Materiais de Contrução I

FACULDADE DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE CONSTRUÇÃO CIVIL E TRANSPORTES

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL I

Apostila de Materiais de Construção Civil I

• A

•

•

GLOMERANTES

AGREGADOS

CONCRETOS

Professores: Moacyr Carvalho Filho

Luciana Nascimento Lins

Versão 2004/2

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I

SUMÁRIO

1. Aglomerantes

1.1 Definição e breve histórico 1.2 Qualidades essenciais das pastas e argamassas 1.3 Classificação dos aglomerantes 1.4 Propriedades e características físicas 1.5 Noções Gerais 1.6 Principais empregos das argamassas na construção civil 1.7 Cal

1.7.1 Introdução 1.7.2 Fluxo de processo para obtenção da cal 1.7.3 Impurezas 1.7.4 Formas de Endurecimento 1.7.5 Cal Aérea

1.7.5.1 Aplicação da cal aérea 1.7.5.2 Características

1.7.6 Cal Hidráulica 1.7.6.1 Classificação e propriedade 1.7.6.2 Aplicações

1.7.7 Recapitulando (Cal) 1.7.8 Normas relacionadas à Cal Perguntas e respostas Leitura Complementar

1.8 Cimento Natural 1.9 Gesso

1.9.1 Definição 1.9.2 Fases de desidratação da gipsita por calcinação 1.9.3 Propriedades 1.9.4 Fabricação 1.9.5 Utilização do gesso Paris 1.9.6 Normas relacionadas ao gesso Perguntas e respostas

1.10 Cimento Portland 1.10.1 A história do cimento 1.10.2 Composição do cimento Portland

1.10.2.1 Clínquer 1.10.2.2 Adições

1.10.3 Composição química do cimento Portland 1.10.4 Composição mineralógica do clínquer Portland 1.10.5 Reações de hidratação dos compostos do clínquer 1.10.6 Cristalização 1.10.7 Classes de resistência 1.10.8 Principais propriedades dos diversos tipos de cimento 1.10.9 Principais tipos de cimento Portland

1.10.9.1 Cimento Portland Comum (CP I) 1.10.9.2 Cimento Portland Composto (CP II) 1.10.9.3 Cimento Portland de Alto Forno (CP III) 1.10.9.4 Cimento Portland Pozolânico (CP IV) 1.10.9.5 Cimento Portland Alta Resistência Inicial (CP V) 1.10.9.6 Cimento Portland Resistente aos Sulfatos 1.10.9.7 Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação 1.10.9.8 Cimento Portland Branco

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1.10.10 Exigências físicas e mecânicas 1.10.11 Exigências químicas 1.10.12 Normas relacionadas ao cimento (Portland e outros) Perguntas e respostas Leitura Complementar

2. Agregados

2.1 Definição 2.2 Classificação dos agregados 2.3 Características das rochas de origem 2.4 Principais propriedades físicas dos agregados Exercício 2.5 Outras propriedades 2.6 Agregados Naturais

2.6.1 Areia Natural 2.6.2 Seixo Rolado ou cascalho

2.7 Agregados Artificiais 2.7.1 Definições 2.7.2 Matéria-prima ou rocha de origem 2.7.3 Brita ou pedra britada

2.8 Agregados industrializados 2.8.1 Agregados Leves 2.8.2 Agregados Pesados

2.9 Exigências normativas do NBR 7211 – Agregado para concreto 2.9.1 Granulometria Exercício 2.9.2 Forma dos grãos 2.9.3 Substâncias nocivas

2.10 Umidade e inchamento do agregado miúdo 2.11 Outros índices de qualidade Leitura Complementar

3. Concretos 3.1 Introdução

3.1.1 O concreto como material estrutural 3.1.2 Algumas definições 3.1.3 Componentes do concreto 3.1.4 Tipos de concreto

3.2 Estrutura do Concreto 3.2.1 Fases do concreto a nível macroscópico 3.2.2 Fases do concreto a nível microscópico

3.3 Propriedades do concreto 3.3.1 Traço 3.3.2 Resistência do concreto 3.3.3 Importância da relação água/cimento 3.3.4 Medida da consistência do concreto 3.3.5 Dados práticos sobre os limites de consistência 3.3.6 Importância da consistência 3.3.7 Influência do módulo de finura dos agregados e do traço na relação a/c 3.3.8 Influência da areia úmida

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3.4 Aditivos 3.5 Propriedades do concreto endurecido e sua importância

3.5.1 Resistência do concreto – Fazendo uma breve dissertação Exercício

3.6 Centrais de concreto / Processos e Sistemas 3.6.1 Recebimento dos materiais componentes 3.6.2 Estocagem 3.6.3 Disposição da central 3.6.4 Mistura 3.6.5 Transporte 3.6.6 Lançamento 3.6.7 Adensamento 3.6.8 Cura ou sazonamento 3.6.9 Métodos de cura 3.6.10 Pedido de concreto 3.6.11 Entrega do concreto 3.6.12 Controle tecnológico 3.6.13 Aceitação do concreto Leitura Complementar

3.7 Dosagem do concreto 3.7.1 Parâmetros específicos

3.8 Controle tecnológico do concreto 3.8.1 Controle de qualidade 3.8.2 Acompanhamento da obra 3.8.3 Conhecimento do projeto 3.8.4 Mão-de-obra disponível 3.8.5 Dosagem 3.8.6 Controle da resistência do concreto

3.8.5.1 Plano de Controle 3.8.5.2 Controle estatístico 3.8.5.3 Controle do concreto para amostragem total (100%) 3.8.5.4 Casos Especiais

Exercício Bibliografia

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Aula Prática no LEC

Equipamento para Ensaio de Finura do Cimento Portland

Equipamento para Ensaio de Água da Pasta de Consistência Normal

Aglomerantes

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1. Aglomerantes

1.1. Definição e breve histórico

Os aglomerantes são elementos ativos empregados na construção civil onde entram na composição das pastas, argamassas e concretos. Constituem o material ligante utilizado para fixar ou aglomerar materiais entre si. O primeiro aglomerante utilizado pelo homem foi a argila. São encontradas na bíblia citações do uso da argila nas construções pelos assírios, babilônicos, egípcios e outras civilizações da Antigüidade. Argilas secas ao sol ainda são muito utilizadas nas construções rurais, em casas de “taipa”. Estas construções apresentam baixas resistências mecânicas e reduzida durabilidade por ser a argila um aglomerante quimicamente inerte. Aglomerantes tipo cal e gesso, que são quimicamente ativos, também eram do conhecimento dos antigos e muitas das obras que foram construídas com eles ainda existem. O cimento Portland, que também é um aglomerante quimicamente ativo, é o principal aglomerante em uso atualmente, representando o 2o produto em consumo per-capita pelo homem, tendo sido inventado no ano de 1824 por Joseph Aspdin, fabricante de tijolos do condado de York. Muitos são os materiais que tem propriedades aglomerantes, porém para a utilização na construção civil é essencial que as matérias-primas para sua obtenção sejam abundantes na natureza e se encontrem em condições de aproveitamento econômico. Os aglomerantes apresentam-se sob forma pulverulenta e, quando misturados com água, formam uma pasta capaz de aglutinar e formam suspensões coloidais, endurecendo por simples secagem, ou, em conseqüência de reações químicas, aderindo às superfícies com as quais foram postas em contato.

1.2. Qualidades essenciais das pastas e argamassas

• Resistência mecânica; • Durabilidade; • Consistência; • Plasticidade; • Capacidade de retenção de água; • Aderência; • Resistência ao calor elevado.

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1.3. Classificação dos aglomerantes

a) Quanto ao processo de endurecimento, podem ser: • Quimicamente inertes → endurecem por simples secagem (evaporação da água de amassamento) ou resfriamento. Possuem baixa resistência mecânica e o processo é reversível. Exemplos: Argila e Asfalto. • Quimicamente Ativos → o endurecimento é decorrente de reações químicas. Exemplos: Cal, Cimento Portland e Gesso. b) Os aglomerantes quimicamente ativos podem, ainda, ser classificados em: • Aglomerantes Aéreos → necessitam estar em contato com o ar para que o processo de endurecimento ocorra e não resistem à ação da água depois de endurecidos. Exemplos: Cales aéreas e Gesso. • Aglomerantes Hidráulicos → o endurecimento ocorre sob a influência exclusiva da água, independentemente do ar e resistem satisfatoriamente à ação da água depois de endurecidos. c) Quanto ao tempo de pega: • Pega rápida – menos de 8 minutos; • Pega semi-lenta – de 8 a 30 minutos; • Pega lenta – de 30 minutos a 6 horas; • Pega muito-lenta - mais de 6 horas. d) Podemos classificar os quimicamente ativos conforme a composição: • Simples → são aqueles que depois de obtidos não recebem adição de nenhum outro produto. Corresponde a apenas um produto. Exemplos: Gesso, cal aérea, cal hidráulica, cimento natural, cimento Portland, cimento aluminoso. • Composto → mistura de um produto com um sub-produto. • Misto → mistura de dois produtos, ou seja, mistura de dois ou mais aglomerantes simples. • Com Adições → mistura de um produto com adições que visam conferir propriedades especiais. Exemplos: Cimento colorido, cimento para alvenaria.

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1.4. Propriedades e características físicas

a) Massa específica (D ou ME) e massa unitária (d ou MU).

D (kg/l) d (kg/l) Cimento Portland 3,0 a 3,15 1,12

Cal 2,25 a 2,30 0,48 a 0,64 Gesso 2,55 a 2,60 0,65 a 0,80

Atenção:

Massa específica (D) = amostra da cheios de volume

amostra da massa

Onde: Volume total = V = volu

1.5. Noções Gerais Os aglomerantes minerais, qudas seguintes formas: PASTA = aglomerante + água ARGAMASSA = aglomerante CONCRETO = aglomerante + Das pastas e argamassas fpropriedades:

amostra da massa
Massa unitária (d) =
totalvolume

me de cheios + volume de ar.

imicamente ativos podem ser empregados, conforme o caso,

+ água + agregado miúdo (areia)

água + agregado miúdo + agregado graúdo (brita).

eitas com os aglomerantes minerais visamos as seguintes

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ldimensiona deestabilidalidadeimpermeabi

tração à aresistênciastemperatur altas às aresistênci

porosidadeaderência

compressão à aresistênci

sendurecida Quando

água de retençãodeplasticida

iaconsistêncpega de início de tempo

frescas Quando

1.6. Principais empregos das argamassas na construção civil

Chapisco → É a primeira camada. É feito com areia grossa e cimento* (1:4 ou 1:5) Tem a função de dar aderência à parede, penetra nos tijolos, fecha poros, uniformiza e dá aspereza a superfície. Deve ser uma mistura bem úmida lançada (jogada) sobre a parede. Cai muito no chão. Se o chão for revestido dá para recolher, e imediatamente colocar na caixa de mistura. Bater e jogar outra vez com rapidez, pois o cimento já está hidratado. Antes da próxima camada (emboço) lançam-se as mestras que são ripas verticais distantes de 1,5 a 2,0 m e que servirão como guias para correr a régua que planificará o emboço. Emboço → É a segunda camada, lançada depois de algumas horas. Serve para regularização geométrica (aplainamento). É no emboço que se acertam as irregularidades das paredes. • Revestimento interno: cal e areia. • Revestimento externo: mistura bastarda (1 cimento: 4 cal: 12 areia). Reboco → É a terceira e última camada – usar areia fina e cal em mistura bem rica (1:3 ou 1:4). Não usar cimento que pode dar trinca (devido à retração), atrapalhando a futura pintura, ou então o cimento pode “vidrar” à superfície. (*) A razão de usar cimento é que este é muito melhor cola que a cal. E essa primeira camada é crítica e fundamental. Estudaremos agora, alguns aglomerantes, como por exemplo a cal, o cimento natural, o gesso e o cimento Portland.

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1.7. Cal

1.7.1. Introdução

Na Antigüidade o aglomerante clássico dos elementos de construção foi a cal. Utilizada pelos gregos e romanos pode-se até imaginar que tenha sido descoberta acidentalmente num acampamento onde se acendeu uma fogueira sobre uma rocha calcária, cai uma chuva inesperada e deste modo ocorre a desagregação dos pedaços da rocha, com a produção de vapor de água e de uma pasta branca. Esta pasta ao transcorrer nos dias recupera a dureza e resistência da rocha original. Deste modo ou de uma maneira muito semelhante foi descoberta a argamassa de cal, séculos antes que se conhecesse o processo de obtenção da mesma (calcinação, extinção e recarbonatação), o qual veremos adiante. Atualmente no Brasil, segundo a ABPC (Associação Brasileira dos Produtores de Cal), consome-se, nas pequenas construções 1,1 saco de cal por m2 de construção, ou seja 22 kg/m2 de área construída. Isso dá bem uma dimensão da importância do material que é também empregado na estabilização de solos, em especial os sílticos e argilosos formando o solo-cal, nos processos de obtenção do 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. Podemos então, definir cal como sendo o nome genérico de um aglomerante simples, resultante da calcinação de rochas calcárias à temperatura inferior a de início de fusão, cerca de 900oC, suficiente para a dissociação do calcário, produzindo-se óxido de cálcio e gás carbônico.

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1.7.2. Fluxo de processo para obtenção da cal 1.7.2. Fluxo de processo para obtenção da cal


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Calcinação:

{ 2ou virgem vivacal

C)900 ( fornocalcárea rocha

3 COCaOCaCO o + →±321

Veja ilustração abaixo: O produto obtido desta calcinação, chamado cal viva ou cal virgem, ainda não é o aglomerante, contém predominantemente óxido de cálcio, exibe estrutura porosa e formatos idênticos aos grãos da rocha original, porém, com menor volume, devido a perda de CO2. Definição de Cal Virgem ou Cal Viva: Cal obtida no processo de calcinação da qual o constituinte principal é o óxido de cálcio ou óxido de cálcio em associação natural com o óxido de magnésio, capaz de reagir com a água. Em função dos teores de seus constituintes pode ser classificada como cálcica, dolomítica ou magnesiana, conforme tabela 1:

Tabela 1: Classificação da cal virgem (NBR 6453/1988)1

Classificação % de CaO em relação aos óxidos totais

Cálcica ≥90

Magnesiana ≥65 a < 90

Dolomítica < 65

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1 NBR 6453/1988 – CAL VIRGEM PARA CONSTRUÇÃO – ESPECIFICAÇÃO.


Para a obtenção do aglomerante é necessário que a cal viva seja hidratada ou extinta. O óxido hidratado transforma-se em hidróxido, que é o constituinte básico do aglomerante cal. A operação de hidratação recebe o nome de extinção, e o hidróxido resultante denomina-se cal extinta ou cal hidratada. Extinção:

{

22

hidratada ou extinta cal

22virgem ou viva cal

Ca(OH) de74gOHde18gCaOde56g

Ca(OH) OH CaO

=+

+→+ calor43421

Rendimento em peso: 1,3256g74g

=

Quantidade de água a empregar para formar a pasta:

)CaOdemassa31água de (massa 0,32

56g18g

==

Podemos dizer que a cal extinta (Ca(OH)2) contém 24% de seu peso em água → (água / cal extinta) = 18g / 74g = 0,24. Veja ilustração abaixo:

O produto obtido no processo de extinção da cal virgem é a cal hidratada, que é definida segundo a NBR 7175/1992 – CAL HIDRATADA PARA ARGAMASSAS, como: Pó seco obtido pela hidratação de cal virgem, constituída essencialmente de hidróxido de cálcio ou de uma mistura de hidróxido de cálcio com hidróxido de magnésio, ou ainda, de uma mistura de hidróxido de cálcio, hidróxido de magnésio e óxido de magnésio.

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A cal hidratada apresenta-se sob a forma de flocos ou pó de cor branca. Pode ser vendida e entregue a granel, em contêiner ou ensacada. A massa líquida de cada saco pode ser de 8, 20, 25 ou 40 kg. Conforme os teores de óxidos não hidratados e de carbonatos, indicados na tabela 2, A cal hidratada é designada por: • CH-I – cal hidratada especial • CH-II – cal hidratada comum • CH-III – cal hidratada com carbonatos

Tabela 2: Exigências Químicas (NBR 7175/1992)2

Limites Compostos

CH-I CH-II CH-III

Na fábrica ≤5% ≤5% ≤13% Anidrido carbônico (CO2) No depósito ou na obra ≤7% ≤7% ≤15%

Óxido não-hidratado calculado ≤10% Não exigido ≤15%

Óxidos totais na base de não voláteis (CaO + MgO) ≥88% ≥88% ≥88% A reação de extinção se processa com forte desprendimento de calor (reação exotérmica) e grande aumento de volume. A extinção da cal cálcica, usualmente gorda, é muito violenta, podendo ocorrer a queima devido à grande elevação na temperatura, a qual pode atingir

. Essa elevação tem provocado incêndios em vagões, silos, barracões de madeira, nos quais a cal virgem se hidratou em contato com a água, geralmente da chuva ou da umidade do ar.

C400 o±

A cal gorda, na extinção aumenta cerca de 3 vezes o seu volume inicial. De acordo com o tempo de extinção, as cales podem ser classificadas em: • extinção rápida: tempo ≤ 5 minutos; • extinção média: tempo de 5 a 30 minutos; • extinção lenta: tempo > 30 minutos. Para o processo de extinção rápida, é necessário que a cal seja colocada na água, nunca o inverso.

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2 NBR 7175/1992 – CAL HIDRATADA PARA ARGAMASSAS - ESPECIFICAÇÃO


1.7.3. Impurezas

Os calcários contém impurezas, tais como: • Sílica - SiO2 (S) • Alumina – Al2O3 (A) • Ferro – Fe2O3 (F) • Magnésio – (MgO) São denominadas impurezas argilosas a sílica, a alumina e o ferro. A variação dos teores destas impurezas do calcário alteram substancialmente as características dos aglomerantes obtidos. Quanto ao % de componentes argilosos a cal será considerada: cal aérea ou cal hidráulica.

( )∑ ⇒++ 32322 OFeOAl%SiO %

>Σ<Σ

Hidráulica Cal denominada será cal a 10% for se AéreaCal denominada será cal a 10% for se

As cales podem ainda ser classificadas sob dois aspectos, segundo o autor Falcão Bauer em seu livro “Materiais de Construção”:

a) Segundo a composição química

MgO de 20% de mais :smagnesianaCaO de 75% de mais :cálcicas

b) Segundo o rendimento em pasta

<

≥

toneladam 1,82 R :magrastoneladam 1,82 R:gordas

3

3

//

Nota: Entende-se por rendimento em pasta o valor do volume de pasta de cal obtida com uma tonelada de cal viva. Essa pasta é uma suspensão do tipo coloidal, que se obtém na operação de extinção da cal viva. Para todos os efeitos, a pasta de cal pode ser considerada como o aglomerante realmente utilizado em construção. Do ponto de vista econômico, é primordial o conhecimento do rendimento em pasta, porque o produto comprado é a cal viva e o produto utilizado, a pasta de cal. Se o rendimento em pasta for maior que 1,82, a cal será denominada gorda, e se for inferior a esse valor, magra. Esse rendimento-limite corresponde ao rendimento de 1,82 m3 de pasta para uma tonelada de cal viva (550 kg de cal viva para 1 m3 de pasta). A cal é gorda quando são necessários 550 kg de cal viva para obter 1m3 de pasta, e a cal é dita magra quando são necessários mais de 550kg de cal viva para obter 1m3 de pasta. A cal gorda dá origem a uma pasta plástica e homogênea. Já a cal magra origina pasta terrosa e grumosa. De um modo geral, a cal magnesiana é magra. Observa-se, entretanto, que outros fatores, como a presença de impurezas, supercozimento ou subcozimento, têm maior influência no rendimento da cal.

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A cal extinta é utilizada em misturas com água e areia, em proporções apropriadas, na elaboração de argamassas. Estas têm consistência mais ou menos plástica, e endurecem por recombinação do hidróxido com o gás carbônico presente na atmosfera, reconstituindo o carbonato original, cujos cristais ligam de maneira permanente os grãos de agregado


utilizado. Esse endurecimento ocorre com lentidão e ocorre, evidentemente, de fora para dentro, exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, a evaporação da água em excesso e, de outro, a penetração do gás carbônico do ar atmosférico. O mecanismo do endurecimento, que depende do ar atmosférico, explica o nome dado a esse aglomerante – cal aérea – que se opõe ao nome de outra variedade – cal hidráulica – que endurece principalmente por ação da água. A carbonatação da cal aérea é acompanhada de um aumento de volume. Devido a essa expansão, deve-se utilizar argamassas de cal aérea com areia, diminuindo assim a retração que se processa com a perda d’água, aumentando a porosidade, conseqüentemente, facilitando a penetração do CO2. Não se deve utilizar argamassas com muita cal e nem camadas muito espessas.

1.7.4. Formas de Endurecimento a) Cal Aérea: Reação de Recarbonatação

OH CaCO OH Ca(OH) 23(ar)CO22 2+ →+

Essa reação ocorre na temperatura ambiente e exige a presença de água, a qual funciona como agente catalisador. Verificou-se que o gás carbônico seco não combina satisfatoriamente com o hidróxido. O processo é lento, podendo, entretanto, ser acelerado pelo aumento da proporção de gás carbônico presente na atmosfera. O resultado, porém, não é satisfatório, uma vez que tal aceleração conduz ao desenvolvimento insuficiente dos cristais de carbonatos, que resulta no enfraquecimento final do produto. O endurecimento da cal aérea somente ocorre na presença do ar. Porém, depois de endurecida, se colocada em contato com água, dissolve- se aos poucos. b) Cal Hidráulica:

cálcio. de aluminatos e silicatos de hidratação OH Ca(OH) 22 →+ O endurecimento da cal hidráulica se faz decorrente da hidratação de silicatos e aluminatos formados pela combinação de moléculas de CaO com os componentes argilosos. Após endurecida se for submetida ao contato com água não se dissolve.

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1.7.5. Cal Aérea

A cal aérea é obtida pela calcinação de rochas calcárias que tenham teores de componentes argilosos inferiores a 10%, sendo necessária a extinção para a obtenção do aglomerante. Por ser um aglomerante aéreo necessita estar em contato com o ar para que o processo de endurecimento ocorra.

1.7.5.1. Aplicação da cal aérea • Fabricação de argamassa • Preparo de tintas • Indústria química e cerâmica • Estabilidade de solos Nota: As natas de cal são utilizadas em revestimentos e pinturas.

1.7.5.2. Características • Massa específica: 2,25 a 2,30 kg/l; • Massa unitária: 0,48 a 0,60 kg/l.

1.7.6. Cal Hidráulica A cal hidráulica é obtida pela calcinação de rochas calcárias que tenham teores de componentes argilosos superiores a 10%. A cal hidráulica se caracteriza pelo fato de endurecer pela ação da água, sem necessitar da intervenção do ar, e de resistir satisfatoriamente quando em contato com água. Sua pega é muito lenta o que a torna mais adequada a emprego de menor responsabilidade, principalmente em misturas denominadas cimentos de alvenaria. Assim como a cal aérea, a cal hidráulica também necessita da extinção para a obtenção final do aglomerante. Ao ser utilizada como aglomerante, a cal hidráulica é misturada com água, e o endurecimento da pasta resulta de dois tipos de reação, o hidróxido de cálcio livre combina-se com o CO2 do ar, e os compostos de cal e argila hidratam-se, formando produtos insolúveis, que colocam o aglomerante na classe dos hidráulicos.

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1.7.6.1. Classificação e propriedade

Quanto maior o percentual de componentes argilosos presentes no calcário de origem maior será a hidraulicidade da cal e melhor serão as suas características mecânicas. A hidraulicidade de uma cal é dada por:

%CaOOFe%O Al% SiO %

I.H 32322 ++=

onde I.H.= índice de hidraulicidade.

I.H. % Componentes Argilosos Classificação Resistência à

Compressão (kg/cm2)

0,16 a 0,31 10 - 15 Medianamente hidráulica 15

0,31 a 0,42 15 - 19 Hidráulica 40

0,42 a 0,50 19 – 22 Fortemente hidráulica 80

1.7.6.2. Aplicações

A cal hidráulica não é empregada no Brasil.

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1.7.7. Recapitulando (Cal)

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1.7.8. Normas relacionadas à Cal

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DESCRIÇÃO DA NORMA NÚMERO ATUALIZAÇÃO

Cal - Determinação do resíduo de extinção NBR6472 (orig. MB341) 7/6/1993

Cal cálcica para aciaria – Especificações e condições de fornecimento NM203 2000

Cal dolomítica para aciaria – Especificações e condições de fornecimento NM204 2000

Cal hidratada para argamassas NBR7175 (orig. EB153) 7/6/1992

Cal hidratada para argamassas – Determinação da água da pasta de consistência normal NBR14399 30/11/1999

Cal hidratada para argamassas - Determinação da capacidade de incorporação de areia no plastômero de Voss

NBR9207 (orig. MB2333) 31/3/2000

Cal hidratada para argamassas - Determinação da estabilidade

NBR9205 (orig. MB2331) 12/1985

Cal hidratada para argamassas – Determinação da finura - "A SER REIMPRESSA, INCORPORANDO EMENDA Nº 1 DE 07/2000 (1 PÁGINA)

NBR9289 (orig. MB2351) 31/7/2000

Cal hidratada para argamassas - Determinação da plasticidade

NBR9206 (orig. MB2332) 12/1985

Cal hidratada para argamassas - Determinação de retenção de água

NBR9290 (orig. MB2352) 30/4/1996

Cal para aciaria - Amostragem e preparação das amostras NBRNM159 31/10/2000

Cal para aciaria - Amostragem e preparação de amostras NM159 1998

Cal para aciaria - Determinação da reatividade NM205 1999

Cal virgem - Determinação do tempo de extinção NBR10791 (orig. MB3058) 11/1989

Cal virgem e cal hidratada - Análise química NBR6473 (orig. MB342) 7/5/1996

Cal virgem e cal hidratada – Retirada e preparação de amostra – Procedimento

NBR6471 (orig. MB266) 19/2/1998

Cal virgem e cal hidratada para tratamento de água de abastecimento - Determinação de óxido de cálcio disponível, hidróxido de cálcio e substâncias reativas ao HCl expresso em CaCO3.

NBR13293 28/4/1995

Cal virgem e cal hidratada para tratamento de água de abastecimento público

NBR10790 (orig. EB1965) 7/4/1995

Cal virgem e cal hidratada para tratamento de água de abastecimento público – Determinação de óxido e hidróxido de magnésio

NBR13294 28/4/1995

Cal virgem para aciaria NBR9551 (orig. EB1689) 9/1986


Cal virgem para aciaria – Determinação da granulometria

NBR9552 (orig. MB2508) 9/1986

Cal virgem para aciaria – Determinação da reatividade pelo método Wührer

NBR8815 (orig. MB2146) 1/1989

Cal virgem para aciaria – Determinação de anidrido carbônico por gasometria

NBR9553 (orig. MB2509) 9/1986

Cal virgem para aciaria – Determinação de enxofre NBR9099 (orig. MB2297) 10/1985

Cal virgem para aciaria – Determinação de fósforo por colorimetria

NBR9554 (orig. MB2510) 9/1986

Cal virgem para aciaria – Determinação de perda ao fogo, anidrido silícico mais resíduo insolúvel, óxido de cálcio e óxido de magnésio

NBR8816 (orig. MB2147) 4/1985

Cal virgem para aciaria – Determinação do anidrido carbônico

NBR9166 (orig. MB2335) 12/1985

Cal virgem para construção NBR6453 (orig. EB172) 7/1988

Extintor de cal NBR12805 26/2/1993 Materiais pozolânicos – Determinação de atividade pozolânica - Índice de atividade pozolânica com cal

NBR5751 (orig. MB960) 7/6/1992

Preparação de amostras de cal virgem para aciaria - Análise química e reatividade

NBR9169 (orig. NB968) 12/1985

Perguntas e Respostas 1) Descreva o processo de obtenção da cal. A cal é um produto obtido pela calcinação (queima) de rochas calcárias, compostas por carbonato de cálcio e magnésio. Após a rocha ser devidamente analisada e moída, obedecendo às exigências químicas e físicas, esta é enviada a fornos com altíssimas temperaturas para ser calcinada (o que promove a retirada do gás carbônico). O produto resultante deste processo é denominado CAL VIRGEM (ou cal viva) e não apresenta propriedades aglomerantes. Para obtermos o aglomerante cal (hidróxido de cálcio), é necessário que a cal virgem seja hidratada (extinta), reação esta que é resultante da adição de água à cal virgem. Somente após o processo de moagem e separação de acordo com a granulometria, é que a cal estará pronta para ser utilizada. 2) O que é cal viva? É o nome que se dá ao produto obtido da calcinação da rocha calcária. Ainda não é o aglomerante, contém predominantemente óxido de cálcio, e exibe estrutura porosa e formato idêntico aos grãos da rocha original, porém, com menor volume, devido à perda de CO2. 3) Por que a cal viva não necessita de moagem para tornar-se material pulverulento? Porque durante a reação de extinção ou hidratação a cal viva já se pulveriza.

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4) Qual a diferença entre cal aérea e cal hidráulica? Cal aérea – aglomerante aéreo, necessita estar em contato com o ar para que o processo de endurecimento ocorra (não resistem bem a ação da água). Cal hidráulica – aglomerante hidráulico, seu endurecimento se dá sob a influência exclusiva da água, independente do ar, e resistem satisfatoriamente a ação da água depois de endurecidos. 5) Cite 5 qualidades essenciais das pastas e argamassas feitas com cal e cimento.

Aumento da retenção de água e da capacidade de incorporação da areia; • • • • •

reconstituição autógena (existe por si mesma) das fissuras; plasticidade; maior trabalhabilidade do que as argamassas preparadas somente com cimento; raras eflorescências.

6) Quais as diferenças entre os produtos denominados cal hidráulica e cal hidratada? A cal hidráulica é um produto obtido pela calcinação de rochas calcárias que tenham teores de impurezas argilosos superiores a 10%, conferindo a esta a característica de endurecimento pela ação da água, sem necessitar da intervenção do ar. Já a cal hidratada é o produto resultante da hidratação (extinção) da cal viva.A partir desta hidratação obtemos o aglomerante cal que, dependendo do teor de impurezas argilosas, será classificado em cal aérea ou cal hidráulica. 7) Por que as cales obtidas de calcários com teores mais elevados de impurezas argilosas são mais resistentes do que aquelas obtidas de calcários puros? Quanto maior o teor de impurezas argilosas, maior será a quantidade de silicatos e aluminatos presentes nesta cal, aumentando assim a hidraulicidade e a resistência mecânica desta cal. 8) Escreva, resumidamente o que sabe sobre a cal dentro dos seguintes tópicos: obtenção, reação de endurecimento e classificação. Obtenção – a cal é um produto obtido pela calcinação (queima) de rochas calcárias, compostas por carbonato de cálcio e magnésio. A partir desta calcinação obtemos a cal virgem, produto este que ainda não é o aglomerante. É necessário, então, que seja feita a hidratação da cal virgem, formando-se assim a cal hidratada, que apresenta propriedades aglomerantes. Endurecimento – a reação de endurecimento da cal dependerá do teor de impurezas argilosas presentes nesta, pois, dependendo desta quantidade, a cal será classificada em aérea ou hidráulica. A cal aérea apresenta menos de 10% de impurezas argilosas, e seu endurecimento se dá sob a ação do ar (a água que se encontra presente na reação funciona como agente catalisador). A reação de endurecimento da cal hidráulica se faz decorrente da hidratação de silicatos e aluminatos formados pela combinação de moléculas de CaO com os componentes argilosos. Classificação – as cales podem ser classificadas sob três aspectos: a)Quanto ao teor de componentes argilosos: - ∑(%SiO2 + %Al2O3 + %Fe2O3) < 10% → a cal será denominada Cal Aérea. - ∑(%SiO2 + %Al2O3 + %Fe2O3) > 10% → a cal será denominada Cal Hidráulica. b)Segundo a composição química: - Cálcicas: possuem mais de 75% de CaO. - Magnesianas: possuem mais de 20% de MgO. c)Segundo o rendimento em pasta: - Gordas: apresentam rendimento ≥1,82m3 / tonelada. - Magras: apresentam rendimento ≤ 1,82m3 / tonelada.

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9) Como se processa o endurecimento da cal aérea? O endurecimento da cal aérea ocorre com lentidão, uma vez que tal processo se dá de fora para dentro da massa, exigindo uma certa porosidade que permita, de um lado, a evaporação da água em excesso e, de outro, a penetração do gás carbônico presente no ar atmosférico.

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Leitura Complementar

Como preparar argamassa de qualidade? “O maior equívoco cometido na preparação da argamassa é a adição de quantidades inadequadas de areia, aponta um especialista norte-americano, que indica também a fórmula que considera ideal para a mistura obter o melhor resultado nas obras civis,

utilizando a cal”. John P. Speweit exalta as virtudes que a cal acrescenta à argamassa: aumento da retenção de água e da capacidade de incorporação da areia, reconstituição autógena (que existe por si mesma) das fissuras, plasticidade, melhor trabalhabilidade, raras eflorescências e outras. Para a obtenção dos melhores resultados nas obras, ele indica os ingredientes e a forma de preparo de argamassa Cimento Portland / Cal: a) Cimento Portland tipo I, definido pela norma ABNT – NBR 5732; b) Tipo S ou AS de cal hidratada, conforme definições contidas na norma brasileira ABNT – NBR 7175; c) Areia levemente úmida, limpa e frouxa, conforme determina a norma brasileira NBR 7214; d) Água com qualidade de água potável. O principal equívoco cometido na preparação da argamassa cimento-cal é a adição de quantidades inadequadas de areia. Esta falha causa não só problema de longevidade, como também de trabalhabilidade e ainda cria a possibilidade do surgimento de fissuras durante o processo de endurecimento da argamassa. Para garantir a consistência desejada é preciso medir corretamente o volume de areia. Se não houver uma caçamba de exatamente 1 metro cúbico, pode-se usar uma lata ou balde de 5 galões de capacidade (3,7853 litros). Cinco medidas de 1,5 galão (5,67 litros) equivalem a 1 pé cúbico. A areia deve ser medida na condição frouxa e levemente úmida. Para se obter argamassa de qualidade e trabalhabilidades ótimas é preciso seguir as seguintes etapas na preparação da argamassa cimento-cal: 1) Colocar 75% da água total recomendada; 2) Adicionar 50% da areia; 3) Adicionar toda a cal hidratada recomendada; 4) Proceder a mistura, sob agitação, por 2 minutos; 5) Adicionar todo o cimento Portland; 6) Adicionar os 50% restantes da areia; 7) Adicionar água suficiente para dar à argamassa a consistência para a trabalhabilidade desejada; 8) Proceder a mistura por 5 minutos completos.

