107
928
661
151
510
428
301
127
387
55
442
596
559
37
531
495
36
1186*
150
36
2030
2150
1820
7000
Módulo de Finura da mistura seca
%s
Retidas
0,9
8,7
19,3
16,2
9,4
6,1
6,3
8,5
7,6
17,0
100
1
10
29
45
54
61
67
75
83
100
Curva de
Referência
Curva I
0
13
29
42
53
61
69
74
80
100
4,25
4,21
%s
Acumuladas
4 - Relação A/C necessária para a resistência fcj:
Com o proporcionamento de a e p definido acima, moldam-se 3 traços distintos m1, m2 e m3 com
relações A/C x1, x2 e x3 definidos conforme o diagrama da página 145.
Após período de cura e rompidos os corpos de prova na idade prevista, traça-se a curva resistência x
relação A/C característica dos materiais em estudo. Ou, pode-se calcular as constantes K 1 e K 2 da
fórmula de Abrams pelo processo dos mínimos quadrados. (ver exemplo na página seguinte).
fc = K 1 / K X2 Assim,
log K1
xnec =
fcj
log K 2
5) - Relação A/C Necessária para a Durabilidade:
Conforme as condições de utilização do concreto e consultando-se manuais técnicos (tabela do
ACI, etc) chega-se a uma relação A/C necessária para a durabilidade.
6) - Traço Definitivo:
Toma-se x Def como o de menor valor entre aqueles dos ítens 4 e 5 anteriores.
O m Def será dado pela expressão: m Def =
100x
−1
A Def
Depois dos ajustes de obra, Traço a ser adotado : 1 : a Def : p Def : x Def
113
CÁLCULO DA EQUAÇÃO DE CORRELAÇÃO RESISTÊNCIA X RELAÇÃO A/C
Abrams: fc =
K1
K 2x
log fc = log K 1 - x log K 2
Para cada par de valores de fc e x, a equação deveria ser satisfeita, mas há um pequeno erro de ajustagem.
Na realidade: log K 1 - xlog K 2 - log fc = ε (erro), que é expressão do tipo:
aX + bY - 1 = ε
onde, a = 1 ; b = -x ; 1 = log fc
X = log K 1 ; Y = log K 2 ; ε = erro
Pelo processo dos mínimos quadrados, obtêm-se os valores das incógnitas X e Y.
Exemplo: Determinar K 1 e K 2 para tres traços que apresentaram os seguintes valores experimentais :
(item 4 do trabalho e dosagem).
T1
T2
T3
F1 = 61.500kgf ; x1 = 0,50
F2 = 54.000kgf ; x2 = 0,58
F3 = 38.000kgf ; x3 = 0,70
Mas, fc = F/S ; S = 176,71cm²
cilindro com 15cm de diâmetro x 30cm de altura
fc1 = 348,0 kgf/cm² = 34,80MPa
fc2 = 305,6 kgf/cm² = 30,56MPa ∴
fc3 = 215,0 kgf/cm² = 21,50MPa
Tem-se:
X - 0.50Y - log34,80 = ε1 (1)
X - 0.58Y - log30,56 = ε2 (2)
X - 0.70Y - log21,50 = ε3 (3)
X - 0.50Y - 1,542 = ε1 (1)
X - 0.58Y - 1,485 = ε2 (2)
X - 0.7Y - 1,332 = ε3 (3)
Elevando-se ao quadrado as expressões (1), (2) e (3), tem-se
ε 12 = X² + 0,250Y² + 2,378 - 1,00XY - 3,084X + 1,542Y
ε 22 = X² + 0,336Y² + 2,205 - 1,16XY - 2,970X + 1,723Y
ε 23 = X² + 0,490Y² + 1,774 - 1,40XY - 2,664X + 1,865Y
fazendo-se o somatório, vem:
Σ ε 2i = 3X² + 1,076Y² - 3,56XY + 8,718X + 5,130Y
Os valores de X e Y que tornarão mínimo o somatório serão aqueles que anulam as derivadas parciais,
conforme abaixo:
∂Σ ε 2i = 0
∂X
e
∂Σ ε 2i = 0
∂Y
6X - 3,56Y - 8,718 = 0
-3,56X + 2,152Y + 5,130 = 0
Resolvendo-se este sistema de equações, tem-se
X = 2,090 e Y = 1,074
mas, X = log K 1 ∴ K 1 = 123,12
e Y = log K 2 ∴ K 2 = 11,86
114
A equação de Abrams para esses materiais será, então:
fc =
123,12
11,86 X
Entrando-se com o valor de fc, obtém-se o x correspondente ou vice-versa.
Na dosagem experimental, o valor a ser atendido é o da resistência de dosagem fcj que está ligado
estatisticamente à resistência característica prevista para o concreto e usada no projeto estrutural e ao tipo
de controle previsto para a obra.
DOSAGEM EMPÍRICA PELO MÉTODO DO ACI
EXEMPLO PARA CÁLCULO
1 – Especificações:
- Tipo da construção: Sapata de concreto armado
- Grau de exposição: Fraca (sob solo isento de risco de congelamento ou ataque por sulfatos)
- Dimensão máxima característica (DMC): 38mm
- Abatimento (Slump): 75 a 100mm
- Resistência Característica à Compressão (fck): 20 MPa
2 – Características dos Materiais Disponíveis:
Propriedade
Massa Específica (γ)
Massa Unitária compactada
Módulo de Finura
Umidade efetiva (livre)
Cimento (tipo I)
3,15 (kg/dm3)
0
-
Agregado Miúdo
2,60 (kg/dm3)
2,80
2,5
Agregado Graúdo
2,70(kg/dm3)
1,60
7,70
0,5
Solução:
Admitindo-se uma condição B de controle na execução, a resistência de dosagem será:
Fcj = 20 + 1,65 x 5,5 = 29,075. Para um concreto sem ar incorporado, pela Tabela 9-3, a relação A/C = x
= 0,555.
Na Tabela 9-2, para um Slump de 75 a 100mm e DMC de 38mm, o consumo de água seria
178kg/m3. Para se obter uma rel. A/c de 0,555, ter-se-ia um Consumo de Cimento C = 321 kg/m3.
Na Tabela 9-5 obtém-se um volume de britas (no estado seco e compactado) de 0,74m3 quando a
areia tem MF = 2,80. Como a massa unitária compactada do graúdo é 1,60, tem-se um consumo de
1.184kg de britas no m3 de concreto; total a ser dividido na base de 50% entre brita 1 e brita 2.
Nessas condições, o volume de areia (Va) a ser consumido no concreto será o complemento para
um m3. Assim, Va = 1000 – Vpasta – Vbritas.
Vpasta = 321/3,15 + 178 ≅ 280dm3 ; Vbritas = 1184/2,70 = 438,52 dm3.
∴ Va = 1000 – (280 + 438,52) = 281,48 dm3. Assim, C.a = 281,48 x 2,60 = 731,85kg/m3.
Traço total: : 321 : 731,85 : 592 : 592 : 178 ; ou (1 : 5,97 : 0,555)
Traço Unitário:
1 : 2,28 :1,844 :1,844 : 0,555.
Nesse concreto, A% = 7,96%. Parece bastante baixo para se conseguir o Slump previsto.
115
116
117
TABELA TIPO CALDAS BRANCO
118
EXERCÍCIOS SOBRE DOSAGENS DE CONCRETO
Questão n °5 – Provão 97
Você recebeu materiais na obra, para uma concretagem de pilares, vigas e lajes a serem posteriormente
revestidos, com as características indicadas na tabela a seguir.
Material
3
Massa unitária (kg/m )
cimento
Areia
brita 1
1 200
1500
1 240
A areia e a brita estão estocadas na obra e a umidade de cada uma foi determinada, obtendo-se 5% para a
areia e um valor desprezível para a brita. foi determinado, também, o coeficiente de inchamento da areia
para esta umidade, encontrando-se o valor de 1,32, necessário ao cálculo do traço em volume. O teor de
argamassa do concreto seco (α) é de 0,5 (ou seja, 50%) e é calculado por:
1+a
α=
sendo: m = -2,21 + 12,2.a/c ; a = relação areia/cimento ;
1+m
a/c = rel. água/cimento e m = rel. agregado total/cimento (kg/kg)
Dados/Informações Técnicas:
Retomando suas notas da época da graduação, você relembrou que:
fc 28 =
177
23 a / c
e
fc 28 = fck + 1,65 xSd
sendo:
fc 28 = resistência a compressão do concreto a 28 dias em MPa;
fck = 20 MPa
Sd = Desvio padrão, estimado em 5,5 MPa.
Assim,
a) operando com, no mínimo, cinco dígitos decimais após a vírgula e apresentando os resultados com
dois dígitos, calcule o traço em massa a ser adotado para o concreto (c:a:p:a/c), significando as
letras, respectivamente, cimento, areia, brita e relação água/cimento;
b) deseja-se saber se o traço praticado pelo mestre estava correto. Assinale SIM ou NÃO e redija sua
justificativa com clareza, baseado nos cálculos desenvolvidos, sabendo que para cada saco de
cimento (50 kg) eram utilizados os seguintes volumes:
• 64 litros de areia com 5% de umidade; • 117 litros de brita 1; • 29 litros de água
1) Determinar o traço em peso e dimensionar as padiolas para a mistura de 1 saco de cimento nas
seguintes condições:
C = 350 kg/m³ ; para a trabalhabilidade, A%(teor de água) = 10% (brita 1, areia média)
e α % (teor de argamassa) = 52% da mistura seca.
Dados: γ c = 3,00 ; γ a = γ p = 2,65 ; δ h = 1,19 ; δ p = 1,40 (kg/dm³)
2) Realizar uma dosagem empírica, calculando os consumos (em massa e volume) por m³, conforme os
seguintes critérios:
α% = 51% ; x = 0,54 ; A = 9,5%.
Para proporcionar as britas, considerar que a mistura seca deverá ter MF = 4,6, porém a areia, a brita 1 e
a brita 2 têm os seguintes MF (módulo de finura): 2,9; 7,00 e 7,8, respectivamente. Lembrete: o MF do
cimento é zero.
Obs.: usar os dados do exercício 1.
119
3) Conferir os valores de A% e α% de todos os traços constantes da tabela de Caldas
Branco.
4) No proporcionamento entre os agregados têm-se os seguintes critérios:
α% = 53% e deseja-se MF da mistura = 4,42
Qual será o traço unitário para m = 6 e A%=9,0%, se os módulos de finura da areia, b1
e b2 são, respectivamente iguais a : 2,5; 7,1 e 7,8. (Obs.: usar 2 casas decimais)
5) Ao ensaiar um cascalho no peneirador de graúdos, encontraram-se as seguintes quantidades
retidas (g):
Peneiras
Material Retido
38
0
Analisada, em separado, uma amostra de apenas 800g do
25
600
retido no fundo, obtiveram-se160g retidas em cada uma das
19
1400
outras peneiras da série normal. Assim sendo, qual é o
9,5
1800
Módulo de Finura de todo o cascalho ?.
4,8
2200
FUNDO
4000
6) Qual seria o traço definitivo para um concreto numa situação em que os pares de valores experimentais
foram:
T1 = 62.000 kgf
;
X1 = 0,42
T2 = 54.000 “
;
X2 = 0,53
A% = 9% = C te
T3 = 45.000 “
;
X3 = 0,70
Sabe-se também que deve ser atendido um fck de 25MPa para um desvio-padrão de
3,5MPa (mesma idade). Para a durabilidade exige-se X ≤ 0,50.
7) A areia que tem massa unitária seca δ a = 1,43 kg/dm³ e que, com 4% de umidade, possui massa
unitária úmida δ h = 1,19 kg/dm³, que coeficiente de inchamento apresenta?
8) O proporcionamento entre os agregados numa dosagem experimental é feito com o
objetivo de se encontrar o teor ideal de argamassa, aquele que dê a melhor concretagem
em obra e a melhor resistência. Pergunta-se:
a) Qual é a importância desse teor ideal de argamassa para a estrutura de concreto ?
b) Como foi obtido no “roteiro para dosagem” - filme da Encol exibido em aula ?
c) Qual foi o procedimento adotado no caso do nosso Trabalho Prático ?
9) Numa experiência em que se procura o teor ideal de argamassa por tentativas tinha-se
inicialmente na betoneira a seguinte mistura:
cim. : areia :
b1 : b2 : água
5,00
: 8,50 : 10,53 : 5,97 : 2,850
Mantendo-se o m = C te e o A% também C te , quanto se deve adicionar de cimento e
areia para que a composição da mistura passe a ter :
(cimento + areia )% = α% = 53%
% brita 1 = 30 %
% brita 2 = 17%
Ao final, quanta água deverá ser acrescentada para manter as características acima?
10) Para a dosagem experimental, a Norma recomenda seja acrescentada à resistência característica de
projeto uma parcela igual a 1,65 Sd. O que significa isso em termos práticos? e em termos estatísticos
?
120
11) Complemente os dados numéricos necessários à determinação em laboratório de A% para um
concreto no traço 1: 2,2 : 3,0 : x ; quando se usa 5,00 kg de cimento e 5,450 kg de água inicial.
Considerar que o valor de A% encontrado deverá ser 9%.
12) Um concreto cujo resumo enviado para o encarregado de obras apresentava:
(RESUMO)
1 Sc de cimento CP II-E-32
2 padiolas de (42 x 32 x 30)cm areia úmida
2 padiolas de (31 x 31x 30)cm brita 1:
1 padiola de (34 x 34 x 28)cm brita 2
22,4 l de água a adicionar: (h% = 4%)
Para os mesmos dados do exercício 1, Pergunta-se:
a)
b)
c)
d)
Qual é o traço unitário correspondente ?
Qual é o teor de água A% ?
Qual é o teor de argamassa ?
Qual é o consumo de materiais por m³ ?
13) Uma central processa diariamente uma média de 100 toneladas de areia na produção de concreto. A
mesma possui dois fornecedores de areia, mas uma delas é muito fina e o Departamento de Tecnologia
concluiu que o melhor seria operar uma mistura, já que só a areia grossa não era suficiente para a
demanda e o seu teor de finos, abaixo de 0,15mm, considerado pequeno. A granulometria das areias é
dada abaixo:
Peneiras
% acumulado
(mm)
areia A
areia B
4,8 ..............
5
0
2,4 .............. 20
0
1,2 .............. 50
10
0,6 .............. 75
30
0,3 ............... 90
55
0,15 ............... 98
90
MF = 3,38 MF = 1,85
Considerando-se como ideal uma areia C com 2,50 ≤ MF ≤ 2,51, pergunta-se:
a) Quais serão as proporções de mistura entre A e B a serem adotadas ?
b) Qual será o DMC da nova areia ?
c) Qual é o teor de finos abaixo de 0,15 mm ?
14) Utilizando os dados abaixo, simulação de uma dosagem experimental, obter o traço
unitário em massa e o custo do m³ para atender às condições dadas. (Pode-se usar
Abrams ou O’Reilly).
- A resistência característica deve ser de 25 MPa com desvio-padrão de 4,0 Mpa; a 28
dias de idade;
- A consistência do concreto será ≅ à do Slump 70 mm; (M1 = 4,2031 e M2 = 0,3281)
- considerar a correlação: A% = 17,236 – 1,866MFm.
- No processo do INT adotar curva com MF = 4,16; a areia e a brita1 tem MF’s de 3,00 e
7,00, respectivamente
- No O’Reilly, considerar 42% de areia e 58% de brita, porém o traço definitivo deverá ter
α % ≥ 50%
- Ensaiados traços com relações A/C de 0,35 ; 0,45 e 0,55. Obtiveram-se 80.000; 60.000 e
46.000 Kgf em corpos de prova 15 x 30 cm.
- Rcj = 40MPa a 28dias (CP III-40)
121
- Preços para orçamento:
Cimento : R$ 13,50/saco ;
Areia: R$28,00/m³ ;
Brita: R$29,00/m³
Questão 8 – Provão 2001
Para a execução de uma obra situada numa localidade do interior, foi especificado o traço em massa de
1,00:2,00:3,30:0,56 (cimento, areia, brita e água), agregados secos, para ser produzido na própria obra em
betoneira estacionária.Para efeito de orçamento, calcule o preço dos materiais para a produção de 1 m3 de
concreto, admitindo ser desprezível o volume de vazios com ar do concreto fresco adensado e que,
portanto, o volume do concreto é o somatório dos volumes dos sólidos dos materiais constituintes mais o
volume da água. Considere os dados abaixo, que apresentam os preços dos materiais especificados postos
na obra, as características dos agregados obtidas de um estudo realizado por uma universidade com
atuação na região e as características do cimento fornecidas pelo fabricante. Despreze o custo da água.
Apresente sua resposta da seguinte forma:
a) custo do cimento; (valor: 3,0 pontos) b) custo da areia; (valor: 3,5 pontos)
c) custo da brita; (valor: 2,5 pontos) d) custo total de 1m3 de concreto. (valor: 1,0 ponto)
Dados/Informações Adicionais
CIMENTO
Preço posto obra = R$ 12,00 por saco de 50 kg
.ρsc – massa específica dos sólidos = 3.140 kg/m3
AREIA
Preço posto obra = R$ 20,00 por m3, fornecida com um teor de umidade w = 4%, que corresponde a um
coeficiente de inchamento CI = 1,26
ρsa – massa específica dos sólidos = 2.640 kg/m3
. ρda – massa específica aparente da areia seca = 1.520 kg/m3
BRITA
Preço posto obra = R$ 25,00 por m3 , fornecida seca com um índice de vazios e = 0,98
. ρsb – massa específica dos sólidos = 2.780 kg/m3
FÓRMULAS
CI = V/Va , onde:
CI – coeficiente de inchamento de um agregado miúdo (areia);
V – volume do agregado úmido;
Va – volume do agregado seco.
e = Vv/Vs , onde: e – índice de vazios;
Vv – volume de vazios;
Vs – volume de sólidos.
122
CONCRETO:
DOSAGEM EXPERIMENTAL
(Modelo de Relatório)
CONCRETO: Resistência Característica (fck) =
aos _____dias
INTERESSADO: (Trabalho Prático CIV 237 06/1)
Autor deste Relatório: ______________________________________
ABRIL / 2006
........................................................................................................................................................................
RESUMO
O presente relatório contém um estudo de dosagem experimental para o concreto estrutural da obra
hipotética CIV01, onde foi utilizada a equação de Abrams (ou a equação de O´Reilly) para a correlação resistência
x relação A/C e um teor fixo de argamassa nos traços igual a 52% da mistura seca. O traço definitivo apresenta
Módulo de Finura da mistura igual a ____, com ___% de brita e ___% de areia no agregado total; tais proporções
levam a um índice de vazios de ___%, muito próximo ao mínimo experimental que foi de ___%. Contém também o
dimensionamento de padiolas e o orçamento de materiais para o custo do m3.
A execução estará a cargo da Empresa XX e o concreto será produzido “in loco” por betoneiras
estacionárias.
INTRODUÇÃO
Os materiais fornecidos pelas equipes de Construção e Fiscalização da Obra para a execução deste estudo
são: Cimento Portland __________ da marca ________; areia lavada procedente de Ponte Nova e a brita 1 de
calcário _____________ fornecida pela pedreira YY. Os dados granulométricos dos agregados são apresentados
abaixo.
Pelas informações prestadas à equipe de execução, o fck é de ____MPa a 28 dias de idade e as condições
de controle na execução do concreto são aquelas compatíveis com a condição B da Norma NBR12.655/92 da
ABNT, porém, dados históricos da Construtora, que tem utilizado o mesmo material, permitem adotar um desviopadrão de dosagem igual a 3,0MPa. A consistência do concreto, medida pelo abatimento do tronco de cone, deverá
estar compreendida entre os valores de Slump de 70mm ±.
DESENVOLVIMENTO
1) RESISTÊNCIA DE DOSAGEM:
A Resistência de Dosagem, calculada [conforme tabela por aluno (a) e segundo a Norma, será:
fcj = ___ + 1,65x ____= ______ MPa
2) GRANULOMETRIA DA MISTURA SECA "(SOLUÇÃO)":
Com base apenas nas curvas de granulometria dos agregados, e visando o menor consumo de água para
atingir o Slump 70 ± 10mm na obra, as recomendações técnicas sugeririam uma mistura seca com ___% de
argamassa ___% de brita 1 gerando curvas granulométricas de Módulo de Finura igual a ___ para o traço
definitivo 1:___.
123
3) MOLDAGEM E TEOR DE ÁGUA:
Para estudo da água necessária à consistência requerida e sua relação com a resistência, foram moldados 3
traços diferentes, conforme abaixo:
(mostrar os procedimentos para definição de cada traço moldado)
Traço T1: 1 : ____. Apresentou teor de água de ____% com Slump de ___mm, ou seja, o traço
moldado foi:
1: ____ : _____ : _____
Traço T2: 1: ____. Apresentou teor de água de ____% com slump de ___mm, ou seja, o traço
moldado foi:
1: _____ : _____ :______
Traço T3: 1: ____. Apresentou teor de água de ___% com Slump de ___mm, ou seja, o traço
moldado foi:
1: ____ : _____ : _____
4) RESISTÊNCIA X RELAÇÃO A/C:
abaixo:
Os resultados obtidos pelos rompimentos dos corpos de prova a 7 dias estão apresentados no quadro
Traço
T1
T2
T3
Rel. A/C
Ruptura
(kgf)
fc7 (MPa)
Slump
M1
M2
AG
Rc
1:
1:
1:
(mostrar os processos que correlacionam a resistência com a relação água/cimento para a idade de 7
dias e os valores de K1 e K2 equação de Abrams, além dos coeficientes na fórmula de O'Reilly, específicos
para os materiais estudados)
f c7 =
K1
K2
x
=
;
e
AG =
e
Rc =
Cálculo da relação A/C necessária para a resistência fcj:
fcj (meu concreto) = _______
∴ xnec = _______
(mostrar os procedimentos para a montagem do traço definitivo)
Valores do traço adotado:
mdef = _____ ; teor de argamassa = 52%, brita 1= 48% ; para MFm = ____ e para A% = _____%, tem-se x =
____ (favorável à durabilidade).
Assim, o traço unitário definitivo (em peso) fica sendo:
1 : __ :
a
p
_____ :
Por saco de cimento : 1sc : ____ : ____ : ____ (kg)
x
__
124
5) TRAÇO DEFINITIVO: (RESUMO)
1 Sc de cimento CP_______ ( marca ________)
Padiolas convencionais:
areia úmida: __ padiolas de ___ x ___ x ___cm
brita 1: __ padiolas de ___ x ___x ___cm ____
água a adicionar conforme tabela abaixo, de umidade superficial da areia no momento da concretagem:
água a adicionar conforme tabela de umidade da areia (h%):
h%
água a adicionar
h%
água a adicionar
2 ............ ____ dm³
5 ............. _____ dm³
3 ..... ...... ____ dm³
6 ............. _____ dm³
4 .... ....... ____ dm³
7 ............. _____ dm³
6) ORÇAMENTO DO m3
Para 1m3 de concreto tem-se:
C=
C =
C.a =
C.p =
C.x =
1000
p
a
γc + γa + γ p +x
1
onde, γc, γa e γp são massas específicas de cimento, areia e britas.
PROPPRIEDADES DO CONCRETO
SUBDIVISÃO PARA ESTUDO
IMPORTÂNCIA NA:
A - PROPPRIEDADES DO CONCRETO
FRESCO
“CONCRETAGEM” OU EXECUÇÃO
B – PROPPRIEDADES DO CONCRETO
ENDURECIDO
VIDA ÚTIL OU DURABILIDADE
Preços:
Cimento: R$ ____ / saco ; custo no m3
Areia: R$______/ m3 ; custo no m3
brita: R$ ______/ m3 ; custo no m3
R$ _______
R$ _______
R$ _______
Custo Total por m3 : R$ _______
PROPPRIEDADES DO CONCRETO
PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO :
A trabalhabilidade é uma propriedade composta de pelo menos dois componentes principais:
• Trabalhabilidade
• Exsudação
Fluidez (facilidade de mobilidade)
Coesão (resistência à segregação)
125
1 – TRABALHABILIDADE
Tal como a durabilidade, a trabalhabilidade não é uma propriedade intrínseca do concreto, pois
deve ser relacionada ao tipo de construção e métodos de lançamento, adensamento e acabamento. Um
concreto que pode ser prontamente lançado em uma fundação maciça sem segregar poderia ser totalmente
inadequado para uma peça estrutural fina. Um concreto, que é considerado trabalhável quando estão
disponíveis vibradores de alta freqüência, pode não ser trabalhável se for usado adensamento manual.
