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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO – UFMTCAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - ICET
Aula VII – Propriedades do Concreto Endurecido
Professor: Leandro Neves Duarte
Materiais de Construção
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Propriedades do concreto endurecido
Características Físicas
Massa específica;
Vazios (permeabilidade);
Características térmicas e acústicas.
Resistência Mecânica
Compressão;
Tração;
Flexão;
Desgaste;
Deformabilidade.
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Propriedades do concreto endurecido
Durabilidade
Permeabilidade
Agentes agressivos;
Armadura.
Estabilidade Dimensional
Retração; Fluência. (Um material apresenta fluência se, sob tensão constante, sua
deformação aumenta no tempo)
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Massa específica
Concreto simples 2300 Kg/m³
Concreto armado 2500 Kg/m³
Concreto leve 300 a 1800 Kg/m³
Concreto pesado 2300 a 5000 Kg/m³
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Resistência a esforços mecânicos
Sua resistência à compressão é da ordem de 10 vezes maior do que a de tração.
A tração na flexão é igual a duas vezes a tração simples
É sua capacidade de resistir às diversas condições de carregamento a que possa estar sujeito quando em serviço, destaca-se a resistência à compressão, à tração, à flexão e ao cisalhamento.
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Resistência a esforços mecânicosRelação água/cimento
É o principal fator que afeta a resistência mecânica.Curva de Abrams (usada para escolher o fator água/cimento apropriado à obtenção da desejada resistência à compressão)
Abrams demonstrou que a resistência do concreto dependia das propriedades da pasta endurecida, a qual, por sua vez, era função do fator água/cimento
A chamada Lei de Abrams é assim expressa:
onde: R = resistência do concreto A e B = constantes empíricas x = fator água/cimento 5,0
15,0
25,0
35,0
45,0
55,0
0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
Relação água/cimento, l/kg
Res
istê
nci
a à
com
pre
ssão
, MP
a
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Resistência a esforços mecânicos
Idade
fc28 (kgf/cm2) fc28 / fc7 fc7/ fc3 fc28 / fc3
180 1,50 1,65 2,50180 - 250 1,40 1,55 2,25250 - 350 1,35 1,45 2,00350 - 450 1,30 1,40 1,80
450 1,25 1,35 1,70
Tipo de cimento composição química
3 7 28 90 365Portland comum 38 58 81 90 100Alta resistência inicial 50 65 83 93 100
Moderada resistência aos sulfatos 35 51 77 93 100Baixo calor de hidratação 16 28 58 92 100
Tipo de cimento% da resistência em 365 dias,
para as idades de:
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Fatores que influem na resistência do concreto
Forma e graduação dos agregados Diâmetro máximo Granulometria Forma do grão
A forma e a textura, por exemplo, podem alterar significativamente a área específica dos agregados, influindo diretamente na ligação pasta/agregado. Partículas que tendem à forma cúbica apresentam maior área específica do que as que se aproximam da forma arredondada. De igual modo, quando a textura superficial é rugosa, a resistência mecânica do concreto aumenta consideravelmente, sobretudo nos esforços de tração na flexão. O mesmo efeito é obtido quando se reduz a dimensão máxima característica do agregado graúdo.
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Dimensões dos corpos de prova Europa - corpo de prova cúbico
América - corpo de prova cilíndrico
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Dimensões dos corpos de prova
Corpos de prova cilíndricos: relação h/d = 2d = dimensão básica
– d = 10 cm– d = 15 cm– d = 25 cm– d = 45 cm
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Dimensões dos corpos de prova Europa - corpo de prova cúbico América - corpo de prova cilíndrico
de prova (cm) Limites de variação Valor Médio15 x 30 1,0010 x 20 0,94 a 1,00 0,9725 x 50 1,00 a 1,10 1,05
10 0,70 a 0,90 0,8015 0,70 a 0,90 0,8020 0,75 a 0,90 0,8330 0,80 a 1,00 0,90
15 x15 x 45 0,90 a 1,20 1,05
20 x 20 x 60 0,90 a 1,20 1,05
Tabela de CEB - Comite Euro Internacional do Concreto
Cúbico
Prismático
Coeficiente de correção ao corpo de prova cilíndrico 15 x 30
Cilindrico
Tipo de corpo Dimensões
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Fck e Fc
Após ensaio de um número muito grande de corpos de prova, pode ser feito um gráfico com os valores obtidos de fc versus a quantidade de corpos de prova relativos a determinado valor de fc, também denominada densidade de frequência. A curva encontrada denomina-se Curva Estatística de Gauss ou Curva de Distribuição Normal para a resistência do concreto à compressão.
