concreto de cimento portland - professor.pucgoias.edu.br

Concreto de Cimento Portland

Histórico• Concreto Antigo: 5000 a.C. – 100 a.C. (cal + argila +

agregado)

• Concreto Romano: 100 a.C. – 400 d.C.;

• Concreto Medieval: 1200 d.C. – 1600 d.C.;

• Concreto da Revolução Industrial: 1600 d.C. – 1800 d.C.

• Concreto Moderno: 1800 d.C em diante

• Concreto com Agregados Reciclados 1946 d.C.

• Concreto de Alto Desempenho 1990 d.C.

• C.A.D. com Agregados Reciclados 2000 d. C2.

(Levy e Helene, 2002)

HistóricoCONCRETO ANTES DO CIMENTO PORTLAND

(Levy e Helene, 2002)

Mural egípcio retratando mistura manual de concreto (1950 a. C.)

CONCRETO ANTES DO CIMENTO PORTLAND

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Anfitearto de Pompeia - paredes circulares

construídas em concreto (75 a.C)

Concreto romano – cal + argila pozolânica + agregados

Cúpula do Panteão de Roma, construída em concreto simples com agregados leves,

pozolana e cal 118-125 d.C.

Após a queda do Império Romano, houve um declínio nas construções

de concreto na Europa. Por volta de 1200 d.C. os construtores

reabilitaram o concreto como material de construção (Levy e Helene,

2002)

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Catedral de Salisbury – Inglaterra: construção original em 1258 d.C.

CONCRETO ANTES DO CIMENTO PORTLAND

O concreto moderno

Desenvolvimento do Cimento Portland em 1824, patenteadopor Joseph Aspdin em Wakefield, Reino Unido.

Tornaram o concreto mais conhecido e confiável.

Tornaram o concreto mais conhecido e confiável:

• Louis Vicat (1786-1861) Engenheiro francês, inventor docimento artificial (1817). Estudou o tempo de pega deargamassas e inventou novos cimentos artificiais em 1817.Inventou também a Agulha de Vicat que ainda é usada paradeterminação do tempo de pega de concretos e cimentos.

• Henry Louis Le Chatelier (1850-1936) Químico francês,Engenheiro consultor da companhia de cimento Société desChaux et Ciments Pavin de Lafarge.

• René Ferét foi chefe do Laboratório de “Ponts et Chausseés”,Paris, e em 1892 formulou a lei fundamental que relacionaresistência à compressão de argamassas com sua compacidade.

O concreto modernoEUROPA

1830 - Primeira referência sobre utilização de concreto armado, Encyclopedia of

cottage, farm and village architecture”, publicada na Inglaterra.

1855 – Joseph Louis Lambot, patente para a construção de barcos (argamassa

armada).

1867/1878 – Joseph Monier ( ? “inventor do concreto armadado”), patente para a

construção vasos / postes e vigas (argamassa armada).

1870 - Primeira ponte em concreto armado - Homersfield, Reino Unido,vão livre de

16,5 metros.

1875 – Eng° alemão Gustav , após compra da patente de Monier, desenvolve o

uso do concreto armado. A sua empresa, Wayss & Freytag, já atuava no Brasil, no

início dos anos 1900.

1892 - François Hennebique obteve patente para o projeto e construção de

edificações com base num novo sistema construtivo por ele denominado de “béton

armé.

1904 - Jürgen H. Magens patenteou o uso do concreto pré-misturado.

1920 - O engenheiro francês Eugène Freyssinet patenteou o concreto protendido.

EUA

1878 - Thaddeus Hyatt, patente do concreto armado nos EUA.

1893 - Thaddeus Hyatt, construção do primeiro edifício nos EUA.

O barco exposto media cerca de 4m de comprimento por 1,30m de

largura com paredes de aproximadamente 4cm de espessura.

Canoa de Lambot – Exposição Universal de Paris de 1855.

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Pont de Prairéal sur La Besbre (arco de 26m). Uma das primeiras Pontes de

concreto armado de Freyssinet, 1907.

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Material formado pela mistura homogênea decimento, agregados miúdo e graúdo e água, com ousem a incorporação de componentes minoritários(aditivos químicos, pigmentos, metacaulim, sílicaativa e outros materiais pozolânicos), quedesenvolve suas propriedades pelo endurecimentoda pasta de cimento (cimento e água).