O texto acima foi retirado do Jornal da Cal / Dezembro de 1998, no 69 ABPC – Associação Brasileira dos Produtores de Cal.

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1.8. Cimento Natural

Aumentando-se o teor de componentes argilosos no calcário de origem, aumenta-se a hidraulicidade e diminui-se a cal livre. A existência de cal livre é que provoca, na extinção, a pulverização do aglomerante. No caso dos cimentos naturais já se torna necessário a moagem para reduzir o tamanho das partículas. Pode-se assim definir o cimento natural como sendo: “Produto do cozimento de calcários argilosos, seguido de moagem até tornar-se um material pulverulento. O cimento natural difere-se da cal hidráulica por não conter CaO livre, estando este combinado com os componentes argilosos”. Não tendo o calcário uma composição uniforme, o cimento natural apresenta valores variáveis. De um mesmo calcário pode ser fabricado um cimento natural de pega lenta, semi-lenta ou rápida dependendo da temperatura no cozimento. Se a temperatura for menor que 1000oC (inferior ao início da fusão), o cimento natural será de PEGA RÁPIDA (IH varia de 0,6 a 0,8). Se a temperatura for aproximadamente 1450oC (início de fusão), o cimento natural será de PEGA LENTA ou SEMI-LENTA. Na prática, a relação entre os componentes argilosos e a cal, para os cimentos naturais de pega lenta, varia de 0,5 a 0,65, devendo preferir-se os valores mais próximos do limite superior, para, considerando a possibilidade de qualquer heterogeneidade no calcário, evitar a cal livre. No Brasil não é fabricado o cimento natural.

1.9. Gesso

1.9.1. Definição Gesso é um aglomerante aéreo obtido pela desidratação total ou parcial da gipsita. A gipsita natural é constituída de sulfato biidratado de cálcio (CaSO4 . 2 H2O) geralmente acompanhado de uma certa proporção de impurezas, como sílica, alumina, óxido de ferro, carbonatos de cálcio e magnésio. O total das impurezas varia desde uma proporção muito pequena até um limite máximo de cerca de 6%. A massa específica da gipsita varia de 2,31 a 2,33 g/cm3, é abundante na natureza e as maiores reservas brasileiras de gipsita encontram-se no nordeste do país. O principal emprego da gipsita natural ou crua é na fabricação de cimento Portland, que veremos mais adiante. Em segundo lugar vem seu uso como corretivo de solos alcalinos. A gipsita calcinada é intensamente utilizada pela indústria de construção civil. Ao ser calcinada em temperatura adequada ela perde parte da água de cristalização, obtendo-se o produto geralmente conhecido como gesso.

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1.9.2. Fases de desidratação da gipsita por calcinação

A desidratação da gipsita por calcinação, dentro do limite das temperaturas e pressões correntes na operação de cozimento, conduz à formação dos seguintes sulfatos: a) Temperatura ambiente → CaSO4 . 2 H2O. b) 120oC a 180oC → A gipsita perde 1 ½ molécula de água, passando de diidrato (CaSO4 .2 H2O) a hemi-hidrato (CaSO4 . ½ H2O). Nesta forma é conhecida como Gesso de Paris, Gesso de Estuque ou Gesso Rápido, sendo amplamente utilizada na construção civil. c) 180oC a 300oC → CaSO4 = Anidrita solúvel (é ávida de água, transformando-se rapidamente em hemi-hidrato). d) 300oC a 600oC → CaSO4 = Anidrita Insolúvel (não é suscetível a reidratação rápida, sendo praticamente inerte, e, por esse fato, participa do conjunto como material de enchimento, como a areia na argamassa. e) 900oC a 1000oC → CaO + SO3 – decomposição parcial. Denomina-se gesso hidráulico, apresentando endurecimento lento e sendo utilizado em pavimentação. • Nota: Os hemi-hidratos e a anidrita solúvel quando colocados em presença de água, em temperatura adequada, retornam rapidamente a sulfato biidratado original. Essa combinação faz-se com a produção de uma fina malha cristalizada, interpenetrada, responsável pela coesão do conjunto. Tal fenômeno, conhecido por “pega do gesso”, é seguido de uma elevação de temperatura (reação exotérmica).

1.9.3. Propriedades O gesso é vendido em nosso mercado sob a forma de um pó branco, de elevada finura, em sacos de 50 a 60 kg , podendo também receber o nome de “estuque” ou “gesso-molde”. Sua densidade aparente varia de 0,70 a 1,0, diminuindo com o grau de finura. Sua densidade absoluta é aproximadamente de 2,7. Suas propriedades são: a) Pega: A velocidade de endurecimento das massas de gesso depende dos seguintes fatores: temperatura e tempo de calcinação; finura; quantidade de água de amassamento e presença de impurezas ou aditivos. A calcinação realizada em temperaturas mais elevadas ou durante tempo mais longo conduz à produção de material de pega mais lenta, porém de maior resistência. O gesso de Paris, que é constituído de semi-hidrato puro, dá pega em poucos minutos; gessos obtidos em segunda cozedura, constituídos principalmente de sulfato-anidro podem ter pega tão lenta quanto se desejar. Material supercozido, com predominância de anidro insolúvel, não dá pega, é sem valor aglutinante. Gessos de elevada finura dão pega mais rápida e atingem maiores resistências, em razão do aumento da superfície específica, disponível para a hidratação. A quantidade de água de amassamento influencia negativamente o fenômeno da pega e do endurecimento, quer por deficiência, quer por excesso. A quantidade ideal se aproxima da quantidade teórica de água necessária à hidratação (18,6%).

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O semi-hidrato puro, gesso de Paris, dá pega tão rapidamente, entre 2 a 5 minutos, que é virtualmente inútil como material de construção, pois endurece antes que possa ser trabalhado. A presença de impurezas, que naturalmente ocorre na gipsita original, diminui muito a velocidade de endurecimento. Pode-se também reduzir o tempo de pega mediante o emprego de aditivos apropriados, como retardadores, cola, serragem fina de madeira. tais produtos retardam a hidratação por interferência mecânica, formando membranas protetoras


intergranulares. No entanto, outras substâncias como o sal de cozinha ou mesmo o gesso hidratado, são aceleradores de pega. b) Resistência Mecânica: As pastas de gesso, depois de endurecidas, atingem resistência à tração entre 0,7 e 3,5 MPa e à compressão entre 5 e 15 MPa. As argamassas com proporção exagerada de areia alcançam resistência à tração e à compressão muito inferiores à estas. 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. No entanto, a estabilidade é alcançada quando se faz armadura com ferro galvanizado. d) Isolamento: As pastas endurecidas de gesso possuem excelentes propriedades de isolamento térmico, isolamento acústico e impermeabilidade ao ar. Sua condutibilidade térmica é muito baixa, cerca de 1/3 do valor para o tijolo comum. Os revestimentos feitos com gesso possuem considerável resistência ao fogo. A água de cristalização é eliminada pelo calor, reduzindo o material superficial à condição de pó, que não sendo removido, atua como isolador que protege a camada interior de gesso.

1.9.4. Fabricação A calcinação da gipsita, atualmente, pode ser feita em fornos de marmita ou em fornos rotativos. No processo da marmita, a gipsita pulverizada é aquecida dentro de um grande recipiente com capacidade variável entre 10 e 20 toneladas. O material é agitado e aquecido por fogo indireto. Entre 100 e 110oC, a umidade superficial é eliminada, ocorrendo a desidratação entre 120 e 150oC. A água de hidratação é eliminada sob a forma de vapor, com uma agitação violenta que se assemelha à fervura. Esta continua até que a desidratação de 1 e ½ molécula de água se complete, ocasião em que o material entra em repouso. O gesso, neste estágio de produção, é denominado de primeira cozedura e se constitui principalmente de semi-hidratos. Dando continuidade ao processo mediante a elevação das temperaturas até 190 ou 220oC, eliminar-se-á o restante da água de hidratação, observando-se nova fervura no cozimento. O material assim produzido, constituído quase que exclusivamente de sulfato-anidro solúvel, será de pega mais rápida. Observa-se que o gesso de primeira cozedura pode adquirir qualidades semelhantes às do de segunda cozedura, por meio do processo de envelhecimento ao ar atmosférico. O processo mais moderno de produção de gesso utiliza fornos rotativos para a calcinação da gipsita. Uma variedade bem conhecida do gesso de acabamento é o chamado cimento Keene. Esse gesso é produzido por calcinação dupla de gipsita muito pura. Após a primeira calcinação em temperatura elevada, o sulfato-anidro resultante é imerso numa solução de 10% de alúmen, depois é recalcinado e, finalmente, pulverizado num moinho de bola. O cimento Keene é branco industrialmente, e é sobretudo utilizado para a junção de lajes e painéis murais, como o mármore artificial e para aplicações especiais.

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1.9.5. Utilização do gesso Paris

a) Argamassa para reboco (revestimento) na proporção: 1 gesso: 1 cal: 4 areia (em volume); b) Rebaixamento de tetos; c) Blocos para paredes divisórias d) Painéis de paredes pré-fabricados; e) Corpos ocos para lajes. Notas: 1) O gesso não serve para aplicações exteriores devido ao fato de se deteriorar em conseqüência da solubilização na água. 2) Para o preparo de argamassas de gesso para revestimento são necessários gessos que tenham tempo de pega lento e que sejam de endurecimento rápido. Para retardar o tempo de pega do gesso pode-se adicionar cal.

1.9.6. Normas relacionadas ao gesso


Gesso para construção - Determinação da água livre e de cristalização e teores de óxido de cálcio e anidrido sulfúrico

NBR12130 (orig. MB3471) 29/11/1991

Gesso para construção - Determinação das propriedades físicas da pasta

NBR12128 (orig. MB3469) 29/11/1991

Gesso para construção - Determinação das propriedades físicas do pó

NBR12127 (orig. MB3468) 29/11/1991

Gesso para construção - Determinação das propriedades mecânicas

NBR12129 (orig. MB3470) 29/11/1991

Gesso para construção civil NBR13207 31/10/1994

Placas lisas de gesso para forro - Determinação das dimensões e propriedades físicas NBR12775 30/12/1992

Revestimento interno de paredes e tetos com pastas de gesso - Materiais, preparo, aplicação e acabamento NBR13867 30/5/1997

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Perguntas e respostas 1) Quais as principais propriedades do gesso? O gesso é um aglomerante aéreo obtido pela desidratação total ou parcial da gipsita. As principais propriedades do gesso são: - Pega → a velocidade de endurecimento depende de vários fatores, como: temperatura e tempo de calcinação, finura, quantidade de água de amassamento e presença de impurezas e aditivos. - Resistência Mecânica → tração: entre 0,7 e 3,5 MPa e Compressão: entre 5,0 e 15,0 MPa. - Aderência → aderem muito bem ao tijolo, pedra e ferro, e aderem mal às superfícies de madeira. - Isolamento → possuem excelentes propriedades de isolamento térmico, acústico e impermeabilidade ao ar. 2) Quais as características que conferem ao gesso sua excelente propriedade de proteção contra o fogo? O gesso apresenta elevada resistência ao fogo devido à água de cristalização. Ao atingir a temperatura de 120˚C parte da água de cristalização se liberta, formando um “ véu de vapor” impedindo que a temperatura junto ao revestimento ultrapasse os 100˚C. A água de cristalização restante é libertada a uma temperatura em torno de 180˚C, reforçando assim o “véu de vapor”. 3) Cite as principais utilizações do gesso na construção civil. É utilizado na fabricação de argamassas, rebaixo de tetos, blocos para paredes divisórias, painéis de paredes pré-fabricadas, corpos ocos para lajes, entre outros. 4) A velocidade de endurecimento das pastas e argamassas de gesso depende de que fatores? A pega do gesso depende da temperatura e tempo de calcinação, finura, quantidade de água de amassamento e presença de impurezas e aditivos. 5) Em poucas palavras, escreva sobre o aglomerante gesso, dentro dos seguintes itens: obtenção, reação de endurecimento, propriedades e utilização. Obtenção: o gesso é obtido através da desidratação total ou parcial da gipsita ( CaSO4 . 2H2O). Reação de Endurecimento: a velocidade de endurecimento das massas de gesso depende dos seguintes fatores: temperatura e tempo de calcinação; finura; quantidade de água de amassamento e presença de impurezas ou aditivos. Propriedades: tempo de pega, aderência, resistência mecânica e isolamento. Utilização: o gesso é largamente utilizado na construção civil para diversos fins (ver questão 3). 6) Qual o principal emprego da gipsita crua? A gipsita crua é utilizada na fabricação do Cimento Portland e como corretivo de solos. 7) Qual a fórmula química da gipsita natural? CaSO4 . 2H2O (sulfato de cálcio biidratado). 8) O gesso serve para revestir área externa? Por quê? Não, pois se tratando de um aglomerante aéreo, não resiste à ação da água.

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9) Qual artifício pode ser usado para retardar o tempo de pega das argamassas de gesso? São vários os artifícios que podem ser utilizados, dentre os quais citamos: presença de impurezas, adição de cal, ou emprego de aditivos apropriados como retardadores, cola, serragem fina de madeira entre outros.

1.10. Cimento Portland

1.10.1. A história do cimento A procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o homem à experimentação de diversos materiais aglomerantes. Os romanos chamavam esses materiais de “caementum”, termo que originou a palavra cimento. O engenheiro John Smeaton, por volta de 1756, procurava um aglomerante que endurecesse mesmo em presença de água, de modo a facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Edystone, na Inglaterra. Em suas tentativas, verificou que uma mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas construções. Coube, entretanto, a um pedreiro, Joseph Aspdin, em 1824, patentear a descoberta, batizando-a de cimento Portland, numa referência à Portlandstone, tipo de pedra arenosa muito usada em construções na região de Portland, Inglaterra. Poucos anos antes, na França, o engenheiro e pesquisador Louis Vicat publicou o resultado de suas experiências contendo a teoria básica para produção e emprego de um novo tipo de aglomerante: o cimento artificial. Aquele produto, no entanto, exceto pelos princípios básicos, estava longe do cimento Portland que atualmente se conhece, resultante de pesquisas que determinam as proporções adequadas da mistura, o teor de seus componentes, o tratamento térmico requerido e a natureza química dos materiais. O cimento Portland desencadeou uma verdadeira revolução na construção, pelo conjunto inédito de suas propriedades de moldabilidade, hidraulicidade (endurecer tanto na presença da ar como da água), elevadas resistências aos esforços e por ser obtido a partir de matérias-primas relativamente abundantes e disponíveis na natureza. A criatividade de arquitetos e projetistas, a precisão dos modernos métodos de cálculo e a genialidade dos construtores impulsionaram o avanço das tecnologias de cimento e de concreto, possibilitando ao homem transformar o meio em que vive, conforme suas necessidades. A importância deste material cresceu em escala geométrica, a partir do concreto simples, passando ao concreto armado e, finalmente, ao concreto protendido. A descoberta de novos aditivos, como a microssílica, possibilitou a obtenção de concreto de alto desempenho (CAD), com resistência à compressão até 10 vezes superiores às até então admitidas nos cálculos das estruturas. Obras cada vez mais arrojadas e indispensáveis (barragens, pontes, viadutos, edifícios, estações de tratamento de água, rodovias, portos e aeroportos), que propiciam conforto, bem-estar e o contínuo surgimento de novos produtos e aplicações, fazem do cimento um dos produtos mais consumidos da atualidade, conferindo uma dimensão estratégica à sua produção e comercialização.

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A fabricação do cimento portland é feita de acordo com as especificações da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), existindo, atualmente, no mercado brasileiro as seguintes variedades comerciais:

CIMENTO PORTLAND

VARIEDADES COMERCIAIS NORMAS DA ABNT

1- Comum (CP I e CP I-S) classes 25, 32 e 40 NBR 5732 (EB – 1 / 91)

2- Composto (CP II-E, CP II-Z e CP II-F) classes 25, 32 e 40 NBR 11578 (EB – 2138 / 91)

3- Alto Forno (CP III) classes 25, 32 e 40 NBR 5735 (EB – 208 / 91)

4- Pozolânico (CP IV) NBR 5736 (EB – 758 / 91)

5- Alta Resistência Inicial (CP V) NBR 5733 (EB – 2 / 91)

6- Resistência à sulfatos NBR 5737 (EB – 903 / 91)

7- Especiais

8- Branco, Tipo G

1.10.2. Composição do cimento Portland

O cimento portland é composto de clínquer e de adições. O clínquer é o principal componente e está presente em todos os tipos de cimento portland. As adições podem variar de um tipo de cimento para outro e são principalmente elas que definem os diferentes tipos de cimento.

1.10.2.1. Clínquer O clínquer tem como matérias-primas o calcário e a argila, ambos obtidos de jazidas em geral situadas nas proximidades das fábricas de cimento. A rocha calcária é primeiramente britada, depois moída e em seguida misturada, em proporções adequadas, com argila moída. A mistura formada atravessa então um forno giratório de grande diâmetro e comprimento (até 7,5m de diâmetro e até 230m de comprimento), cuja temperatura interna chega a alcançar 1450oC. O intenso calor transforma a mistura em um novo material, denominado clínquer, que se apresenta sob a forma de pelotas. Na saída do forno o clínquer, ainda incandescente, é bruscamente resfriado e finamente moído, transformando-se em pó. O clínquer em pó tem a peculiaridade de desenvolver uma reação química em presença de água, na qual ele, primeiramente torna-se pastoso e, em seguida, endurece, adquirindo elevada resistência e durabilidade. Essa característica adquirida pelo clínquer, que faz dele um ligante hidráulico muito resistente, é sua propriedade mais importante.

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Fabricação do clínquer portland

Como já foi dito, as matérias-primas principais para a produção do clínquer são a rocha calcária e a argila que apresentam as seguintes características: CALCÁRIO → O calcário é o carbonato de cálcio (CaCO3) que se apresenta na natureza com impurezas como óxido de magnésio. O carbonato de cálcio puro ou calcita, sob ação do calor, decompõe-se do seguinte modo:

{%)44(

2

%)56()100(

3 COCaOCaCO +→321321

Vê-se, então que uma tonelada de calcário dá origem a 560 kg de cal, que é verdadeiramente a matéria-prima que entra na fabricação do cimento, porquanto os 440 kg de CO2 são perdidos sob a forma de gás, que sai pela chaminé das fábricas. ARGILA → A argila empregada na fabricação do cimento é essencialmente constituída de um silicato de alumínio hidratado, geralmente contendo ferro e outros minerais, em menores porcentagens. A argila fornece os óxidos SiO2, Al2O3 e Fe2O3, necessários à fabricação do cimento. Quando ocorre deficiência de SiO2 na argila, é necessária a utilização da areia, como corretivo da farinha crua. O mesmo acontece com o Fe2O3, ou seja, quando a argila for deficiente desta substância, torna-se necessária a adição de minério de ferro (hematita). Durante a extração, processamento e estocagem, os materiais são analisados fisicamente e quimicamente pela equipe do laboratório da fábrica. A ilustração abaixo nos mostra, resumidamente, quais as matérias primas para a obtenção do cimento:

A fabricação do CLÍNQUER PORTLAND segue as seguintes etapas: • extração e preparo da mistura crua; • dosagem da mistura crua; • homogeneização; • clinquerização; • esfriamento. • Extração e preparo da mistura crua A matéria-prima é extraída das jazidas pelos processos usuais de exploração de depósitos minerais. O calcário pode apresentar-se com dureza elevada, exigindo o emprego de explosivos seguido de britagem, ou suficientemente mole, exigindo apenas o emprego de desintegradores, para ficar reduzido ao tamanho de partículas de diâmetro máximo da ordem de 1cm.

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As argilas contendo silicatos, alumina e óxido de ferro, normalmente, apresentam-se em condições de serem misturadas diretamente com o calcário. Calcário e argila, em proporções predeterminadas, são enviadas ao moinho de cru (moinhos de bolas, de barras, de rolos) onde se processa o início da mistura íntima das matérias-primas e, ao mesmo tempo, a sua pulverização, de modo a reduzir o diâmetro das partículas a 0,05 mm, em média. A moagem, conforme se trate de via úmida ou seca, é feita com ou sem presença de água. • Dosagem da mistura crua A determinação da porcentagem de cada matéria-prima na mistura crua depende essencialmente da composição química das matérias-primas e da composição que se deseja obter para o cimento portland, quando terminado o processo de fabricação. Durante o processo de fabricação, a matéria-prima e a mistura crua são analisadas, quimicamente, numerosas vezes, a intervalos de 1 hora e, às vezes, de meia hora, e em face dos resultados dos ensaios, o laboratório indica as porcentagens de cada matéria-prima que deve compor a mistura crua. São numerosos os métodos de controle da composição química da mistura crua, sendo as fórmulas seguintes as mais empregadas: CaO•Módulo Hidráulico (Michaelis) →

32OAlSiO MS

+=•Módulo de Sílica →

•Módulo de Alumina-Ferro → Nos cimentos nacionais, como resulaboratório, a Associação Brasileira dvalores:

MH

MS

MAF

32322 OFeOAlSiO MH

++=

2

32OFe

32OAl

le

M

32OFe MAF =

tados de numerosos ensaios, realizados em seu Cimento Portland (ABCP) encontrou os seguintes

ínimo Máximo

1,8 2,2

1,7 3,1

1,2 3,2

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• Homogeneização A matéria prima devidamente dosada e reduzida a pó muito fino, após a moagem, deve ter a sua homogeneidade assegurada da melhor forma possível. No processo de fabricação por via úmida, a matéria-prima é moída com água e sai dos moinhos sob a forma de uma pasta contendo geralmente de 30 a 40% de água, e é bombeada para grandes tanques cilíndricos, onde se processa durante várias horas a operação de homogeneização. Os tanques de homogeneização são providos de equipamento que gira em torno de um eixo central e é constituído de uma série de pás que giram, por sua vez, em torno de vários eixos ligados à arvore principal. A pasta, nesta fase de operação, é ensaiada várias vezes, a fim de se controlar a homogeneidade da mistura e a dosagem dos constituintes do cimento, o que permite a sua correção, se necessário. No processo por via seca a matéria prima sai do moinho já misturada, pulverizada e seca. Normalmente os moinhos de cru do sistema por via seca trabalham com temperaturas elevadas (300 -400oC) no seu interior, o que permite secá-la (menos de 1% de umidade). Para tal fim, são usados, em certos tipos de moinho, os gases de combustão do forno, antes de serem enviados ao filtro retentor de poeiras, e, em seguida, à chaminé. O cru é transportado mecânica ou pneumaticamente para o silo homogeneizador, onde se assegura a homogeneização necessária da mistura e se corrige, eventualmente, a sua composição. • Clinquerização: A matéria-prima, uma vez pulverizada e intimamente misturada na dosagem conveniente, sofre o seguinte tratamento térmico:

Temperatura Processo Reação

Até 100oC Evaporação da água livre Endotérmica

500oC acima Desidroxilação dos minerais argilosos Exotérmica

900oC acima Cristalização dos argilo-minerais decompostos Exotérmica

900oC acima Decomposição do carbonato Endotérmica

900oC a 1200oC Reação do CaO com os sílico-aluminatos Exotérmica

1250oC a 1280oC Início de formação da fase vítrea Endotérmica

Acima de 1280oC Formação de vidro e dos compostos do cimento (clinquerização)

Provavelmente Endotérmica

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A pasta, no seu movimento forno abaixo, o qual possui uma leve inclinação com relação à horizontal, encontra temperaturas progressivamente mais elevadas. Primeiro a água é eliminada e o CO2 liberado; depois o material se liquefaz e o calcário, a sílica e a alumina se recombinam. Então a massa se funde, formando bolas de 3 a 25mm, denominadas clínquer. O clínquer cai em resfriadores, que podem ser de vários tipos e em muitas instalações com dispositivos de recuperação do calor para aquecimento do ar que será usado na queima do carvão em pó (pode ser utilizado óleo combustível ou gás natural ao invés do carvão em pó). O clínquer resfriado é preto, cintilante e duro; é moído juntamente com o gesso utilizado para evitar uma pega rápida do cimento. A moagem é realizada em moinhos de bolas. As reações químicas que ocorrem no sistema de fornos de clinquerização, podem, aproximadamente, ser representadas como as seguintes:

Pedra calcária CaO + CO2 Argila SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O

3 CaO . SiO2 = C3S 2 CaO . SiO2 = C2S 3 CaO . Al2O3 = C3A 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 = C4AF

No processo por via úmida, todo o processamento termo-químico necessário à produção do clínquer se dá no forno rotativo. No processo por via seca, até temperatura da ordem de 900oC a 1000oC, o processamento da mistura crua se dá em intercambiadores de calor do tipo ciclone ou de contra-corrente. O processamento restante realiza-se no forno, de comprimento reduzido, que recebe a mistura já na referida temperatura. • Esfriamento No forno, como resultado do tratamento sofrido, a matéria-prima transforma-se em clínquer. Na saída, o material apresenta-se na forma de bolas de diâmetro máximo variável entre 1cm a 3cm. As bolas que constituem o clínquer saem do forno a uma temperatura da ordem de 1200oC a 1300oC, pois há um início de abaixamento de temperatura, na fase final, ainda no interior do forno. O clínquer sai do forno e passa ao equipamento esfriador, que pode ser de vários tipos. Sua finalidade é reduzir a temperatura, mais ou menos rapidamente, pela passagem de uma corrente de ar fria no clínquer. Dependendo da instalação, na saída do esfriador o clínquer apresenta-se entre 50oC e 70oC, em média. O clínquer, após o esfriamento, é transportado e estocado em depósitos.

1.10.2.2. Adições As adições são outras matérias primas que, misturadas ao clínquer na fase de moagem, permitem a fabricação dos diversos tipos de cimento portland hoje disponíveis no mercado. Essas outras matérias primas são a gipsita (CaSO4 . 2H2O), as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos. A gipsita tem como função básica aumentar o tempo de endurecimento do clínquer moído. Caso não se adicionasse gipsita à moagem do clínquer, o cimento, quando entrasse em contato com a água, endureceria quase que instantaneamente, o que inviabilizaria seu uso nas obras. Por isso, a gipsita é uma adição presente em todos os tipos de cimento portland. A quantidade adicionada é pequena: em geral, 3% de gipsita para 97% de clínquer, em massa.

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As escórias de alto-forno são obtidas durante a produção de ferro-gusa nas indústrias siderúrgicas e têm forma de grãos de areia. Antigamente, as escórias de alto forno eram consideradas como um material sem maior utilidade, até ser descoberto que elas também têm a propriedade de ligante hidráulico muito resistente, ou seja, que reagem em presença de água, desenvolvendo características aglomerantes de forma muito semelhante à do clínquer. Esta descoberta tornou possível adicionar a escória de alto-forno à moagem do clínquer com gesso, guardadas certas proporções, e obter como resultado um tipo de cimento que, além de atender plenamente aos usos mais comuns, apresenta melhoria de algumas propriedades, como maior durabilidade e maior resistência final. A escória é uma mistura de cal, sílica e alumina, ou seja , os mesmos óxidos que constituem o cimento Portland, mas em proporções diferentes. A composição química da escória granulada de alto forno deve obedecer a relação, fixada na norma NBR 5735 (EB – 208) da ABNT:

1SiO

OAl MgO CaO

2

32 >++

Pode-se dizer que uma escória é considerada satisfatória se for constituída de 42% de cal, 30% de sílica, 19% de alumina, 5% de magnésia e 1% de álcalis. Isto significa que as escórias destinadas à fabricação de cimento devem ser alcalinas e não ácidas. Somente as escórias alcalinas possuem por si só características de hidraulicidade e isto acontece pelo fato de terem uma composição química que permite a formação de componentes capazes de produzirem, por resfriamento brusco, um estado vítreo com propriedades hidráulicas latentes. A natureza do processo no alto forno e o estado físico da escória são fatores decisivos para o desenvolvimento das propriedades hidráulicas da escória granulada. • Exemplo de análise química de escória granulada de alto forno:

SiO2 35,54 36,10

Al2O3 12,46 11,18

Fe2O3 0,40 0,41

CaO 41,64 43,19

MgO 6,01 5,59

MnO 1,94 1,62

S 1,42 1,33

Σ = 99,41 ; I.H(*). =1,69 Σ = 99,42 ; I.H = 1,66 (*) I.H. = Índice Hidráulico Os materiais pozolânicos são rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas encontradas na natureza, certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas (550oC a 900oC) e derivados da queima de carvão mineral nas usinas termelétricas, entre outros. Da mesma forma que no caso da escória de alto-forno, pesquisas levaram a descoberta que os materiais pozolânicos, quando pulverizados em partículas muito finas, também passam a apresentar a propriedade de ligante hidráulico, se bem que de forma

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distinta. Isto porque não basta colocar os materiais pozolânicos, sob forma de pó muito fino, em presença de água, para que passem a desenvolver as reações químicas que os tornam primeiramente pastosos e depois endurecidos. A reação só vai acontecer se, além da água, os materiais pozolânicos moídos em grãos finíssimos também forem colocados em presença de mais um outro material. O clínquer é justamente um desses materiais, pois no processo de hidratação libera hidróxido de cálcio (cal) que reage com a pozolana. Esse é o motivo pelo qual a adição de materiais pozolânicos ao clínquer moído com gesso é perfeitamente viável, até um determinado limite. E, em alguns casos, é até recomendável, pois o tipo de cimento assim obtido ainda oferece a vantagem de conferir maior impermeabilidade, por exemplo, aos concretos e às argamassas. Atualmente está sendo intensamente pesquisado o uso de novos materiais pozolânicos, tais como as cinzas resultantes da queima de cascas de arroz e a microssílica, um pó finíssimo que sai das chaminés das fundições de ferro-sílico. Os métodos brasileiros para a determinação da atividade pozolânica são: - NBR 5751 (MB – 960/72) – método de determinação de atividade pozolânica em pozolanas; - NBR 5752 (MB – 1153/77) – determinação do índice de atividade pozolânica em cimento Portland; - NBR 5753 (MB – 1154/77) – método de determinação de atividade pozolânica em cimento Portland pozolânico. Os materiais carbonáticos são minerais moídos, tais como o próprio calcário. Tal adição serve também para tornar os concretos e as argamassas mais trabalháveis, porque os grãos ou partículas desses minerais moídos têm dimensões adequadas para se alojar entre os grãos ou partículas dos demais componentes do cimento, funcionando como um verdadeiro lubrificante. Quando presentes no cimento são conhecidos como fíler calcário. Conclui-se, pois, que de todas as adições, o gesso não pode em hipótese alguma deixar de ser misturado ao cimento, e que as demais matérias-primas adicionadas (escória de alto-forno, materiais pozolânicos e materiais carbonáticos) são totalmente compatíveis com o principal componente do cimento portland – o clínquer – acabando por conferir ao cimento pelo menos uma qualidade a mais.

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FLUXO DO PROCESSO PARA OBTENÇÃO DO CIMENTO PORTLAND:


1.10.3. Composição química do cimento Portland Os compostos formadores do cimento são denominados componentes do cimento. De acordo com a composição da matéria-prima, o clínquer de cimento Portland contém aproximadamente os seguintes elementos expressos como óxidos:

Fórmula Abreviação Composição (%)

Óxido de Cálcio CaO C 59 – 67

Sílica SiO2 S 16 – 26

Alumínio Al2O3 A 4 – 8

Ferro Fe2O3 F 2 – 5

Magnésio MgO M 0,8 – 6,5

Sódio Na2O 0 – 1,5

Potássio K2O 0 – 1,5

Sulfato SO3 S 0,5 – 1,2 Vamos falar um pouco sobre cada um dos componentes do cimento: a) Cal (CaO) → é o componente principal do cimento, originado, em sua quase totalidade, da composição do carbonato de cálcio (calcário: CaCO3), que se encontra quimicamente combinado com a sílica, alumina e óxido de ferro. Apenas uma pequena parcela encontra-se em liberdade (cal livre), cuja presença em estado anidro, acima de certos limites, prejudica a estabilidade de volume das argamassas e dos concretos. b) Sílica (SiO2) → provém basicamente das argilas. Da sua combinação com a cal resultarão os compostos mais importantes do cimento: os silicatos bicálcico (C2S) e tricálcico (C3S). c) Alumínio (Al2O3) → também conhecido como alumina, origina-se da argila. O composto formado pela alumina e a cal (aluminato tricálcico: C3A) acelera o início de pega do cimento, reduzindo, ao mesmo tempo, sua resistência ao ataque dos sulfatos; por isso, quanto menor sua proporção, até certos limites, melhor. Praticamente não se pode prescindir da alumina, pois sua ação fundente facilita o desenvolvimento das reações que possibilitam a formação do clínquer. d) Trióxido de Ferro (Fe2O3) → também é gerado a partir da argila. O trióxido de ferro, desde que em porcentagem não muito elevada, é útil pelo seu papel de fundente, desenvolvendo neste sentido uma ação ainda mais enérgica do que a alumina. Quanto ao óxido de ferro (FeO), não ocorre normalmente. e) Magnésio ou magnésia (MgO) → provém do carbonato de magnésio presente no calcário, geralmente sob a forma de colamita (CaCO3, MgCO3), ou, em pequena quantidade na argila. Quando encontrado em quantidades superiores a certos limites, atua como agente expansor, prejudicando a estabilidade volumétrica das argamassas e dos concretos. f) Potássio e Sódio → são álcalis, os quais desenvolvem papel de fundentes e aceleradores de pega. Atribui-se à presença dos álcalis as manchas que aparecem na massa depois de endurecida. Certos agregados podem reagir com os álcalis, provocando expansões anormais nas argamassas e nos concretos. g) Sulfato (SO3) → advém principalmente do sulfato de cálcio, adicionado ao cimento como retardador de pega.

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É prática comum, na indústria de cimento, calcular o teor dos compostos do clínquer Portland a partir da análise dos óxidos, usando-se uma série de equações que foram originalmente desenvolvidas por R. H. Bogue. As equações de Bogue, para estimar a composição potencial ou teórica dos compostos minerais do clínquer Portland, são as seguintes: Alita % C3S = 4,071 C – 7,600 S – 6,718 A – 1,430 F – 2,850 S Belita % C2S = 2,867 S – 0,7544 C3S Alumina % C3A = 2,650 A – 1,692 F Ferrita % C4AF = 3,043 F Além dos quatro compostos do clínquer relacionados acima, existem os compostos secundários como MgO, TiO2, Mn2O3, K2O e Na2O, que geralmente representam um percentual reduzido de massa do cimento (clínquer). Dois dos compostos secundários são de interesse, são eles: Na2O e K2O, conhecidos como álcalis, embora existam outros álcalis no cimento. Observou-se que o Na2O e o K2O reagem com alguns agregados e os produtos das reações causam desintegração do concreto, além de afetar negativamente a resistência do cimento.