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Fck e Fc
Na curva de Gauss encontram-se dois valores de fundamental importância: resistência média do concreto à compressão, fcm, e resistência característica do concreto à compressão, fck. O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova ensaiados, e é utilizado na determinação da resistência característica, fck, por meio da fórmula:
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Fck e Fc
O valor 1,65 corresponde ao quantil de 5 %, ou seja, apenas 5 % dos corpos de prova possuem fc < fck, ou, ainda, 95 % dos corpos de prova possuem fc ≥ fck. Portanto, pode-se definir fck como sendo o valor da resistência que tem 5 % de probabilidade de não ser alcançado, em ensaios de corpos de prova de um determinado lote de concreto.
2
1
.1
n
i cm
cmcicm f
ff
nfs
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Resistência à compressão
Corpos de prova cilíndricos– Moldagem e cura: NBR 5738 (MB - 2)
A dimensão básica do molde é maior ou igual a 3 vezes a dimensão máxima característica do agregado: d ≥3Dmáx
d = 100, 150, 250 e 450 mm– Ensaio: NBR 5739 (MB - 3)
Velocidade de aplicação da carga no ensaio:
0,3 Mpa/s < v < 0,8 Mpa/s
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Fatores que influem no resultado do ensaio Duração da carga. Estado das superfícies de contato do corpo de prova com os pratos
da máquina de ensaio.
Influência do atrito nas superfícies de contato.
Teor de umidade dos corpos de prova.
Vídeo
Fcj = resistência à compressão do corpo de prova
Nrup = carga de ruptura ( kgf )
A = área do corpo de prova ( cm2)
A
Nrupfcj
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Resistência à tração na flexão
Módulo de ruptura à flexão
NBR 5738 e 12142
aresta = d
comprimento mínimo = c
c = 3d + 50 mm
3
.
d
lpfctm
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Resistência à tração na flexão
3
.
d
lpfctm
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Resistência a tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos
Método Brasileiro NBR 7222
DxL
pxftk
2
P = carga máxima aplicada, kND = diâmetro do corpo-de-prova, mmL = altura do corpo-de-prova, mm
DL
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Resistência a tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos
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Resistência a tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos
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Fórmulas para estimar a resistência à tração do concreto
CEB - Recomendações do Comitê Europeu de Concreto
3 259,0 cktk ff
cktk ff 06,00,8
NB - 1 (NBR 6118)
10
cktk
ff
²/0,706,0 cmkgfff cktk
para fck < 180 kgf/cm²
para fck > 180 kgf/cm²
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Fórmulas para estimar a resistência à tração do concreto
Considera-se a resistência à tração direta, fct, igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f, ouseja, coeficientes de conversão 0,9 e 0,7, para os resultados de compressãodiametral e de flexão, respectivamente.
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Permeabilidade e absorção
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Permeabilidade e absorção
O concreto é necessariamente poroso:
Utilização de água em excesso
Retração química = retração autógenea
Ar aprisionado durante a produção
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Permeabilidade e absorção
Porosidade:Relaciona-se com a totalidade de vazios
gab = Massa específica absoluta do concreto
gap = Massa específica aparente do concreto
100)1( xpap
ab
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Permeabilidade e absorção
Absorção:
Relaciona-se com os vazios que tem comunicação com o exterior.É o processo físico pelo qual o concreto retém água nos poros e condutos capilares.
shAbsOH MMM .,2
100xM
MMA
s
sh
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Permeabilidade e absorção
Permeabilidade:
Relaciona-se com a interconexão dos vazios através de canais e com a
continuidade destes canais entre 2 superfícies opostas.
É importante para
– Concretos em ambientes agressivos:
água, ar, solos.