CONCRETO

(NBR 12655)

Conceitos

Conceitos

Tecnologia do concreto

• Procura dosar adequadamente cada componente paraatender simultaneamente as propriedades mecânicas,físicas e de durabilidade requeridas para o concreto,além das características de trabalhabilidadenecessárias para o transporte, lançamento eadensamento, condições estas que variam caso a caso.

Conceitos

Concreto preparado pelo executante da obra

• Quando a dosagem e a elaboração do concreto são realizados no canteiro de obras pelo construtor.

Concreto dosado em central

• Concreto dosado em instalações específicas ou em central instalada no canteiro da obra, misturado em equipamento estacionário ou em caminhão-betoneira, transportado por caminhão-betoneira ou outro tipo de equipamento, dotado ou não de dispositivo de agitação,

(NBR 12655)

Conceitos

Elemento pré-moldado

• Elemento moldado previamente e fora do local de utilização definitiva na estrutura

Elemento pré-fabricado

• Elemento pré-moldado executado industrialmente, em instalações permanentes de empresa destinada para este fim

(NBR 12655)

Concreto frescoConcreto que está completamente misturado e que ainda se

encontra em estado plástico, capaz de ser adensado por um

método escolhido (NBR 12655)

Compreende um período de tempo máximo, em geral da ordem de 1h a 5h.

Essa fase refere-se ao intervalo de tempo necessário para que o concreto

possa ser misturado, transportado, lançado e adensado (Helene e T. Andrade,

2010).

Propriedades do concreto fresco

Trabalhabilidade

Tempo de trabalhabilidade

Consistência

Coesão

Tempo de pega

Propriedades do concreto fresco

Trabalhabilidade

• Propriedade do concreto ou da argamassa recém-misturados que determina a facilidade e a homogeneidadecom a qual podem ser misturados, lançados, adensados eacabados (American Concrete Institute - ACI, 1994).

• Propriedade que determina o esforço necessário paramanipular uma quantidade de concreto fresco com umaperda mínima de homogeneidade (ASTM C 125-93).

Trabalhabilidade

Não existe um modo aceitável de medir diretamente atrabalhabilidade. Mas ela pode ser associada a propriedadesmensuráveis do concreto fresco como:

• Adensabilidade – capacidade do concreto ser adensadoatravés de um esforço específico.

• Mobilidade – fluidez ou plasticidade.

• Estabilidade – resistência à segregação.

Fatores que influenciam a trabalhabilidade

Fatores intrínsecos ao concreto

• Relação água/materiais secos

• Tipo e consumo de cimento

• Teor de argamassa

• Tamanho, textura e forma dos agregados

Fatores externos

• Condições de transporte

• Lançamento

• Características da fôrma

• Dimensões dos elementos estruturais

• Densidade e distribuição das armaduras

Consistência do concreto• Maior ou menor grau de fluidez da mistura fresca. O

principal fator que influi na consistência é o teorágua/materiais secos (A%).

SECO OU ÚMIDO - A% = 6% a 8%

PLÁSTICO - A% = 8% a 11%;

FLUIDO - A% = 11% a 14%.

Consistência do concreto - ensaio concreto de consistência plástica

• NBR NM 67 (ABNT, 1998) - método de ensaio para determinação da

consistência do concreto fresco através do abatimento do tronco de

cone. Aplicável aos concretos plásticos com abatimento ≥ 10 mm e

agregado com DMC ≤ 37,5 mm.


NBR NM 67 - abatimento do tronco de cone.

Concreto – classes de consistência

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ABNT NBR 8953 (2015)


O fator de adensamento

Fa = fator de adensamento;

me = massa específica do concreto que chegou ao cilindro;

ma = massa específica do concreto plenamente adensado

Aparelho de Granville – ACI 211.3-92

Fator de adensamento do concreto fresco

por meio de queda livre.

Agregado com DMC até 40 mm

Consistência do concreto - ensaio

• Determina a penetração por uma “bola” padronizada, no concreto

fresco, sob ação do peso próprio. É um procedimento alternativo ao

abatimento do tronco de cone, com a vantagem: pode ser aplicado no

concreto na forma em que se encontra. Recomendado para verificar

variações da mistura devidas, por exemplo, à variação de umidade do

agregado.

(Bola de Kelly )

ASTM C 360; AASHTO T183

Para consistência de concretos com baixos índices de água/Cimento.