1.10.4. Composição mineralógica do clínquer Portland A composição mineralógica do clínquer varia de acordo com as matérias primas disponíveis e o processo de cozimento aplicado. Para cada tipo de clínquer (minerais) formado, a composição apresenta diferentes comportamentos de endurecimento que proporcionalmente influenciam as propriedades do cimento nas suas aplicações. Imagine que o desenho abaixo seja um “grãozinho” de cimento Portland:

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A tabela abaixo mostra os principais compostos do clínquer e suas propriedades específicas:

Compostos Fórmula Química Clássica

Abreviatura % no clínquer Propriedades Tecnológicas

Silicato Tricálcico 3 CaO . SiO2 C3S 50 – 65 Endurecimento Rápido Alto Calor de Hidratação Alta Resistência Inicial

Silicato Bicálcico 2 CaO . SiO2 C2S 15 – 25 Endurecimento Lento Baixo Calor de Hidratação Baixa Resistência Inicial

Aluminato Tricálcico 3 CaO . Al2O3 C3A 6 – 10

Pega muito rápido e deve ser controlado com adição de gesso; suscetível ao ataque de meios sulfatados; alto calor de hidratação; alta retração; baixa resistência final.

Ferro Aluminato Tetracálcico

4 CaO . Al2O3 . Fe2O3

C4AF 3 – 8

Endurecimento Lento; resistente a meios sulfa- tabus; não tem contribuição para resistência; confere cor escura.

Cal Livre CaO C 0,5 – 1,5

Aceitável somente em pequenas quantidades, em maiores quantidades causam aumento de volume e fissuras.

O silicato tricálcico é o maior responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim do primeiro mês de cura. O silicato bicálcico adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais. O aluminato tricálcico também contribui para a resistência, especialmente no primeiro dia. O ferro aluminato tetracálcico em nada contribui para a resistência. O aluminato tricálcico muito contribui para o calor de hidratação, especialmente no início do período de cura. O silicato tricálcico é o segundo componente em importância no processo de liberação de calor. Os dois outros componentes contribuem pouco para a liberação de calor. O aluminato tricálcico, quando presente em forma cristalina, é o responsável pela rapidez de pega. Com a adição de proporção conveniente de gesso, o tempo de hidratação é controlado. O silicato tricálcico é o segundo componente com responsabilidade pelo tempo de pega do cimento. Os outros constituintes se hidratam lentamente, não tendo efeito sobre o tempo de pega.

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1.10.5. Reações de hidratação dos compostos do clínquer

1) Aluminato Tricálcico (C3A): a) C3A + 3 (CaSO4 . 2 H2O) + 26 H2O → C3A . 3 CaSO4 . 32 H2O (gel de etringita) b) C3A + 6 H2O → C3A . 6 H2O 2) Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF): C4AF + 2 Ca(OH)2 + 10 H2O → C3A . 6 H2O + C3F . 6 H2O 3) Silicato Tricálcico (C3S): 2 (C3S) + 6 H2O → C3S2 . 3 H2O + 3 Ca(OH)2 100 + 24 → 75 + 49 4) Silicato Bicálcico (C2S): 2 (C2S) + 4 H2O → C3S2 . 3 H2O + Ca(OH)2 100 + 21 → 100 + 21 • Os silicatos hidratados representam ± 50% da pasta endurecida. • O hidróxido de cálcio [Ca(OH)]2 varia de 13 a 17%. • O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e como se parece com um gel, é denominado gel de tobermorita (C3S2.3H2O).

1.10.6. Cristalização Os compostos anidros do cimento Portland reagem com a água (hidrólise), dando origem a compostos hidratados de duas categorias: a) compostos cristalinos hidratados; b) gel. Vejamos o que acontece com, um grão de cimento que tenha cerca de 50µ de diâmetro médio, entrando em contato com a água, começa, no fim de algum tempo, a apresentar, em sua superfície, sinais de atividade química, pelo aparecimento de cristais que vão crescendo lentamente e pela formação de uma substância gelatinosa que o envolve, ou seja o gel. O gel que se forma inicialmente possui uma porcentagem muito elevada de água e é designado por gel instável (o gel é uma gelatina, sendo o gel instável uma gelatina muito mole). Os compostos cristalinos, para se desenvolverem, necessitam de água, que em pouco tempo é inteiramente transformada em gel. O processo de desenvolvimento dos cristais se faz retirando a água do gel instável, que à medida que vai perdendo água, transforma-se em gel estável e torna-se responsável, em grande parte, pelas propriedades mecânicas de resistência das pastas hidratadas – endurecidas. Constata-se que durante a reação com a água (reação de hidratação), os silicatos tricálcicos e dicálcicos (este último também denominado bicálcico), liberam hidróxido de cálcio [Ca(OH)2]. Os cristais que se formam se entrelaçam à medida que avança o processo de hidratação, criando a estrutura que vai assegurar a resistência típica das pastas, argamassas e concretos. Os espaços vazios são preenchidos principalmente pelo gel, hidróxido de cálcio e água.

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Inicialmente o aluminato entra em atividade e, logo a seguir, o C3S; esses dois elementos, para se hidratarem, retiram a água de que necessitam do gel instável e a formação de cristais hidratados se inicia. Para se ter uma idéia da atividade dos vários compostos ao se hidratarem, é interessante observar o quadro abaixo, relativo à profundidade alcançada pela hidratação em mícrons com o tempo.

Tempo C3A C3S C2S

3 horas 4,35 1,68 -

1 dia - 2,25 0,28

3 dias 5,68 - -

7 dias - 4,32 0,62

28 dias 5,68 4,44 0,83

5 meses - - 3,5

Observando o quadro acima, podemos concluir que a resistência do cimento Portland: a) até os 3 dias → é assegurada pela hidratação dos aluminatos e silicatos tricálcicos; b) até os 7 dias → praticamente pelo aumento da hidratação do C3S; c) até os 28 dias → continua a hidratação do C3S responsável pelo aumento de resistência, com pequena contribuição do C2S; e, d) acima de 28 dias → o aumento de resistência passa a ser devido à hidratação do C2S.

Gráfico comparativo entre as resistências dos diversos tipos de cimento

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1.10.7. Classes de resistência Quanto à granulometria o cimento pode ser diferenciado por classes: 25, 32 ou40. No gráfico abaixo verifica-se que o cimento quanto mais finamente moído apresenta resistência à compressão superior a de um outro cimento (de grãos maiores) se comparado na mesma idade de hidratação. Em outras palavras: Analisando aos 28 dias, verificamos que o CP 40 (grãos menores, ou seja, mais finamente moído) possui uma resistência à compressão superior à do CP 32 e do CP 25. O mesmo acontece com o CP 32 em relação ao CP 25.Este fato pode ser justificado da seguinte maneira: Quanto mais fino o cimento, maior será á sua área específica, portanto maior será a quantidade de cimento em contato com a água, facilitando assim as reações de hidratação dos grãos de cimento.

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1.10.8. Principais propriedades dos diversos tipos de cimento a) Finura: A finura do cimento pode ser determinada através de peneira de malha no 200, (0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência. b) Expansibilidade: A expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando na queima do clínquer o teor de magnésio ou CaO livre é elevado. c) Tempo de Pega: O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada de pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, é adicionado o gesso (CaSO4 . 2 H2O) na moagem do cimento, cujo controle é feito através do teor de SO3. d) Falsa Pega: A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre, quando na moagem do cimento, a temperatura desta ultrapassa a 128oC, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso que perde 1 ½ moléculas de água, tornando-se o aglomerante gesso com pega rápida. A falsa pega, portanto, é causada pela pega dos grãos de gesso e não pela pega dos grãos de cimento. e) Calor de Hidratação: No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc. Para se medir o calor de hidratação, utiliza-se a garrafa de Langavant. f) Resistência à Compressão: A resistência à compressão do cimento é medida através de corpos de prova cilíndricos φ50mm x 100mm, com um traço normalizado, com areia padrão do IPT. Diversos tipos de cimentos, com suas características de finura e composição, têm curvas de resistências X idades distintas, que normalmente definem o seu uso ou não, em determinadas aplicações. É um ensaio importante para o controle de qualidade do cimento. g) Perda ao Fogo: Este ensaio é determinado com uma amostra do cimento, levado a uma temperatura em torno de 950oC em uma mufla, em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teor de adições de material carbonático. h) Resíduos Insolúveis: Ensaio feito através de uma amostra de cimento em meio aquoso, onde determinamos a quantidade de partículas que se magnetizam e, posteriormente, quanto destas que não se dissolvem ao adicionarmos HCl. A porcentagem de resíduos insolúveis é obtida somando-se as quantidades encontradas, e dividindo tal valor pelo peso inicial de cimento. i) Massa Específica: A massa específica não é uma indicação de qualidade do cimento. Ela é utilizada para cálculo de dosagens de concretos e argamassas, e no ensaio de Blaine (finura por superfície específica). j) Tonalidade do Cimento: Existe uma mentalidade generalizada fora do meio técnico que os cimentos com tonalidade escura são mais resistentes que os claros. Isto não corresponde a uma realidade. A cor do cimento é influenciada pela composição química das matérias primas, principalmente o teor de Fe2O3, não existindo nenhuma relação entre cor do cimento e sua resistência. • Na seção 1.10.1 vimos rapidamente os principais tipos de cimento Portland e suas respectivas normas da ABNT. Veremos agora, mais detalhadamente, sobre alguns deles.

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1.10.9. Principais tipos de cimento Portland Os diferentes tipos de cimento Portland diferenciam-se entre si principalmente em função de sua composição. Os principais tipos oferecidos no mercado, ou seja, os mais empregados nas diversas obras de construção civil são: • Cimento Portland Comum; • Cimento Portland Composto; • Cimento Portland de Alto Forno; • Cimento Portland Pozolânico; • Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (ARI). Em menor escala são consumidos, seja pela menor oferta, seja pelas características especiais de aplicação, os seguintes tipos de cimento: • Cimento Portland de alta resistência inicial resistente aos sulfatos; • Cimento Portland resistente aos sulfatos; • Cimento Portland Branco; • Cimento Portland de baixo calor de hidratação; • Cimento Portland para poços petrolíferos; • Cimento Portland de alta resistência inicial resistente a sulfatos com sílica ativa. Todos os tipos de cimento mencionados são regidos por Normas da ABNT, que dispões de escritórios ou representações espalhados pelo país, nos quais poderão ser adquiridas estas normas.

1.10.9.1. Cimento Portland Comum (CP I) Definição: Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto forno e/ou materiais carbonáticos dentro dos limites mostrados adiante.

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Valores Mínimos para resistência à compressão (MPa):

Idade Classe 25 Classe 32 Classe 40

3 dias 8,0 10,0 15,0

7 dias 15,0 20,0 25,0

28 dias 25,0 32,0 40,0

Breve justificativa para as diferenças de comportamento: Mesma composição potencial com variação de finura. A EB-1 especifica Blaine mínimo de 240 m2.kg-1 para a classe 25, 260 m2.kg-1 para a classe 32 e 280 m2.kg-1 para a classe 40.

1.10.9.2. Cimento Portland Composto (CP II) Definição: Aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto forno e/ou materiais carbonáticos dentro dos limites mostrados na tabela 1 (página 50).

1.10.9.3. Cimento Portland de Alto Forno (CP III) Aglomerante obtido pela moagem de clínquer portland e escória granulada de alto forno. O consumo apreciável de energia durante o processo de fabricação do cimento motivou, mundialmente, a busca pelo setor, de medidas para diminuição do consumo energético. Uma das alternativas de sucesso foi o uso de escórias granuladas de alto forno e pozolânicos, respectivamente.

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Características da Escória: • Granulometria por resfriamento brusco; • Composição Química:

a) )208(12

32 −>++ EB

SiOOAlMgOCaO

b) SiO2 25 a 34% Al2O3 12 a 20% CaO 42 a 50% c) Le Chatelier: 1 Al2O3 : 2 SiO2 : 3 CaO • Aspecto: Cor Clara (mel) • Hidratação da Escória: reage com a água formando silicatos e aluminatos de cálcio hidratados, desde que em meio fortemente alcalino (PH ≥ 12). Obs. Para a fabricação de CP III, o ideal é que o clínquer utilizado tenha alto teor de C3S. Isto se deve ao fato de que do CP III ser rico em escória, a qual necessita de um meio fortemente alcalino para reagir (hidratar). Esse meio alcalino é fornecido “em maior quantidade” pela reação de hidratação do C3S (49) do que a do C2S (21). As equações são: • Silicato Tricálcico (C3S): 2 (C3S) + 6 H2O → C3S2 . 3 H2O + 3 Ca(OH)2 100 + 24 → 75 + 49 • Silicato Bicálcico (C2S): 2 (C2S) + 4 H2O → C3S2 . 3 H2O + Ca(OH)2 100 + 21 → 100 + 21 O cimento com escória tem baixo calor de hidratação, pois para que ela comece a reagir é necessário que o clínquer tenha reagido e liberado o hidróxido de cálcio, o qual fornece o meio alcalino. O clínquer e a escória reagem em tempos diferentes.

1.10.9.4. Cimento Portland Pozolânico (CP IV) Aglomerante obtido pela moagem de clínquer portland e pozolana. Pozolana: Material silicoso ou sílico aluminoso que, moído finamente e em presença de água e hidróxido de cálcio, reage quimicamente com o Ca(OH)2. Tipos de Pozolana: • Naturais: rochas vulcânicas; • Artificiais: Argilas calcinadas e cinzas volantes da combustão de carvão mineral. A NBR 5752 da ABNT fixa as condições de ensaio para verificação da atividade pozolânica das pozolanas.

1.10.9.5. Cimento Portland Alta Resistência Inicial (CP V) Definição: Aglomerante hidráulico que atende às exigências de alta resistência inicial, obtido pela moagem de clínquer Portland, constituído em sua maior parte de silicatos de cálcio hidráulicos, ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio. Durante a moagem é permitido adicionar a esta mistura materiais carbonáticos, como veremos na tabela abaixo.

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O desenvolvimento da alta resistência inicial é conseguido pela utilização de uma dosagem diferente na produção do clínquer, bem como pela moagem mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com a água, ele adquira elevadas resistências, com maior velocidade. Em função da maior rapidez de desforma das concretagens, devido as altas resistências obtidas nas idades iniciais, este tipo de cimento é utilizado em concreto protendido, fabricação de pré-moldados, construção de edifícios, pontes, viadutos, pisos industriais.

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Tabela 1

Composição dos Cimentos Portland Comum, Composto, Alto Forno, Pozolânico e Alta Resistência Inicial.

Composição (% de massa)

Tipo

de cimento

Portland Sigla

Clínquer

+

Gesso

Escória Granulada

de alto forno

(sigla E)

Material Pozolânico

(sigla Z)

Material Carbonático

(sigla F)

Norma

Brasileira

CP I 100 - Comum

CP I – S 99 – 95 1 - 5

NBR 5732

CP II – E 94 – 56 6 – 34 - 0 – 10

CP II – Z 94 – 76 - 6 – 14 0 – 10 Composto

CP II – F 94 - 90 - - 6 – 10

NBR 11578

Alto Forno CP III 65 – 25 35 – 70 - 0 – 5 NBR5735

Pozolânico CP IV 85 - 45 - 15 – 50 0 – 5 NBR 5736

Alta Resistência

Inicial CP V – ARI 100 - 95 - - 0 - 5 NBR 5733

1.1.1.1. Cimento Portland Resistente aos Sulfatos Os cimentos Portland resistentes aos sulfatos são aqueles, como o próprio nome diz, que têm a propriedade de oferecer resistência aos meios agressivos sulfatados, tais como os encontrados nas redes de esgotos de águas servidas ou industriais, na água do mar. Alguns tipos básicos (CP I, CP II, CP III, CP IV e CP-V) podem ser considerados resistentes aos sulfatos, desde que obedeçam a pelo menos uma das seguintes condições: • teor de C3A do clínquer e teor de adições carbonáticas de, no máximo, 8% e 5% em massa, respectivamente; • cimentos do tipo alto forno que contiverem entre 60% e 70% de escória granulada de alto forno, em massa; • cimentos do tipo pozolânico, que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico; • cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.

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No primeiro e no último caso, o cimento deve atender a uma das normas NBR 5732, 5733, 5735, 5736 e 11578. Se o cimento original for o Portland de alta resistência inicial (NBR 5733), admite-se a adição de escória granulada de alto forno ou de materiais pozolânicos, para os fins específicos da NBR 5737. 1.1.1.2. Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação Utilizando os cimentos com baixo calor de hidratação pode-se evitar o aumento da temperatura no interior de grandes estruturas de concreto o que pode levar ao aparecimento de fissuras de origem térmica. São considerados cimentos com baixo calor de hidratação aqueles que despendem até 260 J/g e até 300 J/g aos 3 dias e 7 dias de hidratação, respectivamente, e podem ser qualquer um dos tipos básicos. 1.1.1.3. Cimento Portland Branco Este cimento diferencia-se dos demais pela coloração. A cor branca é conseguida utilizando-se matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês e por condições especiais durante a fabricação. Pode ser classificado em dois subtipos: cimento Portland branco estrutural e cimento Portland branco não estrutural.

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1.1.2. Exigências físicas e mecânicas

Finura Tempos de Pega (h) Expansibilidade (mm) Resistência à compressão (MPa) Tipo de

cimento Portland

Classe Resíduo na peneira

75µm (%)

Área Específica

(m2/kg) Início Fim A frio A quente 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias 91 dias(1)

CP I CP I – S

NBR 5732

25 32 40

≤ 12,0 ≤ 12,0 ≤ 10,0

≥ 240 ≥ 260 ≥ 280

≥ 1 ≤ 10 (1) ≤ 5 (1) ≤ 5 - ≥ 8,0

≥ 10,0 ≥ 15,0

≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 25,0

≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0

-

CP II – E CP II – Z CP II – F

NBR 11578

25 32 40

≤ 12,0 ≤ 12,0 ≤ 10,0

≥ 240 ≥ 260 ≥ 280

≥ 1 ≤ 10 (1) ≤ 5 (1) ≤ 5 - ≥ 8,0

≥ 10,0 ≥ 15,0

≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 25,0

≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0

-

CP III (2)

NBR 5735

25 32 40

≤ 8,0 - ≥ 1 ≤ 12 (1) ≤ 5 (1) ≤ 5 - ≥ 8,0

≥ 10,0 ≥ 12,0

≥ 15,0 ≥ 20,0 ≥ 23,0

≥ 25,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0

≥ 32,0(1)

≥ 40,0 (1)

≥ 48,0 (1)

CP IV (2)

NBR 5736 25 32 ≤ 8,0 - ≥ 1 ≤ 12 (1) ≤ 5 (1) ≤ 5 - ≥ 8,0

≥ 10,0 ≥ 15,0 ≥ 20,0

≥ 25,0 ≥ 32,0

≥ 32,0 (1)

≥ 40,0 (1)

CP V (ARI) NBR 5733 ≤ 6,0 ≥ 300 ≥ 1 ≤ 10 (1) ≤ 5 (1) ≤ 5 ≥ 14 ≥ 24,0 ≥ 34,0 - -

(1) Ensaio Facultativo (2) Outras características podem ser exigidas, como calor de hidratação, inibição da expansão devida à reação álcali-agregado, resistência a meios agressivos, tempo máximo de início de pega.

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1.1.3. Exigências químicas

Tipo de Cimento Portland

Resíduo Insolúve

l (%)

Perda ao Fogo (%)

MgO (%)

SO3 (%)

CO2 (%)

S (%)

Al2O3 (%)

Fe2O3

(%)

C3A (%)

C4AF+2C3A

ou C4AF+2C2

S

Teor de Escória (%)

Teor de Materiais

Pozolânicos (%)

Teor de Materiais

Carbonáticos (%) (7)

CP I ≤ 1,0 ≤ 2,0 ≤ 1,0 - - -Comum NBR 5732 CP I-S ≤ 5,0 ≤ 4,5

≤ 6,5 ≤ 4,0 ≤ 3,0

- - - - -1 a 5

CP II-E ≤ 2,5 6 a 34 - 0 a 10 CP II-Z ≤ 16,0 6 a 14 (6) (8) 0 a 10

Composto NBR 11578 CP II-F ≤ 2,5

≤ 6,5 ≤ 6,5 ≤ 4,0 ≤ 5,0 - - - - - 6 a 10

Alto Forno NBR 5735 CP III ≤ 1,5 ≤ 4,5 - ≤ 4,0 ≤ 3,0 ≤ 1,0

(1) - - (5) - ≥ 35 ≤ 70

(8) 0 a 5

Pozolânico

NBR 5736 CP IV (6) ≤ 4,5 ≤ 6,5 ≤ 4,0 ≤ 3,0 - - - (5) - - ≥ 15 (6)

≤ 50 (3) 0 a 5

Alta Resistência Inicial

NBR 5733

CP V ≤ 1,0 ≤ 4,5 ≤ 6,5

≤ 3,5

≤ 4,5

(4)

≤ 3,0 - - - - - - - 0 a 5

1) Ensaio de determinação facultativo. 2) A atividade pozolânica do cimento, determinada conforme NBR 5753 deve ser positiva. 3) A atividade do material pozolânico, determinada conforme NBR 5752, deve ser maior do que 75%. 4) O teor máximo de SO3 igual a 3,5% se aplica quando C3A ≤ 8,0% e 4,5% quando C3A > 8,0%. 5) Quando o C3A for inferior a 8% e 5% estes cimentos serão considerados do tipo MRS e ARS, respectivamente. 6) O teor de material pozolânico deve ser determinado mediante a realização do ensaio de resíduo insolúvel. 7) O material carbonático utilizado como adição deve ter no mínimo 85% de CaCO3.

8) A escória de alto forno deve ser constituída em sua maior parte por silicato e aluminossilicatos de cálcio e sua composição química deve obedecer a relação 1SiO

OAlMgOCaO

2

32 >++

.

9) Este limite é exigido quando os agregados empregados forem reativos. O teor de álcalis (Na2O + 0,658 K2O) pode ser especificado quando o cimento se destina a emprego com reativos ou potencialmente reativos a fixação do limite de 0,60 não significa que a reação álcali-agregado, deve ser neutralizada. Devem ser realizados ensaios para comprovação de que a reação não é deletéria.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 1.1.4. Normas relacionadas ao cimento (Portland e outros)


Aderência aplicável em sistema de impermeabilização composto por cimento impermeabilizante e polímeros

NBR12171 (orig. MB3512) 30/4/1992

Aditivos para concreto de cimento Portland NBR11768 (orig. EB1763) 31/1/1992

Aglomerantes de origem mineral NBR11172 (orig. TB371) 6/1990

Agregado - Reatividade potencial de álcalis em combinações cimento-agregado

NBR9773 (orig. MB2569) 3/1987

Agregados - Avaliação da reatividade potencial das rochas carbonáticas com os álcalis de cimento

NBR10340 (orig. MB2731) 6/1988

Amostragem e preparação de corpos-de-prova de cimento isolante térmico

NBR12245 (orig. NB1307) 5/6/1990

Análise química de cimento Portland - Determinação de óxido de cálcio livre

NBR5748 (orig. MB515) 7/6/1993

Análise química de cimento Portland - Disposições gerais NBR5740 (orig. MB11) 12/1977

Análise química de cimento Portland - Processos de arbitragem para determinação de dióxido de silício, óxido férrico, óxido de alumínio, óxido de cálcio e óxido de magnésio

NBR5742 (orig. MB509) 12/1977

Areia normal para ensaio de cimento NBR7214 (orig. EB1133) 2/1982

Calda de cimento para injeção NBR7681 (orig. EB1348) 1/1983

Calda de cimento para injeção - Determinação da resistência à compressão

NBR7684 (orig. MB1762) 1/1983

Calda de cimento para injeção - Determinação da vida útil NBR7685 (orig. MB1763) 1/1983

Calda de cimento para injeção - Determinação do índice de fluidez

NBR7682 (orig. MB1760) 1/1983

Calda de cimento para injeção - Determinação dos índices de exsudação e expansão

NBR7683 (orig. MB1761) 1/1983

Câmaras úmidas e tanques para cura de corpos-de-prova de argamassa e concreto

NBR9479 (orig. EB1684) 7/6/1994

Cimento - Análise química - Determinação de dióxido de carbono por gasometria NM20 1/1/1994

Cimento - Análise química - Determinação de dióxido de carbono por gasometria por decomposição química NM125 1997

Cimento - Análise química - Determinação de enxofre na forma de sulfeto NM19 1/1/1994

Cimento - Análise química - Determinação de óxido de cálcio livre NM12 1/1/1994

Cimento - Análise química - Determinação de óxido de sódio e NM17 1/1/1994

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óxido de potássio por fotometria de chama

Cimento - Análise química - Determinação de perda ao fogo NM18 1/1/1994

Cimento - Análise química - Determinação de resíduo insolúvel NM15 1/1/1994

Cimento - Análise química - Determinação do anidrido sulfúrico NM16 1/1/1994

Cimento - Análise química - Disposições gerais NM10 1/1/1994

Cimento - Análise química - Método de arbitragem para determinação de dióxido de silício, óxido férrico, óxido de alumínio, óxido de cálcio e óxido de magnésio

NM14 1/1/1994

Cimento - Análise química - Método optativo para a determinação de dióxido de silício, óxido de alumínio, óxido férrico, óxido de cálcio e óxido de magnésio

NM21 1/1/1994

Cimento - Determinação do calor de hidratação pelo método da garrafa de Langavant

NBR12006 (orig. MB3333) 6/11/1990

Cimento aluminoso - Determinação da consistência normal e dos tempos de pega

NBR9997 (orig. MB2732) 30/4/1997

Cimento aluminoso com agregado padrão - Determinação das resistências à flexão e à compressão à temperatura ambiente NBR13846 30/5/1997

Cimento aluminoso com agregado padrão – Determinação do tempo de pega NBR13845 30/5/1997

Cimento aluminoso para uso em materiais refratários NBR13847 30/5/1997

NBR14329 22/6/1999

Cimento de alvenaria NBR10907 (orig. EB1964) 1/1990

Cimento de alvenaria – Ensaios NBR10906 (orig. MB3121) 1/1990

Cimento e clínquer - Análise química - Determinação dos óxidos de Ti, P e Mn NM124 1997

Cimento isolante à base de silicato de cálcio para rejuntamento NBR11777 (orig. EB2056) 5/6/1990

Cimento isolante térmico à base de silicato de cálcio - Determinação da capacidade de cobertura e variação volumétrica após secagem

NBR11981 (orig. MB3244) 5/6/1990

Cimento isolante térmico à base de silicato de cálcio - Determinação da consistência

NBR11980 (orig. MB3243) 5/6/1990

Cimento isolante térmico à base de silicato de cálcio - Determinação da resistência à compressão

NBR11982 (orig. MB3245) 5/6/1990

Cimento Portland - Análise química - Determinação de óxido de cálcio livre pelo etileno-glicol NM13 1/1/1994

Cimento Portland - Análise química - Método optativo para determinação de óxidos principais por complexometria NM11 1/1/1994

Cimento Portland - Determinação da água da pasta de NBR11580 24/7/1991

Cimento asfáltico de petróleo - Determinação expedita da resistência à água (adesividade) sobre agregados graúdos

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consistência normal (orig. MB3433)

Cimento Portland - Determinação da expansibilidade de Le Chatelier

NBR11582 (orig. MB3435) 24/7/1991

Cimento Portland - Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (Método de Blaine) NM76 1996

Cimento Portland - Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (Método de Blaine) NBRNM76 30/1/1998

Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira 75 micrômetros (número 200)

NBR11579 (orig. MB3432) 24/7/1991

Cimento Portland - Determinação da pasta de consistência normal NM43 1/1/1995

Cimento Portland - Determinação da resistência à compressão NBR7215 (orig. MB1) 30/12/1996

Cimento Portland - Determinação da variação dimensional de barras de argamassa de cimento Portland expostas à solução de sulfato de sódio

NBR13583 29/2/1996

Cimento Portland - Determinação de anidrido sulfúrico NBR5745 (orig. MB512) 11/1989

Cimento Portland - Determinação de enxofre na forma de sulfeto

NBR5746 (orig. MB513) 29/11/1991

Cimento Portland - Determinação de massa específica NBRNM23 30/1/1998

Cimento Portland - Determinação de óxido de cálcio livre pelo etileno glicol

NBR7227 (orig. MB1619) 11/1989

Cimento Portland - Determinação de óxido de sódio e óxido de potássio por fotometria de chama

NBR5747 (orig. MB514) 1/11/1989

Cimento Portland - Determinação de perda ao fogo NBR5743 (orig. MB510) 11/1989

Cimento Portland - Determinação de resíduo insolúvel NBR5744 (orig. MB511) 11/1989

Cimento Portland - Determinação de teor de escória granulada de alto-forno por microscopia

NBR5754 (orig. MB858) 7/4/1992

Cimento Portland - Determinação do calor de hidratação a partir do calor de dissolução

NBR8809 (orig. MB2072) 3/1985

Cimento Portland - Determinação do tempo de pega NM65 1996

Cimento Portland - Determinação do teor de escória granulada de alto-forno por microscopia NM48 1996

Cimento Portland - Determinação dos tempos de pega NBR11581 (orig. MB3434) 24/7/1991

Cimento Portland branco NBR12989 30/7/1993

Cimento Portland branco - Determinação da brancura NBRNM3 31/7/2000

Cimento Portland branco - Determinação da brancura NM3 2000

Cimento Portland com adições de materiais pozolânicos - Análise química - Método de arbitragem NM22 1/1/1994

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Cimento Portland composto NBR11578 (orig. EB2138) 24/7/1991

Cimento Portland comum NBR5732 (orig. EB1) 24/7/1991

Cimento Portland comum e clínquer - Análise química por complexometria

NBR9203 (orig. MB2295) 12/1985

Cimento Portland de alta resistência inicial NBR5733 (orig. EB2) 24/7/1991

Cimento Portland de alto-forno NBR5735 (orig. EB208) 24/7/1991

Cimento Portland de baixo calor de hidratação NBR13116 31/3/1994

Cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos

NBR9831 (orig. EB1765) 7/7/1993

Cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos - Determinação da resistência à compressão

NBR9828 (orig. MB2662) 7/7/1993

Cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos - Determinação das propriedades reológicas

NBR9830 (orig. MB2664) 7/7/1993

Cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos - Determinação do conteúdo de água livre

NBR9827 (orig. MB2661) 7/7/1993

Cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos - Determinação do tempo de espessamento

NBR9829 (orig. MB2663) 7/7/1993

Cimento Portland e matérias-primas - Análise química por espectrometria de raios X - Método de ensaio NBR14656 28/2/2001

Cimento Portland e matérias-primas - Determinação de anidrido carbônico (CO2) por gasometria

NBR11583 (orig. MB3377) 7/1991

Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da finura por meio da peneira 0,044 mm (número 325)

NBR9202 (orig. MB2145) 12/1985

Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação de massa específica NM23 30/11/2000

Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação do índice de finura por meio de peneirador aerodinâmico NBR12826 30/4/1993

Cimento Portland pozolânico NBR5736 (orig. EB758) 24/7/1991

Cimento portland pozolânico - Determinação da pozolanicidade NM201 1999

Cimento Portland pozolânico - Determinação da pozolanicidade

NBR5753 (orig. MB1154) 30/4/1992

Cimento Portland pozolânico, cimento Portland comum e cimento Portland composto com adições de materiais pozolânicos - Análise química - Método de referência

NBR8347 (orig. MB1866) 30/4/1992

Cimento, concreto e agregados - Terminologia - Lista de termos NBRNM2 31/8/2000

Cimentos Portland resistentes a sulfatos NBR5737 (orig. EB903) 7/6/1992

Concreto e argamassa - Determinação dos tempos de pega por meio da resistência à penetração

NBR9832 (orig. MB2665) 7/8/1992

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Concreto projetado - Determinação dos tempos de pega em pasta de cimento Portland, com ou sem a utilização de aditivo acelerador de pega

NBR13069 31/1/1994

Determinação do teor de betume em cimentos asfálticos de petróleo MB166 1971

Dosagem de brita graduada tratada com cimento NBR12261 (orig. NB1344) 5/2/1991

Dosagem de misturas betuminosas pelo método Marshall NBR12891 30/7/1993

Emulsão asfáltica - Determinação de ruptura - Método da mistura com cimento

NBR6297 (orig. MB496) 1971

Extração e preparação de amostras de cimentos NBR5741 (orig. MB508) 7/6/1993

Extração e preparação de amostras para classificação de cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos

NBR9825 (orig. NB1085) 7/7/1993

Materiais para sub-base ou base de brita graduada tratada com cimento

NBR11803 (orig. EB2102) 5/2/1991

Materiais pozolânicos - Determinação de atividade pozolânica com cimento Portland - Índice de atividade pozolânica com cimento

NBR5752 (orig. MB1153) 7/6/1992

Materiais pozolânicos – Determinação do teor de álcalis disponíveis NBRNM25 30/1/1998

Preparação e homogeneização das pastas para ensaio de cimento Portland destinado à cimentação de poços petrolíferos

NBR9826 (orig. NB1086) 7/7/1993

Revestimento de argamassa de cimento em tubos de ferro fundido dúctil

NBR8682 (orig. EB1451) 7/4/1993

Revestimento interno com argamassa de cimento para tubos e conexões de aço-carbono

NBR10515 (orig. EB1900) 10/1988

Sílica ativa para uso em cimento Portland, concreto, argamassa e pasta de cimento Portland – Especificação NBR13956 30/9/1997

Sílica ativa para uso em cimento Portland, concreto, argamassa e pasta de cimento Portland - Métodos de ensaio NBR13957 30/9/1997

Sistema de impermeabilização composto por cimento impermeabilizante e polímeros

NBR11905 (orig. EB2205) 30/4/1992

Sub-base ou base de brita graduada tratada com cimento (BGTC)

NBR12262 (orig. NB1345) 5/2/1991

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Perguntas e respostas 1) Defina Cimento Portland. Aglomerante hidráulico pulverulento (em pó), proveniente de rochas calcárias, que possui excelentes propriedades de moldabilidade, hidraulicidade, elevada resistência aos esforços, além de ser obtido a partir de matérias-primas relativamente abundantes e disponíveis na natureza. 2) O que são aglomerantes hidráulicos? Aglomerantes hidráulicos → aglomerante onde o endurecimento ocorre sob a influência exclusiva da água, independente do ar, e resistem satisfatoriamente à ação da água depois de endurecidos. 3) Em que fase de fabricação do cimento Portland é adicionando gipsita e com que finalidade? Como ela atua? A gipsita é adicionada após a clinquerização, com a finalidade de aumentar o tempo de endurecimento do clínquer moído (retarda a sua pega). Em geral, encontramos no clínquer um adição em torno de 3% de gesso. 4) Quais os principais tipos e classes de CP existentes no Brasil? A principal diferença entre os diversos tipos de cimento está na sua composição. Desta forma, os principais tipos de cimento são: • CP I – Cimento Portland Comum • CP II – Cimento Portland Composto • CP III – Cimento Portland de Alto Forno • CP IV – Cimento Portland Pozolânico • CP V – Cimento Portland de Alta Resistência Inicial • Cimento Portland Resistente à Sulfatos • Cimento Portland Branco • CPG – Cimento Portland para Poços Petrolíferos Quanto à classe, esta é classificada de acordo com o valor da resistência a compressão aos 28 dias. Deste modo temos: • Classe 25 • Classe 32 • Classe 40 (valores em Mpa). 5) Qual a importância da determinação da finura do CP? Descreva, resumidamente, o ensaio de determinação da resistência à compressão. Através da determinação da finura do cimento, podemos ter o resultado do desenvolvimento da resistência deste (quanto mais finamente é moído o cimento, maior será a resistência à compressão atingida por este, comparando-se a um cimento com as mesmas características porém com uma granulometria superior, considerando-se a mesma idade de hidratação). O ensaio de determinação da resistência à compressão é feito através de uma quantidade de cimento (pesado de acordo com a ABNT), onde se mede a quantidade de material que fica retido na peneira n° 200. Quanto menor a quantidade de material retido, menor será a finura do cimento. Desta forma, maior será a resistência à compressão atingido por tal cimento (pela norma, não devemos Ter o índice de finura do cimento superior à 12% - para maiores detalhes ver NBR 7215 e NBR 11579).