A importância da trabalhabilidade em tecnologia do concreto é óbvia. Ela é uma das propriedades
básicas que devem ser atendidas. Independente da sofisticação usada nos procedimentos de dosagem e
outras considerações, tais como custo, uma mistura de concreto que não possa ser lançada facilmente ou
adensada em sua totalidade provavelmente não fornecerá as características de resistência e durabilidade
esperadas.
Definição:
A trabalhabilidade é caracterizada pela facilidade com que um dado conjunto de materiais pode
ser misturado para formar o concreto e depois ser transportado e colocado com um mínimo de perda de
homogeneidade.
São propriedades do concreto fresco (ligadas à Trabalhabilidade):
1 - Consistência / 2 - Textura / 3 - Integridade de massa (oposto de segregação) /
4 - Poder de retenção da água (oposto de exsudação) / 5 - Massa específica.
Fatores que afetam a Trabalhabilidade
A - Fatores Internos:
(ligados aos componentes do concreto)
1 - Consistência (relação água/mistura seca → A %)
2 - Proporção cimento/agregado total → teor de finos
3 - Proporção entre os agregados → (a/p)
4 - Forma adequada dos grãos dos agregados
5 - Aditivos plastificantes (redutores de água)
B – Fatores Externos:
(ligados às operações de produção)
1 - Tipos de mistura, transporte,
lançamento e adensamento
2 - Dimensões e armadura da peça
a executar.
126
Medida da Trabalhabilidade
Os aparelhos e métodos idealizados para verificar a influência dos diversos fatores
não conseguem por em evidência todas as propriedades cujo conjunto constitui a
trabalhabilidade.
Os fatores internos são normalmente considerados, havendo dificuldade quanto aos
externos.
Todos os processos baseiam-se em uma das seguintes proposições, mede-se:
a deformação causada ao concreto fresco por uma força pré-determinada.
ou
o esforço a ocasionar numa massa de concreto uma deformação pré-estabelecida.
Alguns processos mais simples e divulgados:
a) Slump Test – mede a consistência pelo abatimento do tronco de cone (MB 256)
b) Ensaios de escorregamento sem limitações - Flow test e Mesa de Graff
c) Ensaios de escorregamento com limitações - Remoldagem de Powers, Remoldagem
modificado e ensaio VEBE
127
Mesa de Graff
Remoldagem: Ensaio VEBE
d) Ensaios de Penetração - Graff, Irribarren, Kelly e Humm
e) Ensaio de Compactação - (Glanville)
Bola de Kelly
Aparelho de Glanville
Perda de Abatimento
A perda de abatimento pode ser definida como perda de fluidez do concreto fresco
com o passar do tempo. A diminuição do abatimento é um fenômeno normal em todos os
concretos porque resulta do enrijecimento gradual e pega da pasta de cimento portland
hidratado. A perda de abatimento ocorre quando a água livre de uma mistura de concreto é
consumida pelas reações de hidratação, por adsorção na superfície dos produtos de
hidratação e por evaporação.
A definição do termo perda de abatimento deve ser aplicada a uma taxa incomum
de enrijecimento do concreto fresco (medida ou não), que cause efeitos indesejáveis.
Para superar os problemas causados pela perda de abatimento, algumas práticas de
campo foram desenvolvidas, como produzir o concreto pré-misturado com um abatimento
inicial maior que o necessário para a concretagem, de modo a compensar a perda de
abatimento esperada, ou acrescentar uma quantidade extra de água (dentro da faixa
permitida pela relação A/C prevista) ou de aditivo pouco antes do lançamento e remisturar
o concreto completamente. Esta última operação é chamada reamassamento.
Além de outros problemas a perda de abatimento pode significar perda de
resistência, durabilidade e outras propriedades quando a redosagem de água for excessiva
ou não misturada homogeneamente.
128
Temperatura x Perda de Abatimento
Perda de abatimento em função do tempo
Tabela de Índices de Trabalhabilidade
Consistência
Slump
(cm)
Flow
%
Extremamente
seca
(terra úmida)
Vebe
(s)
0
-
30-20
Muito seca
0
-
20 - 10
Seca
0-2
0-20
Rija
2-5
Plástica
(média)
Fator de Kelly Remoldagem
Compac. (cm)
(seg. ou nº)
-
>50 **
0,70
-
50-20**.
10 - 5
0,75
0 - 1,5
20-10**
20-50
5-3
0,85
1,5 - 3
40-60
5-12
50-90
3-0
0,90
3-7
20-40
Úmida (3)
12-20
90-110
-
0,95
7-10
10-20
Fluida (3)
20-25
110-150
-
0,98
-
<10
* * Remoldagem (tempo em segundos).
(3) Consistências inadequadas caso não se usem aditivos plastificantes.
Tipos de Obras
(Sugestões)
Pré-fabricação.
Condições especiais
de adensamento
Grandes massas.
Pavimentação
Vibração muito
enérgica.
Estruturas Conc.
Armado ou
protendido.
Vibração enérgica
Estruturas Correntes
Vibração Normal
Estrutur. Correntes.
Adensamento
Manual
Estruturas s/ grande
responsabilidade.
Adensam. Manual
Conc. Submerso.
Inadequado sem
Plastificante
129
Obs.: Não há realmente um fator de conversão para as determinações feitas pelos diferentes
aparelhos, pois cada um põe em evidência uma ou outra das propriedades cujo conjunto constituem
a trabalhabilidade.
Segregação do concreto fresco:
É qualquer forma de separação dos componentes da mistura.
Razão principal: dimensões e massas específicas diferentes dos constituintes da mistura.
Segregação interna: as partículas maiores e mais pesadas tendem a assentar na parte
inferior;
Segregação externa: as partículas maiores tendem a se separar da mistura durante o
lançamento.
Conseqüências da segregação:
a) heterogeneidade do concreto endurecido;
b) alterações nas relações agregado/cimento e água/cimento dentro do material.
1. Tipo de agregado
Fatores que afetam a segregação
• Dimensão máxima característica (DMC)
quanto maior (> 25mm) - maior
segregação
• teor de finos
quanto maior - menor segregação
• massa específica
o aumento da massa específica do agregado graúdo em relação
ao miúdo aumenta a tendência à segregação
• angulosidade
agregados mais angulosos, alongados e ásperos favorecem a
segregação mais que agregados arredondados
2. Relação cimento/agregados
Concretos pobres segregam mais que os concretos ricos (menor coesão)
3. Quantidade de água
Concretos muito secos ou muito úmidos facilitam a segregação.
4. Adições ou aditivos:
• A adição de pozolanas, particularmente em misturas pobres reduz a segregação.
• A incorporação de ar tem efeito análogo: as bolhas de ar funcionam como material
fino.
• Aditivos superplastificantes: produzem-se concretos fluidos e não segregáveis pela
elevada redução da água de amassamento, especialmente nas misturas ricas.
130
Efeito do Super plastificante
(1%)
2 – EXSUDAÇÃO (Forma particular de segregação)
A exsudação pode ser definida como a tendência da água de amassamento vir à superfície do
concreto recém lançado ou de se alojar embaixo das partículas do agregado graúdo. A água é o
componente mais leve da mistura e os sólidos em suspensão tendem a se sedimentar sob a ação da força
da gravidade. A exsudação resulta da inabilidade dos materiais componentes em reterem toda a água da
mistura em estado disperso, enquanto os sólidos mais pesados estiverem assentando.
Provoca: alta porosidade / baixa resistência / nata na superfície / redução da aderência com as
armaduras.
Atenuam os efeitos da exsudação: Misturas ricas / Granulometria contínua / Cimentos finos /
Agregados de grãos arredondados.
Água exsudada subindo e parando sob agregados graúdos e armadura:
Água exsudada retida entre lançamentos sucessivos e acumulada na superfície do concreto:
131
Fatores que afetam a exsudação
-A velocidade e a profundidade da lâmina d’água exsudada são reduzidas:
• pelo aumento da finura do cimento;
• pelo aumento do teor de C3A do cimento;
• pela diminuição da relação a/c;
- Incorporadores de ar e pozolanas reduzem a velocidade e o teor de água exsudada, principalmente em
misturas pobres;
- Aditivos retardadores ampliam a duração e intensidade da exsudação. O contrário ocorre com aditivos
aceleradores;
- Aditivos plastificantes e superfluidificantes diminuem a relação a/c e conseqüentemente a exsudação.
Medida da Exsudação:
Uma forma de medir a exsudação é dada pela norma ASTM C 232, uma amostra de concreto é
colocada e adensada num recipiente de 250mm de diâmetro e 280mm de altura. A água de exsudação
acumulada na superfície é retirada em intervalos de 10 minutos durante os primeiros 40 minutos e, daí em
diante, em intervalos de 30 minutos. A exsudação é expressa em termos da quantidade de água acumulada
na superfície, em relação à quantidade de água existente na amostra.
PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO
1) Massa Específica
2) Resistência Mecânica
3) Permeabilidade e Absorção
4) Deformações
1 - MASSA ESPECÍFICA
É a massa da unidade de volume do material incluindo os vazios:
Valores usuais - normais
Concreto simples → 2400 kg/m³ (NBR6118 /2003)
Concreto armado → 2500 kg/m³ (NBR6118 /2003)
c/ agregados leves 300 a 1800 kg/m³
c/ agregados pesados 2300 a 5000 kg/m³
Obs.: Os concretos especiais (leves ou pesados) têm funções diferentes daquelas reservadas aos
concretos normais. Os leves para isolamentos térmicos e aplicações que exigem redução de pesopróprio e os pesados para isolamentos, como os radioativos, por exemplo.
132
“Em condições normais, a resistência mecânica de um concreto diminui quando se reduz a sua
massa específica”. Apesar disso, com as novas tecnologias, conseguem-se concretos estruturais de baixa
densidade, mas de grande resistência mecânica.
2 - RESISTÊNCIA MECÂNICA:
A norma CB-130 (NBR 8953) classifica o concreto para fins estruturais por grupos de resistência:
Concretos do grupo I de resistência
Fck(MPa)
Designação
C10
10
C15
15
C20
20
C25
25
C30
30
C35
35
C40
40
C45
45
C50
50
Concretos do grupo II de resistência
Fck(MPa)
Designação
C55
55
C60
60
C70
70
C80
80
A NB-1/2003 em seu item 7.1.1 estipula valores mínimos a serem adotados pelos projetistas,
conforme abaixo:
“Esta Norma se aplica a concretos de massa específica normal, das classes do grupo I, indicadas na NBR
8953 tais como: C15, C20, C25, C30, C35, C40, C45 e C50.
Valor mínimo da resistência à compressão:
• 20 MPa para concretos apenas com armadura passiva,
• 25 MPa para concretos com armadura ativa e
• 15 MPa pode ser usado apenas em fundações e em obras provisórias”.
Relações estrutura-propriedade:
As relações estrutura-propriedade constituem a essência da moderna ciência dos materiais. O concreto
tem uma estrutura muito heterogênea e complexa. Consequentemente, é muito difícil estabelecer modelos
exatos, a partir dos quais, o comportamento do material possa ser previsto com segurança. Todavia, um
conhecimento da estrutura e das propriedades de cada constituinte do concreto, e a relação entre eles, é
útil para se exercer um certo controle sobre as propriedades do material.
133
ESTRUTURA DO CONCRETO
M A T R I Z DE
P A S T A
D E C I M E N T O
N a t u r e z a M ú l t i p l a:
- Distribuição heterogênea de fases
sólidas, poros e microfissuras
- Varia com o grau de hidratação
do cimento
- Varia com a Umidade Relativa do Ar
A G R E G A D O
ZONA DE
TRANSIÇÃO
PASTA / AGREGADO
interface agregado graúdo / pasta
N a t u r e z a M ú l t i p l a:
Vários minerais; contém
microfissuras e vazios
- Vazios Capilares:
quantidade e φ são proporcionais a
Tamanho e distribuição dos
A/C e inversamente proporcionais ao poros são mais importantes
grau de hidratação do cimento.
que a composição química ou
poros > 50 nm influem na
mineralógica
resistência e permeabilidade.
poros < 50 nm retração e fluência.
Forma e Textura dos grãos
Águas:
> tamanho e partículas chatas,
1) livre (vazios > 50 nm)
geram > tendência à
2) retida por tensão capilar
exsudação interna
( vazios de 5 a 50 nm)
3) adsorvida (só retirada a 30% de
Umidade Relativa)
4) interlamelar (sai a 11% de U.R.)
5) combinada quimicamente
(forma o C-S-H)
camada delgada (10 a 50 µm) que
determina a resistência do
conjunto
*Idem
Natureza Múltipla:
Varia com a Umidade Relativa do Ar
Varia com o grau de hidratação do
cimento
Possui Rel. a/c maior que na matriz
de pasta de cimento, gerando:
1) microfissuração
2) < densidade ;
3) presença de [Ca(OH)2 ]
4) > porosidade < resistência
Se apresentar relação epitáxica, irá
obter maior resistência.
Obs.: Torna-se difícil prever com exatidão o comportamento do concreto
Relação Resistência x Porosidade :
S = S0 e − kp ( para materiais hom ogêneos simples )
Os aspectos singulares da estrutura do concreto podem ser resumidos como segue:
1) Há uma terceira fase, a zona de transição, que representa a região interfacial entre as partículas
de agregado graúdo e a pasta. Sendo uma camada delgada, tipicamente de 10 a 50 µm de espessura ao
redor do agregado graúdo, a zona de transição é geralmente mais fraca do que os outros dois componentes
principais do concreto, e, consequentemente, exerce uma influência muito maior sobre o comportamento
mecânico do concreto do que pode ser esperado pela sua espessura.
2) Cada uma das fases é de natureza múltipla. Por exemplo, cada partícula de agregado pode
conter vários minerais, além de microfissuras e vazios. Analogamente, tanto a matriz de pasta como a
zona de transição contêm geralmente uma distribuição heterogênea de diferentes tipos e quantidades de
fases sólidas, poros e microfissuras.
3) Diferentemente de outros materiais de engenharia, a estrutura do concreto não permanece
estável. Isto porque dois constituintes - a pasta e a zona de transição - estão sujeitas a modificações com o
tempo, umidade ambiente e temperatura.
Por essas razões os modelos teóricos de relação estrutura-propriedades, de modo geral tão
importantes na previsão do comportamento dos materiais de engenharia, são de pouco uso no caso do
concreto. Um conhecimento amplo dos aspectos importantes da estrutura dos constituintes individuais do
concreto é contudo essencial para o entendimento e controle das propriedades do material composto.
134
Estrutura da Fase Agregado:
A fase agregado é predominantemente responsável pela massa unitária, módulo de elasticidade e
estabilidade dimensional do concreto. Estas propriedades do concreto dependem em larga extensão da
densidade e resistência do agregado, que por sua vez, são determinadas mais por características físicas do
que por características químicas. Em outras palavras, a composição química ou mineralógica das fases
sólidas do agregado são comumente menos importantes do que características físicas tais como número ,
tamanho e distribuição de poros.
Além da porosidade, a forma e a textura do agregado graúdo também afetam as propriedades do
concreto.
Sendo geralmente mais resistente do que as duas outras fases do concreto, o agregado não tem
influência direta sobre a resistência do concreto, exceto no caso de alguns agregados altamente porosos e
fracos, como o agregado de pedra-pomes, que baixam a resistência do conjunto.
Quanto maior em tamanho e mais elevada a proporção de partículas chatas e alongadas do
agregado, maior será a tendência do filme de água se acumular próximo à superfície do mesmo, haverá
maior propensão à fissuração, enfraquecendo assim a zona de transição pasta-agregado. Este fenômeno é
conhecido como exsudação interna.
Estrutura da pasta endurecida:
Ao comentar a hidratação do cimento boa parte do assunto já foi discutido, mas é importante
estudar os vazios e a água contida na pasta em suas várias formas.
a) Vazios na pasta de cimento:
Espaço interlamelar no C-S-H. Powers assumiu que a largura do espaço interlamelar na estrutura
do C-S-H é de 18Å (1,8 nm) e determinou que ele é responsável por 28% da porosidade capilar no C-S-H
sólido. Este tamanho de vazio é muito pequeno para ter um efeito desfavorável sobre a resistência e a
permeabilidade da pasta. No entanto, a água nestes pequenos vazios pode ser retida por pontes de
hidrogênio, e a sua remoção sob determinadas condições pode contribuir para a retração por secagem e
para a fluência.
Vazios capilares. Os vazios capilares representam o espaço não preenchido pelos componentes
sólidos da pasta. O volume total de uma mistura cimento-água permanece essencialmente inalterado
durante o processo de hidratação. A densidade média dos produtos de hidratação é consideravelmente
menor do que a densidade do cimento portland anidro; estima-se que 1cm³ de cimento, após hidratação
completa, requer ao redor de 2cm³ de espaço para acomodar os produtos de hidratação.
O espaço não ocupado pelo cimento ou pelos produtos de hidratação consiste de vazios capilares,
sendo a quantidade e o tamanho dos capilares diretamente proporcionais à relação água/cimento e
inversamente proporcionais ao grau de hidratação.
Obs.: Não é a porosidade total, mas a distribuição do tamanho dos poros que controla
efetivamente a resistência, a permeabilidade e as variações de volume em uma pasta de cimento
endurecida. A distribuição do tamanho dos poros é afetada pela relação A/C e pela idade (grau de
hidratação) do cimento. Os poros grandes (>50nm) influenciam principalmente a resistência à
compressão e a permeabilidade. Os poros pequenos (<50nm) influenciam mais a retração por secagem e a
fluência.
Ar incorporado. Enquanto os vazios capilares tem forma irregular, os vazios de ar incorporado são
geralmente esféricos. O ar pode ser aprisionado na pasta fresca de cimento durante a operação de mistura.
O ar incorporado provém da utilização de aditivos. Ambos os vazios de ar na pasta são muito maiores do
que os vazios capilares, sendo capazes de afetar negativamente a resistência e a impermeabilidade.
b) A água na pasta endurecida:
A água pode estar presente na pasta de várias formas:
135
Água capilar. Esta é a água presente nos vazios maiores que 50Å (5nm). É composta de água livre,
cuja remoção não causa qualquer variação de volume (vazios > 50nm) e a água retida por tensão capilar
em capilares pequenos (5 a 50 nm) cuja remoção pode causar a retração no sistema.
Água adsorvida. É a água que está próxima à superfície do sólido e sob a influência de forças de atração,
as moléculas de água estão fisicamente adsorvidas. Pode ser retirada por secagem da pasta a 30% de
umidade relativa. A perda dessa água provoca retração da pasta por secagem.
Água interlamelar. É a água associada à estrutura do C-S-H. É retirada somente por secagem forte (abaixo
de 11% de umidade relativa). Sua saída provoca considerável retração na estrutura do C-S-H.
Água quimicamente combinada é a água que faz parte da estrutura de vários produtos hidratados do
cimento. Não pode ser retirada sem a decomposição do material.
Estrutura da Zona de Transição:
Primeiro, em concreto recentemente compactado, um filme de água forma-se ao redor das
partículas grandes de agregado. Isto pode levar a uma relação água / cimento mais elevada nas
proximidades do agregado graúdo do que longe dele (i.e., na matriz de argamassa). Em seguida,
analogamente à matriz, os íons de cálcio, sulfato, hidroxila e aluminato formados pela dissolução dos
compostos de sulfato de cálcio e de aluminato de cálcio, combinam-se para formar etringita e hidróxido
de cálcio. Devido à relação água/cimento elevada, estes produtos cristalinos vizinhos ao agregado graúdo
consistem de cristais relativamente grandes, e consequentemente, formam uma estrutura mais porosa do
que na matriz de pasta de cimento ou na matriz de argamassa. Os cristais em placa de Ca(OH) 2 tendem a
formar-se em camadas orientadas. Finalmente, com o progresso da hidratação, o C-S-H pouco
cristalizado e uma segunda geração de cristais menores de etringita e de hidróxido de cálcio começam a
preencher os espaços vazios entre o reticulado criado pelos cristais grandes de etringita e de hidróxido de
cálcio. Isto ajuda a aumentar a densidade e consequentemente, a resistência da zona de transição.
Resistência da zona de transição: Como no caso da pasta, a causa de adesão entre os produtos de
hidratação e a partícula de agregado são as forças de atração de Van der Walls; portanto, a resistência da
zona de transição em qualquer ponto depende do volume e do tamanho dos vazios presentes. Mesmo para
concreto de baixa relação água / cimento, nas primeiras idades, o volume e o tamanho de vazios na zona
de transição serão maiores do que na matriz de argamassa; consequentemente, a zona de transição é mais
fraca em resistência. Contudo, com o aumento da idade, a resistência da zona de transição pode tornar-se
igual ou mesmo maior do que a resistência da matriz de argamassa. Isto poderia acontecer como resultado
da cristalização de novos produtos nos vazios da zona de transição através de reações químicas lentas
(relação epitáxica) entre constituintes da pasta de cimento e o agregado, formando silicatos de cálcio
hidratados no caso de agregados silicosos, ou carboaluminatos hidratados em caso de calcário. Tais
interações contribuem para a resistência porque tendem também a reduzir a concentração de hidróxido de
cálcio na zona de transição.
Influência da zona de transição nas propriedades do concreto: A zona de transição, geralmente o elo
mais fraco da corrente, é considerada a fase de resistência limite no concreto. É devido à presença da
zona de transição que o concreto rompe a um nível de tensão consideravelmente mais baixo do que a
resistência dos dois constituintes principais.
A zona de transição contém microfissuras resultantes de carregamento em curto prazo, retração
por secagem, e fluência.
Não sendo necessários níveis elevados de energia para estender as fissuras já existentes na zona de
transição, até com tensões de 40 a 70% da resistência última, já são obtidos maiores incrementos de
deformação por unidade de força aplicada. Isto explica o fato de que os constituintes do concreto (i.e.,
agregado e pasta ou argamassa) comumente permanecem elásticos até à fratura num ensaio de
compressão uniaxial, enquanto o concreto mostra comportamento elasto-plástico.
Em níveis de tensão maiores do que 70% da resistência última, as concentrações de tensão nos
poros grandes da matriz de argamassa tornam-se suficientemente grandes até iniciar novas fissuras. Com
tensões crescentes, essas novas fissuras da matriz propagam-se gradativamente até se unirem às fissuras
originadas na zona de transição. O sistema de fissuras torna-se então contínuo e o material rompe.
136
As características da zona de transição também influenciam a durabilidade do concreto. Os
elementos em concreto armado e protendido rompem freqüentemente devido à corrosão da armadura. A
velocidade de corrosão do aço é enormemente influenciada pela permeabilidade do concreto. A existência
de microfissuras na zona de transição na interface com a armadura e o agregado graúdo é a razão
principal do concreto ser mais permeável do que a pasta ou a argamassa correspondente. Deve-se notar
que a difusão do ar e da água é um pré-requisito necessário à corrosão do aço no concreto.
Concreto: - boa resistência à compressão;
- baixa resistência à tração: fc ≅ 10 ft
7.1.4 Resistência à compressão (NB-1/2004)
Obtida em ensaios de cilindros moldados segundo a NBR 5738, realizados de acordo com a NBR
5739. Para a resistência à compressão média, fcmj e resistência fckj especificada, seguir a NBR 12655.
Nos ensaios de flexão, obtêm-se valores da resistência à tração da ordem do dobro das resistências obtidas
por tração simples.