13,6 kg em forma

de meia esfera (152 mm)

Ensaio de espalhamento na Mesa de Graff para determinação da

consistência do concreto conforme. Mais utilizado para concretos

fluídos - espalhamento ≥ 350 mm. A consistência é medida pelo

diâmetro da amostra após a retirada do molde e acionamento da mesa.

Mesa de Graff - NBR NM 68

Consistência do concreto - ensaio concreto de consistência fluida

Consistência do concreto - ensaioMesa de Graff

Tronco de cone colocado dentro de recipiente cilíndrico. O disco é colocado sobre o

tronco de cone de concreto moldado. O ensaio não evidencia a capacidade de coesão

do traço como no ensaio de abatimento.

Consistência do concreto - ensaio concreto de consistência seca - CCR

Consistômetro de VeBe – (ACI 211.3/87)Índice de trabalhabilidade

V1 = volume inicial do concreto (do tronco de cone)

V2 = volume final do concreto (do cilindro);

t = tempo necessário para a remoldagem (s) - entre

3 e 30 s .

SEGREGAÇÃO

Definição

• Separação dos constituintes do concreto de modo que a distribuição desses constituintes deixe de ser uniforme.

Fatores

• Diferenças de tamanhos das partículas

• Diferenças de massa específica

• Menor viscosidade da pasta fresca

• Manuseio e lançamento do concreto

• Adensamento

EXSUDAÇÃO Forma de segregação que ocorre quando parte da água da misturatende a subir para a superfície do concreto recém aplicado. Resulta dofato dos constituintes sólidos da mistura serem incapazes de reter aágua quando tendem a descer, pois a água tem densidade menor. Umpouco de exsudação é inevitável .

Fatores

• Finura do cimento

• É menor para maiores teores de C3A

• Teor de finos (< 0,15 mm)

• Teor de cimento

• Adições pozolânicas

• Incorporação de ar

• Temperatura ambiente

• Aditivos

NBR ABNT 15558: Concreto -

Determinação da exsudação

Propriedades do concreto endurecido

Concreto endurecido

Concreto que se encontra no estado sólido e que desenvolveu resistência mecânica.

Propriedades do concreto endurecido

Resistência à compressão

Resistência à tração

Módulo de elasticidade

Massa específicaCoeficiente de

dilatação térmica

Fluência

Retração

Resistência mecânica do concreto(compressão, tração, flexão, cisalhamento)

Fatores intervenientes

• Relação água/cimento

• Porosidade

• Idade e grau de hidratação

• Cura

• Tipo e teor de cimento (finura, composição química);

• Agregados: aderência à pasta de cimento (rugosidade, tamanho dos grãos)

• Água - deve estar sem impurezas;


NBR 5738 (ABNT, 2015) - procedimentos para a moldagem e cura dos corpos-de-prova.

• Corpos-de-prova cilíndricos ø 10 cm por 20 cm de altura . Ø 15 cm por 30 cm de altura.

NBR 5739 (ABNT, 2007) - Ensaio de resistência à compressão dos corpos de prova cilíndricos.

• tratamentos que podem ser empregados no topo dos corpos-de-prova

• a velocidade de carregamento

• umidade dos corpos-de-prova


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Concreto para fins estruturais – classes de

resistência

NBR 8953:2009 estabelece as classes de resistência do concreto estrutural e

determina que concretos de classe de resistência C20 e acima são estruturais.

Concretos de classes C10 e C15 não são considerados estruturais.

Concreto para fins estruturais – classes de

resistência

ABNT NBR 8953 (2015)

Concreto não estruturais – classes de

resistência

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Resistência à tração

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NBR 7222: Concreto e argamassa — Determinação da resistência à tração por

compressão diametral de corpos de prova cilíndricos.

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NBR 12142: Concreto — Determinação da resistência à tração na flexão de

corpos de prova prismáticos.

Módulo de elasticidade• NBR 8522 (ABNT, 2008) - Módulo de elasticidade tangente inicial

(Eci) ou o secante a 0,4 de fc (Ecs; 0,4fc) ou a qualquer outra tensão.

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• Módulo tangente inicial (Eci): dado pela declividade de uma reta

tangente traçada passando pela origem do diagrama tensão-

deformação. É utilizado quando se requer caracterizar deformações do

concreto submetido a tensões muito baixas.