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 6) O cimento Portland é formado por 4 compostos cálcicos. Quais são e quais suas principais características em reação com a água? Dê também as fórmulas químicas e as simbologias destes compostos. • Silicato Tricálcico (C3S) – é o responsável pela resistência em todas as idades, especialmente até o fim do primeiro mês de cura (apresenta endurecimento rápido, alto calor de hidratação e alta resistência inicial); • Silicato Dicálcico (C2S) – adquire maior importância no processo de endurecimento em idades mais avançadas, sendo largamente responsável pelo ganho de resistência a um ano ou mais (apresenta endurecimento lento, baixo calor de hidratação e baixa resistência inicial); • Aluminato Tricálcico (C3A) – apresenta pega muito rápida, devendo ser controlada com a adição de gipsita. É suscetível ao ataque de meios sulfatados, apresentando alto calor de hidratação, alta retração e baixa resistência final; • Ferro Aluminato Tetracálcico (C4AF) – atribui ao cimento a característica de endurecimento lento, resistência a meios sulfatados, e não contribuem para a resistência. 7) Quais as diferenças fundamentais entre os tipos e classes do cimento Portland composto: CP II-E, CP II-Z e CP II-F, nas classes 25, 32 e 40?

Cimento Portland Composto

TIPOS CLASSES CPII – E 25 CPII – F 32 CPII – Z 40

A principal diferença entre os 3 tipos de CPII (Cimento Portland Composto) está na composição destes (presença de adições ativas).Deste modo, temos: CPII – E → cimento Portland composto com adição de escória de alto forno (produto obtido durante a fabricação do ferro-gusa).Este cimento pode apresentar uma pequena porcentagem de material carbonático (fíller). CPII - F→ cimento Portland composto com adição de fíller (minerais moídos). CPII - Z→ cimento Portland composto com adição de pozolana (rochas vulcânicas ou matérias orgânicas fossilizadas).Este cimento pode apresentar uma pequena porcentagem de material carbonático (fíller). Quanto à classe, os cimentos compostos se diferem de acordo com a resistência à compressão aos 28 dias ( 25, 32 ou 40 MPa). 8) Escreva, resumidamente, o que sabe sobre o cimento Portland de alto forno (CP III) e explique porque ele apresenta crescimento da resistência de 28 para 90 dias muito maior que o cimento comum. Cimento Portland de alto forno (CPIII)→ aglomerante obtido pela moagem de clínquer Portland e escória de alto forno (com a adição da escória temos uma diminuição apreciável do consumo de energia). O CPIII difere do cimento Portland comum em sua composição, uma vez que no CPIII temos adição de uma quantidade considerável de escória de alto forno. Ao se adicionar escória ao clínquer, ela não se comporta como nos primeiros dias, pois é necessário que o clínquer reaja formando a tobermorita (silicato de cálcio hidratado) e o subproduto ( Ca(OH2) ). É a presença deste subproduto básico que faz com que a escória reaja com a água (hidratação da escória) formando-se silicatos e aluminatos de cálcio hidratados (que acrescentam propriedades ao cimento).

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Desta forma, podemos dizer que o aumento considerável de resistência atingido pelo CPIII é devido ao fato de que, neste cimento, temos um maior aproveitamento da cal (teremos Ca(OH2) reagindo com a escória). 9) Citar 3 ensaios físicos para caracterização de cimentos, explicando seus objetivos e destacando a importância das características que determinam. O que determinam os ensaios químicos de “perda ao fogo” e “resíduo insolúvel”?

Ensaios Físicos: • Finura (NBR 11579): − Objetivo: determinar o índice de finura do cimento, em porcentagem (F). − Características: este ensaio é fundamental, pois, através dele, determinamos se o cimento está com finura de acordo com o valor aceito pela norma ( F 12%).Quanto mais fino for o cimento, maior será a resistência à compressão atingido por este. • Pega (NBR 11580 e NBR 11581): − Objetivo: verificar se os tempos de início e fim de pega estão dentro dos valores aceitos por norma. − Características: o tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada de pastas, argamassas e concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Este ensaio é feito com pasta de consistência normal, utilizando-se o aparelho de Vicat. Nesse aparelho mede-se, em última análise, a resistência à penetração de uma agulha na pasta de cimento. • Resistência à compressão (NBR 7215): − Objetivo: determinar a resistência à compressão do cimento nas idades de 3, 7 e 28 dias. − Características: a resistência à compressão do cimento é medida através de corpos de prova cilíndricos com diâmetro de 50mm e com 100mm de comprimento, com um traço normalizado e areia padrão do IPT. Este ensaio é muito importante para o controle da qualidade do cimento, pois através da elaboração de uma curva resistências × idades distintas, é que normalmente se define a utilização do cimento.

Ensaios Químicos: • Perda ao fogo: Este ensaio é determinado com uma amostra de cimento, levando a uma temperatura em torno de 950°c em uma mufla (local apropriado para a queima do material), em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teor de adições de material carbonático (aquecendo-se CaCO3 , temos liberação de CO2 e a formação de CaO,ocasionando uma diminuição de volume) e gipsita (ao aquecermos temos a desidratação deste produto). • Resíduos insolúveis: Neste ensaio determinamos, através da adição de HCl, quanto do cimento não se solubiliza. Este ensaio é de vital importância no caso de cimentos que contenham pozolana, pois a insolubilidade de tal material pode vir a comprometer a qualidade do cimento. 10) Descreva de forma resumida o método de ensaio para determinação do tempo de início de pega. Por que o ensaio propriamente dito tem que ser feito numa pasta de cimento com resistência normal? O tempo de pega do cimento é determinado por ensaio utilizando-se o aparelho de Vicat. A pasta é misturada em proporção que conduza a uma pasta de consistência normal, consistência esta que é verificada no mesmo aparelho de Vicat, utilizando-se a chamada sonda de Tetmajer e um corpo cilíndrico metálico liso de diâmetro de 10mm e terminado em seção reta. A pasta, preparada para o ensaio, deve ter uma consistência normal de 6mm, isto é, a sonda deve estacionar a uma distância de 6mm do fundo da amostra. Determinando-se a consistência da amostra, esta é ensaiada periodicamente à penetração utilizando-se a agulha de Vicat, onde determinamos o tempo de início de pega quando a

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I agulha deixa de penetrar até o fundo da pasta, isto é, ao ficar 1mm afastada do fundo. Os ensaios são prosseguidos até a determinação do tempo de fim de pega, o que ocorre quando a agulha deixa de penetrar na amostra. Este ensaio deve ser feito em uma pasta de consistência normal, pois devemos garantir a trabalhabilidade e a plasticidade da pasta. 11) Explique a origem das manchas brancas encontradas em paredes de concreto de caixa d’água. Tais manchas são resultado de uma recarbonatação que ocorre no cimento.O Ca(OH2), que é um subproduto das reações de hidratação dos silicatos, dissocia-se em CaO+H2O. Esta cal virgem (CaO) livre presente no cimento reage com a água, formando novamente o hidróxido de cálcio ( Ca(OH2) ) que, em contato com a atmosfera, reage com o CO2 , resultando na formação de CaCO3 (calcário). Este produto normalmente se apresenta nas superfícies de concreto sob a forma de pequenas estalactites ou manchas esbranquiçadas. 12) Um cimento Portland que recebe adição de calcário na moagem, calcário este com 100% de CaCO3, apresentou no ensaio de perda ao fogo o resultado de 6%. Considerando que 1 tonelada deste calcário produz 560 kg de óxido de cálcio, qual será o teor deste calcário, em porcentagem, adicionado ao cimento? A reação de calcinação pode ser escrita da seguinte forma:

CaCO3 CaO + CO2 , onde é válida a seguinte proporção:

CaCO3 CaCO3 CaO + CO2

1ton. 560 Kg 440 Kg

Temos também que a perda ao fogo deste cimento é de 6% (o que significa dizer que a quantidade de CO2 liberada equivale a 6% do peso inicial de cimento). Logo, temos:

440 Kg → 6% do cimento x → 100 % do cimento

totalcimento = 7333,33 Kg. Teor de CaCO3 :

T = (QCaCO3 ÷ Qcim.) × 100

T = (1000 ÷7333,33) × 100 → T = 14 % 13) Classifique os aglomerantes quanto ao processo de endurecimento e tempo de pega. →Quanto ao processo de endurecimento, os aglomerantes podem ser: - Quimicamente inertes: endurecem por simples secagem ou resfriamento.Ex: argila e asfalto. - Quimicamente ativos: o endurecimento é decorrente de reações químicas.Ex: cal, cimento Portland e gesso. →Quanto ao tempo de pega, temos: - Pega rápida: endurece em menos de 8 minutos. - Pega semi-lenta: endurece entre 8 e 30 minutos. - Pega lenta: endurece entre 30 minutos e 6 horas. - Pega muito lenta: endurece em mais de 6 horas.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 14) Qual o composto do cimento que é responsável por: a) Grande desprendimento de calor. Dentre os compostos do cimento, o aluminato tricálcico (C3A) é o que apresenta maior desprendimento de calor. b) Resistência à compressão nos primeiros dias. É o silicato tricálcico (C3S) o principal responsável pelo aumento da resistência à compressão nos primeiros dias. c) Resistência à compressão após os primeiros dias de hidratação. O silicato bicálcico (C2S) é o composto que atribui ao cimento um aumento da resistência à compressão após os primeiros dias de hidratação. 15) Com relação ao cimento Portland, escreva o que sabe sobre: a) gel de tobermorita; Gel de tobermorita é o nome que se dá ao silicato de cálcio hidratado que é formado pela reação de hidratação do silicato bicálcico (C2S) e do silicato tricálcico (C3S). Tal produto recebe este nome pois este se assemelha com o mineral denominado tobermorita e, como se parece com um gel, o silicato de cálcio hidratado é denominado gel de tobermorita. b) perda ao fogo; Ensaio feito no cimento onde, através dele, controlamos o teor de adições de material carbonático (fíler) e gipsita no cimento. c) insolúveis no HCl; A fim de garantirmos a qualidade do cimento, é necessário que se faça o ensaio de Resíduos Insolúveis, onde através da adição de HCl, observamos qual o teor de cimento que não se dissolve em meio a esta solução. d) reatividade álcali-agregado; Formação de produtos gelatinosos, acompanhada de grande expansão de volume, pela combinação dos álcalis do cimento com a sílica ativa finamente dividida, eventualmente presente nos agregados (esta reação deve ser impedida, pois diminui a qualidade do cimento). e) hidróxido de cálcio; Após a hidratação do clínquer, temos que os silicatos se decompõem em tobermorita gel (silicato de cálcio hidratado) e subproduto. Este subproduto é o hidróxido de cálcio ( Ca(OH2) ), que garante a durabilidade das barras de ferro contidas em estruturas de concreto armado, além de reagir com as adições ativas do cimento, acrescentando propriedades a este. f) clínquer de CP. Também conhecido por “cimento maluco”, o clínquer pode ser considerado como sendo um cimento (ele já é um ligante hidráulico). O problema em se utilizar o clínquer como cimento se deve ao fato de sua pega ser muito rápida ( comprometendo a trabalhabilidade da massa). Daí a importância da adição da gipsita ao clínquer, já que esta atua como regularizador de pega, atribuindo trabalhabilidade ao cimento. 16) Descreva em linhas gerais, o comportamento quando em contato com a água, dos principais constituintes do clínquer Portland.

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Inicialmente o silicato tricálcico (C3S) se hidrolisa, isto é, separa-se em silicato bicálcico (C2S) e hidróxido de cálcio ( Ca(OH2) ). Este último se precipita como cristal da solução supersaturada de cal. A seguir, o silicato bicálcico existente, resultante da hidrólise, combina-se com a água no processo de hidratação, adquirindo duas moléculas de água e, depositando-se a temperaturas ordinárias, no estado de gel. Esse processo, quando conduzido em temperaturas elevadas, resulta numa estrutura de natureza cristalina. Os dois últimos constituintes principais do cimento, o aluminato tricálcico (C3A) e o ferroaluminato tetracálcico (C4AF), se hidratam, resultando, do primeiro, cristais de variado conteúdo de água e, do segundo, uma fase amorfa gelatinosa.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Todo esse processo é responsável pela pega, resistência e endurecimento do cimento. 17) O que é tempo de início de pega e o que caracteriza o fim de pega? Como se determina o tempo de fim de pega? Início de pega → momento em que a massa começa a perder sua plasticidade. O tempo de início de pega é determinado através de ensaio utilizando-se o aparelho de Vicat onde, verifica-se o início da pega quando a sonda Tetmajer, ou seja, a agulha deixa de penetrar até o fundo da pasta, ficando esta afastada 1mm do fundo. Fim de pega → momento em que a massa deixa de ser plástica. O tempo de fim de pega é determinado, quando a agulha de Vicat não penetra nada mais na amostra, deixando apenas uma imperceptível marca superficial. 18) De que maneira o gesso adicionado ao cimento atua como regularizador do tempo de pega? A gipsita (CaSO4 . 2 H2O) retarda o tempo de pega do clínquer, já que a solubilidade dos aluminatos anidridos é muito baixa em soluções supersaturadas de gesso (em outras palavras, o gesso inibe a reação dos aluminatos e, sendo o aluminato tricálcico o principal responsável pela pega rápida do cimento, tal pega é retardada). 19) Com relação ao tempo de início de pega de uma pasta de cimento, dizer como influenciam as seguintes situações: a) Temperatura ambiente; Quanto maior a temperatura, mais rápida será a pega do cimento, pois a hidratação se dará de forma mais rápida. b) Finura do cimento; Quanto mais finamente for moído o cimento, mais rápida será sua pega, pois a superfície específica disponível para a hidratação será maior. c) Adição de Cloreto de cálcio. Acelera a pega do cimento. 20) Cite 3 fatores que influenciam na duração da pega. • Quantidade de água • Temperatura ambiente • Finura do cimento 21) Por que são importantes as determinações da finura e do tempo de início de pega dos cimentos? Finura→ define a resistência do cimento e o tempo de pega. Tempo de início de pega→ define a plasticidade (trabalhabilidade) do cimento.. 22) Como se verifica a expansibilidade do Cimento Portland? A expansibilidade pode ocorrer após o final da pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando na queima do clínquer o teor de magnésio ou CaO livre é elevado (temos, neste caso, a hidratação da cal e do magnésio). 23) Pela EB-1, o tempo mínimo para início de pega é de quanto tempo? Segundo o definido pela norma, o tempo mínimo de pega é de 1 hora. 24) Quais as idades importantes para a determinação da resistência à compressão de um cimento Portland de alta resistência inicial? O cimento Portland de alta resistência inicial tem a propriedade de apresentar um considerável aumento de resistência logo no primeiro dia. Deste modo, as idades

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I importantes para determinação da resistência, em se tratando deste cimento, será de 1, 3 e 7 dias. 25) Partindo-se de um mesmo clínquer, como se obtém os diferentes cimentos CP 25, CP 32 e CP 40. Diminuindo-se a finura dos grãos (quanto mais finamente é moído o cimento, maior será a resistência à compressão atingida por este). 26) Como influi a água de amassamento na retração do cimento? A quantidade de água deve ser dosada de forma correta (pela norma a/c=0.48), pois uma quantidade muito pequena de água ocasionará em uma retração rápida do cimento, provocando fissuras. Já se misturarmos uma grande quantidade de água ao cimento, teremos uma massa muito saturada, resultando em uma exudação (segregação da pasta), prejudicando a uniformidade, resistência e durabilidade da massa. 27) Que características a escória de alto forno deve apresentar para ser utilizada na fabricação do CP de alto forno? As escórias destinadas à fabricação de cimento devem ser alcalinas, pois só estas apresentam características de hidraulicidade (apresentam uma composição química que permite a formação de componentes capazes de produzirem, por resfriamento brusco, um estado vítreo com propriedades hidráulicas latentes). Outras características que as escórias devem apresentar: • CaO+MgO+Al2O3 > 1 SiO2 • Teores de: - SiO2 → de 25 a 34% - Al2O3→ de 12 a 20% - CaO→ de 42 a 50% • Le Chatelier 1 Al2O3 : 2 SiO2 : 3 CaO • Granulometria por resfriamento brusco. 28) Qual deve ser a composição potencial de um cimento de baixo calor de hidratação. Por quê? Deve apresentar calor de hidratação entre 60 e 80 cal/g, o que significa termos uma redução na proporção de C3A e C3S, que são os dois compostos que atribuem ao cimento um alto calor de hidratação. Este tipo de cimento é recomendável em construções volumosas de grande porte, onde devemos nos preocupar com a formação de fissuras.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 29) Sendo dadas as composições potenciais dos cimentos abaixo relacionados, apresentar as principais características de cada um deles.

Cimento 1 Cimento 2 Cimento 3

C3S 40 55 30

C2S 30 20 45

C3A 8 12 6

C4AF 12 8 14

Indicar qual dos três será o mais adequado para as seguintes obras: a) Construção de uma barragem de concreto; Para tal obra, devemos ter um cimento resistente a agentes agressivos. Deste modo, devemos ter um cimento com alto teor de C4AF, e baixo teor de C3A. Logo, o cimento mais recomendado dentre os três será o Cimento 3. b) Usina de pré-moldados de grande produção; Em tal situação, devemos ter um cimento de alta resistência inicial (CP V-ARI), pois em tais usinas deseja-se a utilização imediata das peças, precisando logo resistir às solicitações. Desta forma, devemos utilizar um cimento que tenha alto teor de C3S, sendo então o Cimento 2 o mais recomendado. c) Preparação da argamassa para assentamento de alvenaria. Neste caso, não temos exigências a cumprir, podendo então utilizar um cimento simples ou composto, com teores normais de compostos. Logo, optou-se escolher o Cimento 2, pois este é o que apresenta composição mais semelhante a tais tipos de cimento (ver composição de cimentos simples e compostos).

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Dicas práticas quanto à qualidade do cimento 1) Quais são os cuidados que devemos tomar ao armazenar os sacos de cimento? Empilhar no máximo 10 sacos, evitando assim compactação do cimento no saco, para cimento que for consumido num período máximo de 15 dias poderá ser realizado empilhamento com 15 sacos. Não colocar os sacos diretamente no piso, utilizando para isto, um estrado de madeira; quando o piso for impermeabilizado os sacos poderão ser colocados sobre lona plástica. 2) Os sacos de cimento podem estar encostados em paredes ou tetos? Não. Recomenda-se deixar um espaçamento, garantindo assim que os sacos não absorvam a umidade existente na parede. 3) As pilhas de sacos de cimento podem ser feitas em qualquer lugar? Não. Devem ser feitas em lugares cobertos protegidos das intempéries. Evitando lugares abertos, sujeito a empoçamento, goteiras e locais úmidos. 4) Cimento é como vinho quanto mais velho melhor? Não. Os estoques de cimento devem ser dimensionados de tal forma que o prazo de validade não seja ultrapassado. A norma brasileira estipula a validade do cimento em 90 dias, no entanto a maior parte dos fabricantes adotam prazo de validade inferior, respeitando as condições climáticas de cada região, garantindo assim a qualidade do cimento. 5) Como deverão ser dispostos os sacos num depósito? Os sacos de cimento deverão ser dispostos em forma de lotes, de tal maneira que os cimentos mais antigos sejam comercializados antes dos cimentos mais novos. Também se faz necessário a identificação dos lotes de diferentes tipos e marcas de cimento para que não sejam misturados .A adoção de lotes identificados com data, tipo e marca facilitam a inspeção e controle de estoque. 6) O transporte de cimento altera a sua qualidade? Não, no entanto algumas regras básicas devem ser observadas: os caminhões deverão estar em boas condições evitando-se assim o rasgamento dos sacos ou incidência de chuva na carga; os sacos devem estar cobertos por lonas e esta em boas condições; os sacos recebidos não devem estar úmidos, ou com aparência de que já foram molhados, aspecto de papel enrugado. 7) Que tipo de contaminação poderá ocorrer no cimento? Areia, cal, outros tipos de cimento e sujeiras são os contaminantes mais freqüentes do cimento. Isto se dá normalmente por manuseio inadequado ou acidental dos sacos com conseqüente rasgamento e contaminação do produto. 8) Poderá haver contaminação de outra natureza no cimento? Sim. Em caminhões que transportam cargas diversas como cereais, produtos químicos, deve-se sempre observar se o cimento não está com aspecto, cor, cheiro ou outra característica estranha ao produto.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 9) Podemos utilizar cimento contaminado? Não. Pequenas quantidades deverão ser descartadas. Quando se tratar de grandes quantidades, deverá ser contatada a Assessoria Técnica do fabricante, que indicará as medidas necessárias. 10) Pode haver “pedras” dentro dos sacos de cimento? Não. Isto indica que o cimento absorveu umidade e encontra-se hidratado. Este cimento não deverá ser utilizado pois sua qualidade está alterada. 11) O cimento de um saco rasgado pode ser utilizado? Sim, caso o cimento não tenha sido contaminado. O melhor destino para este cimento é comercializá-lo por quilo, “venda picado”. 12) Por que o cimento as vezes pode chegar quente no depósito? Porque na moagem de cimento o calor produzido, pelo atrito no interior do moinho, aquece o cimento. 13) Podemos utilizar cimento quente? Não. Como fica difícil medir a temperatura do cimento nas obras, recomenda-se que o cimento seja utilizado a temperatura ambiente. Quando o cimento estiver quente convém esperar que esfrie. Em regiões onde o inverno é rigoroso, com temperaturas ambiente inferiores a 10oC, recomenda-se que não sejam feitas concretagens. Também em dias de calor elevado, com temperaturas superiores a 35oC, cuidados especiais devem ser tomados para evitar fissuras, secagens muito rápidas, etc. Recomenda-se que seja consultada a Assessoria Técnica do fabricante para melhores orientações nestes casos. 14) O cimento pode causar mal à saúde? Assim como outros materiais destinados à construção civil, o cimento pode causar alergia em algumas pessoas, as chamadas “dermatites”. Recomenda-se que o contato direto com a pele seja evitado, através do uso de equipamentos de proteção individual (luvas, máscaras, botas). Quando o contato for inevitável ou acidental deve-se evitar o contato prolongado realizando-se a limpeza com auxílio de água e sabão. No caso do aparecimento de reação alérgica bem como ingestão ou inalação, deve-se afastar a pessoa do contato com o cimento e procurar auxílio médico. 15) O cimento mais escuro é melhor? Não. A cor do cimento está relacionada com a origem de suas matérias-primas e adições não tendo nenhuma influência na qualidade do produto. A cor pode variar de tonalidade mesmo em um mesmo tipo de cimento; de um cinza mais claro para um mais escuro e até mesmo um cinza esverdeado ou puxando para o marrom. 16) Existe mais cimento nos sacos maiores ou com mais folhas de papel? Não. Os pesos líquidos dos sacos de cimento são: 50 kg ou 25 kg. O tamanho do saco bem como o número de folhas de papel não implica na quantidade de cimento de cimento existente. A Norma Brasileira permite a variação menor ou igual a 2% no peso do saco significando que um saco poderá conter no mínimo 49 kg ou no máximo 51 kg. Caso o peso médio de uma pesagem de 30 sacos pertencentes a um lote seja inferior a 50 kg o lote deverá ser rejeitado. Obs.: Entende-se por lote a quantidade máxima de 30t, referente ao cimento oriundo do mesmo produtor, entregue na mesma data e mantido nas mesmas condições de armazenamento.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 17) Como podemos reutilizar o cimento que já foi utilizado? O cimento é um material que não poderá ser reutilizado, ou seja, uma vez em contato com a água e endurecido não mais voltará a sua condição inicial. 18) Quando se houve falar em “pega” do cimento está se referindo a forma que o cimento “gruda” em outros materiais? Não. A pega do cimento refere-se ao tempo que temos para trabalhar com o cimento antes que ele endureça após misturado com água. 19) Por que muitas vezes vemos pedreiros ou outros usuários do cimento adicionando açúcar ou sal no cimento? Esta prática, transmitida de geração para geração visa alterar o tempo de pega do cimento, ou seja, aumentar ou diminuir o tempo de trabalhabilidade do cimento após misturado com a água. 20) Como se comporta a adição de sal no cimento? O NaCl (cloreto de sódio) ou sal de cozinha como é popularmente conhecido quando adicionado ao cimento faz com que o tempo de pega diminua, isto é, o início do endurecimento é mais rápido. Cuidado! Não adicione sal ao cimento! O sal causa corrosão nas armaduras além de outros danos. 21) Como se comporta a adição de açúcar no cimento? O açúcar utilizado em nossa alimentação no dia a dia quando adicionado ao cimento faz com que o tempo de pega aumente, isto é, o início do endurecimento é mais lento. Cuidado! Não adicione açúcar ao cimento! Sem orientação segura, a adição de açúcar poderá provocar trincas e outros danos caso não sejam tomados os devidos cuidados.

Esta leitura complementar foi retirada de uma publicação preparada pela “Itambé – Cimento para toda obra”, Assessoria Técnica.

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Agregado Graúdo

Aula Prática no LEC

Agregados

Ensaio para determinação do teor de matéria orgânica

Ensaio para determinação da massa unitária dos agregados

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 2. Agregados

2.1. Definição Uma vez que cerca de ¾ do volume do concreto são ocupados pelos agregados, não é de se surpreender que a qualidade destes seja de importância básica na obtenção de um bom concreto, exercendo nítida influência não apenas na resistência mecânica do produto acabado como, também, em sua durabilidade e no desempenho estrutural. Procura-se, neste capítulo, apresentar as principais propriedades dos agregados, analisando o seu grau de importância e responsabilidade na geração das características essenciais aos concretos, tais como: resistência à compressão, tração na flexão, impermeabilidade, durabilidade, trabalhabilidade e retratilidade. São apresentados também, baseados nas experiências nacional e estrangeira, alguns critérios seletivos para a obtenção dos agregados, proporcionando concretos que irão corresponder plenamente às expectativas de projeto e execução das obras onde serão empregadas. Podemos definir agregado como: material granular, inerte, com dimensões e propriedades adequadas e isentos de impurezas prejudiciais.

2.2. Classificação dos agregados Os agregados podem ser classificados quanto: • à origem; • às dimensões das partículas; • à massa unitária. a) Quanto à origem, eles podem ser: • naturais → já são encontrados na natureza sob a forma definitiva de utilização: areia de rios, seixos rolados, cascalhos, pedregulhos,... • artificiais → são obtidos pelo britamento de rochas: pedrisco, pedra britada,... • industrializados → aqueles que são obtidos por processos industriais. Ex.: argila expandida, escória britada, ... Deve-se observar aqui que o termo artificial indica o modo de obtenção e não se relaciona com o material em si. b) Quanto à dimensão de suas partículas, a Norma Brasileira define agregado da seguinte forma: • Agregado miúdo → Areia de origem natural ou resultante do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambas, cujos grãos passam pela peneira ABNT de 4,8 mm (peneira de malha quadrada com abertura nominal de “x” mm, neste caso 4,8 mm) e ficam retidos na peneira ABNT 0,075 mm. • Agregado graúdo → o agregado graúdo é o pedregulho natural, ou a pedra britada proveniente do britamento de rochas estáveis, ou a mistura de ambos, cujos grãos passam pela peneira ABNT 152 mm e ficam retidos na peneira ABNT 4,8 mm. Referindo-se ao tamanho do agregado, a designação dimensão máxima indica a abertura de malha (em milímetros) da peneira da série normal à qual corresponde uma porcentagem retida acumulada igual ou inferior a 5%. Veja na frente mais detalhadamente.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I c) Quanto à massa unitária pode-se classificar os agregados em leves, médios e pesados. Veja a tabela abaixo:

Massas unitárias médias

Leves3 (menor que 1,0 t/m3) Médios (1,0 a 2,0 t/m3) Pesados (acima de 2,0 t/m3)

Vermiculita 0,3 Calcário 1,4 Barita 2,9

Argila expandida 0,8 Arenito 1,45 Hematita 3,2

Escória granulada 1,0 Cascalho 1,6 Magnetita 3,3

Granito 1,5

Areia seca ao ar 1,5

Basalto 1,5

Escória 1,7 Os agregados leves, médios e pesados podem ser caracterizados, também, por suas massas específicas (densidade): Leves: M.E. < 2,0 t/m3 Médios: 2,0 ≤ M.E. ≤ 3,0 t/m3 Pesados: M.E. > 3,0 t/m3

2.3. Características das rochas de origem a) Atividade – o agregado pela própria definição, deve ser um elemento inerte, ou seja:

não deve conter constituintes que reajam com o cimento “fresco” ou endurecido. • • •

não deve sofrer variações de volume com a umidade. não deve conter incompatibilidade térmica entre seus grãos e a pasta endurecida.

Observação: Reatividade álcalis-agregado: agregados provenientes de determinadas rochas contém minerais que podem reagir com os álcalis (Na2O e K2O) do cimento ocasionando expansão e desintegração do concreto (ver melhor explicação adiante). São minerais reativos: opala, calcedônia, riolitos, andusitos, cristobalitas. Dados experimentais fixam em 0,6% o teor máximo de álcalis para os cimentos que serão usados com agregados que contenham estes minerais. b) Resistência Mecânica • à compressão : a resistência varia conforme o esforço de compressão se exerça paralela ou perpendicularmente ao veio da pedra. O ensaio se faz em corpos-de-prova cúbicos de 4 cm de lado. As rochas ígneas, assim como a escória de alto forno resfriada ao ar, apresentam resistências médias à compressão da seguinte ordem: Sob o aspecto de resistência à compressão, estes materiais não apresentam qualquer restrição ao seu emprego no preparo de concreto normal, pois tem resistência muito superior às máximas dos concretos.

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3 Agregados leves: utilizados para a produção de concretos leves. A pequena massa unitária é devida à microestrutura celular ou altamente porosa do agregado.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I As rochas sedimentares apresentam resistência um pouco abaixo das ígneas.

• ao desgaste : a pasta de cimento e água não

resiste ao desgaste . Quem confere esta propriedade aos concretos é o agregado.

Rochas Resistência à Compressão Granito ( Serra da Cantareira, SP ) 154 MPa Granito ( RJ ) 120 MPa Basalto 150 MPa

Ao desgaste superficial dos grãos de agregado quando sofrem “atrição”, dá-se o nome de abrasão. A resistência à abrasão mede, portanto, a capacidade que tem o agregado de não se alterar quando manuseado (carregamento, basculamento, estocagem). Em algumas aplicações do concreto, a resistência à abrasão é característica muito importante, como por exemplo em pistas de aeroportos, em vertedouros de barragens e em pistas rodoviárias, pois o concreto sofre grande atrição. A resistência à abrasão é medida na máquina “Los Angeles”, que consta, em essência, de um cilindro oco, de eixo horizontal, dentro do qual a amostra de agregado é colocada juntamente com esferas de ferro fundido.A NBR 6465 trata do ensaio à abrasão, dando as características da máquina e das cargas de agregado e esferas de ferro. O cilindro é girado durante um tempo determinado, sofrendo o agregado atrição e também um certo choque causado pelas esferas de ferro. Retirada do cilindro, a amostra é peneirada na peneira de 1,7mm; o peso do material que passa, expresso em porcentagem do peso inicial, é a “Abrasão Los Angeles”. c) Durabilidade O agregado deve apresentar uma boa resistência ao ataque de elementos agressivos. O ensaio consiste em submeter o agregado à ação de uma solução de sulfato de sódio ou magnésio, determinando-se a perda de peso após 5 ciclos de imersão por 20 horas, seguidas de 4 horas de secagem em estufa a 105°C. É de 15% a perda máxima admissível para agregados miúdos e de 18% para agregados graúdos, quando for usada uma solução de sulfato de magnésio.

2.4. Principais propriedades físicas dos agregados a) Massa específica Para efeito de dosagem do concreto, é importante conhecer o volume ocupado pelas partículas do agregado, incluindo os poros existentes dentro das partículas, portanto somente é necessário a determinação da massa específica do agregado. A massa específica é definida como a massa do material por unidade de volume, incluindo os poros internos das partículas. Para muitas rochas comumente utilizadas, a massa específica varia entre 2600 e 2700 kg/m3.