– Concreto armado e aparente
– Estruturas hidráulicas
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Fatores que afetam a porosidade a absorção e a permeabilidade
Materiais constituintes água - quantidade, pureza cimento - composição, finura agregados miúdos e graúdos
quantidade, tipo, diâmetro máximo, graduação, impurezas Adições: - quimicamente ativas e quimicamente inertes
Métodos de preparação Mistura, lançamento, adensamento e acabamento.
Condições posteriores Idade, cura, condições dos ensaios.
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Deformações
Variações de volume
a) Variação do volume absoluto dos elementos ativos que se hidratam.
b) Variação do volume de poros internos, com ar ou água
c) Variação do volume de material sólido inerte, inclusive o cimento
hidratado.
b e c dependem de:
Variações termo higrométricas (umidade e temperatura)
Solicitações mecânicas
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Deformações
Deformação imediata
Deformação lenta
As deformações causadoras das mudanças de volume são grupadas em:
Causadas pelas variações das condições ambientes:
Retração
Variações de umidade
Variações de temperatura
Causadas pela ação de cargas externas
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Deformações
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Deformações
As deformações causam
Fissuras
Caminho aberto para agentes agressivos
Diminuição da seção resistente
Esforços adicionais
Em estruturas hiperestáticas
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Deformações
Deformações que ocorrem numa estrutura mediante a variação do teor de água.
Retração - contração inicial que se verifica pela reação cimento e água. Mudanças de volume por variações de umidade devida a absorção e
perda de água (expansões e contrações, respectivamente).
As deformações variam com: Consumo de cimento. Relação água/cimento. Tipo e graduação dos agregados. condições de exposição da estrutura.
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Variações volumétricas em estruturas expostas às intempéries:
Contração - retração química
Expansões e contrações - de acordo com as condições atmosféricas e o
grau de exposição da estrutura.
A secagem rápida dá as contrações mais importantes, que se
traduzem por tensões de tração, pelo impedimento das deformações -
retração plástica.
Nas estruturas protegidas das intempéries ocorre apenas a retração
inicial.
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Retração inicial
Retração para um concreto usual
C = 300 kg/m³ → a/c=0,50 → 0,4 mm/m = 4‰
Maior a/c - maior retração
Maior “C” - maior retração
Maior diâmetro máximo - menor retração
Maior “slump” - maior retração
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Retração inicial
Dimensão máxima Slump Retração
característica (cm) (x 10-4)5 6,310 7,115 7,95 4,410 5,015 5,65 3,710 4,115 4,5
19
38
50
Tensão de tração surgida na estrutura impedida de deformar-se devido à retração inicial = 65 kgf/cm²
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Deformações causadas pelas variações de temperatura
Causam contrações ou expansões pela redução ou elevação da
temperatura
Dependem dos coeficientes de contração ou dilatação linear, que indicam
a variação da unidade de comprimento para a variação de 1ºC.
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Fatores que afetam o coeficiente de dilatação térmica do concreto ( a )
Tipo de agregado
pedregulho, quartizito: a= 4 a 5 x 10-6/ºC
granito, rochas ígneas: a= 3 a 4 x 10-6/ºC
calcário: a= 2 a 3 x 10-6/ºC Manufatura do concreto Proporção cimento/agregados
O coeficiente do cimento é maior que o do agregado
(Norma mãe do concreto) → NBR 6118a= 1 x 10-5/ºC
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Deformações causadas pelas variações de temperatura
As variações de temperatura mais importantes são as variações diárias.
Os efeitos ocasionados pelas mudanças das condições ambientes são mais acentuados nas estruturas expostas do que nas protegidas.
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Deformações causadas por movimentos das fundações
Variando se, desigualmente, a capacidade portante do subsolo, os recalques diferenciais que podem aparecer causam fissuração.
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Deformações no concreto armado
No concreto armado. A armadura impõe restrições à deformação do concreto:
À compressão
Ea = Ec À tração
Ea » Ec
0
100
200
300
400
500
600
700
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60
Deformação, %
Te
ns
ão, M
Pa
Tendo em vista que o concreto tracionado não pode acompanhar as grandes deformações do aço, o concreto fissura-se na zona de tração; os esforços de tração devem, então, ser absorvidos apenas pelo aço.
