engenharia civil materiais de construÇÃo. agregados classificação: mais prática do que...

ENGENHARIA CIVIL

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

AGREGADOS

Classificação: mais prática do que geológica

Elemento predominante

na composição das rochas

• silicosas (sílica)

• calcárias (carbonato de cálcio)

• argilosas (silicatos hidratados de alumínio)

AGREGADOS

CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE

Ausência de substâncias nocivas

• materiais carbonosos (afetam o tempo de pega do cimento)

• açúcares (afetam o tempo de pega do cimento)

AGREGADOS

CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE

Durabilidade e resistência química

• rochas como feldspatos e xistos podem se decompor sob a ação da água ou do ar

AGREGADOS

CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE

Reatividade potencial

• agregados potencialmente reativos (calcedônia, opala, tridimita, cistobalita e dolomitas argilosas) reagem com os álcalis (KOH e NaOH), provocando a formação de compostos expansivos, que podem degradar o concreto

AGLOMERANTES

• materiais ligantes, minerais• elementos ativos (transformação química)• em geral pulverulentos• solidarizam os grãos de agregados inertes• misturados com a água formam pasta• endurecem por processos físico-químicos• propriedades semelhantes

às das pedras naturais

AGLOMERANTES

CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO O ENDURECIMENTO

• aglomerantes aéreos:

conservam suas propriedades

e só endurecem ao ar,

não fazendo pega sob a água

AGLOMERANTES

CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO O ENDURECIMENTO

• aglomerantes hidráulicos:

conservam suas propriedades

e endurecem e fazem pega

até mesmo debaixo d’água

AGLOMERANTES

GESSO

• produto da desidratação (calcinação)

parcial ou total da gipsita

• sulfato de cálcio dihidratado (CaSO4.2H2O)

mais ou menos impuro

• encontrado livre na natureza

AGLOMERANTES

GESSO

• temperatura aumentada gradualmente

• água de cristalização evapora

• temperatura entre 110o C e 160o C

sulfato hidratado -> hemi-hidratado

CaSO4 . ½ H2O

• t > 205o C

o gesso de torna anidro (CaSO4)

AGLOMERANTES

GESSO

• endurecimento do gesso - processo inverso

• hidratação: CaSO4.2H2O (estado cristalino)

• dihidrato agrupado em cristais entrelaçados

• forma tecido e adquire maior resistência

• grande elevação de temperatura

AGLOMERANTES

CAL

• produto da calcinação de pedras calcárias

• temperatura inferior à do início da fusão

• carbonato de cálcio: calcário (CaCO3)

• pedra de cal, calcário sedimentário amorfo

• transformação do carbonato em óxido

AGLOMERANTES

CAL

• calcinação do calcário em fornos

• temperatura entre 900 e 1200o C

• reação endotérmica:

CaCO3 + calor CaO + CO2

• 56% de CaO (cal virgem) e 44% de CO2

AGLOMERANTES

CAL

Objetivos da calcinação

• evapora a água da matéria-prima

• aquece o calcário até a temperatura requerida

• expele o CO2, deixando os óxidos

de cálcio e de magnésio

AGLOMERANTES

CAL

Extinção da cal

• transformar os óxidos de cálcio e magnésio

em hidróxidos, pela adição de água

• cal resultante: extinta ou hidratada

• desprendimento de vapor

• material revolvido até que cesse

AGLOMERANTES

CAL

Extinção da cal

• a cal viva reage energicamente com a água

CaO + H2O Ca(OH)2 + calor

• reação exotérmica e reversível• o hidróxido pode ser novamente decomposto em cal e água, se for aquecido a altas temperaturas

AGLOMERANTES

CAL

Extinção da cal

• a cal hidratada absorve o gás carbônico do ar recompondo-se em carbonato duro• completa-se o ciclo, com a carbonatação:

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

• com o tempo a argamassa petrifica• o carbonato de cálcio puro é praticamente insolúvel na água

AGLOMERANTES

OBTENÇÃO

Os aglomerantes hidráulicos são obtidos

pela calcinação, a altas temperaturas,

de misturas de sílica, alumina,

óxido férrico, cal e magnésia,

que depois são extintas e moídas.

São, em suma, constituídos de argila e cal.