Massa Específica (kg/m3) Granito 2690 Arenito 2650 Calcário 2600

Da amostra representativa, colhida de acordo com a NBR 7216, pesam-se 500g de areia seca, coloca-se água no interior do frasco até sua marca padrão de 200 ml; introduz-se cuidadosamente o material. A água subirá no gargalo do frasco até uma certa marca (L); faz-

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I se essa leitura e do valor obtido diminuem-se os 200 ml, obtendo-se, assim, o valor absoluto de areia; dividindo-se o peso dos 500g de areia pelo volume achado, teremos a massa específica real ou peso específico real.

lkgL

M.E /200

500−

== ρ

Para que serve a massa específica? Seja o traço em peso de um concreto, para materiais secos (traço de um concreto define a proporção unitária entre seus materiais constituintes, considerando-se o cimento como unidade de medida): • Cimento: 1 kg • Areia: 2,8 kg • Pedregulho: 4,8 kg • Água: 0,7 kg Conhecendo-se as massas específicas desses materiais: • Cimento: 3,10 kg/dm3 • Areia: 2,62 kg/dm3 • Pedregulho: 2,65 kg/dm3 • Água: 1 kg/dm3 Temos os volumes de “cheios” deste material: • Cimento: 1 / 3,10 = 0,32 dm3 = 0,32 litros • Areia: 2,8 kg / 2,62 kg/dm3= 1,07 dm3 = 1,07 litros • Pedregulho: 4,8 kg / 2,65 kg/dm3 = 1,81 dm3 = 1,81 litros • Água: 0,7 kg / 1 kg/dm3 = 0,7 dm3 = 0,7 litros

Se com 1 kg de cimento, empregando-se as proporções de areia e pedregulho especificadas anteriormente, obtém-se 3,90 l de concreto, para 1 m3 de concreto (1000l)

serão precisos: kg2563,9010001

=×

de cimento.

- 74 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I b) Massa unitária Segundo a NBR 7810 a massa unitária é a massa da unidade de “volume aparente” do agregado, isto é, incluindo na medida deste volume os vazios entre os grãos. A importância de se conhecer a massa unitária aparente vem da necessidade, na dosagem de concretos, de transformar um traço em massa para volume e vice-versa, ou também, para cálculos de consumo de materiais a serem empregados no concreto. Definindo massa unitária de outra maneira, poderíamos dizer que massa unitária é definida como a massa das partículas do agregado que ocupam uma unidade de volume, tal fenômeno surge porque não é possível empacotar as partículas dos agregados juntas, de tal forma que não exista espaços vazios. O termo massa unitária é assim relativo ao volume ocupado por ambos: agregados e vazios. A massa unitária aproximada dos agregados comumente usados em concreto normal varia de 1300 a 1750 kg/m3. Sua determinação deverá ser feita em recipiente, com forma de paralelepípedo, de volume nunca inferior a 15 litros. Quanto ao enchimento do recipiente, o material deverá ser lançado de uma altura que não exceda a 10 cm da boca. Após cheio, a superfície do agregado é rasada e nivelada com uma régua. No caso do agregado graúdo, a superfície é regularizada de modo a compensar as saliências e reentrâncias das pedras.

A massa unitária, expressa em kg/dm3, é obtida pelo quociente:

recipientedoCapacidade

taracheiorecipientedoMassaM.U

−=

Para que serve a massa unitária? Seja o traço em massa de concreto com materiais secos: • Cimento: 1 kg • Areia: 2,8 kg • Pedregulho: 4,8 kg Conhecendo-se as massas unitárias ou aparentes para: • Cimento 1,1 kg/dm³ • Areia: 1,4 kg/dm3 • Pedregulho: 1,6 kg/dm³ Temos o traço em volume correspondente: • Cimento: 1 kg /1,1 kg/dm3 = 0.90 dm3 • Areia: 2,8 kg / 1,4 kg/dm3= 2,00 dm3 • Pedregulho: 4,8 kg / 1,6 kg/dm3 = 3,00 dm3 Como em todo traço unitário de concreto o cimento é sempre a unidade de medida, dividiremos, neste caso, os resultados encontrados por 0,90: • Cimento: 0.90 dm3 / 0,90 = 1,00 dm3 • Areia: 2,00 dm3 / 0,90 = 2,22 dm3 • Pedregulho: 3,00 dm3 / 0,90 = 3,33 dm3 Traço transformado para volume: 1,00 : 2,22 : 3,33

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Exercício Um pedreiro misturou 25 kg de cimento com 80 kg de areia úmida (h = 3%) e 12 litros de água. Pergunta-se: a) Qual o volume de argamassa que ele tem para trabalhar? b) Qual a relação a/c em massa da mistura? c)Sabendo-se que a obra vai precisar de 5,17m3 de argamassa, quantos caminhões de 5m3

de areia terei que comprar? Dados:

Massa Unitária (kg/dm3) Massa Específica (kg/dm3) Cimento 1,12 3,10 Areia seca 1,50 2,65 Água - 1,00

Resolução:

( )

30,0517m3dm51,714,3329,318,06VaVasVcargamassadetotalVolume

3dm8,063dm

kg3,10

kg25específicaMassa

cimentodeMassaVccimentodeVolume

dm14,332,3312(Va)águadetotalVolumeáguakg2,3377,6780PasPah(Pa)águadePeso

3dm29,313dm

kg2,65

kg77,67específicaMassa

secaareiaMassa(Vas)secaareiadeVolume

secaareiadekg77,671,0380

10031

80

100h1

80Pas

100h1

(Pah)úmidaareiaPeso(Pas)secaareiaPeso

específicaMassaamostradaMassa

cheiosdeVolmecheiosdeVolume

amostradaMassaM.E.a)

==++=++=

===

=+=

=−=−=

===

==+

=+

=

+=

=→=

0,5725

14,33cimento

águac

aRelaçãob) ===

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I c) Para produzir 51,7 dm3 de argamassa, necessitamos de 77,67 kg de areia seca. 51,7 dm3 de argamassa → 77,67 kg de areia seca 5170 dm3 → 7767 kg de areia seca Para calcularmos o volume de areia seca , basta dividirmos a massa de areia pela sua massa unitária: Vas = 7767 / 1,50 = 5178 dm3 = 5,178 m3 1 caminhão → 5 m3 x caminhão → 5,178 m3 x = 1,0356 caminhão. ******************************************************************************************************* c) Índice de Vazios: é a relação entre o volume total de vazios e o volume total de grãos.

gv

VVi =

No casoporém aos totamáximosempre

Agregado Miúdo

dos agregados miúdos o espaço intergranular é quantidade destes espaços vazios é bastante su

is de espaços vazios nos agregados miúdos e dos grãos. A mistura de agregados miúdos e, um menor volume de vazios.

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Agregado Graúdo

mpg

5170 dm3 = 5,17 m3

enor que nos agregados graúdos, erior, por isso podemos dizer que raúdos independem do tamanho graúdos, entretanto, apresentará,

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I d) Compacidade (c): é a relação entre o volume total ocupado pelos grãos e o volume total do agregado.

a

gV

Vc = e) Finura: quando um agregado tem seus grãos de menor diâmetro que um outro, diz-se que ele tem maior finura. f) Área específica: é a soma das áreas das superfícies de todos os grãos contidos na unidade de massa do agregado. Admite-se para área da superfície de um grão, a área da superfície de uma esfera de igual diâmetro; o grão real tem, contudo, superfície de área maior que a esfera. A forma dos grãos de brita é irregular e sua superfície extremamente rugosa; para a mesma granulometria, os agregados com grãos mais regulares têm menor superfície específica.

2.5. Outras propriedades • Coesão: coesão de um material granular é a resistência ao cisalhamento quando o material não está sujeito à compressão. A coesão é desprezível nos agregados graúdos; as areias apresentam, quando úmidas, uma resistência ao cisalhamento causada pela tensão capilar da água, que é chamada coesão aparente. Quando secas ou saturadas, as areias não têm coesão. • Fragilidade: propriedade dos materiais de se fraturarem sob pequena tensão, sem deformação perceptível. • Maleabilidade: propriedade dos materiais de se deformarem fácil e extensamente sob baixa tensão. Ex. argila. • Tenacidade: propriedade dos materiais, entre a fragilidade e maleabilidade, de se fraturarem sob alta tensão, com pequena ou média deformação. O granito é rocha mais tenaz que o basalto.

2.6. Agregados Naturais

2.6.1. Areia Natural Considerada como material de construção, areia é o agregado miúdo. A areia pode originar-se de rios, de cavas (depósitos aluvionares em fundos de vales cobertos por capa de solo) ou de praias e dunas. As areias das praias não são usadas, em geral, para o preparo de concreto por causa de sua grande finura e teor de cloreto de sódio. O mesmo ocorre com as areias de dunas próximas do litoral. Utilizações da areia natural: • Preparo de argamassas; • Concreto betuminoso – juntamente com fíler, a areia entra na dosagem dos inertes do concreto betuminoso e tem a importante propriedade de impedir o amolecimento do concreto betuminoso dos pavimentos de ruas nos dias de intenso calor); • Concreto de cimento (constitui o agregado miúdo dos concretos); • Pavimentos rodoviários: constitui o material de correção do solo;

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• Filtros – devido a sua grande permeabilidade, a areia é utilizada para a construção de filtros, destinados a interceptar o fluxo de água de infiltração em barragens de terra e em muros de arrimo.

2.6.2. Seixo Rolado ou cascalho Também denominado pedregulho, é um sedimento fluvial de rocha ígnea, inconsolidado, formado de grãos de diâmetro em geral superior a 5 mm, podendo os grãos maiores alcançar diâmetros até superiores a cerca de 100 mm. O cascalho também pode ser de origem litorânea marítima. • O concreto executado com pedregulho é menos resistente ao desgaste e à tração do que aquele fabricado com brita, na proporção 1 para mais ou menos 1,20. • O pedregulho deve ser limpo, quer dizer, lavado antes de ser fornecido. Deve ser de granulação diversa, já que o ideal é que os miúdos ocupem os vãos entre os graúdos.

2.7. Agregados Artificiais

2.7.1. Definições a) Pedra britada: agregado obtido a partir de rochas compactas que ocorrem em jazidas, pelo processo industrial da cominuição (fragmentação) controlada da rocha maciça. Os produtos finais enquadram-se em diversas categorias. Segundo classificação do autor Falcão Bauer em seu livro “Materiais de construção”

Denominação Diâmetro (mm)

Brita 0 1,2 a 9,5

Brita 1 4,8 a 19

Brita 2 19 a 38

Brita 3 25 a 50

Brita 4 50 a 76 b) Areia de brita ou areia artificial: agregado obtido dos finos resultantes da produção da brita, dos quais se retira a fração inferior a 0,15 mm. Sua graduação é 0,15 /4,8mm. c) Fíler: agregado de graduação 0,005/0,075mm. Seus grãos são da mesma ordem de grandeza dos grãos de cimento e passam na peneira 200 (0,075 mm). É chamado de pó de pedra. O fíler é utilizado nos seguintes serviços: - na preparação de concretos, para preencher vazios; - na adição a cimentos; - na preparação da argamassa betuminosa; - como espessante de asfaltos fluidos. d) Bica-corrida: material britado no estado em que se encontra à saída do britador. Pode ser classificada em primária ou secundária. Será primária quando deixar o britador primário, com graduação aproximada de 0/300mm, dependendo da regulagem e tipo de britador. Será secundária quando deixar o britador secundário, com graduação aproximada de 0/76mm.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I e) Rachão: agregado constituído do material que passa no britador primário e é retido na peneira de 76 mm. É a fração acima de 76 mm da bica corrida primária. A NBR 9935 define rachão como “pedra de mão”, de dimensões entre 76 e 250 mm. f) Restolho: material granular, de grãos em geral friáveis (que se partem com facilidade). Pode conter uma parcela de solo. g) Blocos: fragmentos de rocha de dimensões acima do metro, que, depois de devidamente reduzidos em tamanho, vão abastecer o britador primário.

2.7.2. Matéria-prima ou rocha de origem Várias são as rochas aptas a serem exploradas para a produção de agregados. Em cada região haverá rocha de natureza tal que mais vantajosa se mostre para o tipo de agregado que se queira produzir. Dentre as rochas mais comumente exploradas estão: a) Granito: rocha plutônica ácida (∼75% de sílica), granular macroscópica, de cor cinza. b) Basalto: rocha vulcânica básica (∼50% de sílica) de cor cinza escura. c) Gnaisse: rocha metamórfica, granular macroscópica. d) Calcário: rocha sedimentar constituída de mais de 50% de carbonato de sódio. e) Arenito: rocha sedimentar proveniente da consolidação de sedimentos arenosos. Suas características físicas são muito dispersas. Só os mais consistentes prestam-se ao preparo de agregados, quando então suas características físicas estão mostradas na tabela abaixo. f) Escória de alto-forno: resíduo da produção de ferro gusa em altos-fornos, composto de aglomeração de vários óxidos, principalmente de cálcio e silício. Suas características são da seguinte ordem de grandeza: - massa específica: 2400 kg/m3 - massa unitária: 1100 kg/m3 g) Hematita: É o óxido de ferro (Fe2O3). Usada em concretos pesados.

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Ordens de grandeza das constantes físicas

Rochas Massa

específica kg/m3

Taxa de ruptura sob compressão

(MPa)

Taxa de ruptura

sob flexão (MPa)

Taxa de ruptura

sob tração (MPa)

Módulo de

elasticidade (MPa)

Coeficiente de

Poisson

Granito 2700 90 30 10 34000 0,28

Basalto 2900 140 - 180 33 - 80 15 34000–80000 0,28

Gnaisse 2800 90 - 110 - - 46000-66000 0,23

Calcário 2800 160 20 8 74000 0,23

Arenito 2300 – 2700 50 - 180 19 - 20000 0,1

2.7.3. Brita ou pedra britada a) Propriedades físicas:

Média Desvio (%)

Resistência à compressão (MPa) 120* 47

Resistência à abrasão, % 26,3* 16

Massa específica, kg/m3 2698 2

Resistência ao choque, % 16,7 24

Porosidade, % 0,6* 15

Absorção de água, % 0,26 30

Grãos cubóides, % 79 6

Material pulverulento, % 0,28 38

Argila em torrões, % 0 -

Partículas macias e friáveis, % 1,36 118

Resistência aos sulfatos, % 0,33 69 * O granodiorito gnáissico apresenta desvios em relação às demais pedreiras nas seguintes características:

resistência à compressão: 81 MPa; resistência à abrasão: 41,3%; porosidade: 1,0%. Estes valores não foram, naturalmente, considerados para o cálculo das médias citadas na tabela acima e marcadas com um asterisco.

A compacidade de um agregado depende, primeiramente, de sua distribuição granulométrica e, em seguida, da forma dos grãos, que, por sua vez, é função da natureza da rocha e, no caso dos agregados industrializados, do tipo dos britadores. Na pedra britada, verifica-se que todas as graduações provenientes de uma mesma rocha têm praticamente a mesma compacidade.

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Massa unitária (kg/dm3) Desvio padrão (%) Rocha Densidade

(kg/dm3) P1 P2 P3 P4 Média P1 P2 P3 P4 Média

Compa- cidade

Granito 2,660 1,37 1,38 1,37 1,38 1,357 0,7 0,6 0,9 0,4 0,4 0,517

Granito Gnáissico 2,768 1,45 1,48 1,44 1,45 1,455 - - - 0,526

Basalto 2,742 1,41 1,41 1,41 - 1,41 2,7 3,8 4,4 - 3,4 0,514

b) Usos A NBR 7211, que padroniza a pedra britada nas dimensões hoje consagradas pelo uso, trata de agregado para concreto. Não obstante isso, e apesar de as curvas granulométricas médias dos agregados comerciais não coincidirem totalmente com as curvas médias das faixas da Norma, emprega-se o agregado em extensa gama de situações: - concreto de cimento: o preparo de concreto é o principal campo de consumo da pedra britada. São empregados principalmente o pedrisco, a pedra 1 e a pedra 2. É também usado o pó de pedra, apesar de ter ele distribuição granulométrica não coincidente com a do agregado miúdo padronizado para concreto (areia). A tecnologia do concreto evoluiu, de modo que o pó de pedra é usado em grande escala. - Concreto asfáltico: o agregado para concreto asfáltico é necessariamente pré-dosado, misturando-se diversos agregados comerciais. Isto se deve ao ter ele de satisfazer peculiar forma de distribuição granulométrica. São usados: fíler, areias, pedras 1, 2 e 3. - Argamassas: em certas argamassas de enchimento, de traço mais apurado, podem ser usados a areia de brita e o pó de pedra. - Pavimentos rodoviários: para este emprego, a NBR 7174 fixa três graduações para o esqueleto e uma para o material de enchimento das bases de macadame hidráulico, graduações estas que diferem das pedras britadas. - Lastro de estradas de ferro: este lastro está padronizado pela NBR 5564, e consta praticamente de pedra 3. - Aterros: podem ser feitos com restolho, obtendo-se mais facilmente, alto índice de suporte do que quando se usam solos argilosos. - Correção de solos: usa-se o pó de pedra para correção de solos de plasticidade alta.

2.8. Agregados industrializados

2.8.1. Agregados Leves a) Argila expandida: a argila é um material muito fino, constituído de grãos lamelares de dimensões inferiores a dois micrômetros, formada, em proporções muito variáveis, de silicato de alumínio e óxidos de silício, ferro, magnésio e outros elementos. Para se prestar para a produção de argila expendida, precisa ser dotada da propriedade de piroexpansão, isto é, de apresentar formação de gases quando aquecida a altas temperaturas (acima de 1000oC). Nem todas as argilas possuem essa propriedade. O principal uso que se faz da argila expandida é como agregado leve para concreto, seja concreto de enchimento, seja concreto estrutural ou pré-moldados – com resistência de até fck∼30MPa. O concreto de argila expandida, além da baixa densidade de 1,0 a 1,8,

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I apresenta muito baixa condutividade térmica – cerca de 1/15 da do concreto de britas de granito. Blocos e painéis pré-moldados usando argila expandida prestam-se bem a ser usados como isolantes térmicos ou acústicos, no que são auxiliados pela baixa densidade do material, que pode variar de 6 a 15 kN/m3, contra 26 do concreto de brita de granito ou de basalto. b) Escória de alto-forno: é um resíduo resultante da produção de ferro gusa em altos-fornos, constituído basicamente de compostos oxigenados de ferro, silício e alumínio. A escória simplesmente resfriada ao ar, ao sair do alto forno (escória bruta), uma vez britada, pode produzir um agregado graúdo. Normalmente, após receber um jato de vapor, a escória é resfriada com jatos de água fria, produzindo-se, então, a escória expandida, de que resulta um agregado da ordem de 12,5/32mm. Quando é imediatamente resfriada em água fria, resulta a escória granulada, que permite obter um agregado miúdo de graduação 0/4,8mm, aproximadamente. A escória granulada é usada na fabricação do cimento Portland de alto-forno. Usa-se a escória expandida como agregado graúdo e miúdo no preparo de concreto leve em peças isolantes térmicas e acústicas, e também em concreto estrutural, com resistência a 28 dias da ordem de 8-20 MPa e densidade da ordem de 1,4. c) Vermiculita: é um dos muitos minérios da argila. A vermiculita expandida tem os mesmos empregos da argila expandida.

2.8.2. Agregados Pesados a) Hematita: a hematita britada constitui os agregados miúdo e graúdo que são usados no preparo do concreto de alta densidade (dito “concreto pesado”) destinado à absorção de radiações em usinas nucleares (escudos biológicos ou blindagens). O grau de absorção cresce com o aumento da densidade do concreto b) Barita: pela sua alta densidade, a barita também é usada no preparo de concretos densos.

2.9. Exigências normativas do NBR 7211 – Agregado para concreto

2.9.1. Granulometria A granulometria define a proporção relativa, expressa em porcentagem, dos diferentes tamanhos de grãos que se encontram constituindo um todo. Pode ser expressa pelo material que passa ou pelo material retido por peneira e acumulado. A granulometria dos agregados é característica essencial para estudo das dosagens do concreto. Para caracterizar um agregado é, então, necessário conhecer quais são as parcelas constituídas de grãos de cada diâmetro, expressas em função da massa total do agregado. Para conseguir isto, divide-se, por peneiramento, a massa total em faixas de tamanhos de grãos e exprime-se a massa retida de cada faixa em porcentagem da massa total.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I a) Peneiras (Série Normal e Série Intermediária): conjunto de peneiras sucessivas, que atendem a NBR 5734, com as seguintes aberturas discriminadas:

PENEIRAS Série Normal Série Intermediária

76 mm - - 64 mm - 50 mm

38 mm - - 32 mm - 25 mm

19 mm - - 12,5 mm

9,5 mm - - 6,3 mm

4,8 mm - 2,4 mm - 1,2 mm -

0,600 mm - 0,300 mm - 0,150 mm -

b) Limites granulométricos do agregado miúdo

Porcentagem, em massa, retida acumulada na peneira ABNT, para a: Peneira ABNT

Zona 1 (muito fina)

Zona 2 (fina)

Zona 3 (média)

Zona 4 (grossa)

9,5 mm 0 0 0 0

6,3 mm 0 a 3 0 a 7 0 a 7 0 a 7

4,8 mm 0 a 5* 0 a 10 0 a 11 0 a 12

2,4 mm 0 a 5* 0 a 15* 0 a 25* 5* a 40

1,2 mm 0 a 10* 0 a 25* 10* a 45* 30* a 70

0,6 mm 0 a 20 21 a 40 41 a 65 66 a 85

0,3 mm 50 a 85* 60* a 88* 70* a 92* 80* a 95

0,15 mm 85** a 100 90** a 100 90** a 100 90** a 100 * Pode haver uma tolerância de até um máximo de cinco unidades de porcento em um só dos limites marcados com o * ou distribuídos em vários deles. ** Para agregado miúdo resultante de britamento, este limite pode ser 80. c) Limites granulométricos do agregado graúdo

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I A NBR 7211 classifica os agregados graúdos segundo a tabela abaixo:

Porcentagens retidas acumuladas Classificação (Graduação) Peneiras

0 1 2 3 4

76 - - - - 0

64 - - - - 0 - 30

50 - - - 0 75 – 100

38 - - - 0 – 30 90 – 100

32 - - 0 75 – 100 95 – 100

25 - 0 0 – 25 87 – 100 -

19 - 0 - 10 75 – 100 95 – 100 -

12,5 0 - 90 – 100 - -

9,5 0 – 10 80 – 100 95 – 100 - -

6,3 - 92 – 100 - - -

4,8 80 – 100 95 – 100 - - -

2,4 95 – 100 - - - -

d) Módulo de finura (Mf): é a soma das porcentagens retidas acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Exemplo:

PENEIRAS (mm) MAT. RETIDO (g) % SIMPLES % ACUMULADO

4,8 30 3 3

2,4 70 7 10

1,2 140 14 24

0,6 320 32 56

0,3 300 30 86

0,15 120 12 98

Fundo 20 2 100

Σ = 1000g Σ = 100%

98865624103 +++++ Obs. Na tabela anterior módulo de finura somou- Atenção! Os módulos de

A Norma estabelece quegranulométricas e que a v e) Dimensão Máxima (Dcorrespondente à abertuqual corresponde uma poem massa. Na tabela acima, o diâmepercentual retido acumula

2,77100fM ==

todas as peneiras são da série normal, por isso para o cálculo do se todos os percentuais retidos acumulados.

finura para a areia, variam entre os seguintes limites:

Muito fina: MF < 1,71 Fina: 1,72 < MF < 2,11

Média: 2,12 < MF < 2,71 Grossa: MF > 2,71

os agregados miúdos devem se enquadrar em uma das faixas ariação máxima do módulo de finura seja 0,2.

m) : grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado, ra de malha quadrada, em mm, da peneira listada na tabela 6, à rcentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5%

tro máximo do agregado é 4,8 mm, pois é na peneira 4,8 mm que o do é igual ou imediatamente inferior a 5%.

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Exercício Na folha anexa, traçar a curva granulométrica do agregado que teve as seguintes massas retidas nas peneiras (em mm): 25 (850g); 19 (2150 g); 12,5 (3300 g); 9,5 (2900 g); 6,3 (500 g); de 4,8 a 0,15 (0 g) e no fundo (300 g). Calcular o módulo de finura e a dimensão máxima. Resolução:

Peneiras (mm) Material retido (g) % simples % acumulado

25 850 8,5 8,5

19 2150 21,5 30

12,5 3300 33 63

9,5 2900 29 92

6,3 500 5 97

4,8 0 0 97

2,4 0 0 97

1,2 0 0 97

0,6 0 0 97

0,3 0 0 97

0,15 0 0 97

Fundo 300 3 100

10000

DM = 32 mm Mf = 04,7

1009797979797979230

=+++++++

- 87 -


4,82,4

48 1/4"

6,3

3/8"

9,5

1/2"

12,5

3/4"

19

1"

25

1 1/4"

32

1 1/2"

38

2"

50

2 1/2"

64

3"

760

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Aberturas ABNT

Perc

enta

gem

Ret

ida

Acu

mul

ada

Curva Granulométrica

- 88 -


2.9.2. Forma dos grãos Os grãos dos agregados não tem forma geometricamente definida. Segundo a NBR 7225/1993 a definição para forma de grão é: Forma exterior que o grão ou fragmento apresenta quanto à relação de dimensões, às arestas, cantos e faces. a) Quanto às dimensões: Com relação ao comprimento (c), largura (l) e espessura (e), os agregados classificam-se de acordo com as tabelas abaixo:

Tabela 5 Classificação quanto às dimensões

Pedregulho e Areia Alongado (a) c/l > 1,5- l/c ≤ 1,5 Esférico (equiaxial) c/l ≤ 1,5 - l/c ≤1,5 Lamelar c/l >1,5- l/c >1,5 Discóide (quadrático) c/l ≤ 1,5- l/c >1,5

Pedra Britada, Pedrisco e Pó de Pedra

Alongado (a) c/l >2- l/c ≤ 2

Lamelar c/l > 2- l/c >2 Quadrático (a) c/l ≤ 2- l/c >2

• Recomenda-se que:

• Comprimento (c): distância de dois planos paralelos que possam conter o agregado, em sua maior dimensão.

• Largura (l): Diâmetro da menor abertura circular através da qual o agregado possa passar.

• Espessura (e): Distância mínimas de dois planos que possam conter o agregado.

Calcários estratificados, arenitos e folhelho tendem a produzir fragmentos alongados e achatados, especialmente quando são usados britadores de mandíbula no beneficiamento. Aquelas partículas cuja espessura é relativamente pequena em relação às outras duas dimensões são chamadas de lamelares ou achatadas, enquanto aquelas cujo comprimento é consideravelmente maior do que as outras duas dimensões são chamadas de alongadas.

Cúbico (a) c/l ≤ 2- l/c ≤ 2

≤+

<

<

6elc

2el

2lc

Definições segundo a NBR 7225/1993:

Admite-se no máximo 15% dos grãos de uma amostra não atendendo as relações acima.

- 89 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Sob o ponto de vista da qualidade dos concretos, a melhor forma é a que se aproxima da esfera (para os seixos) e a do cubo com as três dimensões espaciais da mesma ordem de grandeza (para as britas).

Características dos agregados de acordo com a forma dos grãos Índice de forma (NBR 7809) – é a relação entre a maior dimensão c (comprimento) e a menor dimensão e (espessura), determinadas por meio de paquímetros (I = c/e). O índice de um agregado é a média ponderada dos índices de 200 grãos obtidos de uma amostra quarteada.Os grãos cubóides tem I variando entre 0,25 e 0,30; para os grãos lamelares, I ∼ 0,05 e para os alongados, I = 0,64; para uma esfera, I = 1,0. Coeficiente volumétrico (AFNOR) – é a relação do volume V do grão e o da esfera de diâmetro d, sendo d a maior dimensão do grão.

É expresso por: Esta definição aplica-se apenas a grãos de diâmetro superior a 6,3mm.

Recomenda-se Cv ≥ 0,20. No que se refere à textura superficial do agpolimento ou rugosidade da superfície da partamanho do grão e das características domecânicas externas colaboram para o aumen

Quanto à influência da forma e textura sconcreto, a trabalhabilidade, a compacidademais afetadas. No que diz respeito às resistências mecânicforma da partícula e a sua textura superficiatração na flexão é mais afetada do que à tornam-se particularmente significantes no capavimentos.

I = 6V = 1,9 V πd3 d3

Para todo o agregado, o coeficiente é

V

Normalmente a simples inspeção visual é utextura superficial, uma vez que os métodos e pouco difundidos.

-

regado, a sua avaliação é feita pelo grau de tícula, sendo função principalmente da dureza, s poros da rocha matriz. Também as ações to ou diminuição da rugosidade.

uperficial do agregado nas propriedades do e as resistências mecânicas parecem ser as

as do concreto endurecido, observou-se que a l exercem aí grande influência. A resistência à compressão, e os efeitos da forma e textura so de concretos de alta resistência, típicos de

=∑∑

3d1,9C dado por:

ma solução bem eficaz para a avaliação da da medida da rugosidade são muito laboriosos

90 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I b) Quanto às arestas e cantos (conformação da superfície): Quanto às arestas e cantos, os grãos ou fragmentos devem ser classificados como:

- angulosos: quando apresentam arestas vivas e cantos angulosos (britas); - arredondados: quando não apresentam arestas vivas, os cantos são arredondados (seixos). * Partículas formadas por desgaste superficial contínuo tendem a ser arredondadas, pela perda de vértices e arestas, como é o caso das areias e seixos rolados formados nos leitos dos rios, e também nos depósitos eólicos em zonas marítimas, tendo geralmente uma forma bem arredondada. Agregados de rochas britadas possuem vértices e arestas bem definidos e são chamados angulosos. c) Quanto à forma das faces:

- defeituoso: quando apresentam trechos convexos ou apresenta seções delgadas ou enfraquecidas em relação à forma geral do agregado. A forma dos grãos tem efeito importante no que se refere à compacidade, à trabalhabilidade e ao ângulo de atrito interno. A influência da forma é mais acentuada nos agregados miúdos. Argamassas de revestimento, por exemplo, se preparadas com areia artificial, ficam tão rijas que não se podem espalhar com a colher, constituindo o que se chama de argamassas duras. Os agregados naturais tem grãos cubóides, de superfície arredondada e lisa, contra as superfícies angulosas e extremamente irregulares dos grãos dos agregados industrializados. Apresentam, além disso, maior resistência à desgraduação (alteração da distribuição granulométrica por quebra de grãos). O cascalho apresenta 92,28% de grãos cúbicos, contra 70 a 90% na brita de basalto. Tornam as argamassas mais trabalháveis que os artificiais.

- conchoidal: quando tem uma ou mais faces côncavas;

Nos agregados artificiais, a forma dos grãos depende da natureza da rocha e do tipo de britador. O granito produz grãos de melhor forma que o basalto, que produz apreciável quantidade de grãos lamelares. Concretos preparados com agregados de britagem exigem 20% mais água de amassamento do que os preparados com agregados naturais, sendo os grãos lamelares os mais prejudiciais. Apesar disso, concretos de agregados de britagem têm maiores resistências ao desgaste e à tração, devido a maior aderência dos grãos à argamassa.

2.9.3. Substâncias nocivas São aquelas existentes nas areias ou britas que podem afetar alguma propriedade desejável no concreto fabricado com tal agregado. a) Reatividade Álcali-Agregado (ou Reatividade Potencial): as reações álcali-agregado são processos químicos que envolvem os álcalis do cimento e agregados cujas características minerais ou texturais os tornam reativos. Seus produtos são géis alcalinos e materiais cristalinos expansivos que, desenvolvendo-se em fissuras e vazios da argamassa

- 91 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I e, eventualmente, dos agregados, promovem a abertura e propagação das descontinuidades, com conseqüente aumento da permeabilidade e diminuição da resistência química do concreto a agentes externos. Por serem processos químicos favorecidos pela variação de umidade, ocorrem preferencialmente em concretos de barragens. A caracterização das reações álcali-agregado através de seus produtos permite avaliar o grau de comprometimento da estrutura e balizar eventuais ações para minimização dos danos decorrentes. Experimentalmente, o teor máximo de álcalis para os cimentos é determinado em 0,6% quando os agregados utilizados para produção de concretos contiverem tais minerais. b) Teor de cloretos (encontrados nas areias de dunas e praias): os cloretos têm efeito danoso em concretos destinados à estruturas armadas, porém são utilizados como aceleradores de pega. O cloreto ataca o aço das armações de modo que a seção reta de uma barra pode crescer até 16 vezes o tamanho original, lascando o concreto e expondo a armação, reduzindo a capacidade de trabalho das peças estruturais. O teor máximo de cloreto de sódio é 0,08% do peso da areia. c) Argila em torrões: partículas presentes nos agregados, suscetíveis de serem desfeitas pela pressão entre os dedos polegar e indicador, (nos agregados miúdos o máximo é de 1,5%, em peso seco) d) Material pulverulento: material impalpável que pode ser encontrado na superfície dos grãos do agregado graúdo, o qual pode prejudicar a aderência da argamassa, reduzindo o desempenho do concreto. Nos concretos submetidos ao desgaste superficial, o percentual máximo em peso de material pulverulento é de 3,0% e para os demais concretos, 5%. e) Materiais friáveis e materiais carbonosos: (constituídos de partículas de carvão, madeira e matéria vegetal sólida, é permitido um máximo de 0,5% para concretos onde a aparência é importante e de 1,0 % para os demais concretos), assim como a argila em torrões pode desfazer-se com a pressão dos dedos. f) Fragmentos macios e friáveis: alteram a distribuição granulométrica e introduzem material de alta absorção de água, o que altera a trabalhabilidade e a resistência do concreto. g) Óleos: podem atacar quimicamente o concreto. Penetram nos poros do concreto seco e, por sua ação lubrificante reduzem a resistência do mesmo, podem destruir a aderência entre a argamassa, os grãos e a armação, resultando na desagregação do concreto.

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2.10. Umidade e inchamento do agregado miúdo a) Umidade: Os vazios do agregado miúdo podem tornar-se parcial ou totalmente cheios de água. Se parcialmente cheios, o agregado diz-se úmido se, completamente cheios, o agregado diz-se saturado. A absorção de água é devida aos poros existentes no material dos grãos.

Condições de umidade dos Agregados:

De acordo com a figura acima, podemos descrever: - agregado seco em estufa: isento de umidade livre, quer seja na superfície externa ou umidade interna, expelidas pelo calor. Toda a água “evaporável” do agregado foi removida pelo aquecimento a 100 C. o

Capacidade de absorção: é a quantidade total de água requerida para trazer um agregado da condição seca em estufa para a condição sss. Absorção efetiva: é definida como a quantidade de água requerida para trazer o agregado da condição seca ao ar para a condição sss. Umidade superficial: é a quantidade de água em excesso além da requerida para a condição sss (veja adiante mais alguns detalhes). A absorção e a umidade superficial do agregado são de grande importância nas pesquisas de concreto, pois estão diretamente ligadas à quantidade de água de amassamento. Para um mesmo agregado, maior absorção indica maior porosidade, maior grau de alteração e menor massa específica.