Para se determinar a resistência à tração com melhor precisão, só se utiliza hoje o método de Lobo
Carneiro que aplica compressão diametral no corpo de prova cilíndrico de 15 x 30 cm. Assim, tem-se:
2P
, onde P é a carga de ruptura, D = 15cm e L = 30cm.
ft =
πDL
Em seu item 7.1.5 a NB-1/2004 diz sobre a resistência à tração do concreto:
A resistência à tração direta fct pode ser considerada igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f ou, na falta de ensaios para
obtenção de fct,sp e fct,f, pode ser avaliada por meio das expressões (1) a (3).
fctm = 0,3 fck2/3 (1)
fctK,inf = 0,7 fctm (2)
fctk,sup = 1,3 fctm (3)
137
Principais Fatores que afetam a Resistência Mecânica:
RESISTÊNCIA DO CONCRETO
PARÂMETROS DA AMOSTRA
Dimensões
Geometria
Estado de Umidade
Resistência das Fases
Componentes
POROSIDADE DA MATRIZ
Fator água / cimento
Adições Minerais Pozolânicas
Grau de Hidratação *
Conteúdo do Ar **
POROSIDADE
DO AGREGADO
PARÂMETROS DE CARREGAMENTO
Tipo de Tensão
Vel. de Aplicação da Tensão
POROSID. DA Z. DE TRANSIÇÃO
Fator água / cimento
Adições Minerais Pozolânicas
Características Granulométricas
Grau de Compactação
Grau de Hidratação *
Interação Química entre
Agregado e a Pasta de Cimento
* Grau de Hidratação: Tempo de Cura / Temperatura / Umidade
** Conteúdo do Ar: Ar Aprisionado / ar Incorporado
Parâmetros da Amostra:
COMENTÁRIOS GERAIS:
Forma e Dimensões dos Corpos de Prova:
Corpo de prova cilíndrico: altura
diferentes.
em relação ao diâmetro da base
resultados
A ABNT adota o cilindro h = 2d e considera os de 15 x 30cm como padrão para concreto.
d=
3 x DMC do agregado
fc cilíndrica ≅ 0,8 fc cúbica
138
A tabela seguinte, adotada pelo comitê euro-internacional do concreto (CEB), dá
indicações sobre os fatores de conversão:
Tipo de
Corpo de
Prova
Dimensões
(cm)
cilindro
cilindro
cilindro
15 x 30
10 x 20
45 x 90
cubo
cubo
cubo
cubo
prisma
prisma
10
15
20
30
15 x 15 x 45
20 x 20 x 60
Coeficiente de Correção ao
corpo de prova cilíndrico
padrão (15 x 30) cm
Multiplicar
por
Limites de
variação
1,00
0,97
1,16
0,94 a 1,00
1,12 a 1,20
0,80
0,80
0,83
0,90
1,05
1,05
0,70 a 0,90
0,70 a 0,90
0,75 a 0,90
0,80 a 1,00
0,90 a 1,20
0,90 a 1,20
Os resultados são também afetados pelo estado da superfície de contato com os
pratos da máquina de ensaio, com o teor de umidade dos corpos de prova e pela influência
do atrito na superfície do concreto.
Parâmetros de Carregamento:
Velocidade de aplicação da Carga de Ensaio
A carga deve ser aplicada de forma contínua e uniformemente crescente para dar
resultados aceitáveis como representativos da resistência, além de reprodutíveis.
Duração da Carga
Os resultados variam com o tempo de realização do ensaio.
Assim, é necessário padronizar os incrementos de carga por unidade de tempo para
que os resultados sejam reprodutíveis.
Obs.: É bom lembrar que os ensaios da norma são rápidos e que, conforme as teorias
de ruptura, o mesmo material só suporta, na prática, aprox.70% da tensão que ele resiste
no ensaio rápido.
RELAÇÃO RESISTÊNCIA x POROSIDADE:
Em geral, existe uma relação fundamental inversa entre porosidade e resistência de
sólidos que, para materiais homogêneos simples, pode ser descrita com a expressão:
−k p
S = So.e
onde S é a resistência do material que possui uma dada porosidade p, S0 é a resistência
intrínseca para porosidade zero e k é uma constante. Para muitos materiais, a razão S/So
versus porosidade representada em um gráfico segue a mesma curva. A relação inversa
entre porosidade e resistência não é limitada aos produtos cimentícios, mas geralmente
aplicável a uma grande variedade de materiais como ferro, aço, gesso, alumina sinterizada,
etc.
139
Powers encontrou para três tipos diferentes de argamassas:
fc28 = ay3
onde,
a é resistência intrínseca do material com porosidade zero ( = 234 MPa).
y a razão sólidos/vazios ou a fração de sólidos no sistema, que é portanto igual a (1-p).
Embora na pasta ou argamassa de cimento endurecido a porosidade possa ser
relacionada à resistência, no caso do concreto a situação não é simples. A presença de
microfissuras na zona de transição entre o agregado graúdo e a matriz de pasta de cimento
faz do concreto um material muito complexo para o prognóstico da resistência
através das relações exatas resistência-porosidade. A validade geral da relação,
contudo, deve ser respeitada, porque as porosidades das fases componentes do concreto,
incluindo a zona de transição, tornam-se de fato limitantes da resistência. Para um
concreto contendo agregados compactos e de alta resistência, a resistência do material será
governada tanto pela resistência da matriz da pasta de cimento como pela resistência da
zona de transição.
Relação água / cimento x Tamanho Médio de Poros
Relação Água/aglomerantes x Diâmetro médio de poros
1,55
Y =0,9827+0,83945 X
Diâmetro médio de poros (micra)
1,50
1,45
1,40
Y = A + B1 * X
Parameter
Value Error
-----------------------------------------------------------A
0,9827 0,02946
B1
0,83945
0,0638
------------------------------------------------------------
1,35
1,30
R-Square(COD)
SD
N
P
-----------------------------------------------------------0,98296
0,01669
5
9,48619E-4
------------------------------------------------------------
1,25
1,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
Relação Água/aglomerantes
Fig. 5.20 - Relação água/aglomerantes x Diâmetro médio dos poros.
Em pesquisa realizada pelo autor com microscopia eletrônica de varredura (MEV) e
análise de imagens, constatou-se que o diâmetro médio dos poros cresce com o aumento
da relação A/C. Aplicando-se regressão linear aos dados da Tabela abaixo, obtém-se uma
reta, como a da figura acima, onde há uma dependência direta e muito forte (R2 > 0,98)
entre a relação água/aglomerantes e a dimensão média dos poros.
140
Tabela – Distribuição de tamanhos de poros por MEV
(Aumentos de 1000x e imagens com 5% de vazios)
Lâmina
µfoto
Fator de
Forma (médio)
% Poros com
FF > 0,60
No de Poros
processados
1011N
1011F
1301N
1301F
2021N
2021F
3202F
12N03
12F03
14N03
24F03
35N03
35F03
46F03
T12
T14
T16
T22
T24
T28
T32
T34
T38
T42
T44
T48
0,83
0,81
0,82
0,80
0,84
0,82
0,82
0,81
0,80
0,84
0,82
0,82
0,81
0,82
0,83
0,82
0,80
0,82
0,82
4,27
3,39
4,13
4,37
4,19
3,96
3,72
4,11
3,97
4,07
3,76
3,98
3,93
4,18
4,06
4,41
4,14
4,22
3,69
253
239
270
265
312
297
224
127
130
87
146
105
124
154
166
157
157
149
162
T1
T2
T3
T4
Comentários sobre os dados da Tabela acima:
Diâmetro
Médio
(µm)
1,258
1,184
1,225
1,259
1,128
1,152
1,283
1,703
1,708
2,014
1,564
1,839
1,702
1,640
1,581
1,667
1,583
1,576
1,495
Médias
e
Rel. A/C
1,235
x = 0,300
1,796
x = 0,620
1,677
x = 0,517
1,632
x = 0,458
1,556
x = 0,338
a) Da mesma forma foram feitas análises de variância, tendo sido encontrados resultados
de semelhança dos diâmetros médios dentro de cada traço Ti e de diferença estatística em
relação às médias para cada valor de A/C (última coluna da tabela), assim eles resultam
comparáveis entre si, dentro da resolução aqui aplicada, onde 1pixel vale 0,129µm;
b) A fissuração aumenta com a passagem pelo fogo, mas o diâmetro dos poros não;
c) Há uma dependência direta e muito forte (R2 > 0,98) entre a relação água/aglomerantes
e a dimensão média dos poros, conforme a Figura 5.20 acima.
Relação água / cimento:
É ponto pacífico na tecnologia do concreto ser a relação A/C o principal fator que governa
as propriedades do concreto. Na prática, considera-se que a resistência à compressão do
concreto é uma função da relação A/C, do grau de hidratação do cimento e do grau de
adensamento (condicionante operacional).
Para os concretos plenamente adensados (1% de vazios de ar), pode-se dizer que é
válida a lei de Abrams:
“A resistência varia na razão inversa da relação água / cimento, dentro dos limites práticos
de aplicação, isto é, relações A/C >0,30”.
Abrams exprimiu sua lei pela fórmula logarítmica: fc =
K1
K 2x
141
Onde, K1 é um valor da ordem de 100 a 1000 e K2 varia com a idade e qualidade do
aglomerante; quanto maior a idade e melhor a qualidade do cimento, tanto menor o valor
de K2.
fc e x são, respectivamente, a resistência à compressão e a relação água/cimento.
Observações:
a) A influência do cimento em quantidade já está implicitamente considerada dentro do
fator A/C.
b) Os valores de K 1 e K 2 são constantes para cada conjunto de materiais em concretos de
mesma idade (mesmo grau de hidratação) e podem ser determinados experimentalmente, o
que será visto em trabalho prático.
c) Outras expressões também correlacionam a resistência com o inverso da relação A/C,
conforme
Bolomey, O’Reilly, etc.
Fig. – Relações A/C x Resistência para concretos com CP II E-32 e CP V - ARI
Relação A/C em função da Durabilidade do concreto :
O Comitê ACI 613 do Instituto Americano do Concreto propõe os seguintes valores
máximos da relação A/C para vários tipos de estrutura e graus de exposição:
Ver página seguinte
142
TIPO OU LOCAL DA ESTRUTURA
(grau de exposição)
Relação água / cimento em peso
Clima severo
grande ∆T
Clima moderado
chuvoso ou árido
a) Partes da estrutura sujeitas a severas condições de exposição
tais como: muros, vertedouros de barragens, canais, etc
0,45
0,55
b) Partes de túneis, sifões sujeitos a gelo e degelo e parte
externa de concreto massa
0,50
0,55
c) Estruturas submersas ou de certa forma protegidas de
intemperismos
0,58
0,58
d) concreto sujeito ao ataque de sulfatos, álcalis do solo a água
do mar
0,40
0,50 *
e) Concreto bombeado sob água
0,45
0,45
f) Revestimento de canais
0,53
0,58
Obs: Pela tabela IV, também do ACI, seções finas com menos
de 2,5 cm de recobrimento
0,49
0,53
* Caso o cimento seja resistente aos sulfatos
Relações A/C < 0,30. Num concreto de baixa e média resistência preparado com agregado
comum, ambas as porosidades, da zona de transição e da matriz determinam a resistência,
e é valida a lei de Abrams, entre o fator água/cimento e a resistência do concreto. Isto
parece não mais ser o caso em concretos de alta resistência e alto desempenho, cujo fator
A/C é muito baixo. Para Relações A/C abaixo de 0,30, aumentos desproporcionalmente
elevados na resistência à compressão podem ser conseguidos para pequenas reduções no
fator A/C. O fenômeno é atribuído principalmente à melhora significativa da resistência da
zona de transição obtida para fatores A/C muito baixos. Uma das explicações é que o
tamanho dos cristais de hidróxido de cálcio diminui com a redução do fator água /
cimento.
143
GRAU DE HIDRATAÇÃO – IMPORTÂNCIA DA CURA
EXPRESSÕES DO TIPO:
1
f c j = AG . Rc j (M1 log + M 2 )
ou
fc = K 1 / K X2
x
carregam, implicitamente, uma dependência das condições de concretagem e de cura,
assim:
fc = ƒ( x, GH, GAd )
(≅ 1% de vazios de ar)
Grau de Adensamento
Grau de Hidratação
Para dada Thid ,
GH
ƒ (idade t) ; GH = ƒ (Umidade, idade, temperatura)
fc
P/ dado x
porosidade da pasta = ƒ(GH)
(inversa)
Em C.N.T., GH =ƒ(Condições de Saturação)
Vel. de Hid → 0 p/ pressão de vapor < 80% da p de
saturação
GH =ƒ(idade, umidade, temperatura)
Idade:
(tempo-resistência) supõe cura úmida + Tnormal
COMO ACELERADORA
P/ dado a/c, maior tempo de cura úmida significa > fc (até completar GH)
fc x tempo (idade)
Umidade:
fcm(t) = fc28 [t/(4 + 0,85t)] ; Comitê 209 do ACI (pág. 94)
fc180 c/c/ úmida = 3 fc180 c/c/ ao ar
Norma : cura úmida ≥ 7dias p/ cimento ARI e >>7dias p/ outros CP’s
Temperatura: (T)
história tempo-temperatura [ TLanç + TCura ]
(0 → 2h)
fc = ƒ(T)
Tmédia durante toda a cura
fc p/ 4°C < TLanç. < 13°C , >> fc180 que para TLanç. [(24, 29, 38 ou 46°C)] todos
curados a TCura = 21°C
melhor distribuição de tamanho dos poros (<<)
2 - (Grau de hidratação) Idade:
Em C.N.T., GH =ƒ(Condições de Saturação)
Vel. de Hid → 0 p/ pressão de vapor < 80% da p de
Saturação
Idade: Deve ser lembrado que as relações tempo-resistência em tecnologia do concreto
geralmente supõem condições de cura úmida e temperatura normal.
144
Para um dado fator A/C, quanto maior o período de cura úmida maior a
resistência, admitindo-se que a hidratação das partículas de cimento anidro continua
ocorrendo.
A avaliação da resistência à compressão com o tempo é de grande interesse para os
engenheiros construtores.
O comitê 209 do ACI recomenda a seguinte relação para CP comum:
fcm(t) = fc28 [t/(4 + 0,85t)]
Normalmente o concreto é ensaiado com 3, 7 e 28 dias sendo que, com os resultados
dos ensaios nas idades menores (3 e 7 dias), já se pode obter informações sobre o concreto
futuro.
Segundo Petrucci:
fc7 = 1,35 a 1,65 fc3
fc28 = 1,25 a 1,50 fc7
fc28 = 1,70 a 2,50 fc3 fc90 = 1,05 a 1,20 fc28
fc365 = 1,10 a 1,35 fc28
Obs.: como regra, o autor coloca que o coeficiente decresce para os concretos de
maior resistência e propõe a seguinte tabela:
fc28 em MPa
< 18
18 a 25
25 a 35
35 a 45
> 45
fc28 ÷ fc7
1,50
1,40
1,35
1,30
1,25
fc7 ÷ fc3
1,65
1,55
1,45
1,40
1,35
fc28 ÷ fc3
2,50
2,25
2,00
1,80
1,70
Há outras expressões que correlacionam a resistência com a idade para concretos curados
de forma normal. A NBR6118/2003 apresenta a seguintes indicações:
“Quando não for indicada a idade, as resistências referem-se à idade de 28 dias”.
“A evolução da resistência à compressão com a idade deve ser obtida através de ensaios
especialmente executados para tal. Na ausência desses resultados experimentais podem-se
adotar, em caráter orientativo, os valores indicados na Tabela 1”.
145
Tabela 1 - Relações fcj/fc, admitindo cura úmida em temperatura de 21º a 30º C
(Grau de hidratação) Umidade:
A influência da umidade de cura sobre a resistência do concreto é evidente:
fc180 c/c/ úmida = 3 fc180 c/c/ ao ar
Norma: cura úmida ≥ 7dias p/ cimento ARI e >>7dias p/ outros cimentos
(Grau de hidratação) Temperatura:
fc p/ 4°C < TLanç. < 13°C , >> fc180 que para TLanç. [(24, 29, 38 ou 46°C)] todos curados a
TCura = 21°C
melhor distribuição de tamanho dos poros (<<)
A partir de estudos microscópicos, muitos pesquisadores concluíram que, para cura a
baixas temperaturas, uma microestrutura relativamente mais uniforme da pasta de cimento
hidratada (principalmente quanto à distribuição do tamanho dos poros) explicaria a maior
resistência.
De um concreto curado no verão ou em clima tropical pode-se esperar que tenha
uma resistência inicial maior, porém uma menor resistência final do que o mesmo concreto
curado no inverno ou em clima frio.
Adições Minerais :
As adições minerais ativas, isto é, aquelas que possuem atividade pozolânica irão
contribuir para a melhoria geral de qualidade do concreto produzido. Obtém-se maior
coesão, maior compacidade e resistência pela formação de mais C-S-H, maior
durabilidade pela combinação do hidróxido de cálcio com a pozolana, menor
permeabilidade, etc.
Características Granulométricas:
A ABNT estabelece que o fator de forma médio dos graúdos deve ser < 3. Já a
AFNOR estabelece os limites para o coeficiente volumétrico médio dos agregados
graúdos:
146
Tipo de concreto
Seixo rolado
brita
Concreto de alta resistência e
de baixa permeabilidade (barragens)...............0,25.........................0,20
outros concretos ..............................................0,15.........................0,12
Observações:
a) Agregado graúdo > influência pela forma dos grãos,
Agregado miúdo > influência pela granulometria (MF > para menor consumo de
água).
b) Pedregulho: 80% de água em relação às britas, para = Slump.
c) Britas: > aderência (ligação epitáxica), > resistência ao desgaste e à tração.
d) Granulometria contínua para > trabalhabilidade e > compacidade e > resistência
final.
Tipo de Cimento:
Além da quantidade o cimento influi também pela qualidade. Assim, um concreto
preparado com o CP ARI será mais resistente que o mesmo feito com um CP 40 ou um CP
32, para a mesma dosagem e mesmo grau de hidratação.
Influência do Agregado Graúdo:
Fatores Operacionais: (Mistura, Transporte, Lançamento, Adensamento e Cura)
Quanto aos fatores externos, e sem entrar em detalhes neste momento, pode-se dizer
que o traço do concreto dosado já possui um potencial de resistência que lhe é
característico e que os fatores externos, que são fatores operacionais, se não forem bem
executados, só tendem a baixar a resistência que seria possível obter.
147
RESISTÊNCIA x CONSISTÊNCIA ( SLUMP TEST) :
Apresentam-se abaixo alguns valores de resistência de um concreto em que a única
variável foi a consistência, no caso representada pelo Slump test. Pela expressão de
O’Reilly um concreto com Slump 16cm perde 5% de sua resistência em relação a ele
mesmo com o Slump de 6cm.
Fórmula de Bolomey ampliada por O’Reilly:
f c = 0,5 Rc ( M 1 log
1
+ M2 )
x
Onde,
fc = Resistência do concreto em Mpa
Rc = Resistência do cimento em Mpa
x = relação A/C
M1 e M2 são as constantes de O’Reilly que variam com a consistência do concreto, seus
valores já foram informados.
M1 = 4,6259 - 0,0604.S
cm.
S = valor da consistência (Slump) do concreto em
M2 = e (-1,3125 + 0,0283.S)
Alguns Exemplos Numéricos:
Slump(cm)
4
6
8
10
12
14
16
6
6
6
6
6
6
M1
M2
4,3843
4,2635
4,1427
4,0219
3,9011
3,7803
3,6595
0,3014
0,3189
0,3375
0,3572
0,3780
0,4000
0,4233
4,2635
0,3189
x
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,40
0,33
0,53
0,38
0,35
0,27
Rc (CP III)
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
47,3
58,0
58,8
fc
38,3
37,9
37,5
37,1
36,7
36,4
36,1
47,7
55,7
35,0
50,0
65,0 (CP V)
80,0 (CP V)
∆ n/6
101
100
99
98
97
96
95
-
Como se vê na Tabela acima, a perda de resistência é de 1% para cada 2cm de aumento no
abatimento do tronco de cone (Slump Test).
Como a adequada concretagem é essencial para a qualidade do concreto, conclui-se que a
resistência a ser atingida depende muito mais do traço que efetivamente está sendo rodado na betoneira
do que o “controle rigoroso” do Slump no momento de produzí-lo. Se o traço tem alta relação
agregado/cimento, ele irá, com certeza, exigir um teor alto de água, e sua relação A/C será também alta.
Não adianta forçar sobre o valor do slump.
148
PERMEABILIDADE DO CONCRETO
O concreto é material necessariamente poroso, pois não é possível preencher a totalidade dos
vazios entre os agregados com uma pasta de cimento, que por si só, já é porosa.
Outras razões:
a) QÁgua de amassamento > Qreativa com o cimento. A água em excesso, ao evaporar, deixa vazios.
b) Retração autógena. Vcomponentes > Vprodutos da reação
c) Ar remanescente aprisionado durante a mistura do concreto.
Obs.: Mesmo os concretos excelentes possuem porosidade da ordem de 10%.
A interconexão dos vazios deixa o concreto permeável à água. A permeabilidade torna-se a
principal propriedade para os concretos que, expostos ao ar, sofrem ataques de águas agressivas ou
a ação destruidora dos agentes atmosféricos. Concretos mais permeáveis são, portanto, de menor
durabilidade. Da mesma forma, assume importância essa propriedade nos concretos de estruturas
hidráulicas.
A absorção é o fenômeno físico pelo qual o concreto retém água nos seus poros e condutos
capilares (Ver estrutura da pasta endurecida).
A Permeabilidade é definida como a propriedade que governa a taxa de fluxo de um fluido para o
interior de um sólido poroso. Na situação de Fluxo contínuo, o coeficiente de permeabilidade (K) é
determinado pela expressão de Darcy:
dq/dt = K.( ∆H.A / Lµ)
onde, dq/dt é a taxa do fluxo de fluido, µ, a viscosidade do fluido, ∆H , o gradiente de pressão, A, a área
da seção e L, a espessura do sólido. Como o coeficiente de permeabilidade de um concreto é maior para
água líquida do que para gases ou vapor de água é normalmente estudada a permeabilidade à água.
PERMEABILIDADE DO CONCRETO > PERMEABILIDADE DA PASTA
OU DO AGREGADO
MICROFISSURAS
E
EXSUDAÇÃO NA ZONA DE
TRANSIÇÃO
COMBATE
< RELAÇÃO A/C (<0,54)
ADEQUADA DOSAGEM DE FINOS
“
OPERAÇÃO DE MISTURA
“
OPERAÇÃO DE CURA
TAMANHO E FORMA DO AGREGADO
< DEFORMAÇÕES TÉRMICAS
< RETRAÇÃO NA SECAGEM
IMPEDIMENTO DE CARGA PREMATURA
“
“
“
EXCESSIVA
149
REDUÇÃO NA PERMEABILIDADE DA PASTA DE CIMENTO COM A
EVOLUÇÃO DA HIDRATAÇÃO
(RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO = 0,70).
idade (dias)
Coeficiente de permeabilidade
(cm/s x 10 −11 )
Fresca
5
6
8
13
24
Final
20.000.000
4.000
1.000
400
50
10
6
À medida que a hidratação progride, a maioria dos poros vão sendo reduzidos a um
pequeno tamanho (≤ 100nm) e perdendo também as suas interconexões; deste modo a
permeabilidade diminui. No concreto bem curado a pasta de cimento não é o principal
fator a contribuir para a permeabilidade.
Permeabilidade dos Agregados
Apesar de uma menor porosidade (3 a 10%), observa-se que os coeficientes de
permeabilidade de agregados variam da mesma forma que os de pastas endurecidas de
cimento com relações A/C na faixa de 0,38 a 0,71.
COMPARAÇÃO ENTRE AS PERMEABILIDADES DE ROCHAS
E DE PASTAS DE CIMENTO:
Tipo de rocha
Basalto denso
Diorito de quartzo
Mármore
Granito
Arenito
Granito
Coeficiente de permeabilidade
(cm/s)
2,47 x 10-12
8,28 x 10-12
5,77 x 10-10
5,35 x 10-9
1,23 x 10-8
1,56 x 10-8
Relação A/C de pasta hidratada
com o mesmo coeficiente de de
permeabilidade
0,38
0,42
0,66
0,70
0,71
0,71
A maioria dos poros capilares em uma pasta de cimento hidratada situa-se na faixa
de 10 a 100nm, enquanto os poros nos agregados são, em média, maiores que 10µm. Em
alguns calcários e outras rochas a distribuição dos poros envolve uma quantidade
considerável de poros mais finos; a permeabilidade é baixa, mas os agregados estão
sujeitos a expansões e fissuração associadas ao lento movimento da umidade e à pressão
hidrostática resultante.
150
Permeabilidade do Concreto
Ex.: O concreto de baixo consumo de cimento (<150kg/m³) usado em barragens contendo agregados de
até 150mm e rel.A/C de 0,75 apresenta coeficiente da ordem de 30 vezes superior ao do concreto
estrutural ( consumo de 350kg/m³, DMC = 25mm e rel.A/C 0,50); 30 x 10 −10 e 1 x 10 −10 cm/s ,
respectivamente.
A explicação para a maior permeabilidade de argamassas ou concretos em relação à pasta
de cimento correspondente reside nas microfissuras que estão presentes na zona de transição entre
o agregado e a pasta.