AGLOMERANTES

OBTENÇÃO

• cal e a argila: inertes, formando pasta

• aquecimento: transformação

• evaporação da água de capilaridade

• evaporação da água de constituição da argila

AGLOMERANTES

OBTENÇÃO

• 700oC: reações químicas

• componentes no estado sólido

• silicatos e aluminatos

• 1.250o C: fusão incipiente

• pasta: cal virgem e óxido de ferro

• na pasta se dissolvem silicatos e aluminatos

AGLOMERANTES

OBTENÇÃO

• compostos ricos em cálcio

• ao esfriar cristalizam-se (clínqueres)

• pedras de cor entre o amarelo e o cinzento

• tamanho entre o de ervilhas e o de nozes

• aglomerante : moagem dos clínqueres

AGLOMERANTES

CIMENTO

• 1824 - Joseph Aspdin, oleiro

• cimento portland

• aparência das rochas da ilha de Portland

• cozimento de misturas de argila com calcário

AGLOMERANTES

CIMENTO

• material pulverulento

• silicatos e aluminatos de cálcio

• hidratação - endurecimento da massa

• elevada resistência mecânica

AGLOMERANTES

CIMENTO - FABRICAÇÃO

• composição da matéria-prima

• calcinação

• resfriamento

• moagem do clínquer

• ensacamento e expedição

AGLOMERANTES

CIMENTO - FABRICAÇÃO

• adições posteriores : água e gesso

• água: resfriamento do clínquer

• gesso: regularização da pega

• combina com o aluminato tricálcico e com

a água, formando o sulfoaluminato de cálcio

AGLOMERANTES

CIMENTO - FABRICAÇÃO

Materiais Processo Resultantes

calcário + argilas 1500oC compostos anidros (clínquer)

sílica, alumina,óxidos de ferro, cal, magnésia, álcalis

calcinaçãoà fusão parcial

silicatos, aluminatos,

cal livre,compostos alcalinos

AGLOMERANTES

AGLOMERANTES

CIMENTO – COMPOSIÇÃO QUÍMICA

• silício (Si) sílica (SiO2)

• alumínio (Al) alumina (Al2O3)

• ferro (Fe) óxido de ferro (Fe2O3)

• cálcio (Ca) cal (CaO)

• magnésio(Mg) magnésia (MgO)

AGLOMERANTES

CIMENTO – MATÉRIA-PRIMA

• Calcário (~76%) CaO + CO2

• Argila (~24%) SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

CaO ...... C

SiO2 ....... S

Al2O3 ..... A

Fe2O3 ..... F

AGLOMERANTES

CIMENTO - COMPOSIÇÃO DO CLÍNQUER

• 3 CaO.SiO2 ................... C3S (40-70%)silicato tricálcico: resistência nos primeiros dias

• 2 CaO.SiO2 ................... C2S (10-40%) silicato dicálcico: aumento gradativo da resistência

• 3 CaO.Al2O3 ................. C3A (5-15%)

• 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 ...... C4AF (5-10%)

AGLOMERANTES

CIMENTO

Pega Endurecimento

fenômeno químico fenômeno físico

constituição alterada sem alteração

gelinização evaporação da água

desprendimento de calor secagem

reações cristais entrelaçados

AGLOMERANTES

CIMENTO - EXPANSILIBILIDADE

• expansão, variações de volume

• tensões internas, fissurações

• desagregação, desintegração da massa

• motivo: hidratação dos restos da cal livre

• pega demorada dá tempo à cal de hidratar

AGLOMERANTES

CIMENTO - AVENTAMENTO

• aeração ou hidratação natural

• contato com umidade no armazenamento

• mudança nas propriedades

• hidratação dos grãos superficiais

• disseminação para as camadas interiores

AGLOMERANTES

CIMENTO – EFEITOS TÉRMICOS

• hidratação - desprendimento de calor

• dissipação de calor pela superfície

• interior ainda quente

• tensões de origem térmica

• fissuramento

AGLOMERANTES

CIMENTO - EXSUDAÇÃO

• fenômeno de segregação

• grãos de cimento mais pesados

• sedimentação por gravidade

• excesso de água nas partes superiores

• finura do cimento influi:

diminuição dos espaços intergranulares

ARGAMASSAS

água +

aglomerante +

agregado miúdo =

-----------------

argamassa

ARGAMASSAS

PROPRIEDADES

• capacidade de retenção de água• molhar as superfícies dos grãos e do aglomerante• superfície específica dos constituintes• cal - elevada superfície específica e alta capacidade adsorvente*

* Define-se adsorção como a fixação de moléculas de uma substância (o adsorvato) na superfície de outra substância (o adsorvente).