• Módulo tangente em um ponto genérico: dado pela declividade de

uma reta tangente à curva tensão-deformação em qualquer ponto da

mesma. É utilizado quando se deseja simular a estrutura submetida a

carregamentos ou descarregamentos em diferentes estágios de carga.

• Módulo secante (Ecs): dado pela declividade de uma reta traçada

entre quaisquer dois pontos da curva tensão-deformação. Este módulo

é muito utilizado pelos projetistas estruturais.

(Geyer et. al, 2012)

Módulo de elasticidade• Se não existirem dados mais precisos sobre o concreto a ser usado

na idade de 28 dias, pode-se estimar o valor do “módulo de

elasticidade” inicial usando as expressões:

(NBR 6118:2014)

Módulo de elasticidade

(NEVILLE, 1997)

Módulo de elasticidade• O módulo de deformação secante (Ecs) a ser utilizado, especialmente, para

determinação de esforços solicitantes e verificação de estados limites de

serviço, pode ser estimado pela expressão:

(NBR 6118:2014)

A pasta é mais instável, retraindo-se durante o

processo de hidratação e secagem e expandindo-se

quando umedecida.

Fenômeno de fluência

Calor de hidratação

Pequena influência no desempenho mecânico dos

concretos de baixa e média resistência.

Importante no controle da estabilidade volumétrica do

concreto endurecido e de sua tendência à fissuração

por ocupar um volume elevado (65% a 70%)

CONCRETO - componentes

Adições

• Metacaulim - Produto obtido por calcinação emoagem de argilominerais cauliníticos. Constituium tipo de pozolana formada essencialmente porpartículas lamelares com estruturapredominantemente não cristalina.


(CARMO E PORTELLA, 2008)

Adições

• Produção de metacaulim


Adições• Sílica ativa - Produto de grande homogeneidade, elevado teor de

SiO2 (partículas esféricas de diâmetro da ordem de 10-6 m), coletadonos filtros dos fornos elétricos das indústrias de silício metálico e de

ligas de ferro-silício.


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(CARMO E PORTELLA, 2008)

Adições

• Produção de sílica ativa


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Sílica ativa e metacaulim

Pela finura

• melhora no empacotamento;

• aumento da coesão da massa de concreto;

• diminuição da segregação.

Pelas propriedades pozolânicas

• tendência a maior resistência à compressão após asprimeiras idades, se comparado ao concreto sem essaadição

• maior durabilidade (reduz a reação álcali-agregado, resiste aos sulfatos, aumenta a impermeabilidade do concreto).

Concreto - tipos

Em função da consistência

Semi

Plástico

PlásticoPlástico Fluido

(CAA)Seco

Em função da massa específica

concreto normal (C)

• concreto com massa específica seca, determinada acordocom a ABNT NBR 9778, compreendida entre 2 000 kg/m3 e2 800 kg/m3

concreto leve (CL)

• concreto com massa específica seca, determinada de acordo com a ABNT NBR 9778, inferior a 2 000 kg/m3

concreto pesado ou denso (CD)

• concreto com massa específica seca, determinada de acordo com a ABNT NBR 9778, superior a 2 800 kg/m3

CONCRETO LEVE

Agregado leve

Baixa massa específica (≤ 2 000 kg/m3). Exemplos: agregados expandidos de argila,

escória siderúrgica, vermiculita, ardósia e EPS.

CONCRETO LEVE (Tipos mais comuns)

concreto celular

espumoso

concreto com argila

expandida

concreto com

isopor (EPS)

Concreto sem finosCaracterística:

• É um concreto com peso próprio reduzido, quetem como característica principal a ausência definos (agregado miúdo) e, geralmente, elevadapermeabilidade.

• Com agregado leve pode-se obter massaespecífica da ordem de 640 km/m3 e comagregado convencional entre 1600 e 2000kg/m3.(NEVILE, 1997).

Utilização

• Geralmente utilizado para regularização depisos (necessita argamassa sobre a superfíciepara o acabamento) paredes e muros degravidade, filtros biológicos, drenos, entreoutros.

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Concreto pesadoAlta densidade (2800 e 4500 kg/m³) obtida

com a utilização de agregados especiais,

como a hematita, magnetita e barita.

Aplicações

Como anteparo de radiações em hospitais,

salas de raios-x, reatores e usinas nucleares.

Vantagens

• Isolante radioativo

• Menor custo que outras alternativas

• Redução das espessuras das paredes se

comparado ao concreto normal.