Segundo Sousa Coutinho, sempre que seja necessária estanqueidade numa construção, o
coeficiente de permeabilidade do concreto não deve ultrapassar 10 −5 cm/h (3,6 x 10-10 m/s); quando se
exige estanqueidade excepcionalmente elevada, deve-se tomar um limite dez vezes inferior àquele.
Trabalhos de McMilan e Lyse indicam que não se deve usar relações A/C maiores que 0,54 em
seções delgadas (K< 0,5 x 10 −5 cm/h) nem maiores que 0,62 no concreto massa [K = (1,0 a 1,5 ) x
10 −5 cm/h].
Obs.: “É considerado impermeável um concreto no qual a penetração de água não ultrapasse 3cm para
pressões hidrostáticas de 0,1MPa durante 48 horas e 0,7 MPa em 24 horas” (dado do I Simpósio
Brasileiro de Impermeabilização na Construção Civil).
PERMEABILIDADE DO CONCRETO – DADOS PRÁTICOS
DMC
(mm)
Coeficiente de Permeabilidade (m/s)
RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO
Pasta
4,8*
38
0,4
6,11 x 10-13
0,6
5,0 x 10-14
3,33 x 10-12
1,11 x 10-11
0,7
1 x 10-13
1,11 x 10-11
4,72 x 10-11
0,8
4,17 x 10-11
1,11 x 10-11
1,0
2,22 x 10-12
5,42 x 10-10
76
1,06 x 10-12
1,94 x 10-11
6,11 x 10-11
1,80 x 10-10
6,94 x 10-10
100
1,39 x 10-12
2,78 x 10-11
1,11x 10-10
-
-
* argamassa 1:3
A permeabilidade cresce com a relação A/C.
151
INFLUÊNCIA DO CONSUMO DE CIMENTO – CONCRETO CONVENCIONAL
Módulo de
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (M/S)
Finura do
Consumo de Cimento (kg/m3)
DOSAGEM
Agregado
300
600
900
1200
miúdo
A
1,40
1,67 x 10-10 1,39 x 10-11 3,33 x 10-12 2,22 x 10-12
B
2,80
6,94 x 10-11 1,03 x 10-12 1,11 x 10-12 1,47 x 10-12
C
3,84
1,25 x 10-11 1,94 x 10-12 1,36 x 10-12 1,53 x 10-12
A permeabilidade diminui com o aumento no consumo de cimento.
152
Influência da adição de Fumo de sílica – Concreto Convencional
TEOR DE CIMENTO Teor de Fumo de sílica
Coef. de
(kg/m3)
% em peso
Permeabilidade (m/s)
100
1,8 x 10-8
100
10
1,0 x 10-9
250
6,0 x 10-13
250
10
1,0 x 10-13
400
7,0 x 10-15
400
10
4,0 x 10-14
A permeabilidade diminui com a adição de microssílica e pozolanas.
Exemplo de determinação do coeficiente de permeabilidade:
153
Enquanto a absorção é de mais fácil determinação, a permeabilidade não dá resultados
facilmente reprodutíveis; principalmente porque fissuras de várias origens falseiam os resultados
dos ensaios. A água, dissolvendo ou não o hidróxido de cálcio, pode aumentar ou reduzir o
coeficiente obtido. A pressão tem também a sua influência, pois há certas dimensões de poros que só
se abrem para determinadas pressões. O grau de hidratação, como já foi visto, também influi
reduzindo a permeabilidade.
DEFORMAÇÕES DO CONCRETO
•
•
•
As variações de volume dos concretos são o resultado da soma de várias parcelas, a seguir citadas:
variação do volume absoluto dos elementos ativos que se hidratam;
variação do volume de poros internos, com ar ou água;
variação do volume de material sólido inerte (incluindo o cimento hidratado).
DEFORMAÇÕES
PRINCIPAIS CAUSAS
VARIAÇÕES DAS CONDIÇÕES AMBIENTES
RETRAÇÃO
VARIAÇÕES DE UMIDADE
AÇÃO DE CARGAS EXTERNAS
DEFORMAÇÃO IMEDIATA
DEFORMAÇÃO LENTA
DEFORMAÇÃO ELÁSTICA RETARDADA
VARIAÇÕES DE TEMPERATURA
+
FLUÊNCIA
As deformações causadoras das mudanças de volume podem ser grupadas em:
a) Causadas pelas variações das condições ambientes , tais como:
- retração → σ t ≅ 6,5 MPa
- variações da umidade (absorção e perda d’água)
- variações de temperatura.
b) Causadas pela ação de cargas internas, que originam:
- deformação imediata
- deformação lenta
A importância do conhecimento das deformações é salientada pela possibilidade de
uma fissuração, que será caminho aberto à agressão por agentes exteriores, ou pelo
surgimento de esforços adicionais nas peças com variação dimensional, em estruturas
hiperestáticas.
154
RETRAÇÃO
A retração, que é um fenômeno de variação espontânea de volume no concreto, e
em outros materiais de estrutura porosa, tem várias componentes, a saber:
1) Retração do concreto fresco :
“A pasta de cimento sofre uma redução de volume da ordem de 1% do volume
absoluto do cimento seco”. A diminuição do volume é composta, então, de:
- Sedimentação e
- retração plástica
A sedimentação corresponde a um assentamento do concreto devido à ação da gravidade,
traduzindo-se por uma retração vertical (os componentes do concreto têm densidades diferentes e,
sendo a água o elemento mais leve, gera a exsudação). Provoca uma fissuração superficial que
aparece em aprox. 20 minutos após o lançamento.
Entre as causas que afetam a sedimentação, pode-se citar a vibração prolongada e/ou transmissão
das vibrações através das armaduras, pega muito demorada, falta de finos na areia e todos os fatores que
afetam a exsudação, já apresentados. Muitas vezes, o tratamento da superfície da peça antes do início da
pega pode eliminar este tipo de defeito. Também com revibração.
A retração plástica, que é devida à rápida fuga da água de amassamento, gera fissuras que não são
progressivas.
O ábaco ao lado, do livro Concreto de Cimento Portland permite
encontrar para que condições de vento, temperatura ambiente e do
concreto, e umidade relativa, a velocidade de evaporação por
metro quadrado de superfície é susceptível ou não de provocar este
tipo de fissuração.
As fissuras ocorrem quando a velocidade de evaporação na
superfície do concreto supera a velocidade de exsudação. A
velocidade de exsudação está compreendida entre 0,5 e 1,5 l/m²/h,
não havendo risco de fissuração abaixo do mínimo.
1,8 l/m2/h > 1,5 l/m2/h
FISSURAÇÃO
As formas ou os agregados, ou ainda a evaporação influenciam esse tipo de deformação.
Ventos, aliados a uma baixa umidade relativa do ar no local e a temperatura do concreto,
superior à do ambiente são as principais causas da rápida evaporação superficial. As
fissuras ocorrem quando a velocidade de evaporação na superfície do concreto
supera a velocidade de exsudação. A velocidade de exsudação está compreendida
155
entre 0,5 e 1,5 l/m²/h, não havendo risco de fissuração abaixo do mínimo. Se a
evaporação estiver entre os dois limites, pode iniciar o aparecimento de fissuras e, acima
do limite superior, a fissuração é inevitável.
A retração plástica possui duração de 1 a 3 horas após o lançamento do concreto e o
seu valor pode atingir de 1 a 20 mm/m, conforme as condições ambientais e da obra. Ela
pode ser reduzida, por exemplo, de 6 mm/m para 0,5 mm/m com um bom tratamento de
cura.
Recomendações visando reduzir a retração plástica:
a) Umedecer as formas e a base de lançamento do concreto;
b) Reduzir a temperatura do concreto em tempo quente;
c) Evitar temperaturas elevadas do concreto, muito acima da ambiental;
d) Reduzir o tempo entre a colocação e o início da cura;
e) Proteger o concreto com coberturas temporárias (membrana de cura, tecido molhado de
cor clara, areia molhada, etc.) ou aspergir água em chuveiro entre a colocação e o
acabamento superficial;
f) Proteger a superfície do concreto da ação do vento e da radiação solar, esta para não
elevar demasiadamente a temperatura.
Obs.: O teor de cimento obviamente aumenta a retração plástica, o excesso de água de
amassamento, também.
Fissuras por retração plástica: como evitá-las
2) - Retração do concreto endurecido:
À medida que o concreto endurece em contato com o meio ambiente, sofre
contrações que, para efeito de estudo, pode ser subdividida em 3 causas distintas:
a) Retração química ou autógena, decorrente da contração de volume que
experimenta a água combinada quimicamente com o cimento.
156
b) Retração hidráulica ou por secagem, função do equilíbrio das pressões capilares
internas com a tensão do vapor saturante do meio ambiente.
c) Retração por carbonatação decorrente da ação do CO2 sobre o hidróxido de cálcio
liberado na hidratação do cimento.
Na prática é muito difícil individualizar cada um dos tipos de retração devida a cada
um dos fenômenos mencionados, havendo pouco ou nenhum interesse neste ponto, pois
acontecem simultaneamente, mas com duração diferente ao longo do tempo. Só a última é
muito mais lenta, além de indefinida, ocorrendo num prazo variável de 10 a 20 anos.
A retração química é mais marcante nos primeiros 90 dias e sua ordem de grandeza
oscila por volta de 0,12 mm/m, sendo seu valor final aproximadamente ¼ da retração
hidráulica.
A retração hidráulica ocorre mesmo com o concreto descarregado e isento de ações
mecânicas externas; o equilíbrio da água intersticial interna se faz exclusivamente pela
troca de umidade com o meio ambiente, principalmente sob a forma de perda d’água para
o exterior, havendo redução de volume do concreto. Seu valor médio é de 0,5 mm/m para
concreto simples.
PROCESSO DE CARBONATAÇÃO
(AR)
(CONCRETO)
CO2 + H2O
+
HIDRÓXIDO DE CÁLCIO
FRENTE DE CARBONATAÇÃO
REDUÇÃO DO PH
DESTRUIÇÃO DA PELÍCULA DE ÓXIDO DE FERRO
QUE PROTEGE O AÇO PASSIVADO
E
DESPASSIVIDADE
INÍCIO DO PROCESSO DE CORROSÃO
157
Com a carbonatação advêm as seguintes conseqüências:
- a permeabilidade se reduz e a resistência do concreto aumenta devido à colmatação dos
poros e dos vazios capilares pelo CaCO3 .
- a retração hidráulica aumenta após a carbonatação, por ser o CaCO3 formado mais
Ca(OH)2 .
compressível que o
- Quando a carbonatação atinge a zona da ferragem no concreto armado, a retirada do Ca(OH)2 leva à
despassivação do aço, ou seja, acaba a proteção dada pela película superficial de óxido ficando o interior
do vergalhão sujeito à continuidade da corrosão,
com isso a taxa de corrosão da armadura aumenta
consideravelmente, o que faz cair a durabilidade da estrutura. Ver figura abaixo e capítulo específico
nesta apostila.
- a retração por carbonatação aumenta em concretos submetidos a molhagens e secagens
alternadas em atmosferas contendo CO2 , podendo contribuir para a fissuração superficial
generalizada.
Obs.: A fissura é uma ruptura localizada gerada pela tensão de tração no concreto, com abertura
sempre ortogonal à ação do esforço em casos de contração.
SEQUÊNCIA NO PROCESSO DE CARBONATAÇÃO
O avanço da carbonatação é da ordem de 0,1mm/ano, mas será mais rápido para concretos mais
permeáveis, com alta relação A/C, em concreto com PH < 12 e exposto em ambientes com mais altos
teores de CO2, atmosfera urbana, por exemplo.
Um concreto simples que tenha uma retração de 0,5 mm/m e um módulo de ruptura de 21000
MPa, estará sujeito a uma tensão de tração de aproximadamente 10 MPa, quase o triplo da resistência à
tração simples dos concretos de boa qualidade (resistência à tração de 3 a 4 MPa), fissurando-se por
conseqüência, se estiver impedido de deformar-se.
158
Valores da retração:
Considerando-se a retração total ocorrida num prazo de 20 anos, tem-se que 40% dela aparece até
28 dias, 60% até 90 dias e 80% a 1 ano de idade, notando-se rápido decréscimo com o tempo, segundo
Neville.
Já segundo Petrucci, o valor da retração é da ordem de 0,4 mm/m num concreto com 300kg de
cimento / m³ e relação A/C de 0,5.
A retração decresce com o Slump e com o aumento do DMC do concreto:
Φ máx (mm)
19
38
50
Consistência Slump (cm)
5
10
15
5
10
15
5
10
15
Retração mm/m
0,63
0,71
0,79
0, 44
0,50
0,56
0,37
0,41
0,45
Nas estruturas de concreto armado, a armadura impõe restrições à deformação do concreto,
principalmente no caso de tração.
A deformação específica do concreto armado é considerada igual a 15 x 10-5 pela NBR 6118
(NB-1 da ABNT), para peças correntes.
Para o cálculo mais preciso da retração do concreto, ver Deformações e Fissuração do Concreto
em Estruturas Correntes do Engº Geraldo Cechella Isaia, publicação da UFSM-RS.
Variações de temperatura:
Os decréscimos de temperatura podem dar tensões de tração que são necessariamente tomados em
conta, se for possível a fissuração.
Coeficiente de dilatação do concreto: 1 x 10-5 / ºC → NBR 6118 (NB-1)
Coeficiente de dilatação de alguns agregados:
0,4 a 0,5 x 10-5 / ºC
Pedregulho e quartzito ............
Granitos ................ ..................
α intermediário
Calcário ...................................
0,2 a 0,3 x 10-5 / ºC
- A preocupação maior deve ser sempre com as estruturas expostas.
- Normalmente é admissível o aparecimento de fissuras no concreto armado, salvo naquelas destinadas a
conter água.
A fissuração aparece na zona de tração, onde o alongamento do aço difere do alongamento do
concreto que atinge o valor de ruptura.
SALIGER estabelece uma correlação entre a tensão no aço (fa), para a qual o concreto começa a
fissurar, a porcentagem de armadura (ρ) e a resistência cilíndrica do concreto à compressão (fc), através
da equação de uma hipérbole que permite estimar a proporção de aço de uma dada tensão de trabalho,
acima da qual o concreto fissurará.
Fórmula:
fa = (0,05/ρ + 2) . fc ,
159
Para uma resistência fc = 33 MPa, por exemplo, ter-se-ia os seguintes valores:
ρ (%)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
fa (MPa)
395
230
175
148
132
122
Essa fórmula pode ser usada como um guia, porque outras variáveis têm influência, tais como o
recobrimento.
- Nas estruturas hidráulicas e naquelas expostas a uma atmosfera corrosiva é necessário prever um
elevado fator de segurança contra a fissuração a fim de impedir a fuga de água e o ataque à
armadura.
Em geral, as deformações mais importantes são devidas à retração e às variações de temperatura.
Módulo de elasticidade (NBR 6118/2003)
Determinado pela NBR 8522.
(Ec e fck dados em MPa)
Obs.: Em muitos casos é prudente adotar módulos de elasticidade Ec menores que 5600 .
fck1/2, sendo prudente e muito mais conveniente adotar valores da ordem de Ec = 5000 . fck1/2
O módulo de elasticidade secante (a 0,4fck, ou 0,45fck, ou qualquer outra tensão) a ser
utilizado nas análises elásticas de projeto, especialmente para determinação de esforços
solicitantes e verificação de estados limites de serviço, pode ser calculado pela expressão:
Ecs = 0,85 Ec (MPa)
De acordo com a NBR 6118:2003, para tensões de compressão menores que 0,5fc e tensões de
tração menores que fct, o coeficiente de Poisson pode ser tomado como igual a 0,2 e o módulo
de elasticidade transversal Gc igual a 0,4 Ecs.
Deformação lenta: é a deformação que aparece nas peças de concreto com o decorrer do tempo e com a
manutenção do carregamento.
Deformação lenta = deformação elástica retardada + fluência
160
A grandeza do carregamento influi no valor alcançado pela deformação lenta. Para tensões com
valores da ordem de até 40% a 60% da tensão de ruptura, há proporcionalidade entre a grandeza final da
deformação lenta e as tensões aplicadas. Para tensões mais próximas à tensão de ruptura, cresce o valor da
deformação lenta em maior proporção que o da tensão, ou conduzindo finalmente o material à ruptura
(ruptura sob carga de longa duração).
A deformação lenta aumenta para carregamentos
introduzidos em concretos menos endurecidos.
Deformação elástica retardada → desaparece com a retirada do carregamento, porém não
imediatamente.
Fluência → é a deformação que não desaparece com a retirada do carregamento, nem mesmo com o passar do
tempo.
Quando se sujeita uma peça de concreto a uma tensão constante com caráter de permanência, verifica-se
que a sua deformação instantânea aumenta progressivamente com o tempo de aplicação.
“ Baseado nas recomendações da NBR 6118:2003 e do Model Code (CEB-FIP) 90, quando não há
impedimento à livre deformação do concreto e a ele é aplicada, no tempo to, uma tensão constante
no intervalo t - to sua deformação total, no tempo t, vale:
ec (t) = ec (to) + ecc (t) + ecs (t)
onde:
• ec (to) = c (to) / Ec (to) é a deformação imediata, por ocasião do carregamento, com Ec (to);
• ecc (t) = [ c (to) / Ec28]
(t, to) é a deformação por fluência, no intervalo de tempo (t, to),
com Ec28 calculado pela mesma expressão, para j = 28 dias
• ecs (t) é a deformação por retração, no intervalo de tempo (t, to)
O aumento da deformação ou contração do concreto, no tempo, e sob carga de longa duração
(acima de 15 minutos), sem variação térmica nem de UR, é chamada de fluência ou deformação
lenta do concreto.
O concreto sofre uma deformação inicial devida à deformação “elástica” por ação da aplicação da carga
(chamada de deformação instantânea < 15 minutos), uma deformação devida à retração hidráulica e uma
contração diferida no tempo devida às cargas de longa duração. Esses fenômenos são interativos e uns
interferem nos outros.
Principais fatores que influenciam a fluência do concreto:
a) Resistência do cimento (inversamente)
b) Aditivos redutores de água diminuem a fluência
c) Natureza do agregado (calcário→ quartzo→ granito→ basalto - crescente).
d) idade (inversamente)
e) Tempo de carga (diretamente)
f) Umidade relativa do ar (inversamente)
161
Ordem de grandeza da Fluência específica:
- 0,6 a 0,8 x 10-3 para concreto com 90 dias a 1 ano
- Exposto a 70% de umidade relativa ambiente
- Espécimes cilíndricos com 10 cm de diâmetro e 36 cm de altura
- Dosagem de cimento de 325 kg / m³
- Relação A/C de 0,59
- Cura por 28 dias em atmosfera saturada e 21ºC de temperatura
- Suportando uma tensão aplicada de 5,6 MPa após os 28 dias
- Temperatura a que foram realizados os ensaios : 21ºC
Diagrama Tensão - Deformação: (compressão do concreto) - NBR-6118
onde,
σc = Tensão normal de compressão no concreto;
fCD = Resistência de cálculo do concreto à compressão (γ);
fck = Resistência característica do concreto à compressão;
γc = Coeficiente de minoração da resistência do concreto;
fcmj = Resistência média do concreto à compressão na idade de j dias;
εc = Deformação específica do concreto à compressão;
EC = Módulo de deformação longitudinal do concreto;
Gc = Módulo de deformação transversal;
1/m = Coeficiente de Poisson (transversal);
Gc = 0,42 a 0,44 Ec
m = 5 a 7 ∴ 1/m ≅ 0,2 coeficiente de Poisson
O coeficiente de Poisson relativo às deformações elásticas será 0,2.
Obs.: O coeficiente 0,85 leva em consideração que as cargas atuantes sobre a estrutura são de
longa duração, enquanto que os ensaios de resistência nos corpos de prova são de realização quase
instantânea.
O coeficiente de minoração γc considera as diferenças de resistência potencial dos corpos de prova
e a do concreto da estrutura, e desvios geométricos entre projeto e obra.
162
163
DURABILIDADE DO CONCRETO
PROFILAXIA E PATOLOGIA NAS CONSTRUÇÕES
DE CONCRETO ARMADO
ANOMALIAS OBSERVADAS
Causa
CONGÊNITAS
CONSTRUTIVAS
• concepção
inadequada
•erro de projeto
• materiais
inadequados
• mão-de-obra e/ou
métodos
inadequados
• alta densidade
ou deficiência
de armadura
Efeito
• tensões não
previstas no
concreto
• fissuras,
trincas ou
rachaduras
Conseqüência • desagregação
• desplacamento
• ruptura
ACIDENTAIS ADQUIRIDAS
• incêndios
• ventos
• recalques
• terremotos
• cobrimento
deficiente
• esforços de
• retração excessiva
natureza
excepcional
• baixa resistência
• deformações
• concentração de
tensões
• rupturas
• porosidade,
desgaste do
concreto
• corrosão do aço
Movimentação
Térmica
Sobrecargas
1.7
5.6
11.9
29.7
Eletrodutos
Corrosão
Armadura
Retração
Hidráulica
Fundações
11.9
14
14.3
• trincas ativas
e/ou passivas
• corrosão das
armaduras
• movimentos • desagregação
da construção do concreto
• redução da
• fissuras,
seção do aço
trincas ou
rachaduras • perda do
cobrimento
• rupturas
• rupturas
Fissuras
0.3
• fenômenos
térmicos
• utilização
inadequada
Dessecamento
Superficial
Assentamento
Plástico
164
CAUSAS DA DETERIORAÇÃO DO CONCRETO
CAUSAS FÍSICAS
CAUSAS QUÍMICAS
CAUSAS FÍSICAS DA DETERIORAÇÃO DO CONCRETO
DESGASTE DA SUPERFÍCIE
FISSURAÇÃO
Mudanças de volume
devidas a:
Abrasão
Carga
estrutural:
Exposição a extremos
de temperatura:
Cavitação 1.Gradientes normais de 1. Sobrecarga e
temperatura e umidade
1. Gelo-degelo
impacto
2. Pressão de cristalização
2. Fogo
2. carga cíclica
de sais nos poros
Erosão
DETERIORAÇÃO DO CONCRETO POR REAÇÕES QUÍMICAS
B
A
C
Reações de troca entre um
Reações envolvendo hidrólise
fluido agressivo e componentes e lixiviação dos componentes
do cimento hidratado
do cimento hidratado
I
Remoção
de íons Ca++
(solúveis)
II
Remoção de
íons Ca++
(insolúveis, não
expansivos)
- R. A. A.
- CaO e MgO livres
- Corrosão das
armaduras
III
Reações de
substituição
do Ca++ no
C–S–H
> porosidade
e
permeabilidade
< alcalinidade
A
<
massa
deterioração
crescente
Reações envolvendo
formação de produtos
expansivos:
- Ataque por sulfato
perda de
resistência
e rigidez
Aumento nas
tensões internas
fissuração,
deformação
lascamento e
pipocamento
Ataque por água pura e água mole (sem Ca++) no Ca(OH)2 e C-S-H do concreto
165
[O Ca(OH)2 é solúvel- 1,23g/l na água pura-] + CO2
CaCO3 (eflorescências brancas)
B
Geração de sais solúveis de cálcio tais como cloreto de cálcio, acetato de cálcio e
bicarbonato de Cálcio.
B I Cloreto de amônia: 2NH4Cl + Ca(OH)2
CaCl2 + 2NH4OH (solúveis)
B II
Ácido carbônico: H2CO3 + Ca(OH)2
CaCO3 + 2H2O
+ CO2 + H2O
Ca(HCO3)2
solúvel
Águas com pH < 7, perigo de concentrações danosas de CO2 na mesma (até 150mg/l)
B III
C
CI
Ataque por íons de magnésio. Formam-se hidratos de silicato de magnésio, deslocando o
cálcio, com isso, < resistência porque silicato de magnésio não é cimentício.
Reações expansivas:
Ataque por Sulfato
A contaminação com SO4 torna-se perigosa a partir de 0,1 % no solo ou de 150mg/l na
água. Se, > 0,5% de sulfato solúvel no solo ou 2000mg/l na água, pode haver sérios efeitos.
Gipsita no solo (0,01% a 0, 05% em SO4)
inofensiva.