ARGAMASSAS

PROPRIEDADES

• revestimentos executados em camadas delgadas• área de exposição muito grande em relação à espessura e ao volume• rápida evaporação da água de amassamento• presença da cal como fornecedora permanente de água para a hidratação do cimento

ARGAMASSAS

PROPRIEDADES

• argamassas de cal - cal extinta e areia

• a cal deve ser completamente extinta

• argamassa em repouso - para que a cal

que ainda não se extinguiu venha

a se hidratar antes da aplicação

ARGAMASSAS

PROPRIEDADES

• mistura com areia separa partículas de cal

• aumenta a porosidade

• facilita a combinação com o

anidrido carbônico do ar

• distribui as contrações por toda a massa

• torna a argamassa mais econômica

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

ESTRUTURASESTRUTURAS

ESTRUTURAS METÁLICAS

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS:

• É um material reciclável

• Há grande facilidade de execução de obras em que se utilizam o aço e o concreto devido a afinidade entre estes elementos, já que as características enquanto material (alta resistência) e propriedades físicas (variações térmicas) são bem equilibradas

• Necessita de proteção e manutenção adequadas por meio de tintas ou galvanização

• Etapas da construção em aço: fabricação do material e montagem in loco

• Material de fácil acesso: produzido junto aos grades centros urbanos e de rápida aplicação em obra

• Ainda tem alto custo no mercado civil

ESTRUTURAS DE AÇO – perfis laminados

Perfis metálicos (aço):

Em forma de “U”, de “I”, de “L”, de

“T”. Utilizados

para vigas e pilares.

Treliças metálicas

ESTRUTURAS DE AÇO - treliças

Estruturas (treliças) planas e espaciais - exemplosFigua 1

Figua 2

ARGAMASSA ARMADA

ARGAMASSA: composto formado pela mistura de um aglutinante com um agregado. Não compõe, por s só, um elemento estrutural de construção.

• Aglutinante ou aglomerado: composto que liga, entre si, as partículas de um agregado. Exemplos: cimento e cal

• Agregado: material granular inerte que participa da composição de concretos, argamassas e alvenarias e cujas partículas são ligadas entre si por aglutinantes.

Exemplos: pedra e areia Ainda tem alto custo no mercado civil

• Exemplos de compostos de argamassas:

cimento + cal + areia + água

cimento + areia + água

cal + areia + água

ARGAMASSA ARMADA

ARGAMASSA ARMADA: composta por peças pré-moldadas de argamassa “armadas” com telas de aço. Esta composição define um a estrutura.

Vantagens de sua utilização:

São mais leves e de montagem mais rápida que o concreto armado

Por ser um composto leve, permite certa flexibilidade de modulação

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Concreto simples ou hidráulico: mistura de cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água, proporcionalmente dosados

         Agregado miúdo: material pétreo granuloso, cujos grãos, em sua maioria, passam pela peneira 4,8 mm [ABNT] e ficam retidos na peneira 0,075 mm [ABNT];

Exemplos: areias (de minas, de rios, de mar) e pedriscos (trituração mecânica das rochas, empregando-se resíduos das pedreiras: ”areia artificial”).

         Agregado graúdo: materiais pétreos granulosos, cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada de 152 mm [ABNT] e ficam retidos na peneira 4,8 mm [ABNT];

Exemplos: britas (britamento artificial de rochas) e pedregulhos (cascalho ou seixo rolado).

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Vantagens do uso do concreto:         facilidade de emprego, quando fresco;         alta resistência à compressão;         durabilidade;         impermeabilidade;         constância de volume depois de endurecido. Aditivos: produtos químicos utilizados para alterar as propriedades do concreto (aceleradores, reguladores de pega, impermeabilizantes, ligantes, colorantes, etc), dosados em pequenas quantidades, durante a mistura dos materiais componentes do concreto (no seu estado fresco ou endurecido). Não são indispensáveis no preparo de qualquer concreto (e argamassa), mas tornam-se essenciais ao lado do cimento, água e inertes, a fim de se obter um melhor concreto (ou melhor argamassa) do ponto de vista tecnológico, e em condições economicamente mais vantajosas.