• Fácil aplicação e lançamento convencional

Concreto aparenteObtido pela mistura de cimento, agregados, água e, às vezes,aditivos, mas que não recebe nenhum revestimento com pasta ouargamassa na superfície. Por se tratar de um material que seráusado como acabamento, exige uma grande preocupação com asua aparência final.

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Concreto aparenteCuidados

• Granulometria dos agregados.

• Evitar agregados reativos.

• Recobrimento > 2,5 cm podendo chegar a mais de 4,0 cm.

• O cimento deve ter a mesma procedência do início ao término da obra.

• Os cimentos com adições (CP III e CP IV) aumentam a resistência à lixiviação e aumentam a impermeabilidade do material.

• Os CP IV minimizam o risco de reações álcali-agregado.

• Os cimentos CP III e CP IV com adição extra de sílica ativa e cinza de casca de arroz diminuem a penetração de cloretos.

• Uso de aditivos plastificantes ou superplastificantes para redução da relação a/c, aumentando a resistência da estrutura e diminuindo a porosidade e a retração hidráulica.

Concreto colorido

Ponte Arsta - Estocolmo:

Museu Paula Rego - Portugal

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No concreto aparente com pigmentos – que devem ser de base inorgânica –, o cimento

Portland branco estrutural é o mais indicado para a obtenção de cores mais vivas.

Concreto com cimento branco

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Concreto com cimento branco

Museu da Fundação Iberê Camargo - Porto Alegre.

Obra de concreto aparente com cimento branco

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CONCRETO COM FIBRAS

Fibras são elementos descontínuos, com comprimento bem maior que a seção

transversal. Existem vários tipos. Suas principais características são o módulo de

elasticidade e a resistência mecânica. Existem fibras de baixo módulo (polipropileno,

náilon), e alto módulo (aço).

Adição de fibras.

• Altera a consistência dos concretos e a trabalhabilidade.

• Requer maior quantidade de água.

• Fibra com comprimento igual ou superior ao dobro da dimensãomáxima do agregado graúdo reforça o concreto e não apenas aargamassa.

• Podem aumentar a ductilidade e a resistência à tração.

• De alto módulo e alta resistência (aço) atuam como reforço doconcreto endurecido, podendo substituir a armadura convencional.

• De baixo módulo de elasticidade e baixa resistência são eficientespara melhoria no estado fresco e no processo de endurecimento,para o controle de fissuração plástica em pavimentos.

• As fissuras do concreto propagam-se com menor velocidade.

• OBS.: as fibras têm sido encaradas como a solução para todos osproblemas que possam ser encontrados nas obras de concreto.Infelizmente, isso é incorreto.

Relação a/c do concreto

Relação água / cimento (a/c)

• Interfere na fluidez da pasta

• Na resistência e durabilidade do concreto endurecido



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Fixando uma relação a/c para a pasta (com determinada

fluidez) podem ser obtidos concretos com abatimentos (ou

trabalhabilidade) bastante distintos com a variação do volume

de pasta utilizada na mistura.

a/c = 0,60 a/c = 0,60

Abatimento = 60mm Abatimento = 140mm

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Relação água/cimento

do concreto

Desempenho mecânico

e de durabilidade

Consumo de cimento

por m3 do concreto.

Abatimento

do concreto

constante

Relação

água/cimento

constante

Abatimento

do concreto

Consumo de cimento

por m3 do concreto.

Volume de pasta

Relação a/c baixaRelações a/c menores (< 0,45) fica mais difícil obter concretosplásticos, mesmo com o aumento do volume de pasta no concreto.Sendo necessário o uso de aditivos.

a/c = 0,30

sem aditivo

a/c = 0,30

com 1% de

superplastificante

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Relação (a/c) x resistência

• Resistência e durabilidade do concreto endurecido

A correlação entre a resistência à compressão e a relação

água/cimento foi descoberta experimentalmente por::

René Féret na França ainda no século XIX;

Abrams23 (1918), nos Estados Unidos. - a denominada

“Lei de Abrams” é o principal parâmetro para a definição

da resistência e durabilidade dos concretos;

Em concretos de alta resistência, a relação a/c pode

não ser automaticamente representativa.

“Lei de Abrams”

Pasta de cimento com 100 % de hidratação

Relação a/c Fase não resistente (%)

0,60 30

0,50 21

0,40 11,5

0,30 10,5

concreto de cimento portland - professor.pucgoias.edu.br

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