C 3 A.C S .H 18
C3A > 5% no cimento
a > parte será monossulfato =
C3A> 8% no cimento
haverá o hidrato C 3 A.CH .H 18
C 3 A.C S .H 18 + CH + 2 S + 13H
C 3 A.3C S .H 32
C 3 A.CH .H 18 + CH + 3 S + 11H
C 3 A.3C S .H 32
Havendo CH disponível,
A formação de gipsita por troca de cátions também pode causar expansão:
a)
Na+ na solução de sulfato
Na2SO4 + Ca(OH)2 + 2H2O
CaSO4.2H2O + 2NaOH ; (mantém alto o pH)
b) Mg++ na solução de sulfato (menor pH ; ataque mais severo)
MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2
ou
CaSO4.2H2O + Mg(OH)2
3 MgSO4 + 3CaO.2SiO2.3H2O + 8H2O
C II
3(CaSO4.2H2O) + 3Mg(OH)2 + 2SiO2.H2O
RAA (Reação Álcali-Agregado)
CONCRETO EM MEIO ÚMIDO
HIDRÓXIDOS ALCALINOS DO CIMENTO
(Na2O + 0,658K2O ≥0,6%)
AGREGADO
POTENCIALMENTE REATIVO
Obs.: visto com mais detalhes no capítulo sobre agregados
C III
Hidratação Retardada de CaO e MgO Cristalinos
Controle: MgO (cristais de periclásio) ≤ 6% no cimento e CaO livre ≤ 1%
166
C IV
Corrosão das Armaduras (expansão, fissuração e destacamento)
A figura abaixo ilustra o processo eletroquímico da corrosão do aço no concreto úmido e permeável. A célula
galvânica estabelece um processo anódico e um processo catódico. O processo anódico não pode ocorrer até que o filme
protetor ou passivo de óxido de ferro seja, ou removido em um ambiente ácido (após carbonatação do concreto), ou tornado
permeável pela ação de íons Cl -. O processo catódico não pode ocorrer até que uma quantidade suficiente de oxigênio e água
esteja disponível na superfície do aço. A resistividade elétrica do concreto também é reduzida na presença de umidade e sais.
Ânodo:
Fe → 2e- + Fe++
(aço metálico)
FeO.(H2O)x
(ferrugem)
Cátodo: ½ O2 + H2O + 2e- → 2(OH) ( ar ) (água)
Pela figura abaixo, vê-se que, dependendo do estado de oxidação, o aço metálico pode
aumentar em mais de 6 (seis) vezes seu volume inicial, provocando expansão e fissuração.
O aço em corrosão perde energia, expandindo-se,
voltando ao seu estado original
da natureza.
Provoca a redução da capacidade estrutural
167
CONCRETO EM AMBIENTE ALCALINO COM PH > 13,
ARMADURA PASSIVADA E ESTÁVEL INDEFINIDAMENTE
CARBONATAÇÃO = PERDA DE ALCALINIDADE
PROCESSO DE CARBONATAÇÃO
(AR)
(CONCRETO)
CO2 + H2O
+
HIDRÓXIDO DE CÁLCIO
FRENTE DE CARBONATAÇÃO
REDUÇÃO DO PH
DESTRUIÇÃO DA PELÍCULA DE ÓXIDO DE FERRO
QUE PROTEGE O AÇO PASSIVADO
E
DESPASSIVIDADE
INÍCIO DO PROCESSO DE CORROSÃO
168
RELAÇÃO ENTRE PH E TAXA DE CORROSÃO
Taxa de Corrosão
Mm / ano
pH do Concreto
EVOLUÇÃO NA CONCENTRAÇÃO DE CO2 NA ATMOSFERA
169
Fazendo-se uma projeção dos dados acima,
apresentado abaixo:
obtém-se a equação do gráfico
170
SEQUÊNCIA NO PROCESSO DE CARBONATAÇÃO
171
CORROSÃO POR PENETRAÇÃO DE CLORETOS
172
PRODUÇÃO DOS CONCRETOS – CONCRETAGEM
Numa obra, a operação “concretagem” compreende as seguintes fases:
I
II
III
Resistência (traço)
Medida dos Materiais
Preparo do concreto
Amassamento Manual
Amassamento Mecânico
Transporte
Lançamento
Concretagem
Adensamento
Juntas de Concretagem
Cura e Retirada das Formas e do Escoramento
173
Prescrições da Norma NBR 14931/2004 sobre o assunto:
I - Preparo do concreto:
Resistência (traço):
(1) Tanto para preparo na obra quanto para fornecimento pré-misturado, a dosagem terá por base a
resistência característica fck. Assim, a resistência de dosagem fcj será igual a fck + 1,65 Sd.
Medida dos Materiais:
(2) O erro máximo permitido é de 3% do peso de cada material.
(3) Para os agregados miúdos, levar em conta a influência da umidade
(4) Para os aditivos, o erro máximo permitido é de 5%
Amassamento Manual (desaconselhável):
(5) Só permitido em obras de pequeno vulto
(6) Deverá ser executado sobre estrado plano impermeável.
(7) O volume máximo a amassar por vez é o correspondente a 100kg de cimento ( 2 sacos).
Amassamento Mecânico:
(8) Deverá durar o tempo necessário para a completa homogeneização da mistura (mínimo de 2
minutos após carregamento).
(9) Para concreto pré-misturado, aplica-se a EB-136 (NBR 7212).
II - Concretagem:
Transporte:
(10) O meio utilizado para levar o concreto do local de amassamento até o de lançamento não
deverá acarretar desagregação, segregação ou perda d’água.
(11) Evitar depósito intermediário.
(12) Para concreto bombeado, o diâmetro da tubulação deve ser, pelo menos, 4 vezes maior que o
DMC do agregado.
(13) O transporte, o lançamento e o adensamento deverão ser executados antes do início de pega
do cimento.
Lançamento Convencional:
(14) Deverá ser executado logo após o amassamento, não sendo permitido intervalo superior a 1
hora.
(15) Se for utilizado retardador de pega, o tempo poderá ser aumentado de acordo com as
características do aditivo.
(16) A altura de queda livre não deverá ultrapassar 2 metros.
(17) Para peças estreitas e altas, o concreto deverá ser lançado por janelas abertas na parte lateral
da forma por meio de funis ou “trombas”.
(18) Cuidados especiais devem ser tomados para lançamentos em ambientes com temperatura fora
da faixa 10°C - 40°C.
Lançamento Submerso:
(19) O consumo mínimo de cimento por m³ de concreto deverá ser de 400kg (C ≥ 400)
(20) O concreto deverá ser lançado dentro de uma tubulação para evitar o contacto direto com a
água na sua queda.
(21) Usar processo especial de eficiência comprovada.
(22) Após o lançamento, o concreto não poderá ser manuseado para se lhe dar a forma definitiva.
(23) Não se deverá lançar concreto submerso estando a temperatura da água abaixo de 5°C ou com
velocidade superior a 2m/s.
174
Adensamento:
(24) Durante e logo após o lançamento, o concreto deverá ser vibrado ou socado, contínua e
energicamente, com equipamento adequado à trabalhabilidade do concreto.
(25) Não formar ninhos ou segregar os materiais.
(26) Preencher todos os recantos da forma
(27) Evitar a vibração da armadura para que não se formem vazios ao seu redor, com prejuízo da
aderência.
(28) No adensamento manual, as camadas de concreto não deverão exceder 20cm.
(29) Para vibradores de imersão, a espessura das camadas não deverá exceder ¾ do comprimento
da agulha do vibrador.
Juntas de Concretagem:
(30) Remover a nata e fazer a limpeza da superfície da junta
(31) Deixar barras cravadas ou redentes (esperas) no concreto velho.
(32) Localizar as juntas onde forem menores os esforços de cisalhamento, mas preferencialmente,
em posição normal aos de compressão.
III - Cura e Retirada das Formas e do Escoramento:
(33) Enquanto não atingir endurecimento satisfatório, o concreto deverá ser protegido contra
agentes prejudiciais tais como: secagem, chuva forte, mudanças bruscas de temperatura, choques e
vibrações capazes de provocar fissurações ou prejudicar sua aderência às armaduras.
(34) A proteção contra a secagem prematura (cura), pelo menos nos primeiros 7 dias após o
lançamento, aumentando este mínimo se a natureza do cimento o exigir, poderá ser feita mantendo-se
umedecida a superfície ou protegendo-a com uma película impermeável.
(35) O endurecimento poderá ser acelerado por meio de aditivos aceleradores ou por tratamento
térmico adequado, não se dispensando, no entanto, as medidas de proteção contra a secagem.
Prazos para a Retirada das Formas e do Escoramento:
(36) A retirada das formas e do escoramento só deverá ser feita quando o concreto estiver
suficientemente endurecido para suportar as ações que sobre ele atuarem e não conduzirem a deformações
inaceitáveis, principalmente, devido ao valor baixo de Ec (módulo de deformação longitudinal do
concreto) e à maior probabilidade de deformação lenta quando o concreto é solicitado com pouca idade.
(37) Não tendo sido usado cimento ARI ou processo que acelere o endurecimento, a retirada das
formas e do escoramento não deverá dar-se antes dos seguintes prazos:
- faces laterais: 3 dias
- faces inferiores:(deixando-se pontaletes bem encunhados e convenientemente espaçados) 14
dias
- faces inferiores: (sem pontaletes) 21 dias
(38) A retirada do escoramento deverá ser realizada sem choques e obedecer a um programa
elaborado de acordo com o tipo de estrutura.
Informações complementares:
Importância da Cura do Concreto: (Ver ainda Grau de Hidratação – pág. )
A retração sofrida pelo concreto varia com:
a) Umidade do ambiente (inversamente); isto é, quanto menor a umidade relativa do ar, maior será a
tendência de retração.
b) Tipo de cimento: CP III → CP II → CP V (ARI) (Crescente)
c) Relação A/C >
retração > (diretamente)
d) Quantidade de cimento /m³ de concreto (diretamente)
175
Processos de Cura:
Numa obra, a cura poderá ser realizada pelos seguintes processos:
a) Irrigação periódica das superfícies;
b) Recobrimento das superfícies com areia ou sacos de aniagem rompidos que serão mantidos sempre
úmidos;
c) Emprego de compostos impermeabilizantes de cura;
d) Recobrimento das superfícies com papéis especiais impermeáveis (Sizalkraft) que, impedindo a
evaporação, dispensam o uso de mais água;
e) Aplicação superficial de cloreto de cálcio à razão de 800g/m². Usa-se em climas úmidos, o Produto
absorve a água do ambiente e a retém.
f) processos especiais de cura a vapor (resistências elétricas, em meio úmido, etc)
Teste ABESC: Concreto Dosado em Central
1) É permitido submeter a vibrações os corpos de
prova de concreto durante o período de
armazenamento.
( )V
( )F
2) As fissuras no concreto causadas pela retração
plástica podem ser prevenidas protegendo-se a
estrutura do vento e realizando uma cura adequada.
( )V
( )F
3) Segundo as normas brasileiras, concretos de fck
acima de 25MPa devem ser dosados em massa.
( )V
( )F
4) Em uma mistura de concreto, a finura do agregado
miúdo não interfere na água de amassamento.
( )V
( )F
8) No recebimento de concreto dosado em
central deve-se retirar uma amostra para
moldagem de corpos de prova após o
descarregamento de pelo menos 15% do
volume do caminhão e antes do
descarregamento de 85% do volume total.
( )V
( )F
9) O controle tecnológico dos materiais
componentes do concreto exigido por
norma, é mais rigoroso quando se trata de
concreto dosado em central.
( )V
( )F
10) O ar aprisionado durante o processo de
mistura do concreto diminui sua
resistência, daí a necessidade de uma
adequada compactação (vibração) para
extraí-lo.
( )V
( )F
5) Somente pigmentos orgânicos devem ser
utilizados para execução de concretos coloridos, pois
resistem à alcalinidade do cimento, à exposição de
raios solares e às intempéries.
11) A dosagem, em massa, ou seja, pesando-se
( )V
( )F
os materiais, permite a execução de concretos
de maior resistência característica.
6) Devido à curta duração do concreto no estado
( )V
( )F
fresco e avanços nos processos de lançamento
(bombeamento, projeção, etc); um planejamento de
12) Os aditivos são substâncias
todas as operações denominado plano de
adicionadas ao concreto para correção de
concretagem é de fundamental importância para a
efeitos indesejáveis de uma dosagem
qualidade e produtividade dos serviços de
inadequada.
concretagem.
( )V
( )F
( )V
( )F
7) O concreto é denominado convencional quando
atinge resistência inferior a 20MPa.
( )V
( )F
13) É recomendável a utilização de uma
bomba de concreto para lançar concretos
de consistência seca.
( )V
( )F
14) A retirada de amostra para o controle
tecnológico de concreto se efetua na
descarga da bomba.
( )V
( )F
176
15) As fissuras superficiais no concreto,
aparecem devido à perda rápida da umidade
causada por:
a) temperatura elevada
b) ventos fortes
c) baixa umidade ambiental
d) todas as anteriores
e) nenhuma das anteriores
16) No pedido do concreto especifique:
a) fck e consumo do cimento
b) traço, slump. Dimensão da brita
c) fck, consumo ou traço
d) fck ou consumo além do slump e dimensão do
agregado ou somente o traço
e) nenhuma das respostas
17)
Os
aditivos
plastificantes
e
superplastificantes, respectivamente, permitem
uma redução mínima da água de amassamento
do concreto, de:
a) 58% - 80%
b) 6% - 12%
c) 30% - 50%
d) 40% - 60%
e) nenhuma das anteriores
18) Qual valor de abatimento pertence ao
concreto auto-adensável?
a) 25 ± 1,0cm
b) 30 ± 2,0cm
c) 10 ± 2,0cm
d) 18 ± 0,5cm
e) 20 ±2,0cm
19) Quanto
concreteiras:
ao
tempo
de
operação
a) concretos bombeáveis são mais indicados
b) o concreto deve ser aplicado antes da pega
c) os 150 min previstos em norma são apenas
indicativos
d) aditivos retardadores permitem a aplicação
após a pega
e) b e c estão corretas.
das
20) A cura do concreto tem por finalidade:
a) evitar o endurecimento precoce do concreto
b) hidratar o cimento
c) manter o concreto saturado
d) aumentar a resistência
e) nenhuma das anteriores
21) Adição de água acima do especificado na
dosagem do concreto acarreta:
a) perda de resistência
b) aumento da resistência
c) diminuição do abatimento
d) redução do fator água/cimento
e) nenhuma das anteriores
22) O vibrador de imersão é usado para:
a) adensar o concreto
b) espalhar o concreto
c) vibrar a ferragem
d) aumentar a resistência do concreto
e) nenhuma das anteriores
23) A relação entre a carga suportada por um
corpo de prova cilíndrico e sua seção transversal
determina sua resistência à:
a) abrasão
b) flexão
c)compressão
d) torção
e) nenhuma das anteriores
24) Em concretos para pavimentos especifica-se
a:
a) resistência à compressão
b) resistência à torção
c) resistência à tração na flexão
d) resistência ao cisalhamento
e) nenhuma das anteriores
25) o excesso de vibração no concreto resulta
em:
a) maior resistência à compressão devida a
maior compactação
b) segregação do agregado graúdo
c) não altera as propriedades do concreto
d) todas as anteriores
e) nenhuma das anteriores
177
26) A migração de parte da água de amassamento para a superfície do concreto é definida como:
a) percolação
b) separação
c) segregação
d) infiltração
e) exsudação
27) As condições de moldagem de corpos de prova cilíndricos de dimensões base (D) igual a 15, são:
a) 4 camadas de 30 golpes
b) 3 camadas de 25 golpes
c) 3 camadas de 30 golpes
d) 4 camadas de 25 golpes
e) nenhuma das anteriores
28) o número de camadas e golpes necessários para execução do “slump-test” são:
a) 4 camadas de 30 golpes
b) 3 camadas de 25 golpes
c) 3 camadas de 30 golpes
d) 4 camadas de 25 golpes
e) nenhuma das anteriores
29) Para retardar o tempo de pega do concreto utiliza-se o aditivo:
a) impermeabilizante
b) cloreto de cálcio
c) incorporador de ar
d) expansor
e) nenhuma das anteriores
30) É permitida a aplicação do concreto:
a) após a hidratação do cimento
b) após o fim da pega
c) cinco horas após a mistura
d) após o início da pega
e) nenhuma das anteriores
178
CONTROLE TECNOLÓGICO DO CONCRETO
Visa a apresentação de Métodos Correntes empregados para a verificação e o ajuste das
características do concreto de maneira a permitir, na execução, o cumprimento das
especificações impostas pelo projeto.
O trabalho engloba as seguintes operações:
1. Verificação da dosagem utilizada pelo executor da obra;
2. Estudo de cada um dos componentes do concreto; como sejam
cimento, água, agregados miúdos, agregados graúdos e aditivos.
3. Determinação da resistência à compressão simples;
(através da moldagem e rompimento de corpos de prova).
4. Verificação, por ensaio não destrutivo ou por extração de corpos de prova,
da resistência do concreto na estrutura;
5. Controle estatístico das resistências obtidas, para ajuizar da homogeneidade
do concreto e sugerir as necessárias adaptações do traço.
1 - Verificação da dosagem (traço)
• Medir os volumes e conferir os pesos, no momento da mistura;
• Verificar o consumo de cimento por reconstituição de traços
a) Do concreto fresco
b) Do concreto endurecido
Ensaios do concreto fresco
•
•
Verificação da trabalhabilidade
• Slump test - MB-256
Verificação do teor de ar incorporado
• Determinação do teor de ar pelo
método pressométrico - MB-3310
• Determinação
da
massa
específica e do teor de ar pelo
método
gravimétrico - MB-2673
179
CONTROLE DE QUALIDADE:
1 - Tomada de conhecimento:
a) Do projeto com respeito a:
resistência aos esforços mecânicos específicos / dimensões das peças a serem concretadas /
densidade da armadura / características peculiares impostas pelo projeto arquitetônico
b) Das condições de exposição e da ação de agentes externos, tais como:
água do mar / atmosfera poluída por produtos químicos / presença de sulfatos, ácidos, açúcares, etc. /
intempéries / pressão hidrostática
c) Dos materiais disponíveis e de suas características
d) Dos equipamentos disponíveis e da cura a ser empregada
e) Da mão de obra disponível
2. Fornecimento das dosagens que atendam às condições anteriores:
3. Acompanhamento da Obra:
3.1 - Verificação periódica:
dos materiais empregados / do estado e comportamento do equipamento de preparo, transporte e
adensamento / dos métodos de cura
3.2 - Realização de ensaios e documentação necessária:
Controle da resistência obtida / Interpretação do fck estimado / eventuais ajustes operacionais /
esclarecimento de dúvidas / instruções para reparos no concreto, etc. / relatórios / histórico de
obra, etc
4. Água para emprego no concreto
Na dúvida, ensaios comparativos. Considera-se aceitável quando a redução da resistência não
ultrapassa 10%.
O número de ensaios para os materiais componentes do concreto deve ser previsto pelo
Engenheiro Fiscal ou Preposto. E pode seguir um esquema de acordo com a reposição dos materiais na
obra. Já o concreto e o aço devem ser ensaiados de acordo com planos de amostragem a serem definidos
em normas específicas de controle, como as NBR12.655, sobre o concreto e a NBR7.480 para o aço.
180
Ensaios não destrutivos:
a) esclerômetros de reflexão (Schimidt)
medida do recuo após choque com o concreto
(média de 9 impactos por ensaio, distantes, pelo
menos, 2cm um do outro, em área de aprox.
10cm x 10 cm, superfície esmerilhada).
O esclerômetro pode também ser utilizado para
se escolher a peça de menor resistência de um lote
defeituoso, de onde será extraído um corpo de
prova para definição da resistência efetiva do lote
em questão.
b) extração de corpos de prova da própria estrutura.
c) aparelhos de ultra-som: (medem a velocidade de propagação do ultra-som no concreto - a resistência
cresce com a velocidade).
Classificação de Leslie e Cheesman:
•
Velocidade de
propagação (m/s)
Condições do
concreto
Superior a 4500
Excelente
3500 a 4500
Bom
3000 a 3500
Regular (duvidoso)
2000 a 3000
Geralmente ruim
Inferior a 2000
Ruim
Métodos sônicos
Mede-se
• Velocidade de propagação - propagação de ondas
•
Ec = módulo de deformação
• d=densidade
181
NORMA BRASILEIRA NBR 12.655/2006
“Concreto de cimento Portland - preparo, controle e recebimento - Procedimento”
Segue abaixo apenas um resumo explicativo desta norma. (O seu texto completo está disposto como
anexo A desta Apostila).
1 Objetivo
Esta Norma especifica requisitos para:
a) propriedades do concreto fresco e endurecido e suas verificações;
b) composição, preparo e controle do concreto;
c) recebimento do concreto
Esta Norma se aplica a concretos normais, pesados e leves.
Esta Norma não se aplica a concreto-massa, concretos aerados, espumosos e com estrutura aberta.
Exigências adicionais podem ser necessárias para:
a) estruturas especiais;
b) uso de outros materiais (como fibras)
c) tecnologias especiais (processos inovadores)
d) concreto leve;
e) concreto projetado.
2 Referências normativas
As normas relacionadas (ver anexo A) contêm disposições que, ao serem citadas no texto, constituem
prescrições para esta norma. Valem as normas em vigor (ver site da ABNT).
3 Definições
3.1 Definições de termos técnicos (ver texto no anexo A)
Concreto de cimento portland, concreto fresco, concreto endurecido, concreto preparado pelo executante
da obra, elemento pré-moldado de concreto, concreto normal, concreto leve, concreto pesado, concreto de
alta resistência, concreto dosado em central, concreto prescrito, família de concreto, metro cúbico de
concreto, caminhão-betoneira, equipamento dotado de agitação, equipamento não dotado de agitação,
betonada, aditivo, agregado, agregado leve, agregado denso ou pesado, cimento portland, conteúdo
efetivo de água, relação água/cimento, resistência característica à compressão do concreto (fck),
resistência média à compressão do concreto (fcmj), ar incorporado, ar aprisionado, traço ou composição,
estudo de dosagem, dosagem; proporcionamento, etapas de preparo do concreto (caracterização dos
materiais componentes, estudo de dosagem, ajuste e comprovação do traço, elaboração do concreto,
empresa de serviços de concretagem, central de concreto, lote de concreto, amostra de concreto,
exemplar).
3.2 Definições das responsabilidades
(aceitação do concreto fresco, aceitação definitiva do concreto, recebimento do concreto).
4 Atribuições de responsabilidades
O concreto para fins estruturais deve ter definidas todas as características e propriedades de maneira
explícita, antes do início das operações de concretagem. O proprietário da obra e o responsável técnico
por ele designado devem garantir o cumprimento desta Norma e manter documentação que comprove a
qualidade do concreto conforme descrito em 4.4.
4.1 Modalidades de preparo do concreto
4.1.1 Concreto preparado pelo executante da obra (responsabilidades definidas em 4.3).
4.1.2 Concreto preparado por empresas de serviços de concretagem (inclui NBR 7212 e documentação).
4.1.3 Outras modalidades de preparo do concreto (caso do concreto prescrito).
182
4.2 Profissional responsável pelo projeto estrutural
Responsabilidades a serem explicitadas nos contratos e em todos os desenhos e memórias que descrevem
o projeto tecnicamente, com remissão explícita para determinado desenho ou folha da memória:
a) registro do fck do concreto (obrigatório em todos os desenhos e memórias que descrevem o projeto
tecnicamente;
b) especificação de fcj para as etapas construtivas, como retirada de cimbramento, aplicação de
protensão ou manuseio de pré-moldados;
c) especificação quanto à durabilidade da estrutura e elementos pré-moldados, durante sua vida útil,
inclusive da classe de agressividade adotada em projeto (tabelas 1 e 2);
d) especificação dos requisitos correspondentes às propriedades especiais do concreto, tais como:
- módulo de deformação mínimo na idade de desforma, movimentação de elementos prémoldados ou aplicação da protensão;
- outras propriedades necessárias à estabilidade e à durabilidade da estrutura.
4.3 Profissional responsável pela execução da obra
A este profissional cabem as seguintes responsabilidades:
a) escolha da modalidade de preparo do concreto (ver 4.1);
b) escolha do tipo de concreto e sua consistência (Slump), DMC do agregado e demais propriedades,
de acordo com o projeto e com as condições de aplicação;
c) escolha dos materiais a serem empregados;
d) aceitação do concreto, definida em 3.2.1, 3.2.2 e 3.2.3;
e) cuidados requeridos pelo processo construtivo e pela retirada do escoramento, levando em
consideração as peculiaridades dos materiais (em particular do cimento) e as condições de
temperatura ambiente;
f) verificação do atendimento a todos os requisitos desta Norma.