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

“Concreto Armado”Associação do concreto simples e o aço, com o fim de aproveitar as qualidades de resistência desses dois materiais.O concreto oferece grande resistência aos esforços de compressão. O aço apresenta boa resistência a ambos os esforços. A possibilidade de emprego conjunto do aço e concreto armado se dá, especialmente, pelas seguintes características:§     coeficiente de dilatação térmica aproximadamente igual (não há solicitações secundárias oriundas das variações de temperatura);§        boa aderência dos materiais garante a transmissão eficaz e segura das deformações e esforços entre um e outro;§        preservação do ferro quanto a oxidação, quando imerso no concreto, mesmo reduzido a uma peça delgada.

As estruturas em concreto armado podem ser:§        pré-moldadas (as empresas que o fabricam se encarregam do projeto, transporte e montagem da estrutura);§     moldadas “in loco” (realizadas em fôrmas de madeira ou em fôrmas metálicas facilmente removíveis com sistema de travamento).

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Procedimentos “in loco”

a.      Amassamento (mistura de materiais conforme o traço). Exemplo: 1:2:3 9cimento / areia / brita) de acordo com a finalidade de uso;b.   Fôrmas: madeiras com dimensões iguais as da estrutura, encharcadas para não absorver a água do concreto, que permitem fácil desmonte (para evitar choques e vibrações). Devem ser reaproveitadas;c.    Lançamento: feito nas fôrmas com as armaduras já colocadas;d.   Adensamento: é realizado de maneira que se permita uma perfeita acomodação dos materiais componentes do concreto e da argamassa. Equipamento utilizado: de vibração, conforme cada tipo de peça.   

e. Cura: para adquirir suas propriedades finais (maior resistência) o concreto necessita permanecer na fôrma por um período relativamente longo, denominado de “cura” (período de “descanso” e secagem do concreto).

Objetivo: proteção contra as mudanças bruscas de temperatura, contra a secagem rápida, as chuvas intensas, a exposição direta ao sol, aos agentes químicos, aos choques e vibrações. Impede a fissuração, mantém a resistência e não prejudica a aderência do ferro ao concreto. Métodos mais utilizados de cura: §   areia ou serragem de madeira umedecida;§   sacaria molhada;§   manta plástica;§   lâmina d’água;§  produtos químicos que em contato com o ar formam uma película impermeável, evitando-se a evaporação da água do concreto.

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Tempo de cura:§   3 dias - faces laterais§   7 dias - algumas escoras§   14 dias - faces inferiores, deixando-se algumas escoras (7 dias com

aditivos plastificantes ou incorporadores de ar)§   21 dias - desforma total dos itens acima (11 dias)§   28 dias - vigas e arcos com vãos maiores que 10 metros (21 dias).

a.      f. Desfôrma: retirada das fôrmas do concreto depois do processo de cura.

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Vantagens do uso do concreto armado:§         material obtido em qualquer lugar, desde que se disponha de cimento, areia, pedra e água;§         resiste muito bem à ação do fogo;§         adapta-se perfeitamente a qualquer fôrma, por mais irregular que seja;§         despesas de conservação são mínimas;§         sua resistência aumenta com o tempo;§        rápida execução: armação de moldagem (fôrmas), armadura, concretagem, cura, desmonte das fôrmas);§    construções são higiênicas por se tratar de um materail monolítico que não abriga parasitas, nem favorece o aparecimento de fungos, mofo e bolor;§     resiste muito bem ao choque e as vibrações (construções antissísmicas);§         possui grande plasticidade, limitada apenas pela execução das fôrmas;§         impermeável;§         resistência aumenta com o tempo.

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

Inconvenientes:§         impossibilidade de sofrer modificações posteriores em virtude da ligação rígida dos elementos da estrutura;§         custo elevado da demolição e não aproveitamento do material daí resultante (torna-se entulho após desmonte);

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

1

2

4

3

5

6

7

8

9

12

11

10