- agregado seco ao ar: sem umidade superficial, mas com alguma umidade interna; - agregado saturado com superfície seca (sss): o agregado é considerado na condição de sss quando, durante o amassamento, não absorver nenhuma parte da água adicionada nem contribuir com nenhuma de sua água contida na mistura. Qualquer agregado na condição de sss possui água absorvida (água mantida à superfície por ação físico-química) na sua superfície, desde que esta água não possa ser removida facilmente do agregado. Esta condição (sss) também pode ser descrita como sendo a fase em que todos os poros permeáveis estão preenchidos e não há um filme de água na superfície; - agregado saturado: com água livre em excesso, o que contribui para alterar o teor de água da mistura (há umidade livre na superfície do agregado).

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Para efeito de dosagem, caracterização de propriedades e fabricação de concreto, o agregado deve ser considerado na condição de saturado com superfície seca (sss), que é a condição em que não absorve nem libera água livre em sua superfície, não alterando assim a quantidade de água de amassamento do concreto. A umidade dos agregados miúdos nos canteiros de obra varia de 2 a 7%, correspondendo ao inchamento que pode variai de 20 a 30% e que depende também da granulometria do material.

Nos agregados miúdos, os tamanhos dos vazios podem ser da ordem, ou até menores, que a espessura da película de água de adsorção (água que adere às superfícies dos grãos). Por isso, o agregado pode ter seus grãos afastados uns dos outros pela película de água. É o fenômeno do inchamento. Nos agregados graúdos, os tamanhos dos vazios são muito maiores que a espessura da película de água, não ocorrendo o inchamento. Podemos então dizer que inchamento é o aumento de volume que sofre a areia seca ao absorver água. Esse fenômeno deve ser levado em consideração na medida do volume da areia para os traços de concreto em volume. O efeito do inchamento da areia pode influir em até 30% na medição de seu volume. Traçando-se a curva de inchamento da areia que está sendo utilizada numa obra, pode-se conhecer a qualquer momento o seu inchamento com a determinação da umidade. A curva terá a seguinte função:

em porcentagem

Inchamento da areia em função da umidade

b) Inchamento nos agregados miúdos:

f(h)I =

- 94 -


- 95 -

Algumas fórmulas para o cálculo de umidade e inchamento nos agregados miúdos:

100)h100(

VV

h

s

o

h +×

γγ

=

ah

ahah γ

PV =

100P

Ph%

secaareia

água ×=

100hC h =

asahágua PPP −= as

asas

PVγ

=

100V

VVI%as

asah ×−

=

+=

100h1PP asah

+=

100I1VV asah

h% = percentual de umidade

I% = percentual de inchamento

Vah= volume de areia úmida

Vas = Vo = volume de areia seca

Pah = peso de areia úmida

Pas = peso de areia seca

γas = massa unitária da areia seca

γah = massa unitária da areia úmida

Vh/Vs = coeficiente de inchamento

Ch = coeficiente de umidade

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I c) Inchamento Máximo e Umidade Crítica A figura abaixo mostra o que ocorre com a areia absolutamente seca (h=0,00%) ao absorver água.

A = Inchamento Máximo B = Define a Umidade Crítica

C = Inchamento Crítico

Observações sobre o gráfico acima: Considerando o crescimento do teor de umidade a partir do valor nulo, verificamos que o coeficiente de inchamento cresce rapidamente, no entanto tal crescimento anula-se ao ser atingido um determinado teor de umidade, o que depende da natureza e da granulometria da areia. Quando o teor de umidade aumenta ainda mais a partir deste ponto, o coeficiente de inchamento diminui até alcançar um valor limite, quando a areia não mais absorve água (areia saturada). No caso do gráfico acima, o máximo valor de I, foi alcançado com 6% de umidade, o chamaremos então de inchamento máximo (pelo gráfico I=1,40), representado no ponto A do gráfico acima. Conceituamos de umidade crítica o teor de umidade a partir do qual o crescimento do coeficiente de inchamento é muito pequeno. Segundo a NBR 6467, para calcularmos a umidade crítica e o inchamento crítico devemos proceder da seguinte maneira: Ligamos o ponto A à origem das coordenadas; Traçamos a reta DB paralela à AO e tangente à curva do inchamento, obtendo-se o ponto B, o qual define a umidade crítica (B = 4,2%); para obter o ponto C sobre a curva do inchamento, o qual define o inchamento crítico, traçamos uma reta perpendicular ao eixo x, na direção do ponto B. Denominaremos inchamento médio o valor do inchamento igual à média aritmética dos valores do inchamento máximo (1,40) e o correspondente ao do ponto C (1,38), portanto o inchamento médio será 1,39.

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2.11. Outros índices de qualidade a) Resistência à Tração: a resistência à tração também depende da direção do esforço, relativamente ao veio da pedra. É determinada pelo ensaio diametral, em que um corpo-de-prova cilíndrico é submetido a um esforço perpendicular ao eixo do cilindro. Sua ordem de grandeza oscila de 10 a 15 MPa. b) Esmagamento: quando o agregado é submetido à compressão, os grãos podem se fraturar, alterando a distribuição granulométrica. O ensaio de esmagamento, conforme a NBR 9938, submete o agregado 9,5/12,5 a um esforço de compressão de 21,5 MPa, causando o fraturamento dos grãos assim como o arredondamento de pontas e arestas, dependendo da friabilidade do material ensaiado. c) Resistência ao choque: o ensaio consiste em deixar cair sobre o corpo-de-prova (cubo de 4 cm de lado) um peso de 45 N (4,5 kg) tantas vezes quantas necessárias para esmagar o choque. Nas alvenarias, resistências da ordem de 1 kJ/m (102 kgm/m ) são mais do que suficientes; nas guias de calçadas devem ser da ordem de 1530 kgm/cm ).

2

2

d) Friabilidade: tendência do material a se desagregar quando submetido a tensão, mesmo moderada. Alguns fragmentos de alteração de granito são muito friáveis, esmigalham-se facilmente.

2

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Argamassas A eficiência de uma argamassa, seja para alvenaria, revestimento ou piso, depende da qualidade da cal e areia, como também da aplicação de traços certos para cada serviço específico. O costume nas obras é usar alguns poucos traços diferentes para uma variedade de serviços, adicionando uma quantidade maior ou menor de cimento.

Os constituintes: a) Cimento: deve ser de fabricação recente, indicadas as quantidades em sacos de 50 kg. b) Cal: com poucas exceções de obras menores, usa-se quase exclusivamente cal hidratada, em sacos de 20 quilos. c) Areia: já que para os diversos tipos de aplicação das argamassas usam-se areia limpa de granulação fina, média, grossa ou média comum, contendo um pouco de argila e impureza, a quantidade a ser usada também depende do grau de umidade da areia, nas dosagens das argamassas. Em seguida são usadas as designações dos diversos tipos de areia:

G = grossa / M = média / F = fina (peneirada) / C = comum / L = lavada A quantidade de areia pode ser indicada em altura de caixas (padiolas) com base de 45 x 35 cm. Para facilitar a medida de 1/2 caixa, marcar internamente a metade da altura com uma ripa triangular. O grau de umidade da areia pode ser considerado seco quando esta ficou muito tempo exposta ao sol ; com 3% de umidade, quando a areia com sua umidade original estava depositada em tempo nublado; e 5% de umidade em tempo chuvoso. A umidade é medida em relação ao peso da areia seca.

Preparação da argamassa:

O amassamento precisa ser contínuo e durar um minuto e meio, a contar do momento

em que todos os componentes da mistura, inclusive a água, tenham sido lançados no misturador.

O amassamento manual é feito em masseiras, tabuleiros ou superfícies planas

impermeáveis e resistentes. Mistura-se normalmente a seco os agregados, revolvendo-se os materiais com pá, até que a mescla adquira coloração uniforme.

Dá-se então à mistura forma de cone e adiciona-se, paulatinamente, a água

necessária no centro da cratera assim formada. O amassamento é processado com o devido cuidado para se evitar perda de água ou segregação dos materiais, até se conseguir uma massa homogênea de aspecto uniforme e consistência plástica adequada.

Serão preparadas quantidades de argamassa na medida das necessidades dos serviços a executar em cada etapa, de maneira a evitar o endurecimento antes do emprego.

As argamassas devem ser preparadas mecanicamente ou manualmente quando a quantidade for insuficiente para justificar o uso de um misturador.

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As argamassas contendo cimento devem ser usadas dentro de duas horas e meia, a contar do primeiro contato do cimento com água. Nas argamassas de cal, contendo pequena proporção de cimento, a sua adição se realiza no momento do emprego.

Não utilizar argamassa que apresente vestígios de endurecimento. É expressamente

vedado reamassá-la. Não é admitido mesclar o cimento Portland com gesso, dada a incompatibilidade

desses materiais. Argamassas de gesso necessitam de um aditivo retardador de pega.

Esta leitura complementar foi retirada do livro “Manual Prático de Materiais de Construção”

do autor Ernesto Ripper, editora Pini. **********************************************************************************************

Falando um pouco sobre areia para concreto Deve-se dar especial atenção ao uso dos agregados no concreto e nas argamassas, considerando que o maior volume destes elementos importantes de uma construção é formado por estes agregados, que são materiais menos homogêneos, usados no canteiro de obra. Além da necessidade de verificar a qualidade da matéria-prima e da escolha das dimensões e das proporções entre miúdos e graúdos, uma especial atenção deve ser dada às impurezas ainda que admissíveis, conforme suas quantidades e as diversas aplicações. As impurezas podem ser húmus, torrões de argila, ramos, carvão, .... Húmus prejudica a pega e o endurecimento do concreto, diminuindo sua resistência. O ácido húmico neutraliza a água da argamassa e forma uma película sobre os grãos de areia, diminuindo a aderência com a pasta de cimento ou cal. Torrões de argila têm pouca resistência e originam vazios que diminuem a resistência do concreto e a eficiência da argamassa. Carvão pode intumescer (endurecer), rachar e desagregar o concreto e perturbar o endurecimento do concreto e argamassa. Veremos adiante um pouco mais sobre as impurezas nos agregados- Areia para concreto A areia para concreto deve ser grossa, lavada e limpa. A areia fina não é recomendável, pois compromete a resistência do concreto. Além das impurezas já assinaladas, não deve haver mica e partículas vegetais. Impurezas com teor maior do que 3% em volume, sendo material carbonoso no máximo 1%, para concreto comum, e 0,5% para concreto aparente, prejudicam a qualidade do concreto. A cor escura da areia é indício de material orgânico, exceto quando esta se origina de rochas escuras. Antes do uso da areia, deve-se diariamente verificar o seu teor de umidade, para determinar a variação da quantidade de areia e da água a ser usada na dosagem. Veja abaixo: - Quando a areia chega do porto em tempo seco, pode-se considerar o aumento do volume da areia em 3%, em tempo chuvoso, em 5%.

- 99 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I - No caso de concreto aparente, deve-se usar sempre a mesma qualidade de areia e do mesmo fornecedor, para evitar alteração da coloração do concreto aparente. - Argila e silte envolvem os grãos dos agregados, formando películas que não se separam durante a mistura, reduzindo a aderência entre a pasta e a areia, em detrimento da resistência do concreto e aumentando sua retração. Quanto ao transporte: No recebimento da areia deve-se considerar que, durante o transporte no caminhão, a areia se assente, diminuindo o volume a fornecer. Por esse motivo o pessoal do caminhão revolve a areia antes de chegar ao canteiro. Assim sendo, não se pode calcular a quantidade certa em volume de areia fornecida. O volume de areia deve ser medido na boca da betoneira. A descarga deve ser feita diretamente na boca larga dos depósitos de agregados. Quanto a estocagem:

O depósito de areia deve ser feito em terreno seco e plano, com proteção contra invasão de água durante as chuvas. Para não dispersar areia, recomenda-se fazer em volta deste depósito uma barreira de tábuas. Se houver chuvas fortes e prolongadas, convém cobrir a areia com uma manta plástica.

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Concretos

Verificação das formas

Corpos de prova moldados

Verificação da Consistência: Slump Test

Saturação das formas Lançamento e adensamento do concreto

Moldagem de corpos de prova

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Identificação do corpo de prova Desforma dos corpos de prova

Prensa para ruptura dos corpos de prova

Transporte dos corpos de prova Cura dos corpos de prova após 24h

Corpos de prova capeados

- 102 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I 3. Concreto

3.1. Introdução Nesta seção, serão descritas importantes aplicações do concreto, examinando-se as razões pelas quais o concreto é o material estrutural de maior uso na atualidade. Também abordaremos algumas propriedades dos concretos, como por exemplo resistência, módulo de elasticidade, tenacidade, estabilidade dimensional e durabilidade.

3.1.1. O concreto como material estrutural

O material mais largamente usado em construção é o concreto, normalmente feito com a mistura de cimento Portland com areia, pedra e água. Em apenas 1 ano nos Estados Unidos, 63 milhões de toneladas de cimento Portland foram convertidas em 500 milhões de toneladas de concreto, cinco vezes o consumo de aço, em massa. Em muitos países, o consumo de concreto é l0 vezes maior que o de aço. O consumo mundial total de concreto, em um ano, foi estimado em três bilhões de toneladas, ou seja, uma tonelada por ser humano vivo. O homem não consome nenhum outro material em tal quantidade, a não ser a água. Hoje, a proporção em que o concreto é usado é muito diferente do que o era há 30 anos atrás. Estima-se que o atual consumo mundial de concreto é da ordem de 5,5 bilhões de toneladas por ano. O concreto não é nem tão resistente nem tão tenaz quanto o aço, então, por que é o material mais largamente usado na engenharia? Há algumas razões para isso. Primeiramente, o concreto possui excelente resistência à água. Ao contrário da madeira e do aço comum, a capacidade do concreto de resistir à ação da água, sem deterioração séria, faz dele um material ideal para estruturas destinadas a controlar, estocar e transportar água. De fato, uma das primeiras aplicações conhecidas do concreto consistiu em aquedutos e muros de contenção de água, construídos pelos romanos. O uso de concreto em barragens, canais, canalizações para conduzir água e tanques para estocagem é, na atualidade, visto normalmente em quase todo o mundo. A durabilidade do concreto a alguns tipos de águas agressivas é responsável pelo fato do seu uso ter sido estendido a muitos ambientes agressivos tanto industriais quanto naturais. Elementos estruturais expostos à umidade, tais como estacas, fundações, sapatas, pisos, vigas, pilares, coberturas, paredes exteriores e pavimentos, são freqüentemente construídos em concreto reforçado com armaduras. A segunda razão para o uso tão difundido do concreto é a facilidade com que elementos estruturais de concreto podem ser executados, numa variedade de formas e tamanhos. Isto porque o concreto fresco tem uma consistência plástica, o que permite ao material fluir nas formas pré-fabricadas. Após um certo número de horas, quando o concreto se solidificou e endureceu, tornando-se uma massa resistente, as formas podem ser removidas para reutilização. A terceira razão para a popularidade do concreto entre os engenheiros, é que ele é normalmente o material mais barato e mais facilmente disponível no canteiro. Os principais ingredientes para execução de concreto - cimento Portland e agregados - são relativamente baratos e comumente disponíveis na maior parte do mundo. Apesar de em certas áreas geográficas o custo do concreto poder chegar a 80 dólares por tonelada, em outras ele cai

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I para 20 dólares por tonelada, o que corresponde somente a 2 centavos de dólar por quilograma. Comparado à maioria dos outros materiais de engenharia, a produção do concreto requer consideravelmente menor consumo de energia. Além disso, grande quantidade de restos industriais podem ser reciclados no concreto, substituindo o material cimentante ou os agregados.

3.1.2. Algumas definições a) Concreto: é uma mistura de agregados (miúdos e graúdos), cimento e água. Estes três materiais, reunidos e bem misturados, constituem uma massa plástica que endurece no fim de algumas horas, transformando-se em verdadeira pedra artificial com o decorrer do tempo. A fixação, na confecção de um concreto, das quantidades dos três elementos indicados, principalmente as do cimento e da água, constitui assunto importante para o engenheiro e o mestre-de-obras. b) Concreto armado: é aquele que contém normalmente barras de aço, projetadas levando-se em consideração que os dois materiais resistam juntos aos esforços. c) Concreto protendido: é um concreto no qual, pela tração de cabos de aço, são introduzidas pré-tensões de tal grandeza e distribuição, que as tensões de tração resultantes do carregamento são neutralizadas a um nível ou grau desejado. Uma grande parte do concreto encontra aplicação em elementos de concreto armado ou protendido. d) Concreto projetado: refere-se a uma argamassa ou concreto, transportado pneumaticamente através de uma mangueira e projetado sobre uma superfície a uma alta velocidade.

3.1.3. Componentes do concreto O concreto é um material composto que consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante, dentro do qual estão mergulhadas partículas ou fragmentos de agregados. No concreto de cimento hidráulico, o meio aglomerante é formado por uma mistura de cimento hidráulico e água. O agregado é o material granular, tal como a areia, o pedregulho, ou a pedra britada. O termo agregado graúdo se refere a partículas de agregado maiores do que 4,8 mm e o termo agregado miúdo se refere a partículas de agregado menores que 4,8 mm, porém maiores que 75 mm Pedregulho é o agregado graúdo resultante da desintegração natural e abrasão da rocha ou do processamento mecânico (britagem) de conglomerados fracamente cimentados. O termo areia é normalmente usado para o agregado miúdo resultante da desintegração natural e da abrasão de rochas ou processamento de rochas arenosas friáveis. Pedra britada é o produto resultante da britagem industrial de rochas, seixos rolados ou pedras arredondadas graúdas.

Escória de alto forno, um subproduto da indústria do aço, é o material obtido pela britagem da escória que solidificou sob condições atmosféricas.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Argamassa é uma mistura de areia, cimento e água. É essencialmente um concreto sem agregado graúdo. Graute é uma mistura de material aglomerante com agregado, normalmente miúdo, ao qual se adicionou água suficiente para produzir uma consistência fluida, sem segregação de seus constituintes. Cimento é um material finamente pulverizado, que sozinho não é aglomerante, mas desenvolve propriedades ligantes, como resultado da hidratação (isto é, de reações químicas entre os minerais do cimento e água). Um cimento é chamado hidráulico quando os produtos de hidratação são estáveis em meio aquoso. O cimento hidráulico mais utilizado para fazer concreto é o cimento Portland, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidratados. Os silicatos de cálcio hidratados, formados pela hidratação do cimento Portland, são os principais responsáveis por sua característica adesiva e são estáveis em meios aquosos.

3.1.4. Tipos de concreto Baseado na massa específica, o concreto pode ser classificado em três grandes categorias . 4

• Concreto de peso normal ou concreto corrente: é o concreto contendo areia natural e seixo rolado ou pedra britada, geralmente pesando 2400 kg/m e é mais usado geralmente para peças estruturais.

3

• Concreto leve: para aplicações em que se deseja uma alta relação resistência/peso, é possível reduzir a massa específica do concreto, usando-se certos agregados leves estruturais. O termo concreto leve é usado para concreto cujo peso específico é menor que 1800 kg/m e a resistência a compressão varia de 25 a 40 MPa. 3

• Concreto pesado: preparado com minerais de alta massa específica, é cerca de 50% mais pesado do que um concreto normal contendo agregado convencional, este tipo de concreto é utilizado para bloquear a radiação em usinas nucleares, na blindagem de radiações, este concreto é produzido a partir de agregados de alta densidade e que geralmente pesa mais do que 3200 kg/m3. A classificação do concreto quanto à resistência à compressão, referida aos 28 dias, será: • Concreto de baixa resistência: resistência à compressão menor que 20 MPa. • Concreto de resistência moderada: resistência à compressão de 20 a 40 MPa. • Concreto de alta resistência: resistência à compressão superior a 40 MPa.

As definições anteriores de concreto como uma mistura de cimento, agregados e água não incluem um quarto componente, os aditivos, que quase sempre são usados atualmente. O uso de aditivos no concreto é hoje largamente disseminado, devido aos vários benefícios resultantes da sua correta aplicação. Por exemplo, aditivos químicos podem modificar as características de pega e de endurecimento da pasta, influindo na taxa de hidratação do cimento. Aditivos redutores de água podem tornar plásticos concretos frescos, reduzindo a tensão superficial da água. Aditivos incorporados de ar podem melhorar a durabilidade do concreto exposto ao frio e aditivos minerais (materiais contendo sílica reativa), podem reduzir a fissuração térmica do concreto massa.

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4 Para maiores detalhes sobre este assunto consulte o livro “Concreto, Estrutura, Propriedades e Materiais, da Ed. Pini.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I O concreto de resistência moderada é o concreto normal ordinário ou corrente, usado na maioria das estruturas. O concreto de alta resistência é usado para aplicações especiais. Dosagens típicas dos materiais para produzir concreto de baixa, moderada e alta resistências, com agregados normais, são mostrados na tabela a seguir:

Baixa Resistência Resistência Moderada Alta Resistência

Kg/m 3 Kg/m 3 Kg/m 3

Cimento 255 356 510 Água 178 178 178

Agregado miúdo 801 890 Agregado Graúdo 1169 872 Fator a/c em massa 0,70 0,35 Resistência em MPa 18 60

A estrutura do concreto consiste no tipo, na quantidade, no tamanho, na forma e na distribuição das fases presentes num sólido do material. Tal estrutura pode ser classificada em macroestrutura ou microestrutura. Macroestrutura → estrutura grosseira, vista a olho nu.

3.2.1. Fases do concreto a nível macroscópico

Ao analisarmos, macroscopicamente, um corpo de prova de concreto rompido, observamos somente a presença de duas fases:

• Fase pasta de cimento (meio ligante)

3.2.2. Fases do concreto a nível microscópico

Microscopicamente, também podemos perceber a diferença, quando analisamos a estrutura de corpos de prova de concreto preparados com diferentes traços. Caso os corpos de prova possuam traços com a mesma quantidade de cimento, porém com diferentes quantidades de água e analisados em diferentes intervalos de tempo, observaremos, geralmente, que o volume de vazios capilares na pasta decresce com a diminuição da relação a/c ou com a idade crescente de hidratação. Por que o volume de vazios capilares decresce com a relação a/c?

848 1032 0,50 30

3.2. Estrutura do Concreto

Microestrutura → representa uma porção aumentada da macroestrutura.

• Fase agregado (partículas de tamanho e forma diferentes)

Ao analisarmos uma estrutura de concreto microscopicamente, podemos perceber que o meio ligante pode apresentar-se tão denso quanto a fase agregado, como também pode apresentar-se de forma porosa.

O concreto é formado por água, areia, cimento e pedra (brita). A idade crescente de hidratação consiste nas reações de hidratação que ocorrem com os grãos de cimento, os quais necessitam de uma quantidade ideal de água, ou seja, nem em excesso nem em falta.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Quando ocorre água em excesso, todos os grãos de cimento hidratam-se e ainda assim, resta água na mistura de concreto. O que ocorre com essa água restante? Tal água restante tende a evaporar originando os vazios capilares na estrutura do concreto.

Caso a água da mistura seja insuficiente para que ocorram todas as reações de hidratação em todos os grãos de cimento, aqueles que não se hidrataram constituirão um meio “farinhento”, pois somente através da reação do cimento Portland com a água é que a pasta torna-se um meio ligante (aglomerante). Microscopicamente, também podemos dizer que existe uma terceira fase na estrutura do concreto além das outras duas percebidas a olho nu, a qual pode ser classificada como zona de transição, que representa a região interfacial entre as partículas de agregado graúdo e a pasta. A zona de transição é geralmente mais fraca que as outras duas fases do concreto (agregado e pasta) exercendo grande influência sobre o comportamento mecânico do concreto.

• Fase agregado (partículas de tamanho e forma diferentes) • Fase pasta de cimento (meio ligante) • Fase de transição ou zona de transição.

a) Estrutura da fase agregado Algumas propriedades do concreto, como por exemplo, massa unitária, módulo de elasticidade e estabilidade dimensional dependem muito da densidade e resistência do agregado, que, por sua vez, são determinadas mais por características físicas do que por características químicas da estrutura do agregado. Isto significa que as características físicas do agregado, como volume, tamanho, forma, textura e distribuição dos poros, são mais importantes do que a composição química do mesmo.

Indiretamente, o tamanho e a forma do agregado graúdo podem afetar a resistência do concreto. Quanto maior o tamanho do agregado no concreto e mais elevada a proporção de partículas chatas e alongadas, maior será a tendência do filme de água se acumular próximo à superfície do agregado, enfraquecendo assim a zona de transição pasta-agregado, tornando-a propensa à fissuração. Tal fenômeno é conhecido como exsudação interna.

E se a água for insuficiente para que ocorram todas as reações de hidratação dos grãos de cimento? O que ocorrerá?

Em resumo, microscopicamente, o concreto apresenta três fases:

Agora vamos analisar, separadamente, cada uma das fases do concreto.

A fase agregado geralmente é mais resistente do que as duas outras fases do concreto, podemos dizer que a fase agregado não é a principal responsável pela resistência do concreto, ou seja, tal concreto terá uma resistência menor do que a resistência do agregado. Contraditoriamente, quando o agregado for altamente poroso e fraco (por exemplo, a pedra pome) poderá influenciar na resistência do concreto.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I A figura abaixo representa a exsudação em concreto recém lançado:

b) Estrutura da pasta endurecida A estrutura da pasta endurecida é resultado das cimento e a água.

É importante saber que o cimento por si só, n(ligantes), somente após as reações de hidrataçãocaracterística, o que possibilita a aglutinação entre o Durante as reações de hidratação do cimento Portde calor (reações exotérmicas), no entanto, é necesalgumas vezes e desfavorável em outras.

Também é muito importante conhecer a velocidadetermina o tempo de pega e de endurecimento. A para permitir o lançamento do concreto na forma, poum rápido endurecimento. Os primeiros cristais aciculares (que tem forma minutos de hidratação do cimento Portland, devidaluminato e íons hidroxila. Tais cristais são conhecespaço vazio ocupado pela água e partículas de cimcristais prismáticos grandes de hidróxido de cálcio de cálcio hidratado. Após alguns dias, dependendo Portland, a etringita pode tornar-se instável e dehidratado, que tem a forma de placas hexagonaPortland, tanto com baixo teor de sulfato como daluminatos de cálcio hidratados, os quais também po b.1) Sólidos na pasta de cimento hidratado

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A água exsudada internamente tende a acumular-se na vizinhança de partículas de agregado, grandes alongadas e chatas. Nestas regiões, a zona de transição existente entre a pasta de cimento e o agregado tende a ser mais fraca e propensa a fissuração. Este fenômeno é responsável pela ruptura da

reações químicas entre os minerais do

ão possui características aglomerantes dos seus grãos é que este adquire tal s compostos do concreto.

land é liberada determinada quantidade sário conhecê-la, pois pode ser favorável

de das reações de hidratação, o que reação inicial deve ser lenta o suficiente rém após o seu lançamento é desejável

de agulha) são formados após alguns o às combinações entre cálcio, sulfato, idos como etringita. Horas mais tarde, o

ento em dissolução, vão dando lugar a e pequenos cristais fibrilares de silicatos da proporção alumina-sulfato do cimento compor-se para formar o monosulfato is. Em pastas hidratadas de cimento e elevado teor de C A, formam-se os ssuem morfologia em placa hexagonal.

3

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I São quatro as principais fases sólidas presentes na pasta de cimento hidratado. b.1.1) silicato de cálcio hidratado; b.1.2) hidróxido de cálcio;

b.1.4) grãos de clínquer não hidratado.

Vamos falar um pouco sobre cada uma destas

A estrutura cristalina interna do C-S-H é semisso algumas vezes é chamado gel de tobermoA estrutura do C-S-H ainda não foi completamBrunauer” sugere que o material tenha uma eselevada (100 a 700 m /g) e a resistência do mVan der Waals.

2

2

b.1.3) Sulfoaluminatos de cálcio → ocupam endurecida. Durante a fase inicial de hidrataçãfavorece a formação da etringita (C A6 S Hprimários aciculares. Nas pastas de cimento P

3

(monossulfato hidratado), o que tovulnerável ao ataque por sulfato. b.1.4) Grãos de clínquer não hidratado → acimento hidratado, podemos perceber a prhidratado, o que dependerá da distribuição dodo grau de hidratação. Primeiramente hidratamaiores tornam-se menores. Em idades postehidratação in loco de partículas de clínquer resmuito denso, semelhante a uma partícula origin

A pasta endurecida possui, além dos sólidos de Veja abaixo alguns tipos de vazios que podem

b.2.1) Vazio interlamelar C-S-H → estes vazpequenos para afetar a resistência e a permeretirada destes vazios por pontes de hidrocondições pode contribuir para a retração por s

Durante a hidratação do cimento, os progradativamente o espaço que anteriormente

b.1.3) sulfoaluminatos de cálcio

b.1.1) Silicato de cálcio hidratado (C-S-H) →sólidos de uma pasta de cimento completamdeterminação das propriedades da pasta.

b.1.2) Hidróxido de cálcio [Ca(OH) ] → seuscerca de 20 a 25% do volume de sólidos na papara a resistência é inferior ao do C-S-H, devVan der Waals).

184 HSAC

3

b.2) Vazios na pasta endurecida

b.2.2) Vazios capilares → de formato irregulasólidos da pasta, conhecido também como poro

- 10

Não se esqueça das abreviaçõesutilizadas na química do cimento: C = CaO S = SiO2 A = Al2O3

F = Fe2O3 S = SO3 H = H2O

quatro fases:

elhante à do mineral natural tobermorita, por rita. ente definida, porém o “Modelo de Powers-trutura em camada com uma área específica aterial é atribuída principalmente a forças de

de 15 a 20% do volume de sólidos na pasta o a relação iônica sulfato-alumina da solução

- trissulfato hidratado), formando cristais ortland comum, a etringita transforma-se em

2

rna o concreto feito com cimento Portland

o analisarmos microscopicamente a pasta de esença de alguns grãos de clínquer não tamanho das partículas de cimento anidro e m-se as partículas menores de clínquer e as riores, devido a falta de espaço disponível, a ulta na formação de um produto de hidratação al de clínquer.

scritos anteriormente, espaços vazios.

aparecer nesta pasta:

ios são da ordem de 5 a 25 A , logo muito abilidade da pasta. Porém, a água pode ser

gênio e a sua remoção sob determinadas ecagem e para a fluência.

dutos formados por esta reação ocupam era preenchido somente pela água e pelo

corresponde, em volume, de 50 a 60% dos ente hidratado. É a fase mais importante na

cristais (grandes e hexagonais) representam sta hidratada. O seu potencial de contribuição ido a uma menor área específica (forças de

o

r representam o espaço não preenchido pelos sidade.

9 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I cimento. Para se ter uma idéia, 1 cm3 de cimento ocupa aproximadamente 2 cm3 de volume após a hidratação completa do cimento. E, entende-se por vazios capilares o espaço que não é ocupado pelo cimento e nem pelos produtos de hidratação. O tamanho e o volume dos capilares é determinado pela distância inicial entre as partículas de cimento anidro na pasta de cimento recém-misturada e o grau de hidratação do cimento. b.2.3) Ar incorporado → são espaços vazios de formato esférico. Tais vazios são maiores que os vazios capilares, podendo afetar negativamente a sua resistência e impermeabilidade. b.3) A água na pasta endurecida Se analisarmos microscopicamente um corpo de prova de concreto, sem que antes seja feito uma secagem à vácuo, percebemos que nos poros da pasta endurecida fica retida uma certa quantidade de água, o que pode ser resultado da umidade ambiente e da porosidade da pasta. A água pode apresentar-se sob a forma de vapor no interior dos poros ou então nos seguintes estados: água capilar, água adsorvida, água interlamelar e água quimicamente combinada. Esta classificação dá-se pelo grau de facilidade com que podem ser removidas. Veremos o que significa cada um destes tipos de água: b.3.1) Água capilar: é o volume de água que está livre da influência das forças de atração exercidas pela superfície sólida. A água capilar pode ainda ser classificada em duas categorias: água livre e água retida por tensão capilar. • água livre: esta água é retida em grandes vazios (diâmetro > 0,05 µm) e a sua remoção não causa qualquer variação de volume. • água retida por tensão capilar: esta água é retida em pequenos capilares (5nm < φ < 50 nm) e sua remoção pode causar retração. b.3.2) Água adsorvida ou água capilar: devido a força de atração, as moléculas de água são fisicamente adsorvidas na superfície dos sólidos da pasta. A perda desta água é responsável principalmente pela retração da pasta na secagem. b.3.3) Água interlamelar: é a água associada à estrutura do C-S-H, a qual é perdida somente por secagem forte, quando tal água é retirada a estrutura do C-S-H retrai-se consideravelmente. b.3.4) Água quimicamente combinada ou água de cristalização: esta água é parte integrante da estrutura de vários produtos hidratados do cimento, não é perdida na secagem, somente é liberada quando os produtos hidratados são decompostos por aquecimento. c) Estrutura da fase de transição Apesar da zona de transição ser constituída do mesmo material que a pasta matriz, ambas comportam-se de maneira bastante diferente. Logo que um concreto é compactado, forma-se ao redor das partículas grandes do agregado graúdo, um filme de água, o que pode levar a uma maior relação a/c neste local, denominado zona de transição. Com o aumento da relação a/c tem-se uma diminuição da resistência. A zona de transição é sujeita à fissuração antes mesmo da estrutura ser carregada.