4.4 Responsável pelo recebimento do concreto
Os responsáveis pelo recebimento do concreto são o proprietário da obra e o responsável técnico pela
obra, por ele designado. A documentação comprobatória da qualidade (relatórios de ensaios, laudos e
outros) deve estar disponível no canteiro de obra durante toda a execução e depois arquivada e preservada
pelo prazo previsto na legislação vigente. Quando for o caso 4.1.2, a responsabilidade pela documentação
passa a ser da concreteira na pessoa de seu RT.
183
RESISTÊNCIA DO CONCRETO
Quantificação dos Fatores que Influem na Resistência
Causas de variação
Efeito máximo no resultado
A – Materiais
. Variabilidade da resistência do cimento
. Variabilidade da quantidade total de água
. Variabilidade dos agregados (princ. miúdos)
B - Mão-de-Obra
. Variabilidade do tempo e proced. de mistura
C – Equipamento
. Ausência de aferição de balanças
. Sobre e subcarregamentos, correias, etc.
D - Procedimento de ensaio
.coleta imprecisa
. adensamento inadequado
. cura (efeito considerado a 28 d ou mais)
. remate inadequado dos topos:
“idem”
- ruptura (velocidade de carregamento)
±12 %
±15 %
± 8%
-30 %
-15 %
-10 %
-10 %
-50 %
±10 %
- 50 % para convexidade
- 30 % para concavidade
±5 %
CONTROLE DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO: (NBR 12.655/06)
1 - Amostragem Parcial
2 - Amostragem Total
3 - Casos excepcionais → Lotes com volume < 10 m³ de concreto
DIVISÃO DA ESTRUTURA EM LOTES: (TABELA 7 da Norma)
Solicitação principal dos elementos da estrutura
Compressão e FlexoFlexão Simples
Compressão
Volume de Concreto
50 m³
100 m³
Nº de Andares
1
1
1
Tempo de Concretagem
3 dias de concretagem
1)
Este período deve estar compreendido no prazo total máximo de 7 dias, que inclui
eventuais interrupções para tratamento de juntas.
Limites superiores
Amostragem: (ABNT NBR NM 33)
AMOSTRAGEM MÍNIMA POR LOTE:
Grupo I (fck ≤ 50 MPa ) → 6 exemplares
Grupo II (fck ≥ 55 MPa ) → 12 exemplares
Obs.: cada exemplar é constituído por 2 corpos de prova (o maior deles define a resistência do exemplar)
1 – Controle estatístico por AMOSTRAGEM PARCIAL:
a) Para 6 ≤ n < 20 → fck e s t = 2
f 1 + f 2 + ...... + f m−1
− fm
m −1
184
f1
f2
fm-1
........
........
fm ;
porém, ψ 6 . f1 ≤ fck, est
m = n/2 ∴ n é número par
ψ 6 → Tabela 8 da Norma
Tabela 8 - Valores de ψ 6 em função do número de exemplares e da condição
Condição
de preparo
A
2
0,82
3
0,86
4
0,89
5
0,91
BeC
0,75
0,80
0,84
0,87
b) Para n ≥ 20
→
Número de exemplares (n)
6
7
8
0,92
0,94
0,95
0,89
0,91
0,93
10
0,97
12
0,99
14
1,00
≥16
1,02
0,96
0,98
1,00
1,02
fck, est = fcm - 1,65 Sd
onde,
fcm = resistência média
e
Sd é o desvio-padrão da amostra de n elementos, calculado com um grau de liberdade a menos[(n-1) no
denominador da fórmula], em megapascals.
2 - AMOSTRAGEM TOTAL (100%): (exemplares de cada amassada)
1→ n
20 → fck, est = f1
2 → n > 20 → fck, est = fi ,
onde i = 0,05n. Quando o valor de i for fracionário, adota-se o número inteiro imediatamente superior.
3 - CASOS EXCEPCIONAIS: V < 10 m³ de Concreto
Para V < 10 m³ e 2 < n < 5 , pode-se adotar fck, est = ψ6 .f1 (Tabela 8)
4 - Aceitação ou rejeição dos lotes de concreto
fck, est ≥ fck
Condições A, B e C da Norma NBR 12655/06:
Condição A: Aplicável às classes C10 até C80. O cimento e os agregados são medidos em massa. A água
de amassamento é medida em massa ou volume com dispositivo dosador e corrigida em função da
umidade dos agregados; Desvio-padrão Sd = 4,0 MPa
Condição B: Aplicável às classes C10 até C25: o cimento é medido em massa e os agregados em volume.
A água é medida em volume mediante dispositivo dosador. A umidade do agregado é determinada pelo
menos tres vezes durante o serviço do mesmo turno de concretagem. O volume do agregado miúdo é
corrigido mediante curva de inchamento estabelecida especificamente para a areia utilizada. O volume da
água de amassamento é corrigido em função da medição da umidade dos agregados. Desvio-padrão Sd =
5,5 MPa
185
Condição C: Aplicável apenas aos concretos da classe C10 e C15. O cimento é medido em massa e os
agregados em volume. A água é medida em volume e a sua quantidade é corrigida em função da
estimativa da umidade dos agregados e da determinação da consistência do concreto (Slump Test –
ABNT NBR NM 67). Nesta condição, e enquanto não se conhece o desvio-padrão, exige-se para os
concretos de classe C15, o consumo mínimo de 350kg de cimento por metro cúbico. Desvio-padrão Sd =
7,0 MPa
Exemplo:
Calcular fck e s t para um lote com a seguinte distribuição de resultados em amostragem parcial,
concreto condição B, (Valores em MPa ):
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10
14.0 13.6 16.0 14.5 12.8 14.2 15.0 15.2 16.2 14.4
13.5 12.8 15.4 14.8 13.0 13.8 13.2 13.7 17.0 13.8
P11 P12 P13
14.6 15.4 16.5
12.9 15.2 16.6
Solução :
De cada exemplar, ou seja, de cada par de valores, escolhe-se o maior:
14.0 13.6 16.0 14.8 13.0 14.2 15.0 15.2 16.6 14.4 14.6 15.4 17.0
Colocando em ordem crescente:
13.0 13,6 14.0 14.2 14.4 14.6 14.8 15.0 15.2 15.4 16.0 16.6 17.0*
f1
f2
f3
f4
f5 f6
O 17.0* será abandonado (trabalha-se com n° par de exemplares, pois m é n° inteiro)
n = 12 ∴m = 6
fck e s t = 2 . f1 + f2 + ..+ fm-1 - fm = 2. 13.0 +13.6 + 14.0 + 14.2 + 14.4 - 14.6
m - 1
5
fck e s t = 27.68 - 14.6 = 13.08 MPa
verificação: ψ 6 f1 = 0,98 x 13 = 12.74 MPa
entre 12.74 e 13.08; adotar o maior, que é
13.08 MPa
Obs.: 1) O valor a ser adotado é sempre o maior entre os dois calculados.
2) Nesse caso, o lote em questão só seria aprovado se o seu fck fosse < 13,08
ACEITAÇÃO OU REJEIÇÃO DA ESTRUTURA: (NBR 6118)
Aceitação Automática: “Satisfeitas as condições de projeto e de execução desta Norma, a estrutura será
automaticamente aceita, se:
fck e s t ≥ fck do projeto
186
ACEITAÇÃO OU REJEIÇÃO DA ESTRUTURA – NBR 6118
fck,est ≥ fck projeto
RESISTÊNCIA OBTIDA
(AMOSTRAGEM)
fck,est < fck projeto
ACEITAÇÃO AUTOMÁTICA
DEMANDA TÉCNICA
REVISÃO DO PROJETO ESTRUT.
ENSAIOS ESPECIAIS
ENSAIOS DA ESTRUTURA
HÁ SEGURANÇA
DECISÃO
ESTRUTURA ACEITA
NÃO HÁ SEGURANÇA:
DEMOLIR A PARTE CONDENADA
EXECUTAR REFORÇO
APROVEITAR COM RESTRIÇÕES
Decisão a adotar quando não há aceitação automática:
Quando não houver aceitação automática na forma do item anterior, a decisão basear-se-á em uma ou
mais das seguintes verificações:
Revisão do Projeto:
O projeto da estrutura será revisto adotando-se para o lote de concreto em exame o valor adotado como
fck e s t . Caso as deformações previstas atendam às Normas, o projetista poderá conceder laudo aprovando
a estrutura.
Ensaios Especiais do Concreto:
Com as devidas precauções quanto à interpretação dos resultados e como medida auxiliar de verificação
de homogeneidade do concreto da estrutura, poderão ser efetuados ensaios não destrutivos de dureza
superficial, de medida da velocidade de propagação do ultra-som, ou por extração de corpos de prova da
própria estrutura, de acordo com métodos estudados e aprovados por laboratório nacional idôneo.
Ensaio da Estrutura: (prova de carga)
Investigação das condições de resistência do concreto e da estrutura através da medição de cargas e
deformações. Durante a realização do ensaio deverão ser medidas grandezas que revelem o
comportamento da estrutura.
Decisão:
Se, das mencionadas verificações concluir-se que as condições de segurança desta Norma são satisfeitas,
a estrutura será aceita.
Em caso contrário, tomar-se-á uma das seguintes decisões:
a) A parte condenada da estrutura será demolida;
b) A estrutura será reforçada;
c) A estrutura será aproveitada, mas com restrições quanto ao carregamento ou seu uso.
Obs.: Um detalhe que deve ser sempre lembrado é que, no caso de obras contratadas com base nas
Normas Técnicas, se fck e s t , calculado através das fórmulas acima, não for suficiente para aprovar de
forma automática a estrutura, o construtor fatalmente sofrerá grandes despesas adicionais.
187
Avaliação das Operações de Ensaio e Controle
1 - As operações de ensaio podem aumentar a variabilidade dos resultados do concreto, o que aumenta o
desvio-padrão, e exige que seja adotada uma elevação da resistência média de dosagem, com o
conseqüente aumento de custo;
2 – O desvio-padrão de todo o processo de produção e ensaio, mais conhecido por desvio-padrão do
concreto, Sc , é resultado da soma:
2
Sc = S 2 c , ef + S 2 e
Onde:
S c = desvio-padrão decorrente do processo de produção e ensaio do concreto em MPa
(geralmente adota-se Sc = Sd );
S c ,ef = desvio-padrão efetivo ou real do processo de produção do concreto em MPa;
S e = desvio-padrão das operações de ensaio em MPa.
sendo Ve = Se/fcm x 100 definido como coeficiente de variação das operações de ensaio, em porcentagem.
O American Concrete Institute, através do ACI-214, recomenda um critério de avaliação da uniformidade
e eficiência das operações de ensaio e controle; trata-se de calcular o coeficiente de variação dessas
operações e efetuar comparação com valores padrão adotados pelo próprio ACI-214, conforme abaixo:
Operação de ensaio
Controle de campo
Misturas experimentais
em laboratório
Coeficiente de variação das operações de ensaio, Ve
Excelentes
Eficientes
Razoáveis
Deficientes
< 3%
3 a 4%
4 a 5%
> 5%
< 2%
2 a 3%
3 a 4%
> 4%
Cálculo do desvio-padrão das operações de ensaio e controle:
n
Se =
i =1
Ai
n .d 2
(MPa)
onde:
A = amplitude (diferença entre o maior e o menor resultado de corpos-de-prova que representam um
mesmo exemplar ( xmax - xmín );
n = número de exemplares considerados, compostos de p corpos-de-prova cada; e
d2 = coeficiente que depende do número p de corpos-de-prova representativos de um mesmo exemplar,
conforme mostra a tabela abaixo:
Número p de
d2
Corpos de prova
2
1,128
3
1,693
4
2,059
5
2,326
6
2,534
7
2,704
8
2,847
9
2,970
10
3,078
Figura - Coeficientes para cálculo do desvio-padrão dentro do ensaio
Exemplo:
188
No controle da resistência do concreto para a obra do Centro de Convenções da UFOP um lote
apresentou os seguintes resultados, em MPa:
Exemplares
01
25,2
25,1
0,1
Resultados
Amplitude
02
28,1
28,9
0,8
03
24,3
24,1
0,2
04
27,2
26,7
0,5
05
22,9
22,1
0,8
06
23,3
23,7
0,4
07
24,0
25,1
1,1
08
22,1
21,4
0,7
09
22,7
22,5
0,2
10
20,8
20,7
0,1
11
23,1
23,2
0,1
12
24,2
23,8
0,4
Valores Calculados para a Distribuição:
Média Geral: 23,96 MPa
fck, est. = 21,2 MPa
Desvio-padrão = 2,133 MPa
n
Se =
∴
i =1
Ai
nd 2
Ve =
=
0,1 + 0,8 + 0,2 + 0,5 + 0,8 + 0,4 + 1,1 + 0,7 + 0,2 + 0,1 + 0,1 + 0,4 5,4
=
= 0,399
12 x 1,128
13,54
S e x 100 39,9
=
=1,66%
23,96
f cm
Pela Tabela do ACI-214, acima, o coeficiente Ve = 1,66%, sendo < 3%, é considerado excelente
Obs.: O coeficiente de variação da resistência que é a relação entre o desvio-padrão obtido na
distribuição e a resistência média dos 12 exemplares fica em 7,8%, que atinge uma classificação de
excelente, conforme Helene, Petrucci e outros autores.
RECONSTITUIÇÃO DE TRAÇOS
I - CONCRETO FRESCO
Pesagens Necessárias :
Peso da amostra ao ar
Peso da amostra imersa
Peso da areia imersa
Peso da brita imersa
Calcular :
- Peso do cimento imerso (Pci)
- Peso do cimento ao ar
- Peso da água de amassamento
- Traço unitário desse concreto
-
Exemplo
12,50 kg = Pt
7,37 kg = Pti
2,00 kg = Pai
4,15 kg = Ppi
Dados :
γc = 3,15 kg/dm3
γa = 2,65 " "
γp = 2,70 " "
189
Solução: :
γ =
Par
Par − Pi
γ Par − γ Pi = Par
(γ − 1) Par = γ Pi
Par =
γ
γ −1
P
Peso do cimento imerso → Pci = Pti - Pai - Ppi
Pci = 7,37 - 2,00 - 4,15 = 1,22 (kg)
Peso do cimento ao ar :
Pc =
γc
γc −1
Pci =
Traço em peso
3,15
x 1,22 = 1,79 (kg )
3,15 − 1
→
1
Peso da areia ao ar : Pa =
2,65
x 2,00 = 3,21 (kg ) →
2,65 − 1
1,79
Peso da brita ao ar : Pp =
2,70
x 4,15 = 6,59 (kg ) →
2,70 − 1
3,68
Peso da água = Pt − Pc − Pa − Pp =
12,50 − 1,79 − 3,21 − 6,59 = 0,91
→
0,51
II - CONCRETO ENDURECIDO (Cálculo aproximado)
Concreto 1
Atacado por ácido clorídrico, um concreto de agregado não calcário, apresentou
83% de resíduo insolúvel. Qual será o traço do mesmo?
%Cim = (100 − resíduo insolúvel)% = (100 − 83)% = 17%
1
100
%Cim =
x100 = 17%
m=
− 1 = 4,88
1+ m
17
190
Concreto 2
Outro concreto, também de agregado não calcário, apresentou um teor total em CaO
de 11,5%. Qual será o traço se o cimento possui 65% desse óxido?
CaO
CaO
65% de 1 = 11,5% de (1 + m) ∴ m =
65
− 1 = 4,65
11,5
Cálculo da Relação A/C
A amostra do concreto 1 saturada de água pesou 12.150g. Dessecado em forno a
o
600 C, pesou 11.500g. Qual será a relação A/C?
O traço do concreto 1 é :
1 : 4,88 : x
No concreto dessecado, tem-se: 1 : 4,88 : 0,23
multiplicando-se por Pc e somando, dá:
Pc + 4,88 Pc + 0,23 Pc = 11.500
Pc = 1.882,16g
Água para saturação = 12.500 - 11.500 - Vv
mas, Vv = 2% de 5,3 dm3 = 106g
∴ Água para saturação = 12.500 - 11.500 - 106 = 544g
Re lação A / C =
0,23Pc + 544 976,90
=
= 0,519
1.882,16
Pc
191
ARGAMASSAS
1 - Conceituação
2 - Qualificação das Argamassas
3 - Classificação
4 - Argamassas de cimento
5 - Argamassas de cal
6 - Argamassas mistas
7 - Argamassas de gesso
8 - Traços usuais das argamassas
9 – Patologia das argamassas de revestimento
10 - Consumo de materiais nas argamassas
1 - Conceituação:
Mistura de aglomerantes e agregados minerais com água possuindo capacidade de endurecimento
e aderência.
Emprego das argamassas em construção:
Nas alvenarias - Assentamento de pedras, tijolos, blocos onde favorecem a
distribuição dos esforços.
Nos acabamentos - Emboço, reboco, tetos e pisos.
Nos reparos de obras de concreto - injeções, etc. (nesses casos, usar aditivo
expansor nas argamassas).
2 - Qualificação das Argamassas:
Condições a que se deve satisfazer uma boa argamassa:
a - Resistência Mecânica
b - Compacidade
c - Impermeabilidade
d - Aderência
e - Constância de volume
f - Durabilidade
A maior ou menor importância de uma dessas condições depende da finalidade da argamassa.
Estas propriedades estão na dependência de fatores diversos:
- Qualidade e quantidade de aglomerantes;
- Qualidade e quantidade do agregado;
- Quantidade de água
- Uso de aditivo adequado
3 - Classificação das Argamassas:
3.1 - Segundo o tipo de aglomerantes
a - Aéreas simples - de cal aérea ou gesso
b - Hidráulicas simples - de cal hidráulica ou cimento.
c - Mistas ou compostas - de cal aérea e cimento.
Obs.: as mais importantes estão grifadas; as de gesso são usadas exclusivamente em decoração e as de cal
hidráulica não são empregadas.
3.2 - Segundo a dosagem:
a - Pobres ou Magras - quando o volume de pasta é insuficiente
para preencher os vazios entre os grãos do agregado.
b - Cheias - quando os vazios acima referidos são preenchidos
exatamente pela pasta de aglomerantes.
c - Ricas ou Gordas - quando há excesso de pasta.
192
3.3 - Segundo a consistência:
a - Secas / b - Plásticas / c - Fluidas.
Obs.: A escolha de um determinado tipo de argamassa está condicionada às exigências da obra
(resistência mecânica, impermeabilidade, porosidade, etc.)
4 - Argamassas de Cimento:
As argamassas de cimento constituem a base de funcionamento de quase todos os materiais mais
comente usados na construção civil. Cada uma tem sua aplicação determinada tanto no que toca à sua
resistência como também de material de união para específicas aplicações. Essas argamassas de cimento
são chamadas de argamassas hidráulicas porque se diferenciam bastante das aéreas, pois fazem pega e
endurecem debaixo d’água. Também são caracterizadas por sua alta resistência mecânica e
impermeabilidade, resistência ao desgaste, etc.
Para as argamassas de cimento também é válida a Lei de Abrams:
“A resistência mecânica varia na razão inversa da relação A/C, para material plenamente adensado e
dentro dos limites práticos de aplicação”.
Para a previsão da resistência, pode ser usada a fórmula de Bolomey:
R = A. (1/x + 0,5)
onde,
R = resistência à compressão em corpos de prova cilíndricos, em MPa;
A é um valor característico do aglomerante; para o cimento portland aos 28 dias de idade: A = 15 a 20
Traços usuais das argamassas de cimento portland
Variam de 1:1 até 1:7, desde grande impermeabilidade até chapisco em alvenaria.
Denominação
Argamassas magras
Argamassas normais
Argamassas gordas
Classificação das argamassas de cimento
cimento por m³ de areia traço em volume *
215 kg
≅ 1 : 7,4
325 kg
≅ 1 : 5,0
425 kg
≅ 1 : 3,7
Obs.: * varia com a granulometria da areia empregada.
A permeabilidade é reduzida com maior dosagem de cimento.
5 - Argamassas de Cal:
Os traços da argamassa de cal variam de 1:1 a 1:4. A cal, se misturada com a areia e água, produz
uma concentração de volume que se admite: 1 volume de cal extinta mais 2 volumes de areia perfazem
um total de 2,4 volumes de argamassa.
A cal que se destina a revestimento deve ser mantida em repouso dentro d’água pelo menos
durante 6 dias. Se de boa fabricação e extinta na usina, dois dias são suficientes para garantir extinção
total.
A resistência da argamassa de cal é normalmente mais baixa do que a de cimento, podendo-se
considerar os seguintes valores:
1:3
1: 4 ( MPa a 28dias)
traços:
Resistência média à compressão:
1,5
0,9
Resistência média à tração:
0,5
0,3
Obs.: As argamassas de cal não resistem bem à ação da água, por isso nos revestimentos externos deve-se
empregar argamassas mistas, com cimento.
6 - Argamassas Mistas (Compostas):
193
Quando se desejam argamassas de cal mais resistentes e que possam fazer pega sob umidade,
deve-se adicionar cimento resultando nas chamadas argamassas de cimento atenuadadas, ou argamassas
mistas. algumas misturas ordinárias são dadas abaixo: (traços em volume)
Cimento
Cal
Areia Água Argamassa Resistência à compressão:*
1
½
5
1,11 = 3,91 volumes
30,4 MPa
1
1
6
1,33 = 4,69
“
26,8 MPa
1
2
8
1,77 = 6,32
“
22,4 MPa
1
1½
10
1,93 = 7,13
“
21,8 MPa
* calculadas pela fórmula de Bolomey, e considerando A% = 15%.
7 - Argamassas de Gesso:
Estas argamassas, como as de cal, são argamassas aéreas. Comumente não se adiciona areia ao
gesso de construção, ou gesso para reboco, pois a adição de areia produz uma argamassa muito magras de
baixa resistência. Ordinariamente se tomam 8 partes de gesso por 5 partes de água, obtendo-se 6 partes
(todos em volume) de pasta espessa.
A argamassa de gesso e cal se emprega ordinariamente na dosagem de um volume de gesso e 1/3
de argamassa de cal com areia fina. Este tipo de argamassa não chega a atingir a resistência da pasta de
gesso puro. Para o revestimento de paredes e tetos se emprega o gesso lento e é adotado comumente as
seguintes quantidades:
3 volumes de cal
1 volume de gesso
1 volume de areia
Para o gesso rápido ou gesso estucador, tem-se:
1 a 2 volumes de gesso
3 volumes de cal
1 volume de areia
8 - Traços Usuais das Argamassas:
Argamassas de cimento e areia:
Traço em volume
Aplicação
1:1 . Reboco (0,5 cm) impermeável de tanques. Obturação de fendas. Injeção e
enchimento de cavidades.
1:2 .. Camada de fundo (1 a 1,5 cm) em reboques para impermeabilização de
tanques, silos, etc. e recobrimento de armaduras.
1:3 .. Argamassas para pilares de tijolos e obras sanitárias. Capa de fundo (1,5 cm)
de reboques impermeáveis. Arcos, abóbadas. Camada de fundo em paredes
expostas a chuvas frequentes. Cimento liso.
1:4 .. Contrapisos, cimento alisado, chapisco, etc.
1:5 .. Para assentamento de tacos de madeira, tijolos em paredes de cutelo, blocos
de cimento, cerâmica.
1:6 . Para assentar pedras de obra
1:7 . Chapisco em alvenaria.
Argamassas de cal, cimento e areia
1:5 .. de cal e areia, com 15% de cimento para paredes de 15 quando se usar tijolos
de 6 ou 8 furos.
1:5 . de cal e areia, com 10% de cimento para paredes de 15 com tijolos comuns,
paredes de 25 com tijolos de 6 ou 8 furos, para colocação de ajulejos ou
litocerâmica.
1:5 . de cal e areia, com 7 % de cimento para paredes de 25 com tijolos comuns,
emboço (reboco grosso) interno.
1:5 .. de cal e areia com 5% de cimento p/ reboco grosso externo
1:3 ... de cal e areia fina, com 10% de cimento em reboco fino.
194
9 - PATOLOGIA DAS ARGAMASSAS DE REVESTIMENTO
CAUSAS
PROVÁVEIS
umidade constante. sais
dissolvidos na base
manchas de umidade.
(alvenaria).