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0
100
200
300
400
500
600
700
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60
Deformação, %
Te
ns
ão, M
Pa
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A fissuração no concreto armado depende de:
Resistência do concreto.Relação entre as resistências do concreto e do aço.Variações dimensionais devidas à retração.Espessura de cobrimento da armadura.Saliger (teoria clássica de fissuração):
cs f )205,0
(
Onde:
ss=Tensão no aço para a qual o concreto começa a fissurar.fc=Resistência do concreto à compressão (c.p. cilíndrico).=r Taxa de armadura
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A fissuração no concreto armado segundo Saliger:
(%) s (kg/cm²)
0,5 39501,0 23001,5 17502,0 14802,5 13203,0 1220
fc = 330 kg/cm²
cs f )205,0
(
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Módulo de elasticidade:
Material perfeitamente elástico e “Hookeano”
θtgE = Exs
ee1
s1
q
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Módulo de elasticidade:
Para o concreto a expressão do Módulo de Elasticidade é aplicada somente à parte retilínea da curva tensão-deformação ou, quando não existir uma parte retilínea, a expressão é aplicada à tangente da curva na origem. Neste caso, tem-se o Módulo de Deformação Tangente Inicial, Eci
O módulo de deformação tangente inicial é obtido segundo ensaio descrito na NBR 8522 – Concreto – Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação.
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Módulo de elasticidade:
Módulos estáticos: determinados para uma certa velocidade de carregamento previamente estabelecida:módulo tangente na origemmódulo secante entre dois pontos da curva, normalmente a origem e cerca
de 0,4 fcmódulo tangente em um ponto especificado, dentro do limite elástico
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Módulo de elasticidade:
Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto usado na idade de 28 d, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade usando a expressão:
)(5600 MPafckEci
Coeficiente de Poisson (n)
é a razão entre a deformação específica lateral e longitudinal
long
transv
Def
Def
Concreto n = 0,2
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Deformações causadas pela ação de cargas
Deformação imediata (Ei)
Deformação lenta (El)
e
Tempot0
El
Ei
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Deformação lenta
s
ee1 eer ee
et
eer - Deformação elástica retardada
eT - Deformação total
e1 - Fluência
ee - Deformação elástica inicial
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Deformação lenta
Deformação elástica retardada Desaparece com a retirada do carregamento, não imediatamente como a
deformação elástica, e sim depois de algum tempo após o descarregamento.
Fluência: É a deformação que não desaparece com a retirada do carregamento, nem com o
passar do tempo. A deformação lenta diminui o efeito de esforços de sujeição (recalques de apoio,
retração, protensão), sendo favorável no caso de esforços indesejáveis, porém desfavorável no caso de esforços desejáveis - protensão.
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Exercícios1) Por que se comportam de formas diferentes o aço e o concreto no caso de altas temperaturas?
2) Quais as tonalidades que apresentam as superfícies de peças de concreto em função da temperatura de um incêndio?
3) Explicar quais as vantagens e características da utilização de concretos de alta densidade para instalações que operem processos físicos acompanhados de produção de radiações e partículas elementares de alta energia, aparelhos de raio X etc?
4) Quais os cuidados e recomendações para que se possa melhorar a adesividade entre superfícies de concreto e:
A- revestimentos de argamassa de cal e areia
B-revestimento de argamassa de cimento e areia
C- pinturas
D- concreto novo
5) Quanto a durabilidade de elementos construtivos de concreto simples, quais agentes agressivos mais comuns e como processam os ataques?
6) Qual a influência da permeabilidade na durabilidade dos concretos, e como melhorar suas características quanto a esta permeabilidade?
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Exercícios7) Determinar a resistência a compressão ( fcj ) em MPa dos concretos abaixo:
Amostra Nº 1-
Dados:
Força – 25 t
Área do testemunho – 176 cm2
Amostra Nº 2-
Dados:
Força – 45,2 KN
Área do testemunho – 100 cm2
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Exercícios7) Determinar para os ensaios abaixo:
A- a resistência característica à compressão ( fck )
B- a resistência característica a tração (ftk)
C - o módulo de deformação longitudinal à compressão Ec28 estimando o fc28 através do fck
Resistência à compressão obtida no ensaio (fc28) (Mpa)
20,4
18,3
18,8
20,1
18,5
17,5
17,1
Recommended