3.3. Propriedades do concreto

3.3.1. Traço

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I O traço é a indicação das quantidades dos materiais que entram no concreto. Existem três sistemas: a) O traço em volume de todos os materiais, inclusive do cimento, é o sistema corrente em pequenas obras, porém o mais imperfeito e incerto, e por isso mesmo não deve, em absoluto, ser empregado numa grande obra. Os traços 1:2:4, 1:3:6 e 1:2:5 etc, fixados a olho, independentemente da graduação dos materiais e da quantidade de água produzem quase sempre concretos de resistência desconhecida. Esse método arbitrário deve ser combatido, já que não oferece nenhuma confiabilidade.

britadapedradelitrospareiadelitrosa

cimentodelitropa

1::1

A medida em volume do cimento dá origem a grandes erros e a desagradáveis surpresas na resistência do concreto, pois bem sabem os mestres-de-obras que se pode encher o volume de um litro com 1,0 ou 1,8 kg de cimento, conforme o grau de compactação. b) O traço dos agregados em volume e do cimento em massa é um sistema um pouco melhor. Fixam-se o cimento e a água em peso e, os agregados miúdos e graúdos são medidos em volume. Como o cimento e a água são os elementos que mais influência têm na resistência, o seu controle em peso praticamente garante a resistência que se deseja, com relativa regularidade. É um método rápido e muito bom para obras médias. c) O traço em massa de todos os materiais é utilizado nas centrais de concreto e em grandes obras. Pesa-se automaticamente tudo que entra na betoneira: agregados, cimento e água. Obtém-se assim uma resistência requerida correta e um concreto uniforme.

britadapedradekgpareiadekgacimentodekg

pa1

::1

O traço em massa também pode assim ser apresentado:

+ )(1

:1britaareiaagregadosdekgm

cimentodekgm

Quantidade de materiais por metro cúbico de concreto A partir do traço unitário em massa, podemos considerar a fórmula abaixo para calcular a quantidade de cimento para produzir 1m3 de concreto:

a/cME

bME

aME

11000Pc

bac

+++= , onde:

- 111 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Pc = Peso de cimento (ou melhor massa de cimento), MEc = Massa específica do cimento, MEa = Massa específica da areia, MEb = Massa específica da brita, a/c = Relação água/cimento. A fórmula acima pode ser assim deduzida: Volume de concreto = Volume de cheios de cimento + Volume de cheios de areia + Volume de cheios de brita + Volume de cheios de água, isto é:

cheioságua

cheiosbrita

cheiosareia

cheioscimentoconcreto VVVVV +++=

MaterialdoEspecíficaMassaMaterialdoMassaVcheios =

ag

ag

b

b

a

a

c

cconcreto ME

mMEm

MEm

MEm

V +++=

1ag

b

b

a

a

c

cconcreto

mMEm

MEm

MEmV +++=

Para calcular a quantidade dos outros materiais, deve-se proceder como mostrado abaixo. Para ficar mais próximo da realidade, diremos que massa de cimento é o mesmo que peso de cimento (apesar de sabermos que não é), podendo-se aplicar esta mesma idéia para os outros materiais.

caPPPcP

ca cágág //

PbP

PaP

Cb

Ca

×=∴=

×=

×=

1

/ caPME

PbME

PaME

PV c

b

c

a

c

c

cconcreto

×+

×+

×+=

Colocando Pc em evidência:

- 112 -


+++= ca

MEb

MEa

MEPcV

bacconcreto /1

Para um volume de 1m3 de concreto, ou 1000dm3, teremos:

ca

MEb

MEa

ME

Pc

bac

+++= 1

1000 ,cqd

3.3.2. Resistência do concreto As pedras dos agregados devem ser sempre de uma rocha muito mais resistente do que a pasta de água e cimento. O concreto rompe na pasta, na maioria das vezes na zona de transição, seu ponto mais fraco, e não nas pedras. O fenômeno do endurecimento resulta da coesão (força de aderência) desenvolvida entre os cristais que se formam na pasta de cimento. A existência de vazios na pasta, diminui a superfície de contato dos cristais e reduz a resistência da pasta. O excesso de água, necessária até certo limite para dar consistência conveniente ao concreto, em relação à necessária para as reações químicas com o cimento, dá origem aos poros situados entre os cristais, diminuindo-lhes a superfície de contato. Portanto, quanto mais água em relação ao cimento da pasta, tanto mais poros e menor a resistência, que vai depender, assim, da relação a/c (A/C). Para certos casos, um traço de 1:7 poderá dar a mesma resistência que a da riquíssima dosagem 1:4. O resultado depende unicamente dos teores relativos de água e de cimento. Não se deve concluir, entretanto, que os traços pobres podem substituir, sem limites, as dosagens ricas. A prática exige que se empregue água suficiente para a obtenção de um concreto plástico ou trabalhável. Este critério de “trabalhabilidade” ditará, em todos os casos, a mínima quantidade de água que deve ser usada. Daí a necessidade de ter-se em mente a seguinte regra: “Empregue a menor quantidade de água que lhe possa assegurar um concreto plástico”. Torna-se, desse modo, evidente a importância de qualquer método de traçar, misturar e colocar o concreto, que permita ao construtor reduzir ao mínimo a relação a/c. Em dosagem de concreto designamos um peso de água por “a”; e um peso de cimento por “c”. O que manda na resistência do concreto é a relação água/cimento (a/c).

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3.3.3. Importância da relação água/cimento A importância da relação a/c na resistência do concreto, vai ser posta em destaque com as seguintes considerações: 1 L de água colocado a mais numa massada de concreto de um saco de cimento reduz-lhe a resistência na mesma proporção que se verificaria se dela fossem tirados cerca de 2 kg de cimento. A razão pela qual um traço mais rico dá uma resistência mais elevada não é exclusivamente devida à maior quantidade de cimento empregada, mas também porque esse concreto é usualmente suscetível de ser amassado, com uma quantidade de água tal que lhe garanta uma relação a/c menor do que a dos traços pobres. Uma mesma relação a/c não oferece resistência igual para qualquer cimento, já que eles variam. Numa obra, adotada uma dada marca, pode-se saber qual a resistência correspondente a cada relação a/c. Para isso existem curvas feitas em laboratórios. Ao se iniciar a obra, o engenheiro já deve ter os cálculos dessa relação e saber os esforços a que cada peça vai ser submetida. Com um coeficiente de segurança ele calcula, então, a resistência que o concreto deve apresentar para resistir a esses esforços. Conhecendo a resistência de que precisa para o concreto, e já tendo escolhido uma marca de cimento, o engenheiro usa a curva desse cimento, que dá a resistência para cada relação a/c. Assim, ele tira, da curva, a relação a/c que deve ser usada e respeitada na obra. Para se chegar ao traço, falta saber quanto se deve adicionar de agregado miúdo e graúdo, sendo que, quanto maior for a quantidade desses materiais, tanto mais barato ficará o concreto. Existe, entretanto, um limite: o concreto deve ser plástico e trabalhável. Podemos afirmar que trabalhabilidade é a propriedade do concreto fresco que identifica sua maior ou menor aptidão de ser empregado com determinada finalidade, sem perda da sua homogeneidade. Além da relação a/c, outros fatores que influem na resistência do concreto são: a) Qualidade da água: a água não deverá conter elementos que perturbem as reações de endurecimento, como óleo, ácidos etc. b) Impurezas no agregado: a existência de matéria orgânica e de argila, além de certos limites, enfraquece a pasta: diminui, portanto, a resistência do concreto. Causas que originam concretos de consistência não-plástica: a) quantidade de água muito baixa; b) quantidade de agregado muito elevada; c) proporção de agregado graúdo muito elevada em relação ao agregado miúdo. Um concreto de consistência plástica pode apresentar-se com diversos aspectos, segundo seu grau de mobilidade, maior ou menor facilidade que apresenta para ser moldado e para deslizar entre os ferros da armadura, sem separação de seus componentes. A natureza da obra, o espaçamento das paredes das formas e a distribuição de ferros impõem uma consistência adequada.

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3.3.4. Medida da consistência do concreto A medida da consistência serve usualmente como uma aproximação da medida efetiva da trabalhabilidade. Os processos mais comuns baseiam-se na aplicação de uma determinada força e a medida da deformação causada; ou a determinação de força – ou trabalho – necessária para produzir uma deformação preestabelecida. Um dos métodos mais conhecidos e utilizados, especialmente no Brasil, devido à simplicidade e facilidade de uso na obra, é o ensaio de abatimento, que nada mais é que o “slump test” dos americanos (veja maiores detalhes abaixo). Como se pode verificar, o índice ou grau de consistência é dado pelo abatimento do concreto, expresso em milímetros. O ensaio de abatimento tem seu campo de ação limitado a determinados tipos de concretos, não sendo aplicável a concretos muito secos e a concretos pobres em agregados finos. Conforme aumenta a proporção de agregados nos traços diminui a precisão da medida da consistência pelo abatimento, pois a massa se desagrega ao erguer-se a forma em lugar de se abater, embora o concreto seja suficientemente trabalhável para muitas aplicações. O ensaio de abatimento é, pois, normalmente empregado para controlar a constância do fator a/c. O ensaio e a aparelhagem para medida da consistência pelo abatimento consistem em: dentro de uma forma tronco-cônica de diâmetro de 100 a 200 mm e altura de 300 mm, é colocada uma massa de concreto em três camadas iguais, adensadas, cada uma com 25 golpes, com uma barra de 16 mm de diâmetro e 600 mm de comprimento. Retira-se o molde, devagar, levantando-o verticalmente e determina-se a diferença entre a altura do molde e a da massa de concreto após assentada.

3.3.5. Dados práticos sobre os limites de consistência Considerando uma certa obra (dimensões das peças e tipo de armaduras), supondo satisfatória a dimensão máxima do agregado e admitindo o uso de determinado processo para o transporte, lançamento e adensamento, a trabalhabilidade dependerá apenas da consistência do concreto. Num dado caso de aplicação será possível, entretanto, utilizar-se uma série de misturas, todas trabalháveis, mas com consistências que variam dentro de certos limites: concretos secos, plásticos e fluidos. Assim sendo, a natureza da obra e a energia de adensamento indicarão o grau de consistência (abatimento) mais conveniente para o concreto.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I SLUMP TEST A NBR 6118 diz qfiscalização, com asseu interior e com os A tabela a seguir forfunção dos diferentes

ue a consistência do concreto deve estar de acordo, a critério da dimensões da peça a concretar, com a distribuição das armaduras no processos de lançamento e de adensamento a serem utilizados.

nece indicações úteis sobre os limites dos índices de consistência, em tipos de obras e processos de adensamento.

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Consistência Abatimento (mm) Tipos de obra e condições de lançamento

Extremamente seca 0 Pré-fabricação. Condições especiais de adensamento.

Muito seca 0 Grandes massas; pavimentação; vibração muito energética.

Seca 0 a 20 Estruturas de concreto armado ou protendido; vibração energética.

Rija 20 a 50 Estruturas correntes; vibração normal.

Plástica (média) 50 a 120 Estruturas correntes; adensamento manual.

Úmida 120 a 200 Estruturas correntes sem grande responsabilidades; adensamento manual.

Fluida (líquida) 200 a 250 Concreto inadequado para qualquer uso

3.3.6. Importância da consistência Fixada a resistência, com o estabelecimento de um dado valor para a relação a/c, resta ao engenheiro ou mestre assegurar à massa uma consistência compatível com a natureza da obra. À medida que a parede das formas vão se aproximando e os ferros se tornando mais numerosos, maior é o grau de plasticidade exigido da massa para evitar o perigo dos vazios no concreto da estrutura. Economicamente seria desfavorável obter a consistência desejada exclusivamente à custa de um acréscimo de água, pois água em excesso representa diminuição da resistência que, para ser compensada, exigiria mais cimento. O exame da consistência do concreto leva à conclusão de que ela depende da espessura da camada de pasta que envolve as pedras e da consistência da mesma pasta, que é função do tipo de cimento, do tempo de amassamento e, sobretudo, da quantidade de água por quilograma de cimento. A espessura da camada de pasta que envolve as pedras cresce com a redução da quantidade de agregado por quilograma de cimento, com a redução da superfície de agregado a envolver, isto é, com a melhoria da graduação na mescla. Resumindo, a consistência do concreto depende, principalmente, dos seguintes fatores: a) água por quilograma de cimento (relação a/c); b) agregado por quilograma de cimento; c) composição granulométrica do agregado.

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3.3.7. Influência do módulo de finura dos agregados e traço na relação a/c Com a noção de módulo de finura criou-se um método simples para medir o tamanho e a graduação, ligando-se a relação a/c. Com efeito, verificou-se que, para um dado traço, todos os agregados de módulo de finura idênticos exigem a mesma relação a/c para produzir concreto da mesma consistência. Todos os concretos assim resultantes, deram, quando plásticos, mesma resistência. Verificou-se ainda que esta constatação resulta sempre verdadeira, independentemente da graduação; largas variações da graduação não afetam a quantidade de água necessária, desde que o módulo continue o mesmo e que a mistura seja plástica. Outra importante constatação: Para uma dada relação, cimento:agregado, a relação a/c necessária para produzir concreto de dada consistência diminui com o crescer do módulo do agregado. Em outros termos, para traço e consistência dados, a relação a/c diminui com o crescer do teor do agregado graúdo no agregado total. Parece, pois, que haveria vantagem em, para determinado traço, utilizar o módulo mais alto possível que os materiais locais pudessem fornecer. Tanto mais alto o módulo, pareceria que tanto menor seria a relação a/c necessária e, portanto, mais econômico o concreto resultante. Intervêm aqui, porém, duas restrições de ordem construtiva que limitam esse concreto: a) Dimensão máxima do agregado graúdo que, como foi dito, qualifica convencionalmente o tamanho do agregado. Com efeito, a espessura mínima das peças de uma estrutura, o número e o afastamento dos ferros da armadura limitam, construtivamente, o tamanho das pedras maiores que podem estar presentes no concreto; em outros termos, fixam a dimensão máxima do agregado graúdo a ser empregado no concreto. Esta restrição, desde já, de certo modo limita o máximo do módulo a ser procurado. A Dimensão Máxima característica do agregado, considerado em sua totalidade, deverá ser menor que:

• ¼ da menor distância entre as faces das formas; • 1/3 da espessura das lajes; • ¾ do menor espaço livre entre armaduras.

b) Trabalhabilidade: diz-se trabalhável o concreto que se deforma vagarosamente quando se retira o aparelho de recalque; que pode ser lançado nas formas de estruturas sem haver segregação dos materiais graúdos; que enche toda a forma e envolve bem as armaduras sem deixar vazios e “ninhos”. Esta segunda restrição construtiva limita ainda mais o máximo do módulo do agregado a ser empregado, restringindo o teor de agregado graúdo suscetível de ser empregado no agregado total. Com efeito, o aumento do módulo do agregado é sempre obtido com aumento do teor de agregado graúdo no agregado total. Quando esse material grosso se apresenta em excesso, o concreto torna-se áspero, pedras maiores segregam-se da mistura; o lançamento dessa massa nas formas e seu socamento tornam-se difíceis, resultando para a estrutura numerosos vazios e “ninhos”. Diz-se então que esse concreto não é trabalhável; seu emprego nas estruturas deve ser evitado.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Fixando a dimensão máxima e satisfazendo o critério da trabalhabilidade pode-se, então, experimentalmente, determinar qual o módulo mais elevado possível de se adotar para um dado agregado e para um certo traço. Esse módulo – de valor mais alto possível, dentro das restrições feitas – é denominado módulo ótimo e garantirá um mínimo da relação a/c.

3.3.8. Influência da areia úmida A areia, quando entregue nas obras, apresenta-se com certa umidade, o que se reflete de forma às vezes considerável sobre sua massa específica aparente. Com efeito, a experiência mostra que a umidade da areia provoca afastamento de seus grãos resultando o inchamento do conjunto. O vulto do inchamento depende da composição granulométrica do material e do grau de umidade; é mais sensível para as areias finas e em torno de 5% de umidade. Em certos casos, a areia úmida pode apresentar um volume 30% superior ao ocupado pelo mesmo material seco. Por aí podemos avaliar a importância deste fator sobre a natureza da mistura de concreto e sobre a parte econômica das construções. Nestas condições, não somente o custo do metro cúbico do concreto será mais elevado e o aspecto da mistura será pior, devido ao excesso relativo de material graúdo, o que torna a massa áspera e difícil de se distribuir, entre os ferros da armadura, sem deixar vazios. Nas especificações modernas para grandes obras é freqüente a fixação dos traços, baseada na quantidade de água a adicionar a cada saco de cimento, dando-se a liberdade ao empreiteiro na determinação das proporções de areia e pedra, desde que a mistura se apresente plástica e com a consistência adequada à obra considerada. Geralmente estas proporções são determinadas em tentativas preliminares feitas na própria obra. Fixadas estas proporções têm-se um traço e uma relação a/c a serem obedecidos. Sempre que a areia não for seca torna-se necessária a avaliação de sua umidade, a fim de descontá-la do total de água a adicionar na betoneira e assim manter constante a relação a/c prefixada. Por outro lado, é preciso avaliar o inchamento da areia para corrigir o seu volume.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Quando a medida dos materiais é feita em peso, o que é aconselhável sempre que possível, não é necessário levar em conta o inchamento, bastando apenas aumentar no peso da areia a quantidade de água que ela arrasta.

3.4. Aditivos Os aditivos são empregados na confecção de concretos, argamassa e caldas de injeção. Seu emprego cresce com a necessidade de serem obtidos produtos finais de qualidade superior. Quanto mais desenvolvida a tecnologia do concreto, maior a necessidade de se recorrer aos aditivos. Ao se falar de aditivos não se tem em mente os do cimento, como muitos pensam, pois a sua finalidade não é melhorar a qualidade do cimento e sim proporcionar ou aprimorar certas características de um produto acabado como o concreto. O aditivo não se limita a atuar sobre o aglomerante, mas sobre os três componentes básicos: agregado, cimento e água e nesta ação influem fortemente a natureza e a dosagem de cada um destes elementos. Eles são empregados na confecção de concreto ou argamassa para modificar ou proporcionar certas propriedades do material fresco ou endurecido, tornando-os mais apropriados para serem manuseados ou trabalhados, para incrementar suas características mecânicas, resistências às solicitações físicas ou químicas ou ainda torná-los mais econômicos e duráveis. Para melhor caracterizar os objetivos que se pretende alcançar com o uso dos aditivos, enumeramos a seguir, suas diferentes aplicações: - aumento de compacidade; - acréscimo de resistência aos esforços mecânicos; - melhoria da trabalhabilidade; - diminuição da higroscopicidade; - redução da permeabilidade; - diminuição da retração; - aumento da durabilidade; - melhora do endurecimento nas concretagens em tempo frio; - aptidão para ser injetado; - possibilidade de retirada dos cimbres e formas em curto prazo; - preparo de concretos leves; - diminuição do calor de hidratação; - retardamento ou aceleração da pega; - obtenção de concretos auto-adensantes e autonivelantes. Os aditivos podem ser classificados em: a) plastificantes; b) superplastificantes, fluidificantes; c) incorporadores de ar; d) produtos de cura; e) dispersores; f) impermeabilizantes; g) produtores de gás ou espuma;

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I aditivos combinando dois ou mais efeitos, exemplo: plastificante retardador. a) Os Plastificantes - têm por finalidade melhorar a plasticidade das argamassas e

concretos, permitindo, em conseqüência, melhor compactação com menor dispêndio de energia ou, então, redução da quantidade de água, diminuindo a retração, aumentando a resistência ou economizando aglomerante (cimento).

b) Os Superplastificantes (fluidificantes) - têm um efeito semelhante ao dos plastificantes,

porém muito mais intenso. São usados para obtenção de concretos de alta resistência (devido à redução de água de amassamento em até 25% ou 30%) e para obtenção de concretos reoplásticos, devido ao efeito de superplastificação (aumento típico de abatimento de 40 mm para 220 mm).

c) Os Incorporadores de ar - têm por principal propósito aumentar a durabilidade das

argamassas e concretos; melhoram também a plasticidade, facilitando a utilização. São muito usados em concretos com baixo teor de cimento para melhorar a coesão e diminuir a exsudação.

d) Os Produtos de cura - substâncias pulverizáveis sobre o concreto, logo após seu

lançamento, para obturar os capilares da superfície e impedir a evaporação da água de amassamento nos primeiros dias. São de uso muito interessante nos lugares de baixa higrometria ou em concretos sujeitos à insolação e aos ventos fortes.

e) Os Dispersores - produtos que, por sua absorção à superfície dos grãos de cimento e

elementos mais finos de areia defloculam os grãos mantendo-os num estado de dispersão estável, em face das ações repulsivas de natureza elétrica. São utilizados quer para melhorar a resistência mecânica quer para obtenção de argamassas injetáveis. A mesma argamassa coloidal pode ser obtida pela laminação dos grãos em aparelho especial, dotado de alta velocidade, que os eletriza temporariamente por choques e atritos.

f) Os lmpermeabilizantes - agem ou por obturação dos poros ou por ação repulsiva com

relação à água. g) Os Produtores de gás ou espuma - aditivos capazes de produzir, na massa do concreto,

bolhas de gás ou espuma, dando origem aos concretos porosos.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I O quadro abaixo foi retirado do Informativo Técnico “Tecnologia do concreto armado” nº 5, agosto de 1999.

Aditivos / Tipos Efeitos Usos / Vantagens Desvantagens Efeitos na mistura

Plastificantes (P)

Aumenta o índice de consistência;

Possibilita redução de no mínimo 6% da água de amassamento

Maior trabalhabilidade para determinada resistência;

Maior resistência para determinada trabalhabilidade;

Menor consumo de cimento para determinada resistência e trabalhabilidade

Retardamento do início de pega para dosagens elevadas do aditivo;

Riscos de segregação;

Enrijecimento prematuro em determinadas condições

Retardadores (R)

Aumenta o tempo de início de pega

Mantém a trabalhabilidade em temperaturas elevadas;

Retarda a elevação do calor de hidratação;

Amplia os tempos de aplicação

Pode promover exsudação;

Pode aumentar a retração plástica do concreto

Retardamento do tempo de pega

Aceleradores (A)

Pega mais rápida; Resistência inicial

mais elevada

Concreto projetado; Ganho de resistência em

baixas temperaturas; Redução do tempo de

desforma Reparos

Possível fissuração devido ao calor de hidratação;

Risco de corrosão de armaduras (cloretos)

Acelera o tempo de pega e a resistência inicial

Plastificantes e Retardadores

(PR)

Efeito combinado de P e R

Em climas quentes diminui a perda de consistência

Efeitos iniciais significativos;

Reduz a perda de consistência

Plastificantes e Aceleradores

(PA)

Efeito combinado de P e A

Reduz a água e permite ganho mais rápido de resistência

Riscos de corrosão da armadura (cloretos)

Efeitos iniciais significativos;

Reduz os tempos de início e fim de pega

Incorporadores de ar (IAR)

Incorpora pequenas bolhas de ar no concreto

Aumenta a durabilidade ao congelamento do concreto sem elevar o consumo de cimento e o conseqüente aumento do calor de hidratação;

Reduz o teor de água e a permeabilidade do concreto;

Bom desempenho em concretos de baixo consumo de cimento

Necessita controle cuidadoso da porcentagem de ar incorporado e do tempo de mistura;

O aumento da trabalhabilidade pode ser inaceitável

Efeitos iniciais significativos

Superplastifi-cantes (SP)

Elevado aumento do índice de consistência;

Possibilita redução de no mínimo 12% da água de amassamento

Tanto como eficiente redutor de água como na execução de concretos fluidos (auto-adensáveis)

Riscos de segregação da mistura;

Duração do efeito fluidificante;

Pode elevar a perda de consistência

Efeitos iniciais significativos

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3.5. Propriedades do concreto endurecido e sua importância A escolha de um material de engenharia, para uma aplicação específica, deve levar em conta a sua capacidade de resistir a uma força aplicada. Tradicionalmente, a deformação decorrente de cargas aplicadas é expressa em deformação específica, definida como a mudança do comprimento por unidade de comprimento; a carga é expressa em tensão, definida como a força por unidade de área. Dependendo de como agem sobre o material, as tensões poderão ser distinguidas umas das outras, por exemplo: compressão, tração, flexão, cisalhamento e torção. As relações tensão-deformação dos materiais são geralmente expressas em termos de resistência, módulo de elasticidade, dutilidade e tenacidade. Resistência é a medida da tensão exigida para romper o material. No projeto das estruturas de concreto, considera-se o concreto como o material mais adequado para resistir a carga de compressão; é por isso que a resistência à compressão do material é geralmente especificada. Sendo a resistência do concreto função do processo de hidratação do cimento, o qual é relativamente lento, tradicionalmente as especificações e ensaios de resistência do concreto são baseados em corpos de prova curados em condições específicas de temperatura e umidade por um período de 28 dias. Como exposto anteriormente, para a maioria das aplicações, é usado o concreto de resistência moderada (resistência à compressão de 20 a 40 MPa), apesar de recentemente estarem sendo produzidos comercialmente concretos de alta resistência de até 130 MPa. Pode-se mencionar aqui que as resistências à tração e à flexão típicas do concreto são da ordem de l0 e 15 %, respectivamente, da resistência à compressão. A razão desta grande diferença entre resistência à tração e à compressão é atribuída à estrutura heterogênea e complexa do concreto.

3.5.1. Resistência do concreto - Fazendo uma breve dissertação Quanto à resistência aos esforços mecânicos o concreto é um material que resiste bem aos esforços de compressão e mal aos de tração. Sua resistência à tração é da ordem da décima parte da resistência à compressão. Nos ensaios de flexão obtêm-se tensões de ruptura da ordem do dobro das tensões por tração. Para o ensaio à compressão de corpos de prova de concreto devemos seguir a Norma Brasileira NBR 5739. Para a moldagem e cura de corpos de prova devemos utilizar a Norma Brasileira NBR 5738. A resistência à tração por compressão diametral de concreto é feita através do Método Lobo Carneiro, NBR 7222 que consiste em ensaiar, em posição horizontal, entre os pratos de uma máquina de compressão, um corpo de prova cilíndrico de concreto, a fim de submetê-lo a uma compressão diametral entre duas geratrizes diametralmente opostas. A resistência à tração na flexão é determinada pelo ensaio de vigas, em geral de seção transversal quadrada de 15 cm de lado e comprimento de 50 cm, ou com carga P concentrada no meio do vão, ou com duas cargas P/2 aplicadas nos terços do vão. Este último tipo de carregamento é o mais usado.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I • Concreto - Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos - NBR 5739/1994 P

h = 20ou 30

φ = 10 ou P

A resistência à compressão do concreto é calculada pela s Onde: P = carga de ruptura; S = área da seção transversal do corpo de prova; fC = resistência à compressão. Obs. Item 5.2.1 “Apresentação dos resultados” da NBR 57 O certificado de resultados de ensaio de corpos de prova mdeve conter as seguintes informações: a) número de identificação do corpo de prova; b) data de moldagem; c) idade do corpo de prova; d) data do ensaio; e) resistência à compressão, expressa com aproximação f) tipo de ruptura do corpo de prova. Informações facultativas no certificado: a) classe e data da última verificação da máquina de ensab) carga de ruptura, expressa em MN; c) área da seção transversal, expressa em m2; d) defeitos do corpo de prova e capeamento; e) marca, tipo e classe do cimento; f) origem dos agregados; g) traço em massa do concreto; h) resistência característica (fck) do concreto.

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Medidas em cm dos corpos de prova cilíndricos para concreto:

10 20

eguinte fórmula:

fC = SP

39:

oldados segundo a NBR 5738

de 0,1 MPa

io;

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I • Argamassa e Concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos - NBR 7222/1994

Vis

A resistência à traç Onde: ftD = resistência á tr0,05 MPa; P = carga máxima oD = diâmetro do coL = altura do corpo Item 5.2 da NBR 72a) procedência do cb) identificação do cc) data de moldaged) idade do corpo de) data do ensaio; f) diâmetro e alturag) defeitos eventuah) carga máxima; i) resistência à traç

tas do corpo de prova rompid

ão por compressão diametra

LDP2ftD ××π

×=

ação por compressão diame

btida no ensaio (kN); rpo de prova (mm); de prova (mm).

22: O certificado do ensaio dorpo de prova; orpo de prova; m; e prova;

do corpo de prova; is do corpo de prova;

ão por compressão diametra

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o por compressão diametral.

l é calculada pela seguinte expressão:

tral, expressa em MPa, com aproximação de

eve conter as seguintes informações:

l em MPa, com aproximação de 0,05 MPa.

-


• Concreto – Determinação da resistência à tração na flexão em corpos-de-prova prismáticos – MB 3483 Esquem Item 5.de apo Onde: fctM = rP = carl = distâb = largd = altu Caso amaneir

Cutelos de apoio – distanciados de l a estrutural:

1 da MB 3483: Caso a ruptura ocorra no terço médio da distância entre os elementos io, calcular a resistência à tração na flexão pela expressão:

l/3 l/3 l/3

b

d

2ctM dblPf

××

=

P/2 P/2

esistência à tração na flexão, em MPa; ga máxima aplicada, em N; ncia entre cutelos de suporte, em mm; ura média do corpo de prova na seção de ruptura em mm; ra média do corpo de prova, na seção de ruptura, em mm.

ruptura ocorra fora do terço médio, a resistência à tração é calculada de outra a. Para maiores detalhes consulte a MB 3483.

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Exercício Prepare um certificado de ensaio para um cliente dos seguintes ensaios realizados em um laboratório e interprete-os como sendo o engenheiro que os tenha recebido, fazendo uma análise entre os resultados obtidos com relação às resistências mecânicas: Concreto “x”: Ensaio 1: Ensaio de resistência à compressão axial. Dados: •••

Dimensões do corpo de prova cilíndrico: 15 x 30 cm; Idade do rompimento: 3 dias; Carga de ruptura: 11.000 kgf.

Ensaio 2: Ensaio de resistência à tração por compressão diametral. Dados: •••

Dimensões do corpo de prova cilíndrico: 15 x 30 cm; Idade do rompimento: 3 dias; Carga de ruptura: 5.500 kgf.

Ensaio 3: Ensaio de resistência à tração na flexão. Dados: •••

Dimensões do corpo de prova prismático: l = 60 cm; b = d = 15 cm; Idade do rompimento: 3 dias; Carga de ruptura: 800 kgf.

Concreto “y”: Ensaio 1: Ensaio de resistência à compressão axial. Dados: •••

Dimensões dos corpos de prova cilíndricos: 10 x 20 cm; Idade do rompimento: 3 dias; Carga de ruptura: 30.000 kgf e 31.000 kgf.

Faça suposições se necessário, para algumas conclusões.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Para muitos materiais de engenharia, tal como o aço, o comportamento tensão-deformação observado quando um corpo de prova é submetido a incrementos de carga pode ser dividido em duas partes. A primeira parte, quando a elasticidade é proporcional à tensão aplicada e é reversível quando o corpo de prova é descarregado, é chamada deformação elástica. O módulo de elasticidade é definido como a relação entre a tensão e essa deformação reversível. Em materiais homogêneos, o módulo de elasticidade é a medida das forças de ligação interatômicas e não é afetada por mudanças microestruturais. Isto não é válido para materiais multifásicos como o concreto. O módulo de elasticidade à compressão do concreto, varia de 14 x 103 a 40 x l03 MPa. O significado do limite de elasticidade em projeto estrutural é devido ao fato dele representar a deformação máxima permitida antes do material adquirir deformação permanente. Portanto, o engenheiro deve conhecer o módulo de elasticidade do material porque ele influi no cálculo estrutural. A um alto nível de tensão, a deformação não mais permanece proporcional à tensão aplicada, tornando-se também permanente (isto é, não será recuperada, se o corpo de prova for descarregado). Essa deformação é chamada deformação plástica ou permanente. A quantidade de deformação permanente que pode ocorrer antes do rompimento é uma medida da dutilidade do material. A energia necessária para romper o material, produto da força vezes a distância, é representada pela área sob a curva tensão-deformação. O termo tenacidade é usado como medida desta energia. A diferença entre a tenacidade e a resistência deve ser observada; a primeira é a medida da energia, enquanto que a última é a medida da tensão necessária para fraturar o material. Então, dois materiais podem ter resistências idênticas, porém diferentes valores de tenacidade. Entretanto, em geral, quando a resistência de um material cresce, a dutilidade e a tenacidade diminuem; materiais com alta resistência normalmente rompem de maneira brusca (isto é, sem que ocorra uma deformação não elástica ou permanente significativa). Para aplicações práticas, entretanto, projetistas não consideram o concreto como um material dútil e não o recomendam para uso em condições onde ele é submetido a impactos pesados, a não ser quando armado com aço. Através de observações do comportamento elasto-plástico, o concreto parece ser um material complexo. Muitas características desse material composto não seguem as leis de mistura de dois componentes. Por exemplo, sob carga de compressão, tanto o agregado como a pasta, testados separadamente, romperiam elasticamente, enquanto que o concreto mostra um comportamento inelástico antes da ruptura. A resistência do concreto, porém, é, em geral, mais baixa do que as resistências individuais dos dois componentes. Estas anomalias no comportamento do concreto são explicadas com base na sua estrutura, na qual a zona de transição entre o agregado graúdo e a pasta tem um papel muito importante. O fenômeno do aumento gradual de deformação com o tempo, sob tensão constante, é chamado fluência. Quando a fluência do concreto é restringida, manifesta-se uma diminuição progressiva da tensão com o tempo. O alívio de tensão associado com a fluência tem implicações importantes no comportamento tanto do concreto simples como do protendido. As deformações podem surgir ou aparecer mesmo no concreto não carregado por causa de mudanças na umidade e na temperatura ambientes. O concreto fresco sofre retração de secagem quando exposto à umidade ambiente. Analogamente, deformações de contração térmica aparecem quando o concreto quente é resfriado à temperatura ambiente. Elementos com grande volume de concreto podem registrar considerável aumento de temperatura

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I devido à baixa dissipação do calor liberado na hidratação do cimento, ocorrendo a retração térmica no resfriamento do concreto quente. As deformações de retração térmica são críticas no concreto porque, quando restringidas, manifestam-se como tensões de tração. Sendo a resistência de tração do concreto baixa, as estruturas de concreto muitas vezes fissuram, como resultado do impedimento da retração, causado por mudanças, de umidade ou de temperatura. De fato, a tendência à fissuração do material é uma das mais sérias desvantagens da construção em concreto. As deformações causadoras da mudança de volume podem ser agrupadas em: a) causadas pelas variações das condições ambientais, tais como: - retração; - variação de umidade; - variação de temperatura. b) causadas pela ação de cargas externas que originam: - deformação imediata; - deformação lenta (fluência). As deformações que podem ocorrer numa estrutura de concreto, motivadas pelas variações do teor de água, são classificadas em: a) retração - contração inicial que se verifica pela reação do cimento e água; b) mudanças de volume por variações de umidade; expansões e contrações devidas à absorção e perda de água, respectivamente. Tanto a retração quanto a fluência estão relacionadas com o teor de pasta do concreto, isso devido ao fato de que esses fenômenos ocorrem na pasta sendo o agregado um elemento que restringe essas deformações. Finalmente, o julgamento profissional na seleção de um material deve levar em consideração não somente a resistência, a estabilidade dimensional e as propriedades elásticas do material, mas também a sua durabilidade, a qual tem sérias implicações econômicas nos custos de manutenção e substituição de uma estrutura. A durabilidade é definida como a vida útil de um material sob dadas condições ambientes. Normalmente, concretos densos ou impermeáveis, apresentam durabilidade a longo prazo. Concretos permeáveis, entretanto, são menos duráveis. A permeabilidade do concreto depende não somente das proporções da mistura, da compactação e da cura, mas também das microfissuras causadas pelos ciclos normais de temperatura e de umidade. Geralmente, há uma estreita relação entre resistência e durabilidade do concreto. A resistência mecânica é, na grande maioria das aplicações, a propriedade que mais interessa no concreto. Não são raros, porém, os empregos em que a permeabilidade e outros atributos devem ser considerados. Além dessas propriedades, cabe acrescentar que o concreto deve, sempre, em cada caso especial de aplicação, apresentar um mínimo de qualidade, de sorte a poder enfrentar com sucesso, ao longo do tempo, as demais condições de exposição a que for submetido. Isto porque, embora o concreto se destine a suportar uma carga pequena ou uma fraca pressão de água, é possível atender-se apenas àqueles fatores sem o risco de eventualmente comprometer sua durabilidade. A massa específica do concreto normalmente utilizada é a massa da unidade de volume, incluindo os vazios. Varia entre 2.300 e 2.500 kg/m3. Com a utilização de agregados leves é possível reduzir esse valor (da ordem de 1 .800 kg/m3). Em alguns casos, especialmente

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I para paredes de salas de reatores atômicos, usam-se concretos pesados, em que o agregado graúdo é barita ou magnetita, hematita etc. (aproximadamente 3.700 kg/m3). Os principais fatores que afetam a resistência mecânica são: - relação a/c; - idade; - forma e granulometria dos agregados; - tipo de cimento; - forma e dimensões dos corpos de prova. Com relação ao fator a/c é ponto pacífico, na tecnologia, ser ele o principal elemento, governando as propriedades referentes à resistência aos esforços mecânicos. Como regra geral devemos dizer que a resistência varia em razão inversa da relação a/c, dentro dos limites práticos de aplicação. Na prática, em virtude da necessidade de se dar ao concreto uma consistência conveniente, a relação a/c da pasta é sempre bem superior à necessidade para a efetivação das reações de hidratação do aglomerante. A parte excedente da água se distribui na massa, formando vazios, poros, que prejudicam as propriedades do concreto endurecido (resistência mecânica, permeabilidade etc.). Permeabilidade e absorção: o concreto é um material que, por sua própria constituição, é necessariamente poroso, pois não é possível preencher a totalidade dos vazios do agregado com uma pasta de cimento. A permeabilidade torna-se a principal propriedade para os concretos que, expostos ao ar, sofrem os ataques de águas agressivas ou a ação destrutiva dos agentes atmosféricos. Da mesma forma, assume importância essa propriedade nos concretos de estruturas hidráulicas. A absorção é o processo físico pelo qual a água penetra nos poros e condutos capilares do concreto. A permeabilidade é a propriedade que identifica a possibilidade de passagem da água através do material. Essa passagem pode ser: - por filtração sob pressão; - por difusão através dos condutos capilares; - por capilaridade.