EFLORESCÊNCIA pó branco acumulado na
sais dissolvidos na água.
superfície.
carbonatação de
Ca(OH)2
PATOLOGIA
BOLOR
Aspectos observados
manchas esverdeadas ou
umidade constante
escuras revestimento
área não exposta ao sol
em desagregação
VESÍCULAS
empolamento da pintura
na cor branca
DESCOLAMENTO
DO REBOCO COM
EMPOLAMENTO
descolamento e
formação de bolhas.
som cavo sob percussão
DESCOLAMENTO
EM PLACAS
som cavo sob percussão
placa endurecida
descolada
ou ainda:
placa quebradiça,
desagregando-se /
DESCOLAMENTO
COM
PULVERULÊNCIA
descolamento da
camada de tinta / som
cavo sob percussão
FISSURAS
HORIZONTAIS
estende-se por toda a
parede e descolamento
em placas / som cavo
sob percussão
.
FISSURAS
MAPEADAS
generalizadas por toda a
superfície
existência de CaO na
cal. presença de matéria
orgânica ou pirita
(concreções
ferruginosas) na areia.
infiltração de umidade
extinção retardada da
cal
areia micácea ( baixa
aderência) base lisa /
argamassa muito forte/
existência substâncias
hidrófugas / ausência da
camada de chapisco
argamassa muito (fraca)
/ aplicação prematura de
tinta impermeável
excesso de finos/ traço
pobre / não
carbonatação da cal /
camada de reboco muito
espessa
expansões: existência de
CaO na argamassa de
assentamento / ataque
por-sulfatos / argilo-minerais expansivos no
gregado
retração da argamassa
de base
REPAROS
eliminar infiltração de
umidade. Secagem.
Escovamento da
superfície. Reparo
do revest. quando
pulverulento
eliminar infiltração de
umidade lavagem com
solução de hipoclorito
reparo do revest.
quando pulverulento
eliminar infiltração de
umidade. renovar a
camada de reboco
eliminar infiltração de
umidade. renovar o
reboco e a pintura
renovar o revestimento/
apicoamento da base/
eliminação da base
hidrófuga / aplicação do
chapisco
renovar o revestimento/
chapisco
renovar o reboco
solução depende da
intensidade da reação
expansiva ou renovar o
revestimento
renovar o revestimento
195
10 - Consumo de Materiais nas Argamassas:
Uma forma recomendável para se calcular o consumo de materiais no m³ de argamassas é aquela
apresentada nas dosagens de concreto. O consumo depende do traço unitário a ser adotado e da
quantidade de água que dará uma argamassa plástica. Como é comum o uso de areias mais finas, pode-se
considerar o teor de água A% como sendo de 15% ou 16% (no concreto, ≤ 10%). Consideremos a
argamassa mista no traço ::! : 2 : 8, citada anteriormente. Esse traço significa 1 volume de cimento, 2
volumes de cal hidratada em pó e 8 volumes de areia úmida.
Como já foi visto, as fórmulas que fornecem o consumo do principal aglomerante por m³ são:
C=
γ argamassa
(1 + k + a + x)
ou C =
1000
1
k
a
+
+ +x
γc
γ cal
γa
Onde, k, é a relação cal/cimento e γc = 3,00 ; γcal = 2,00 e γa = 2,63 kg/dm³.
[1 : k : a : x] é o traço em peso. Tem-se o traço em volume 1 : 2: 8, mas as massas unitárias δcim , δcal,
δa(seca) são, respectiv.: 1,38 ; 0,60 e 1,40 kg/dm³ e o c.m.i.= 1,25.
Assim, 1:2:8: em volume corresponde a:
::1 x 1,38: 2x0,60: 8/1,25 x1,40: (em massa),
ou seja, 1,38 : 1,20 : 8,96 .
Dividindo por 1,38, tem-se:: 1 : 0,869 : 6,493 : (traço unitário em massa).
Cálculo da relação A/C:
x = A/100( 1 + m) = 15/100( 1+ 0,869 + 6,493) = 0,15(8,362) = 1,254
O consumo será: C =
1000
= 223 kg /m³
1/3,00 + 0,869/2,00 + 6,493/2,63 + 1,254
Consumos:
cimento : 223 kg por m³ de argamassa pronta e aplicada
cal : 223 x 0,869 = 194 kg idem, idem, idem.
areia úmida : 223 x 6,493 = 1448kg ou 1448/1,40 x 1,25 = 1293 dm³.
Obs.: o traço unitário em volume (1:2:8:1,73)dm³ rende 6,19dm³ de argamassa
pronta e aplicada.
Exemplo 2: (Questão nº 3 do provão/98) :
Numa argamassa mista de cimento, cal e areia de traço ::1 :2 : 9 em massa de materiais secos, com
massa específica de 2020 kg/m³ e com 20 % de água/materiais secos, pede-se:
a) o traço em volume da argamassa;
b) o consumo de materiais por m³.
DADOS:
Massas unitárias dos materiais:
cimento:δc = 1100 kg/m³ ; cal hidrat.: δcal = 750 kg/m³ ; areia seca : δa = 1400 kg/m³
Solução:
1 : 2 : 9 : x (em massa sea);
γ arg. = 2020 kg/m³ e A = 20%
∴ A rel. A/C será: x = 20% de (1 + m) = 0,2 (1 + 2 + 9) = 2,4
196
a) Obtenção do traço em volume:
Foi inicialmente adotado::1 : 2 : 9 : 2,4 ( kg, areia sea)
O volume de cada componente será: 1/1,1 : 2/0,75 : 9/1,4 : 2,4/1, ou seja:
0,90909 : 2,66667 : 6,42857 : 2,40 ( dm³, seco)
( x 1,1)
1 : 2,93333 : 7,07143 : 2,64 (dm³, seco)
Para um inchamento de 25% na areia quando úmida, Ter-se-ia:
7,07143 x 1,25 ≅ 8,84
O traço final em volume seria : : 1 : 2,93 : 8,84 : 2,64 (dm³, areia úmida)
b) Consumos:
γ =
Mt C (1 + 2 + 9 + 2,4)
2020
=
= 2020 ∴ C =
= 140,28 kg de cimnto / m3
V
1
14,4
cal: 2x 140,28 = 280,56 kg
areia sea : 9 x 140,28 = 1262,52 kg ou 1262,52 x 1,25/ 1,4 = 1.127 dm³ úmida
-------- x x -------Exemplo 3:
Calcular a quantidade de materiais a ser adquirida para cada m³ da argamassa mista no traço 1: 4
de cal e areia úmida (Massa Branca), com 8% de cimento (traços em volume). O teor de água (em massa)
será: A’% = 15% p/ a Massa Branca e A% = 16% para a argamassa mista.
Dados:
Material
Massa específica
Massa Unitária
Cimento
3,00
1,38
kg/dm³
areia (seca)
2,65
1,40
“
(c.m.i. de 1,25).
cal hidratada
2,00
0,60
“
Solução:
O procedimento normal de obra neste caso é o de preparar antecipadamente a argamassa de cal e
areia (Massa Branca) e deixá-la sempre úmida, “curtindo”.
No momento da aplicação o servente mistura-a com o cimento nas proporções correspondentes ao
traço adotado.
No presente caso, quer-se que o volume do cimento seja 8% do volume total.
Assim, Vcim = 0,08Vt ∴ Vt = 12,5 Vcim
Vt = VMB + Vcim
VMB = 11,5Vcim
Se for adotado o Vcim igual a 1 dm3, o volume VMB deverá ser = 11,5dm3.
O primeiro problema a ser resolvido será, então, calcular as quantidades de cal e de areia que serão
necessários para se formar um volume de 11,5 dm3 de Massa Branca.
11,5 dm3 de MB no traço 1:4:
1 : 4 (dm3) [1x 0,6 : 4/1,25 x 1,40] (kg)
[0,6 : 4,48] (kg)
O traço unitário em massa será: : 1 : 7,47 : x’ (kg)
Cálculo de x’:
x’= 0,15 (1 + 7,47) = 1,27
C cal =
11,5
= 2,506 kg de cal para 11,5 dm3 de MB.
1
7,47
+
+ 1,27
2,00 2,65
197
O consumo de areia será 2,506 x 7,47 = 18,72 kg
Formando agora a argamassa mista, teremos:
1 (dm3) : 2,506 : 18,72
1 x 1,38 : 2,506 : 18,72 (kg)
dividindo por 1,38
1: 1,816 : 13,57 : x (kg) ;
x = 0,16 (1 + 1,816 + 13,57) = 2,621
C=
1000
=111,3 kg de cimento / m 3 de arg amassa
1 1,816 13,57
+
+
+ 2,621
3,00 2,00 2,65
Consumos por m3:
Cimento: 111,3 kg ; Cal: 202,2 kg ; areia: 1.511 kg = 1.349 dm3 ; água: 292 kg
Σ = 2116 kg /m3 = γargamassa
PRINCIPAIS ADITIVOS QUÍMICOS
- TENSOATIVOS
Incorporadores de Ar (IAR)
Redutores de água
Plastificantes (P)
Superplastificantes (SP)
TENSOATIVOS:
Extremidade Hidrófoba
Moléculas Orgânicas
(longas cadeias)
Extremidade Hidrófila
IAR - Cadeia de Hidrocarboneto não polar com grupo polar aniônico
S e SP - Cadeia de Hidrocarboneto polar
com grupo polar aniônico
- MODIFICADORES DA PEGA
Aceleradores (A)
Retardadores (R)
198
MODICIFADORES DA PEGA
ACELERADOR > Velocidade de dissolução para Ca+ e íons Silicato
RETARDADOR < Velocidade de dissolução para Ca+ e íons Aluminato
Cátions K+ ou Na+ em solução
Pequenas concentrações
(<0,3% do cimento)
Grandes concentrações
(>1% do cimento)
< vel. Dissol. Ca+, porém > Vel. Dissol. para
predomínio
Silicatos e Aluminatos
predomínio
Ânions Cl- ou SO4-- em solução
Tensoativos Incorporadores de Ar
> Vel. Dissol. Ca+ e < Vel. Dissol. Para
Silicatos e Aluminato
199
Mecanismo de incorporação de ar segundo F. M. Lea:
Na interface ar-água, grupos polares
fase aquosa, gerando:
< tensão superficial,
formação de bolhas de ar, e
não coalescência (bolhas estáveis)
Na interface sólido-água, grupos polares ⇔ sólido; grupos não polares
água:
A superfície do cimento torna-se hidrófoba:
•
•
•
•
Dosagem excessiva de aditivo pode retardar muito a hidratação do cimento
A incorporação de ar, leva a queda de resistência
As bolhas de ar funcionam como agregados finos, mas sem atrito
Muito indicados para concretos massa e concretos leves
Tensoativos Redutores de Água
As fórmulas de três tensoativos plastificantes típicos estão mostradas abaixo:
mistura água-cimento sem a presença de tensoativos:
200
não se obtém um sistema bem disperso
a água possui tensão superficial elevada As partículas de cimento tendem a se
(estrutura molecular com ligação tipo ponte aglomerar ou formar flocos (forças de
de hidrogênio)
atração por cargas + e – geradas na moagem)
Porém,
Quando um tensoativo com uma cadeia hidrófila é adicionado ao sistema água-cimento:
o tensoativo
uma extremidade polar em direção à água
há < tensão superficial, e a partícula de cimento torna-se hidrófila
Camadas de moléculas de água dipolares circundam as partículas hidrófilas de cimento,
evitam a floculação e um sistema com boa dispersão é obtido
Tem-se um aumento da trabalhabilidade com menor consumo de água.
Superplastificantes
São aditivos redutores de água de alta eficiência: Teor de água 20 a 25% menores
(contra 5 a 10% dos plastificantes comuns).
Consistem de tensoativos aniônicos de cadeia longa, massa molecular elevada (20.000 a
30.000) com grande número de grupos polares na cadeia do hidrocarboneto.
Adsorvido pelas partículas de cimento, confere uma forte carga negativa que auxilia a:
• reduzir consideravelmente a tensão superficial da água circundante e
• aumentar acentuadamente a fluidez do sistema.
201
EXEMPLOS DE RESISTÊNCIAS INICIAIS ELEVADAS CONSEGUIDAS COM
ADIÇÃO
DE ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES
Séries de Consumo
(A) Concreto de
referência
(sem aditivo)
(B) Concreto com a
mesma consistência
de (A), mas com 2%
de superplastificante
(C) Concreto com a
mesma relação
água/cimento de (B),
mas sem
superplastificante e
com < abatimento.
Consumo
de Cimento
(kg/m³)
Relação
A/C
Abatimento
(mm)
360
0,60
360
360
Resistência à compressão
(MPa)
1 dia
3 dias
7 dias
28 dias
225
10
21
32
45
0,45
225
20
35
43
55
0,45
30
16
28
37
52
Observações:
a) Baixa exsudação e segregação dos concretos superplastificados, provavelmente explicadas
pela dimensão coloidal das partículas de cadeia longa do aditivo que obstruiriam os canais
de fluxo de água de exsudação no concreto;
b) Uma excelente dispersão das partículas de cimento na água parece acelerar a taxa de
hidratação do cimento, e do endurecimento (B > C nas idades de 1, 3 e 7 dias, com a mesma
rel. A/C);
c) Os superplastificantes de última geração contêm freqüentemente lignossulfonatos,
policondensado de formaldeído e melamina sulfonada, ou policondensado de formaldeído e
naftaleno sulfonado que são substâncias retardantes de modo a compensar a perda rápida
do elevado abatimento conseguido imediatamente após a adição do aditivo.
202
ADITIVOS PARA CONCRETO (CONTINUAÇÃO)
A - FINALIDADE
B - MELHORAS CONSEGUIDAS (TÉCNICAS / ECONÔMICAS / ESTÉTICAS)
C - APLICAÇÕES RECOMENDADAS
D - IDENTIFICAÇÃO SIMPLIFICADA
PLASTIFICANTES
A - Melhorar a plasticidade (reduzir o atrito) de argamassas e concretos
B - Melhor compactação com redução de água > (resistência, trabalhabilidade),
Durabilidade, (coesão) < (retração; consumo de cimento; custo).
C - Concreto bombeado; submerso; pré-fabricação; peças muito armadas;
injeções (protendido ou fissuras).
D - Tensoativos: Ácido glucônico, cítrico; lignossulfonatos de Na, Ca, NH4, etc.
ACELERADORES
A - Ganhos de resistência em < tempo. (reduz custos de execução, porém...).
B - EFEITOS NEGATIVOS A LONGO PRAZO, como:
< durabilidade (podem conter álcalis que causam expansões a longo prazo) ou
(íons cloreto que são corrosivos)< resistência final, > retração (>fissuração)
Obs.: alguns países da Europa já proíbem seu uso.
C - Tamponamentos de trincas; concretagens submersas; Recuper. de Estrut.
nas zonas de marés, reparos rápidos e concretagem em tempo frio.
D - Cloretos de Cálcio, de sódio, potassa ou soda, etc.
RETARDADORES
A - Transportes a longas distâncias, evitar juntas frias, temperaturas altas, etc.
B - Cristalização mais perfeita (desenvolvimento regular dos cristais, com
isso, > qualidade técnica e vantagens estéticas).
C - Concretagem em clima quente, atraso de transporte ou de lançamento
Trabalhos muito demorados.
D - Lignossulfonato de Ca, fosfatos, ácido fosfórico, açúcar, etc.
INCORPORADOES DE AR
A - Aumentar a durabilidade por reduzir a percolação da água.
B - <Exsudação, < permeabilidade, > trabalhabilidade e < resistência).
C - Concretos sujeitos a gelo e degelo; concretos menos permeáveis.
D - Tensoativos: resinas de madeira, azeites, gorduras animais ou vegetais.
(incorporam 3 a 6% de ar - 500.000 a 800.000 bolhas/m3)
PRODUTOS DE CURA
A - Impedir a evaporação rápida da água de amassamento.
B - < Retração. Hidratação do cimento menos perturbada.
C - Grandes superfícies em locais de baixa higrometria e fortes ventos.
Obs.: Se for usado CaCl2, o mesmo deve ser raspado e retirado após período
de cura (7 a 10 dias) para não haver futura corrosão das armaduras.
DISPERSORES
A - Para obter argamassas injetáveis (tixotrópicas) Trabalhabilidade
B - Os grãos de cimento “polarizados” tendem a se afastar uns dos outros
possibilitando as injeções a longas distâncias. >Resistência.
C - Injeções de bainha em concretos protendidos; concretos arrumados”.
D - Os grãos podem ser eletrizados por laminação, choques e atritos”.
203
IMPERMEABILIZANTES
A - Melhorar a estanqueidade dos concretos
B - Hidrofugação das paredes dos capilares do cimento; precipitação de sais
insolúveis nos capilares do cimento obturando-os; combater a capilaridade e
combater a água sob pressão.
C - Estruturas destinadas a conter água. Impermeabilizações.
D - Hidrófugos de massa:
a) orgânicos como oleatos e estearatos de Ca, Mg, Na, K, Al, etc.
b) minerais como silicatos alcalinos, fluorsilicatos, sulfatos de alumínio, cloretos e fluoretos de Zn .
Pozolanas em concretos de boa qualidade são também eficientes.
Hidrófugos de superfície: asfaltos e alcatrões, silicones e outras resinas da indústria plástica
(acrílicas, alquídicas, vinílicas, etc) silicatos, fluorsilicatos, tetrafluoreto de silício, óleos secativos e
outros.
EXPANSORES
A - preenchimento de cavidades, injeções, etc.
B - Compensar a retração, com vantagens. (melhoras técnicas e estéticas)
C - recomposições, injeções de bainhas, concretos “arrumados”.
D - Reações Expansivas :
- ferro finamente dividido + álcali
hidróxido
- sulfoaluminato de cálcio
Reações Geradoras de gases:
- pó de alumínio + Ca (OH)2
libera hidrogênio
libera bolhas de acetileno.
- CaC2 + H2O
MATERIAIS POZOLÂNICOS
Classificação, Composição e Características dos Materiais Pozolânicos para Concreto
Cimentantes e Pozolânicos
Classificação
Composição química e
mineralógica
Na maior parte silicatos
vítreos contendo
principalmente
cálcio,
Escória granulada
magnésio, alumínio e sílica.
de alto- forno
(cimentante)
Podem conter pequenas
quantidades de outros
elementos.
Na maior parte vidro de
silicato contendo
principalmente Ca, Mg, Al
e álcalis. Pequena
quantidade de matéria
Cinza volante
cristalina quartzo e C 3 A);
alto-cálcio e
(cimentante
podem conter CaO livre e
pozolânica)
periclásio. Carvões com
alto teor de enxofre podem
conter sulfatos. O carbono
não queimado é comumente
< 2%.
Características das partículas
O material não processado tem a
dimensão da areia com 10 a 15%
de umidade. Antes de empregado
deve ser seco e moído até finura
<45µm (≅ 500m²/kg de finura
Blaine).
Textura rugosa
pó com 10 a 15% de partículas >
45µm (300-400m²/kg Blaine).
Muitas partículas são esféricas
φ < 20µm. A superfície das
partículas é lisa, mas não tão
limpas quanto as cinzas de baixo
teor de cálcio.
Pozolanas pouco
reativas
Pozolanas Comuns
Pozolanas altamente
reativas
204
Microssílica
Cinza de casca de
arroz
pó extremamente fino consistindo
é essencialmente
de esferas com φ médio de 0,1µm
constituída de sílica pura na
(área específica, por adsorção de
forma não cristalina
nitrogênio, de 60.000m²/kg)
partículas geralmente < 45µm, mas
é essencialmente
altamente celulares. (área
constituída de sílica pura na
específica, por adsorção de N 2 ,
forma não cristalina.
60m²/g)
Na maior parte vidro de
silicato contendo Al, Fe e
álcalis. A pequena
quantidade de matéria
Cinza volante de
baixo teor de cálcio cristalina presente consiste
geralmente de quartzo,
mulita, silimanita, hematita
e magnesita
Pó com 15-30% de partículas
maiores do que 45 µm
(comumente 200 a 300 m²/kg de
finura Blaine). A maior parte das
partículas são esferas sólidas com
20 µm de diâmetro médio. podem
estar presentes cenosferas e
plenosferas
Materiais naturais
As pozolanas naturais
As partículas são moídas abaixo de
contêm quartzo, feldspato e
45 µm, na maior parte e tem
mica, além de vidro de
textura rugosa.
aluminossilicato
Escória de alto
forno resfriada
lentamente, cinza.
de grelha, etc.
Consiste essencialmente de Os materiais devem ser moídos a
silicatos cristalinos e
um pó muito fino para desenvolver
somente uma pequena
uma certa atividade pozolânica. As
quantidade de matéria não
partículas moídas tem textura
cristalina.
rugosa
CONCRETOS ESPECIAIS
O avanço crescente da técnica de construir força o aparecimento de materiais que consigam responder às
condições impostas em cada situação de obra.
No setor de concretos hidráulicos, surgiram interessantes tipos com características particulares e
definidas.
São aqui classificados na seguinte relação, evidentemente incompleta:
1 - Concretos leves
porosos, aerados ou celulares,
com agregados leves,
sem finos
2 - Concretos com ar incorporado
3 - Concretos-massa
4 - Concretos coloidais (ou injetados)
5 - Concretos a vácuo
6 - Concretos refratários
7 - Concretos pesados
1 - Concretos leves:
Visando reduzir o peso próprio (carga morta), tornando o concreto mais competitivo e de maior
velocidade de execução, além de dar-lhe novas propriedades como, por exemplo, o isolamento térmico,
surgiram e se desenvolveram, então, os concretos leves.
205
Caracterizam-se esses concretos pela baixa massa específica aparente em relação aos concretos
normais ou tradicionais.
Admite-se em geral 2000 kg/m³ como valor máximo para o concreto ser considerado leve (1800
kg/m³ para alguns).
A redução de peso do concreto leve é obtida pela formação de vazios por um dos três processos a
seguir indicados, que dão origem aos três tipos de material:
1.1 - Concretos porosos, celulares ou aerados - obtidos pela formação de gases ou espumas estáveis,
aprisionadas no interior da massa.
São especialmente leves, massas específicas compreendidas entre 300 e 1200 kg/³, de ótimo
comportamento como isolante térmico, mas de baixa resistência mecânica.
São impropriamente chamados concretos, pois em realidade são argamassas porosas em que as
bolhas de gás ou ar formam-se no seu interior. Os dois modos de produzi-los são: formação de um gás na
mistura, por ação química, e adição de espuma ou agente produtor de espuma, que fica estável no interior
da massa.
1.1.2 - Concretos gasosos:
Os principais agentes formadores de gás são a seguir indicados:
Pó de alumínio - Utiliza-se um pó muito fino passante na peneira n° 200 (Área específica Blaine de 460
a 600 m²/kg) que reage com a cal desprendendo hidrogênio, de acordo com uma das seguintes reações:
2 Al + 3Ca (OH ) 2 + 6 H 2 O → 3Ca . Al 2 O3 . 6H 2 O + 3H 2′
2Al + Ca ( OH ) 2 + 6 H 2 O → Ca[Al(OH) 4 ] 2 + 3H ′2
Quanto mais fino o pó, mais gás gera:
- 1g de pó passando na peneira de 0,3 mm dá cerca de 16 cm³ de gás
- 1g de pó passando na peneira 200 dá 615 cm³ de gás
A dosagem desses concretos é feita totalmente por via experimental, estando o pó de alumínio
compreendido entre 0,2% e 0,5% do peso do cimento. Sendo o traço em peso ::1:k:m:x (cimento: cal:
agregado: água), o consumo será:
C=
γ concreto
1+ k + m + x
;
γ concreto é a massa específica a ser obtida.
As quantidades de agregado, cal e água por m³ serão:
M = Cm
K = Ck
A = Cx
Obs.: para um consumo de cimento de 180 kg/m³, num traço 1:0,5:4:0,85 , o concreto terá massa
específica γ igual a 1.143 kg/m³.
Carbureto de cálcio - O carbureto de cálcio reage com a água formando acetileno, conforme a
expressão:
CaC 2 + 2H 2 O → Ca ( OH ) 2 + C 2 H ′2
1.1.3 - Concretos espumosos: Os concretos espumosos são produzidos pela formação de uma espuma
estável na pasta ou argamassa de cimento. Os principais formadores de espuma são proteínas
hidrolisadas, resinas saponificáveis, agentes sintéticos de superfície ativa, sangue hidrolisado, cola
animal, etc.Estes agentes são protegidos por patentes, o que torna difícil o conhecimento exato de suas
características.
206
Um dos primeiros agentes espumígenos foi o ácido naftalino-sulfúrico utilizado em pó, em
geral na proporção de 1% do peso do cimento.
Dois são os métodos usuais de produção:
1. Formação de espuma com aparelhagem especial e sua adição posterior à
argamassa;
2. Formação de espuma na argamassa, pela adição de espumígeno e mistura
contemporânea de materiais.
Obs.:O primeiro método é o mais seguido.
1.1.4 - Resistência Mecânica, retração e condutibilidade térmica
Estas são as propriedades mais importantes para os concretos celulares. Assim, se for fixada uma
massa específica máxima, o concreto deverá apresentar uma resistência mínima, ambas evidentemente
ligadas à condutibilidade térmica e à retração.
Os resultados mais interessantes obtidos por vários pesquisadores permitem adotar a seguinte
tabela:
Massa Específica
Aparente (t³ / m)
0,2
0,3
0,5
0,8
1,0
1,2
Condutibilidade Térmica
(kcal / m .h.°C )
0,074 a 0,100
0,083 a 0,114
0,160 a 0,220
0,290 a 0,400
0,380 a 0,530
0,480 a 0,660
Os concretos celulares apresentam alta retração, pois são ricos em cimento, de elevada relação
A/C e a influência da retração da pasta, em virtude dos vazios, é mais importante do que no concreto
denso.
Autoclavagem: Para melhorar as características de resistência e retração do concreto celular, é
usual submetê-lo, logo após o esponjamento, a uma autoclavagem. A temperatura da autoclave varia entre
160 a 250°C, com pressão de 6 a 12 kgf/cm². A duração do processo é da ordem de 5 horas.
Há uma melhoria sensível na resistência pela reação da cal com a sílica, formando silicatos. Essa
cal pode provir da hidratação do cimento ou da adição de cal ao conjunto.
1.2 - Concretos com agregados leves: São aqueles em que os agregados têm estrutura celular porosa; as
células de ar estão nas partículas de agregados que apresentam massa específica aparente bem menor que
os agregados naturais. A massa específica varia de 950 a 2000 kg/m³ dependendo da utilização de
agregados leves só graúdos ou ambos leves. A resistência varia na razão direta da massa específica,
acontecendo o inverso com o isolamento térmico.
São utilizados agregados naturais ou artificiais. Como exemplo do primeiro caso tem-se a
PUMICE, que é uma lava porosa, com porosidade irregular, resistência à compressão variável e grãos de
arestas vivas.
Não é encontrado no Brasil.
Como produtos manufaturados encontram-se os seguintes:
a) Vermiculita - Constituída de silicatos provenientes da decomposição da mica que, aquecidos,
apresentam a propriedade de esfoliar. Submetidos à temperatura de cerca de 1000°C, a água ao ser
expulsa provoca a expansão, que pode chegar a 20 vezes o volume inicial.
b) Escória de Alto-forno - Esfriada rapidamente e com pouca água, dá um material poroso que, britado e
classificado, pode ser usado como agregado leve.
207
c) Cinza leve - A queima de certos carvões dá como resíduo uma cinza muito fina, que submetida a
altas temperaturas (1200°C) sinteriza sob a forma de grãos aproximadamente esféricos, muito duros.
d) Argila expandida - certas argilas aquecidas rapidamente a temperaturas entre 1000 e 1200°C
desenvolvem gases que aprisionados na massa de alta viscosidade originam expansões.
O grão é constituído de células separadas por paredes vitrificadas.
Na tabela abaixo se encontra uma súmula das principais características do concretos leves mais usuais.
Tipo
de
concreto
NORMAL
PUMICE
ESCÓRIA
ARGILA
EXPANDIDA
CINZA LEVE
SINTERIZADA
VERMICULITA
SEM FINOS
CELULAR
Traços
usuais
(peso)
1:5
a
1:7
1:5
a
1:7
1:6
a
1:12
1:3
a
1:8
1:3
a
1:8
1:3
a
1:8
1:8
a
1:12
-
Massa
específica
(kg/m³)
2300
a
2500
700
a
1200
950
a
1600
900
a
1900
900
a
1900
400
a
800
1500
a
1800 (2)
400
a
1000
Resistência
à compressão
(MPa)
20
a
30
1,5
a
4,0
1,5
a
14,0
5,0
a
30,0
3,5
a
25,0
1
a
3
4
a
6
1,5
a
3,5
Resistividade
térmica (seco)
(1)
0,10
a
0,15
0,60
a
0,80
0,33
a
0,67
0,20
a
0,44
0,20
a
0,55
0,55
a
1,00
0,45
a
0,60
0,60
a
0,33
Observações:
- Número de horas para transmitir 1 BTU por pé quadrado para 1ºF entre
superfícies de 1” de espessura.
- Utilizando agregados leves a massa específica aparente baixa para
700 a 1200 kg/m³.
1. 3 - Concretos sem finos - obtidos pela confecção de concretos sem agregado miúdo. Moderadamente
leves, de boas qualidades como isolante térmico, mas de baixa resistência mecânica. A massa específica
varia de 700 a 1800 kg/m³. O adensamento desse tipo de concreto deve ser manual para não eliminarem a
pasta de recobrimento. O isolamento térmico é cerca de 25% maior que o do concreto denso, feito com o
mesmo agregado.
2 - Concretos com Ar Incorporado:
Este tipo de concreto não deve ser confundido com os porosos, pois deles se afasta não só pela
porcentagem de ar contido na massa, como também pelo tamanho e disposição das bolhas de ar.
208
O ar intencionalmente incorporado tem uma porcentagem variável de 3 a 6% (note-se que o ar
aprisionado raramente excede 1,5%), em média 4%, com uma quantidade estimada entre 500.000 e
800.000 bolhas por m³ de concreto. Seu diâmetro é de 100µ.
As bolhas disseminadas em toda a massa cortam praticamente todos os capilares, cujos diâmetros
são da ordem de mícrons, o que reduz de muito a capilaridade, higroscopicidade e permeabilidade do
concreto.
Os concretos desse tipo apresentam também uma resistência notável ao fenômeno de congelação e
degelo, bem como à ação de águas agressivas.
A incorporação de ar diminui a resistência aos esforços mecânicos; como, porém, o incorporador
melhora a trabalhabilidade pode-se reduzir a relação água/cimento e, com isso, compensar total ou
parcialmente a perda de resistência. Nos traços pobres há uma compensação total, havendo uma certa
perda nos traços ricos.
Interessará sempre um modo prático de se determinar, no laboratório ou na obra, a percentagem de
ar intencionalmente incorporado .
Dois são os principais processos: o gravimétrico e o de pressão. No primeiro deles, a quantidade
de ar se determina comparando o peso da unidade de volume da mistura fresca, determinado
experimentalmente, com o peso de unidade de volume do mesmo concreto, excluindo os vazios, que se
podem calcular conhecendo com exatidão os pesos de cada um dos componentes e suas massas
específicas absolutas.
O segundo método se baseia no fato de que o ar disseminado na massa é o único componente
compressível que responde, para temperatura constante, às mudanças de pressão, de acordo com a lei de
Boyle-Mariotte; (funcionamento do aparelho visto no item aditivos).
3 - Concreto Massa:
3.1 - Histórico
Nas estruturas de concreto fortemente solicitadas, a composição do concreto, especialmente a
dosagem do cimento, é fixada baseada em valores experimentais que correspondem às solicitações que
agem sobre determinada parte da obra.
Por outro lado, naquelas obras de concreto simples, pouco solicitadas e que resistem às cargas
mais pela forma e massa do que pela resistência, como é o caso das barragens tipo gravidade, a
quantidade de cimento usualmente empregada no concreto é muito maior que o efetivamente exigido
pelas condições estáticas.
Procura-se, pois, nesses tipos de concreto, reduzir sensivelmente o consumo de cimento a fim de
atender `a outras características, tais como a geração de menor quantidade de calor pela hidratação e,
assim, minimizar as variações dimensionais e as possibilidades de fissuramento por ocasião do
resfriamento diferenciado da massa.
Pode-se, pois, tentar definir o concreto-massa como “concreto utilizado em peças de grandes
dimensões, sem armadura, e caracterizado por consumos baixos de cimento, agregados de elevado
diâmetro máximo, e com geração de baixa quantidade de calor de hidratação”.
Com o aumento de altura das barragens, do seu volume total e da sua importância, foi necessário
aperfeiçoar os métodos de construção e dar maior cuidado na seleção e proporcionamento dos materiais.
Com o advento do conhecimento dos trabalhos de Abrams, depois de 1908, grandemente
difundidos a partir de 1916, iniciou-se a tendência da redução da relação A/C e consequentemente a
redução do teor de cimento, bem como a melhoria dos meios de adensamento.
Com os estudos de Bogue sobre a constituição do cimento portland, pôde ser posta em evidência a
contribuição dos diversos compostos para a geração do calor de hidratação, passando-se a partir daí a
cuidar melhor não só da quantidade, como da qualidade do cimento empregado na construção.
Rapidamente foram sendo dados os seguintes passos:
- Agregados com DMC cada vez maior, atingindo-se até valores de 150 mm;
- Consumos de
cimento cada vez menores, da ordem de 70 a 160 kg/m³;
- Concreto com consistência cada vez mais seca e uso de vibradores adequados
- Execução de concretagem de grandes volumes por jornada de trabalho;
- Uso de pozolanas para substituição de parte do cimento, com reflexos tanto
209
na economia da obra, como nas propriedades térmicas já então consideradas
fundamentais;
- Uso de aditivos, principalmente retardadores de pega e endurecimento,
visando facilitar e resolver os problemas de lançamentos maciços, ou
incorporadores de ar com grande influência na durabilidade;
- Uso de cimento especiais;
- Introduziu-se o resfriamento quer dos agregados, quer do concreto em fase de
execução, quer do concreto durante o endurecimento.
- Introdução da tecnologia do concreto compactado com rolo
O uso de pozolanas, além do acréscimo de resistência mecânica, mostrou ser eficiente não só para
combater o calor de hidratação, como também para diminuir substancialmente e expansão proveniente
das reações álcali-sílica e álcali-carbonato dos agregados com os álcalis do cimento, e prover maior
resistência do concreto ao ataque por sulfatos.
O avanço na seleção de materiais, nos aditivos, no proporcionamento da mistura e dos meios e
modos de execução da obra, passaram a exigir também controles mais adequados e mais precisos dos
constituintes e das diferentes fases da produção.
3.2 - Materiais Constituintes:
3.2.1 - Cimentos:
Os tipos de cimento mais adequados à utilização dos concretos massa são:
a) Cimentos de baixo calor de hidratação, cujas propriedades são provenientes dos baixos teores
de C 3 A e C 3 S , os maiores responsáveis pelo alto calor gerado na sua reação com a água.
b) Cimentos metalúrgicos, obtidos pela mistura íntima durante a moagem do clínquer de cimento
com escórias granulares de alto forno. Tanto o cimento de alto-forno – CP III (35 a 70% de escória),
como o cimento composto com escória – CP II-E ( < 34% ) são utilizáveis, pois a lenta hidratação
motivada pela existência de escória permite uma dissipação mais fácil do calor gerado.
c) Cimentos pozolânicos, obtidos pela moagem íntima de clínquer e pozolanas naturais ou
artificiais, destacando-se entre as últimas: a cinza volante, resíduo de usinas termoelétricas e a pozolana
resultante da queima de determinadas argilas.
d) Cimentos portland comuns com baixo teor de álcalis, indicado pelo valor máximo de 0,6%,
calculado com a soma da porcentagem de Na 2 O e 0,658 da porcentagem de K 2 O .
3.2.2 - Pozolanas: (ver também o Capítulo “Aditivos e Adições Minerais”)
Podem ser definidas como “materiais silicosos ou sílico-aluminosos”, sem valor ou com pouco
valor com aglomerantes, mas que finamente divididos, em presença de umidade, reagem com o hidróxido
cálcio liberado na hidratação do cimento, e formam compostos com propriedades aglomerantes.
As pozolanas naturais são materiais que ocorrem em jazidas e que não requerem tratamento maior
a não ser moagem em alguns casos. Procedem de rochas vulcânicas e cinzas vulcânicas. As mais
conhecidas mundialmente são: as pozolanas italianas encontradas perto de Nápoles, as da ilha grega do
Santorin e a rocha de origem vulcânica conhecida como Trass, na Alemanha.
O Kieselguhr, terra de diatomáceas ou diatomita, é um depósito sedimentar de granulação fina,
constituída de carapaças silicosos de plantas aquáticas.
As pozolanas artificiais resultam da calcinação de rochas sedimentares em temperaturas
adequadas, cerca de 1.000ºC, tais como as argilas cauliníticas, montmoriloníticas ou ilíticas. Um outro
tipo de pozolana artificial resulta da queima de casca de arroz ou outros vegetais e seu uso está sendo
testado.
As cinzas leves e volantes, provenientes da queima de carvão pulverizado em usinas
termoelétricas, quando finamente divididas e com composição química adequada, constituem excelente
pozolana.
No Brasil são utilizadas as cinzas volantes das usinas de Candiota (RS), Charqueadas (RS),
Tubarão (SC) e Figueira (PR), bem como foi instalada uma fábrica de pozolana por queima de argila em
Jupiá.
210
3.2.3 - Aditivos:
Os aditivos mais comumente empregados nos concreto-massa são os retardadores de pega, os
plastificantes redutoras de água e os incorporadores de ar. Os dois primeiros influenciam as propriedades
do concreto fresco, ao passo que o último vai modificar o comportamento do concreto endurecido.
3.2.4 - Agregados:
Devem obedecer a Norma NBR-7211 e o principal já foi apresentado na apostila da 1ª parte.
Elementos dos agregados que reagem com o cimento:
Reação álcali - Sílica (NBR 9773) e álcali – carbonato (NBR 10340)
Reação álcali - carbonato - Existem exemplos de expansões no concreto quando o agregado é calcário
dolomítico. Neste caso parece haver correlação com o teor de álcalis no cimento dando uma reação álcalicarbonato.
Experiências feitas por Hadley mostraram que um cristal isolado expande quando imerso numa
solução de hidróxido de sódio.
Os estudos de Sherwood e Newlon em Studies on the Mechanism of Alkali-Carbonate Reaction
mostram que minerais de dolomita em rochas carbonatadas aumentam em volume, quando expostas a
solução de KOH ou NaOH.
A expansão está diretamente relacionada ao teor de dolomita, havendo deterioração desse mineral.
O mineral dolomita parece ser o componente ativo destas rochas dolomíticas.
A reação que toma o nome de desdolomitização pode ser apresentada como:
5CaMg ( CO 3 ) 2 + 12 KOH + 6H 2 O → 2 Ca 2 K 6 . ( CO 3 ) 5 .6H 2 O + 5Mg ( OH ) 2 + Ca ( OH ) 2
O método de verificação da reatividade carbonato está expresso nos métodos da NBR10.340 e
pela ASTM de números C-346/67 e C-586/69.
Impurezas orgânicas - A matéria orgânica interfere sensivelmente na aderência entre a pasta e o
agregado, bem como na pega e no endurecimento do cimento.
Solos com húmus, partículas de vegetais, raízes, produtos animais, podem contaminar o agregado,
principalmente o agregado miúdo, pelos ácidos orgânicos que contêm.
O ensaio colorimétrico, apesar de suas imperfeições, é ainda o mais usado para indicar esses
materiais nocivos. (NBR-7220)
Sais solúveis - As impurezas de sais solúveis reagem com os componentes do concreto, afetando a pega e
o endurecimento.
A impureza mais comum nos agregados, deste ponto de vista, é o gesso. A reação do sulfato de
cálcio com o aluminato tricálcico forma um sulfoaluminato (sal de Candlot) de alta capacidade expansiva,
capaz de destruir a massa.
3.2.5 - Água:
As águas de amassamento e cura deverão possuir as características vistas no capítulo
correspondente.
3.3 - Propriedades:
3.3.1 - Resistência Mecânica:
Em geral, a resistência mecânica exigida para estruturas em concreto-massa é bastante baixa, o
que possibilita obter misturas com baixos teores de cimento, que, além de econômicos, geram pouco calor
de hidratação. Raramente são necessários valores altos de resistência com pouca idade, razão pela qual a
resistência do projeto pode ser atingida aos 3 meses e às vezes até com 1 ano de execução.
Bem mais importante é a escolha do tipo e tamanho dos corpos de prova. Para o ensaio de
compressão, existem dificuldades de aceitar o corpo de prova cilíndrico de 15cm x 30cm, em virtude de
normalmente existirem agregados com dimensões de 100 mm, cilindro terá 30cm x 60cm e para 150mm
as dimensões seriam 45cm x 90cm.
211
3.3.2 - Demais propriedades:
As demais propriedades já forma de certa forma abordadas no capítulo específico. O estudo mais
aprofundado da Produção e Controle Tecnológico do Concreto-massa pode ser encontrado na bibliografia
citada.
4 - Concretos Coloidais (ou injetados):
Concreto injetado ou coloidal é um concreto obtido a partir da injeção de uma argamassa, de modo
a preencher os vazios de um agregado graúdo, previamente colocado nas formas.
As diferenças para o concreto convencional são: alta porcentagem de agregado graúdo, diminuição
da retração pelo contato de grão a grão do agregado graúdo (cerca de metade do concreto normal),
módulo de elasticidade mais alto do que o do concreto comum, resistência à compressão da mesma ordem
de grandeza, porém com menor resistência à tração, impossibilidade de usar vibração interna.
O concreto coloidal apresenta vantagens na técnica do concreto submerso ou em reparações de
defeitos pela baixa retração que apresenta.
Com relação ao tamanho máximo do agregado, pode-se indicar que ele não deverá ser maior que
¼ da menor da menor dimensão da peça, nem 2/3 da distância mínima entre as barras da armadura.
4.1 - Argamassas coloidais:
O uso das pastas para injeções em fissuras de rochas em fundações, barragens, túneis, etc. é muito
antigo. Mais tarde foram usadas para enchimento de fissuras em estruturas e para a proteção de barras de
aço de protensão com o preenchimento das bainhas.
Para facilidade da execução das injeções, as argamassas e pastas devem ter suas propriedades, no
estado fresco, modificadas pela adição de fluidificantes, pozolanas, agentes expansivos, colorantes, etc.
O cimento utilizado é normalmente o portland comum. A pozolana pode ser natural ou artificial;
entre as últimas destaca-se o fly-ash. fluidificante e, às vezes, pó de alumínio em pequena proporção
(0,01 a 0,02% do peso do cimento, mais pozolana) para originar uma expansão controlada. A argamassa é
geralmente de traço em peso 1:1 a 1:2, atingindo raramente 1:3.
Um traço bastante empregado em peso é 2:1:3:0,8 ; respectivamente cimento, pozolana, areia e
água.
5 - Cimentos a Vácuo:
A quantidade de água utilizada para misturar e adensar o concreto é maior do que a necessária
para hidratar o aglomerante.
Surgiu daí a idéia de eliminar a água excedente logo após o adensamento. O processo foi
inicialmente imaginado por Karl Billner, que conseguiu por meios simples, não só eliminar a água por
sucção, como ao mesmo tempo, aplicar uma forte compressão às faces externas do concreto.
O processo consiste em aplicar sobre a massa uma placa rígida formada por treliças recobertas por
um tecido forte, porém permeável, e sobre estas, outra parede repousando sobre borrachas, formando uma
cavidade sobre o concreto. Fazendo-se vácuo nessa cavidade, por meio de uma bomba de vazão
conveniente, aplica-se, graças à pressão atmosférica, uma compressão na superfície, que se estende por
larga área.
Evidentemente, o concreto a vácuo só se aplica em espessuras reduzidas. É também procedimento
interessante na indústria de pré-moldados, pela facilidade de desmoldar a peça logo após a sua execução,
aproveitando mais intensamente o jogo de moldes disponíveis.
6 - Concretos Refratários:
Se o concreto, durante seu uso, tiver de suportar elevadas temperaturas ou mudanças térmicas, será
necessário um concreto especial, que toma o nome de refratário e cujas características próprias conduzem
a um comportamento adequado naquelas condições de exposição.
Para obter um concreto refratário, que não se desintegre a um aquecimento prolongado nas
temperaturas de serviço, deve-se utilizar o cimento aluminoso como aglomerante e, como agregados,
materiais refratários mais ou menos silícicos, para temperaturas pouco elevadas, mais aluminosos, para
temperaturas maiores, e, finalmente, agregados com o córidon, o carborundum, a cromita, a magnesita,
etc, para as mais altas temperaturas.
212
O quadro seguinte dá indicações sumárias sobre esses concretos:
Temperaturas de
Serviço
< 300ºC
300ºC - 500ºC
500ºC - 800ºC
800ºC - 1000ºC
1000ºC - 1200ºC
1200ºC - 1400ºC
Aglomerantes
CimentoPortland
Cimento
Aluminoso
Agregados
Normais
Normais
Tijolo cerâmico ordinário
Refratário ordinário
Refratário c/ mais de 25% Alumina
Refratários especiais
Obs.: Este concreto se consome com o tempo, estando sua economia ligada ao custo inicial e sua duração.
7 - Concretos Pesados
Entende-se por concreto pesado aquele cuja massa específica é bastante superior à massa
específica dos concretos correntes (2400 kg/m³).
Originalmente sua utilização se restringia à execução de contra pesos para elevador e, lastros fixos
ou móveis, contrapesos de pontes basculantes e tensores de cabos.
A necessidade de proteção de pessoas contra os efeitos biológicos das radiações: raios-X e γ,
bombas de cobalto, emissões por materiais radioativos, proteção em reatores nucleares e aceleradores de
partículas, colocou os concretos pesados no primeiro plano de importância dentre os concretos especiais.
Radiações - Os materiais radioativos e as reações nucleares dão os seguintes tipos de radiação:
- Partículas α, com baixo teor de penetração;
- Partículas β, com grande poder de penetração;
- Raios γ, dotados de alta energia e altíssimo poder de penetração;
- Nêutrons, poder de penetração extremamente alto. Os nêutrons podem passar através de uma placa de
chumbo de 50cm de espessura.
Para proteção do homem, todas as radiações devem ser atenuadas ou absorvidas. As radiações
particularmente nocivas, porque são mais penetrantes, são os nêutrons e os raios γ. Em essência, os
nêutrons são absorvidos por materiais de baixa densidade (hidrogênio contido na água, por exemplo) e os
raios γ, ao contrário, por materiais de alta densidade. A atenuação dos nêutrons e dos raios γ exigem a
presença de diferentes elementos no material de proteção, sendo que o concreto satisfaz estas condições
pela alta densidade e por conter numerosos átomos de hidrogênio.Normalmente o cimento utilizado é
comum, os agregados é que são especiais.
213
Agregados - Os agregados mais usados e suas características estão no quadro abaixo, onde foi
adicionado o basalto para comparação.
Massa específica
Principal
Massa Específica
Massa Unitária
Tipo
do concreto
constituinte
(kg/m³)
Média
(kg/m³)
Fe
Granalha
7500
5500
5000
Fe 2 O 3
Hematita
5000 - 5500
4800
4200
Goethita
Fe 2 O.3H 2 O
3500 - 4300
3000
3000
Limonita
Fe 2 O. H 2 O
2700 - 4300
2800
2600
Magnetita
Fe 3 O 4
4000 - 5200
3500
3300
Barita
4000 – 4500
3500
3300
BaSO 4
Galena
7600
5500
5000
PbS
Córindon
4000
3500
3300
Al 2 O 3
2800
1500
2400
SiO 2 − FeO − Al 2 O 3
Basalto
BIBLIOGRAFIA
01 - Apostila de Materiais de Construção I (edição 2008).
02 - Isaia, Geraldo C.(Editor). Materiais de Construção Civil. 1a ed. IBRACON, 2007.
03 - Isaia, Geraldo C.(Editor). CONCRETO: ensino, pesquisa e realizações. 1a ed. IBRACON, 2005.
04 - Aïtcin, Pierre-Claude. Concreto de Alto Desempenho Ed. PINI 2000
05 - ABNT. Métodos, Especificações e Normas.
06 - Mehta, P.K. Concreto: Estrutura Propriedades e Materiais. PINI 1994
07 - Sousa Coutinho, A. Fabrico e Propriedades do Betão. LNEC, Portugal.
08 - Neville, Adam M. Propriedades do Concreto Ed. PINI.
09 - Helene, P. e Terzian, P. Manual de Dosagem e Controle do Concreto. Ed. PINI, 1992.
10 - O’Reilly, Vitervo A. Método de Dosagem de Concreto ... . PINI 1998
11 - Equipe do Laboratório de Furnas. Concretos – Ensaios e Propriedades. PINI 97
12 - Trabalhos dos últimos congressos (CBC) do IBRACON.
13 - Artigos e sobre Concreto: ABCP, IPT, CONVÊNIO CAPES, etc.
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