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3.6. Centrais de concreto / Processos e Sistemas Central de concreto é um conjunto de instalações e equipamentos necessários para o armazenamento, manuseio, proporcionamento e carregamento dos materiais componentes, homogeneização da mistura, transporte e lançamento do concreto, que permitem assegurar a qualidade exigida. Essas instalações e procedimentos devem atender no mínimo ao que é estabelecido pela Norma Brasileira NBR 7212 - Concreto Dosado em Central. Uma central de concreto abrange serviços de administração, vendas, faturamento, cobrança, programação, controle de qualidade, assessoria técnica, treinamento e aperfeiçoamento profissional.

3.6.1. Recebimento dos materiais componentes No recebimento dos agregados são verificados principalmente: - Tipo e procedência; - Volume, através de medição ou pesagem; - Granulometria; - Contaminação por materiais estranhos. Tratando-se do cimento (em carretas ou vagões) são observados: - Tipo, marca e classe; - Peso; - lnalterabilidade do lacre. No recebimento dos aditivos são verificados: - Tipo, marca e função; - Data de fabricação; - Prazo de estocagem Em caso de haver qualquer anormalidade, por motivo identificado ou não, a carga é rejeitada.

3.6.2. Estocagem - Dos Agregados: São estocados de forma a evitar a mistura dos diferentes tipos. Os pátios devem ser devidamente pavimentados e drenados, evitando contaminação com o solo e acúmulo de água. A drenagem e um volume de estoque adequados (não muito reduzido) são fundamentais para se alcançarem as condições ideais de umidade no agregado que permitam controlar a quantidade de água das cargas. - Do Cimento: Pode ser armazenado em sacos, contenedores ou silos, de modo a impedir a mistura de cimentos de características diversas. Os silos herméticos são os melhores para a preservação de todas as propriedades e evitam desperdícios. - Dos Aditivos: Geralmente são fornecidos em tambores, galões, baldes ou latas. Devem ser armazenados em local abrigado, seco e fresco, sendo separados por função e marca. É essencial observar o prazo para ser utilizado a partir da fabricação e a homogeneização quando estocado por longo período. - Da Água: É armazenada de forma a evitar a contaminação e para que não ocorram faltas que paralisem o fornecimento do concreto.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I As centrais de concreto, através da mistura em proporções convenientes de agregados, aglomerante, água e aditivo, permitem obter um composto que, em função do seu tempo de cura, atinge uma dada resistência à compressão, característica básica dos concretos. Esta resistência, relacionada com a propriedade aglomerante do cimento, torna a precisão de sua composição inicial indispensável para obter qualidade uniforme a custos competitivos. A NBR 7212 estabelece que os agregados e o cimento deverão ser dosados em massa. Em nenhum caso o cimento deve ser dosado em conjunto com os agregados. É admitida a dosagem do cimento em sacos de 50 kg, desde que não sejam fracionados. A aferição dos equipamentos de dosagem é indispensável. A NBR 7212 estabelece: • as balanças devem ser aferidas periodicamente, de forma a assegurar que a diferença entre a massa real e a indicada não seja superior a 2%; • os dosadores volumétricos devem operar dentro da mesma tolerância. A aferição deve ser feita nas condições de operação; • recomendam-se aferições freqüentes, não ultrapassando 5.000 m3 de concreto dosado ou períodos superiores a três meses.

3.6.3. Disposição da central A disposição dos equipamentos de uma central deve oferecer a melhor rentabilidade operacional e financeira. Conforme esta disposição podemos classificar as centrais em: a) Centrais verticais: Chamadas também de centrais de gravidade, têm-se destacado pela simplicidade dos acionamentos que envolve: a motorização elétrica é mínima, os elementos estruturais e de manuseio de material são mais robustos e menos sujeitos a desgaste (não se usam correias transportadoras, a não ser quando necessário para carregamento dos materiais componentes às caixas de agregado). A compacidade de grandes sistemas é mais viável, tornando as áreas ocupadas menores e as transmissões das balanças dosadoras mais simples. O investimento inicial, entretanto, é mais oneroso, devido ao custo das estruturas metálicas e obras de fundação. O inconveniente principal é a falta de mobilidade do equipamento. São instalações definitivas ou semi-permanentes, para obras de longa duração ou mercados definidos.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I b) Centrais horizontais: Exigem acionamentos motorizados em maior quantidade. Fundamentam-se no manuseio dos materiais por correias transportadoras. Estruturalmente são mais simples e as transmissões para as balanças dosadoras são mais trabalhosas. A mobilidade e as pequenas obras de fundação para sua instalação são seus maiores argumentos. O investimento inicial é normalmente inferior ao de uma usina gravimétrica. Também podem existir centrais mistas.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I A precisão das dosagens depende, sem dúvida, dos controles das centrais (operações e dispositivos que transmitem os comandos). Genericamente podem ser classificados em manual e automático. a) Controle Manual: lmplica presença de um operador que, de acordo com alguma regra (como operar uma chave, válvula ou alavanca), executa os comandos necessários. b) Controle Automático: Neste caso, parte ou totalidade das funções do operador é realizada por um equipamento freqüentemente eletrônico. Assim, por exemplo, o acionamento de válvulas, o controle de pesagem, detalhes operacionais, introdução dos materiais na betoneira e outras etapas podem ficar por conta de um computador.

3.6.4. Mistura Segundo a NBR 7212 podemos ter três tipos de misturas: a) Mistura completa em equipamento estacionário: Os materiais componentes, devidamente dosados, são colocados no equipamento e após obtida uma mistura completa e homogênea, descarregados em veículos para transporte até a obra. b) Mistura completa em caminhão-betoneira na central: Os materiais componentes são colocados no caminhão-betoneira na ordem conveniente. Esta ordem e a velocidade de rotação para mistura devem obedecer às especificações do equipamento ou conforme indicado por experiência. c) Mistura parcial na central e complementação em obra: Os componentes são colocados no caminhão-betoneira, com parte da água, que é complementada na obra, antes da mistura final e descarga. Neste caso deve ser estabelecido um sistema rigoroso de controle da quantidade de água adicionada na central e a ser completada na obra, para não ultrapassar a prevista no traço. Quanto ao equipamento de mistura podemos classificar as centrais (tanto as verticais quanto as horizontais) em: • dosadoras; • dosadoras e misturadoras. Os equipamentos devem ser revisados periodicamente a fim de se assegurar a eficiência necessária para a mistura. Obviamente o volume de concreto não deve exceder a capacidade nominal do equipamento, conforme especificação do fabricante. A NBR 7212 permite a adição suplementar de água para correção de abatimento, devido à evaporação, antes de iniciada a descarga, desde que: a) antes da adição o valor do abatimento seja igual ou maior do que 10 mm; b) esta correção não aumente o abatimento em mais de 25 mm. c) o abatimento, após a correção, não seja maior do que o limite máximo especificado; d) o tempo transcorrido entre a primeira adição de água aos materiais, até o início da descarga, não seja menor do que 15 minutos. Esta adição suplementar mantém a responsabilidade da central, pelas propriedades do concreto constantes no pedido, e deve ser autorizada por representantes das partes. Tal fato deve ser registrado no documento de entrega. Outra adição de água, exigida por parte da obra, exime a central da responsabilidade acima. Este fato deve ser obrigatoriamente registrado no documento de entrega.

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3.6.5. Transporte O transporte do concreto pode ser feito por veículo dotado ou não de agitação (caminhão-betoneira ou caminhão-basculante). Deve apresentar estanqueidade necessária, fundo e paredes revestidos de material não-absorvente, para que não haja perda de qualquer componente. O transporte com caminhão-basculante pode ser feito somente para concretos não-segregáveis, com abatimento não maior do que 40 mm. O tempo de transporte, prescrito na NBR 7212, decorrido entre o início da mistura, a partir do momento da primeira adição de água, até a entrega do concreto, deve ser: a) fixado de forma que o fim do adensamento não ocorra após o início de pega do concreto lançado e das partes ou camadas contíguas a essa remessa (evitando-se formação de junta); b) para caminhão-betoneira: inferior a 90 minutos e de modo que até o fim da descarga seja de no máximo 150 minutos; c) para caminhão-basculante: inferior a 40 minutos e de modo que até o fim da descarga seja de no máximo 60 minutos. Os tempos acima podem ser alterados, em função de condições especiais, como temperatura, uso de aditivos retardadores e outros. O transporte do concreto só é finalizado quando este chega à peça a ser concretada. Quando não é possível se atingir a peça com o caminhão-betoneira ou caminhão-basculante, o transporte pode ser classificado em: - contínuo: calhas, correias transportadoras e bombas; - descontínuo: jiricas, carrinho de mão, caçambas, elevadores, gruas, guinchos e outros. Atualmente as bombas de concreto têm sido largamente utilizadas. Podemos classificá-las em três tipos: a) Estacionária b) Auto-Bomba c) Auto-Bomba com Mastro de Distribuição. Quanto ao sistema, temos: a) Válvulas múltiplas ou barras corrediças: consistem em quatro pistões hidráulicos, que acionam quatro pás conjugadas ou duas barras corrediças, conhecidas como comportas ou gavetas. b) Válvula tipo borboleta ou Flaper: é comandada somente com um pistão hidráulico. Esta válvula consiste em uma chapa com eixo central, para fixação, e uma pequena movimentação numa amplitude de 45°, permitindo admissão e descarga do concreto. c) Fluxo direto-tromba - "S" e Rockschieber : consiste em um tubo de redução que se movimenta dentro da tremonha, produzindo um fluxo direto. d) Via direta do concreto para o mastro distribuidor.

3.6.6. Lançamento No lançamento do concreto devem ser tomadas algumas precauções, entre elas: • Em hipótese alguma faz-se o lançamento após o início de pega. • As formas devem ser molhadas, evitando, assim, a absorção da água de amassamento. Devem ser estanques para evitar a fuga da nata de cimento. • Observar a limpeza da armadura. • Verificar a posição e firmeza dos espaçadores. • As temperaturas ambientes limites entre 10°C e 32°C. Fora desses limites devem ser tomadas precauções.

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• A altura de queda livre não poderá ultrapassar 2 m; para peças estreitas e altas, o concreto deverá ser lançado por janelas abertas na parte lateral, ou por meio de funis ou trombas.

3.6.7. Adensamento

• Nos lançamentos a serem feitos a seco devem-se tomar os cuidados para que não haja água no local a fim de que o concreto não seja lavado. • Quando o lançamento for submerso o concreto deve ter, no mínimo, 350 kg de cimento por metro cúbico, possuir consistência plástica e ser levado dentro da água por uma tubulação, mantendo-se a ponta do tubo imersa no concreto já lançado, a fim de evitar que ele caia através da água. Este lançamento não deve ser feito quando a temperatura da água for inferior a 5°C, estando o concreto com temperatura normal, nem quando a velocidade da água for superior a 2 m/s. • lançamento sobre terra é desaconselhável pois esta absorve a nata de cimento e a água de amassamento, além de se misturar, prejudicando a qualidade do concreto.

Durante e imediatamente após o lançamento, o concreto deverá ser adensado com equipamento adequado à trabalhabilidade. O adensamento tem, por objetivo, deslocar os elementos que compõem o concreto, acomodá-los de forma que ocupem os vazios e desalojar o ar, para se obter maior compacidade. O adensamento deverá ser feito cuidadosamente, preenchendo os recantos das formas, a fim de que não se formem ninhos e para evitar a segregação dos materiais. O adensamento poderá ser: • Manual: por socamento ou apiloamento com uma barra metálica. • Mecânico: por meio de vibradores. Para obter-se um bom adensamento é necessário observar alguns cuidados: • As camadas de concreto a ser vibrado mecanicamente devem estar entre 45 cm e 60 cm, ao passo que no socamento manual as espessuras das camadas não devem ser maiores de 30 cm a 45 cm. • adensamento em camadas muito finas facilita a segregação. • Evitar, sempre que possível, a vibração para fazer correr o concreto lateralmente nas formas, pois isso diminui o rendimento útil da vibração e provoca segregação. • socamento manual deve ser realizado a pequenos intervalos. • Os vibradores internos devem ser inseridos e retirados vagarosamente no concreto com o aparelho em funcionamento, nas posições vertical ou horizontal, de acordo com a natureza da peça a ser concretada. • tempo de vibração deve corresponder, no mínimo, a 90 segundos por metro quadrado. • Evitar a vibração da armadura, para que não se formem vazios ao seu redor, com prejuízo da aderência.

3.6.8. Cura ou sazonamento É o conjunto de medidas que tem por objetivo evitar a evaporação da água adicionada ao concreto na ocasião do seu preparo, permitindo assim uma melhor hidratação dos grãos de cimento, conseqüentemente um concreto de melhor qualidade. É obtida, portanto, mantendo a superfície concretada umedecida ou protegida com uma película impermeável. Deve ser iniciada após o adensamento e mantida durante pelo menos

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I mais sete dias. A inexistência desta etapa pode acarretar deficiência na qualidade do concreto, uma vez que a falta de água inibe as reações do cimento, provocando: • diminuição da resistência; • aumento da permeabilidade; • diminuição da durabilidade. O endurecimento do concreto poderá ser antecipado por tratamento térmico adequado e devidamente controlado, não devendo ser dispensadas as medidas de proteção contra a secagem.

3.6.9. Métodos de cura • Irrigação ou Aspersão de água; • Submersão; • Recobrimento: utiliza-se areia, terra, sacos de aniagem rompidos. Embora evite a ação direta do sol e do vento, não impede a evaporação, por absorção, da umidade do concreto pelo ar ambiente, por isso é um método muito falho; • Recobrimento com plásticos: envolvem-se as peças com plásticos ou papéis impermeáveis, que devem ser presos e vedados nas extremidades, para evitar a passagem de corrente de ar, que favorece a secagem rápida; • Conservação das formas: aplicável em peças onde as formas protegem a maior parte da superfície (geralmente pilares e vigas);

Impermeabilização por pinturas; • • Aplicação de cloreto de cálcio: a aplicação de cloreto de cálcio na proporção de 800 a 1000g por m2, provoca a absorção de água do ambiente, mantendo a superfície úmida. É importante remover o sal posteriormente nas peças em que o recobrimento das armaduras for delgado, evitando o ataque químico das armaduras; • Membranas de cura: as membranas de cura mantêm a impermeabilidade superficial do concreto por um certo período de tempo, em geral 3 a 4 semanas, evitando assim, a rápida secagem do concreto, através de um filme impermeável que dura aproximadamente esse tempo.

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3.6.10. Pedido de concreto

- a dimensão máxima do agregado graúdo;

b) Pelo consumo de cimento

- o abatimento do concreto fresco no momento da entrega.

Especificam-se as quantidades por metro cúbico de concreto de cada um dos componentes, incluindo-se os aditivos.

- tipo de lançamento: bombeável, submerso;

A NBR 7212 prescreve as maneiras pelas quais o concreto deverá ser solicitado à central: a) Pela resistência característica à compressão Além da resistência característica devem ser especificados:

- o abatimento do concreto fresco no momento da entrega.

Além do consumo de cimento por metro cúbico de concreto devem ser especificados: - a dimensão máxima do agregado graúdo;

c) Pela composição da mistura (traço)

d) Exigências complementares Além das já citadas podem ser solicitadas outras características ou parâmetros como:

- tipo de cimento; - marca de cimento; - função ou denominação comercial do aditivo; - relação a/c máxima; - consumo de cimento máximo ou mínimo; - teor de ar incorporado;

- características especiais: teor de argamassa, massa especifica e outras; - propriedades e condições especiais como: retração, fluência, permeabilidade, módulo

de deformação e outras. e) Exigências interferentes Quando ocorrer interferência de exigências devem-se fixar valores limites coerentes.

3.6.11. Entrega do concreto

A unidade de volume de entrega é o metro cúbico (m3), medido enquanto fresco e adensado. Recomenda-se que o volume mínimo de entrega não seja inferior a 1/5 da capacidade do equipamento de mistura ou agitação, nem menor que 1 m3. Os pedidos deverão ser feitos em volumes múltiplos de 0,5 m3.

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3.6.12. Controle tecnológico É fundamental para se manter constante a qualidade exigida do concreto. Baseia-se em resultados de ensaios de amostras dos materiais componentes, dosagens experimentais que definem as proporções adequadas de cada componente e nos resultados dos ensaios de amostras de concreto. Os exemplares que constituem a amostra de concreto devem ser retirados entre a descarga de 0,15 e 0,85 do volume transportado, depois de feitas todas as correções e executado o ensaio de abatimento. Os resultados dos ensaios destes exemplares são analisados estatisticamente. Pode-se avaliar o controle do preparo do concreto com base no desvio-padrão calculado, conforme tabela a seguir (da NBR 7212).

Desvio Padrão (MPa) Classificação – Nível

3,0 1

3,0 – 4,0 2

4,0 – 5,0 3

>5,0 4 Em função das variações encontradas nos resultados dos ensaios efetuados, tomam-se as medidas corretivas necessárias.

3.6.13. Aceitação do concreto O concreto pode ser aceito ou rejeitado tanto no estado fresco quanto no endurecido. No estado fresco normalmente compreende a verificação do abatimento do tronco de cone (NBR 7223) ou outro método adequado. Em caso de constarem outras exigências no pedido devem ser feitas as verificações para comprovação. Na fixação do abatimento pelo tronco de cone serão admitidas as tolerâncias da NBR 7212:

Abatimento (mm) Tolerância (mm)

De 10 a 90 ± 10

De 100 a 150

± 30

± 20

Acima de 160

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I No estado endurecido a aceitação ou rejeição compreende a verificação do atendimento às especificações do pedido, adotando critérios normalizados previamente ou acertados. Quando o pedido menciona a resistência característica à compressão (fck), determina-se o valor "estimado" da mesma (fck estimado) por fórmulas e parâmetros fixados na NBR 6118. A aceitação será "automática" quando o fck estimado for maior ou igual ao fck solicitado.

• ensaios especiais do concreto;

Caso não aconteça a aceitação automática a decisão basear-se-á em uma ou mais verificações seguintes: • revisão de projetos;

• ensaios da estrutura. Se, a partir destas verificações, concluir-se que as condições de segurança normalizadas não são satisfeitas, tomar-se-á uma das seguintes decisões: • a estrutura será reforçada; • a estrutura será aproveitada com restrições quanto ao seu carregamento ou • a parte condenada será demolida. Se constarem no pedido outras características, deverão também, ser feitas as verificações correspondentes. Ainda assim, é de grande importância para a trabalhabilidade dos concretos a forma dos grãos, textura e absorção de água.

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Texto retirado do Informativo Técnico “Tecnologia do concreto armado” nº 5, agosto de 1999.

CONCRETOS COMUMENTE FORNECIDOS PELAS EMPRESAS CONCRETEIRAS

Verifique o tipo de concreto dosado em central mais adequado à sua obra O sucesso de uma construção depende, em grande parte, de uma definição correta do tipo de concreto a ser utilizado. Essa escolha, muitas vezes, é feita sem as devidas informações sobre as indicações e vantagens de cada tipo de concreto. Exatamente para minimizar essas dúvidas, produzimos abaixo uma tabela com os principais tipos de concreto dosado em central e suas características.

TIPO APLICAÇÃO VANTAGENS

Rolado Barragens, pavimentação rodoviária (base e sub-base) e urbanas (pisos e contra-pisos)

Maior durabilidade

Bombeável

De uso corrente em qualquer obra, destacam-se as obras de difícil acesso, alturas ou distâncias elevadas

Maior produtividade e redução do custo, diminuição da mão-de-obra, energia e equipamentos

Resfriado / Refrigerado Peças de elevado volume como bases ou blocos de fundações, barragens (concreto massa)

Permite o controle da fissuração

Colorido

Estruturas de concreto aparente, pisos (pátios, quadras, calçadas), monumentos, defensas, guarda-corpo de pontes, etc

Evita o custo de manutenção de pinturas

Projetado

Reparo ou reforço estrutural, revestimento de túneis, monumentos, contenção de taludes, canais e galerias

Dispensa a utilização de formas

Alta Resistência Inicial Estruturas convencionais ou protendidas e pré-fabricados (estruturas, tubos,...)

Melhor aproveitamento das formas

Fluido Peças delgadas, elevada taxa de armadura, concretagens de difícil acesso para a vibração

Reduz a necessidade de adensamento (vibração), redução da mão-de-obra

Pesado

Como lastro, contra-peso, barreira à radiação (câmaras de Raio X ou Gama, paredes de reatores atômicos), lajes de sub-pressão

Redução do volum

contrapeso, substituição de painéis de chum

e de peças utilizadas como lastro ou

bo (radiação)

Leve (600 a 1200 kg/m3)

Elementos de vedação (paredes, painéis, divisórias), rebaixos de lajes, isolante termo-acústico

Redução do peso próprio da estrutura. Isolante termo-acústico

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Leve Estrutural (10 a 20 MPa)

Uso corrente na construção civil

Redução do peso próprio da estrutura.

Pavimentos Rígidos Maior durabilidade, menor custo de manutenção

Maior durabilidade, melhora a aderência entre o concreto e o aço

Convencional (até 30 MPa)

O concreto dosado em central possui controle de qualidade e propicia ao construtor maior produtividade e menor custo

Alto Desempenho

3.7. Dosagem do concreto Dosar um concreto nada mais é do que fazer o proporcionamento ideal dos materiais constituintes do concreto (cimento, água, areia e pedra) para as diferentes obras a serem executadas.

3.7.1. Parâmetros específicos Ao se iniciar o estudo de dosagens, há que se ter em mente que o concreto a ser dosado deverá estar em conformidade com os requisitos especificados para o projeto em estudo.

Geralmente, as especificações das grandes obras incorporam os seguintes parâmetros para o concreto:

a) resistência;

d) consistência;

a) Resistência:

b) dimensão máxima característica do agregado graúdo (Dmáx); c) relação a/c;

e) ar incorporado.

A resistência do concreto é a propriedade mais valorizada pelos engenheiros projetistas e de controle de qualidade. A fixação da resistência para o controle do concreto em estruturas de aproveitamentos hidrelétricos tem sido objeto de muitas discussões, tendo apresentado uma evolução significativa no Brasil nos últimos anos. No transcorrer destas evoluções, o papel desempenhado pelo consultor Roy W. Carlson foi significativo. A filosofia adotada por Carlson foi a de compatibilizar a resistência do concreto com a sua durabilidade, tendo em vista a minimização de fissuração provocada pela retração térmica do concreto em grandes massas.

As especificações das obras preocupavam-se principalmente com resistências muito altas, exigindo desta forma consumos de aglomerantes elevados para atendê-las, provocando, por outro lado, temperaturas elevadas nas estruturas. Estas temperaturas introduziam elevadas tensões de tração no concreto quando de seu resfriamento, podendo levá-lo à fissuração; contribuindo desta forma para a diminuição de sua durabilidade. Em decorrência do exposto,

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I evidencia-se uma situação paradoxal, pois, apesar de o concreto ter elevada resistência, sua durabilidade era comprometida pela fissuração. b) Dimensão Máxima característica do agregado graúdo:

Quanto maior o agregado, menor será sua superfície específica, tendo como conseqüência imediata uma necessidade menor de pasta para envolver as partículas dos agregados. Entretanto, o agregado de grande dimensão provoca segregação no concreto, havendo necessidade de limitar o tamanho máximo em 152 mm ou 100 mm.

O agregado e a água são os componentes do concreto geralmente obtidos no canteiro das grandes obras. O comportamento do concreto é largamente influenciado pelo agregado, quer pela sua textura, composição mineralógica, qualidade, quantidade e tamanho máximo.

O texto abaixo em itálico foi retirado do Estudo técnico “Parâmetros de dosagem do concreto” - ET 67 da ABCP que diz sobre a dimensão máxima do agregado graúdo o seguinte:

“Agregados com maiores dimensões máximas características requerem menores teores de areia para uma dada plasticidade e, portanto, apresentam menores consumos de água. A razão disso pode ser explicada pela diminuição da área específica do agregado graúdo, que requer, portanto, menos argamassa para cobrir seus grãos e manter a sua capacidade lubrificante entre as partículas do agregado graúdo. Portanto, seria vantajosa a adoção da maior dimensão máxima característica, que possibilitaria maior economia de cimento; entretanto, para Dmáx>38mm, a perda de resistência do concreto devido à menor área de aderência entre a pasta e o agregado eliminaria essa vantagem.” Os consumos de água e de cimento, por conseguinte, resultam diretamente do tamanho do agregado.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I c) Relação a/c: As especificações técnicas das grandes obras geralmente determinam a relação a/c máxima em função da exposição do concreto ao intemperismo e da sua finalidade estrutural. A tabela abaixo mostra os valores comumente especificados:

Relação A/C (em massa)

Clima severo Clima brando Condições de lançamento Seções

delgadas Seções

massivas Seções

delgadas Seções

massivas Linhas hidráulicas, onde ocorra saturação intermitente, incluindo paramentos de montante e jusante de barragens, em paramentos de escoamento e superfícies expostas e canais.

0,50 0,55 0,55 0,60

Interior de barragens, canais, paramento não hidráulico e interior de outras estruturas de gravidade, onde pode-se usar duas classes de concreto.

- 0,80 a 1,00 - 0,80 a 1,00

Estruturas comuns, expostas 0,50 ± 0,05 0,60 ± 0,05 0,55 ± 0,05 0,60 ± 0,05 Estruturas completamente submersas 0,60 0,65 0,60 0,65

Concreto lançado em água - 0,50 - 0,50

Lajes pavimento (estrutural) 0,50 - 0,55 -

Lajes pavimento (fundação) 0,60 - 0,60 - Exposição à água altamente sulfatada ou outros líquidos corrosivos ou sais

0,45 0,45 0,45 0,45

Concreto submetido a escoamento (alta velocidade) 0,45 0,45 0,45 0,45

Concreto submerso, lançado por tremie ou bomba 0,45 - 0,45 -

Obs. Para concretos lançados ou expostos à água do mar, a relação a/c deverá ser reduzida de 0,05 em relação aos supracitados.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Outro quadro que também pode ser considerado para fixar a relação a/c para concretos submetidos a condições severas é o do “Estudo Técnico da ABCP – ET-67, um pouco mais recente. Veja abaixo:

Relações a/c máximas permissíveis para concretos submetidos a condições severas

Tipo de Estrutura Estrutura exposta à ação da água do mar ou sulfatadas*

Peças delgadas e seções com menos de 2,5 cm de recobrimento da armadura 0,40

Outros 0,45

* No caso de utilização de cimentos resistentes aos sulfatos, a relação a/c pode ser aumentada de 0,05. d) Consistência (abatimento pelo tronco de cone): É uma propriedade intrínseca do concreto fresco, que traduz o seu estado de umidade. A consistência quantifica a plasticidade do concreto, um dos principais fatores que afetam a trabalhabilidade. Usualmente, pela sua facilidade de execução, tanto em laboratório quanto em obra, a consistência é determinada pelo abatimento do tronco de cone, cujos procedimentos de ensaios obedecem ao prescrito na norma NBR NM 67. Observa-se que estes ensaios não têm aplicação em concretos muito secos e concretos com deficiência de finos.

Concreto B Concreto A

Na figura acima percebemos que são dois concretos com diferentes traços, onde o da direita tem uma consistência menor que o da esquerda. Em outras palavras, o abatimento do concreto B é maior que o do A, ou ainda, o slump de B é maior que o de A, ou também a plasticidade do concreto B é maior que a do A.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I e) Ar Incorporado: O concreto com ar incorporado começou a ser utilizado nos Estados Unidos a partir de 1938, em construção de pistas de aeroportos e estradas, para aumentar a sua resistência ao congelamento e ao intemperismo. Esta descoberta foi feita por observações de um trecho de uma estrada de concreto que não apresentava as desagregações devidas ao congelamento. As pesquisas realizadas mostraram que o concreto em causa estava entremeado de grande número de minúsculas bolhas de ar. Tal verificação levou ao estudo racional de uma nova técnica de concretagem, que viria possibilitar a construção de grande número de obras em todo o mundo. A partir de 1945 o concreto com ar incorporado passou a ser prática corrente nos Estados Unidos, onde se estima que 80% de todos os concretos fabricados utilizam o ar incorporado. Graças à incorporação de ar, é possível garantir a trabalhabilidade do concreto massa com agregado de dimensão máxima característica de 76 mm, 100 mm ou 152 mm com consumo de aglomerante inferior a 100 kg por metro cúbico. Cada 1,6% de ar incorporado no concreto equivale a um volume equivalente a 1 saco de cimento, conferindo ao concreto uma trabalhabilidade melhor do que a do cimento. Assim, um concreto com 6,4% de ar incorporado possui um volume de bolhas micrométricas equivalente ao volume de 4 sacos de cimento. O quadro abaixo faz um paralelo entre trabalhabilidade e resistência mecânica do concreto:

Evolução de diversos parâmetros do concreto em função da trabalhabilidade e da resistência mecânica

Fatores de composição do concreto

Para uma boa trabalhabilidade Para uma boa resistência

Finura da areia de preferência fina de preferência grossa

Relação graúdo/areia a diminuir a aumentar

Dosagem de água a aumentar até um certo ponto a diminuir

Granulometria Preferível contínua preferível levemente descontínua

Dimensão máxima dos grãos de preferência pequena de preferência grande

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3.8. Controle tecnológico do concreto

• materiais disponíveis para preparação do concreto e suas características;

• fornecimento de instruções e acompanhamento de serviços de reparo do concreto na eventualidade de se verificarem falhas nas peças concretadas;

Para garantir uma boa qualidade para o concreto, devido à sua grande responsabilidade, é necessário que se faça um rigoroso controle dos materiais que o constituem, assim como um competente estudo de dosagens. Além destas medidas, deve-se controlar a execução e as características finais do concreto armado.

3.8.1. Controle de qualidade Para preparar e controlar a qualidade de um concreto, devemos conhecer algumas características que este material deverá ser submetido, como por exemplo: • resistência a esforços mecânicos, especificadas pelo projeto; • exposição à água do mar; • dimensões das peças a serem concretadas; • presença de sulfatos, ácidos, açúcares e bases; • intempérie; • pressão hidrostática. Devemos verificar também alguns itens, como por exemplo:

• equipamentos disponíveis e cura a ser empregada; • mão de obra disponível.

3.8.2. Acompanhamento da obra Medidas necessárias: • verificação periódica dos materiais empregados; • verificação do estado e comportamento dos equipamentos; • verificação dos métodos de cura; • controle estatístico dos resultados dos ensaios; • questionamento, para eventual correção ou modificação das recomendações iniciais, ocasionada por modificação das características dos materiais ou equipamentos empregados;

• fornecimento dos relatórios sobre o andamento dos resultados obtidos e eventuais recomendações.

3.8.3. Conhecimento do projeto Primeiramente, para dosar adequadamente um concreto, o tecnologista deve analisar cuidadosamente o projeto estrutural.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I O aspecto mais importante a ser analisado pelo tecnologista, é a resistência a esforços mecânicos (compressão, flexão, tração e abrasão) especificada pelo projetista estrutural. Alguns fatores que influenciam a resistência aos esforços mecânicos: • resistência dos agregados aos esforços mecânicos; • qualidade das pastas (fator a/c); • características do cimento.

Gráfico resistência do concreto x fator a/c Gráfico tensão à compressão x a/c resultante da influência das diferentes formas de compactação

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Outro fator que também influencia a resistência à compressão é a idade do concreto, isto é, o período que o cimento está em contato com a água para que haja a hidratação dos seus grãos.. O gráfico abaixo indica a variação média das resistências às solicitações mecânicas em função da idade até 90 dias. O tecnologista deve atentar também para que o concreto seja compatível com as peças a serem concretadas, ou seja, dimensionar de forma adequada os agregados utilizados assim como verificar a densidade da armadura, estabelecendo a trabalhabilidade adequada do concreto a ser produzido. Intrinsecamente, a trabalhabilidade dos concretos depende dos seguintes fatores:

Na determinação da dosagem de um concreto, leva-se em conta:

• relação a/c; • granulometria do agregado; • textura e porosidade da superfície do agregado. Para determinarmos a trabalhabilidade do concreto fazemos o “Slump Test”, por meio do cone de Abrams, como visto anteriormente.

3.8.4. Mão-de-obra disponível A mão-de-obra disponível para produção do concreto é fundamental. Quanto mais rudimentar for o equipamento utilizado, maior será a influência da mão de obra.

3.8.5. Dosagem

• características dos materiais disponíveis na obra; • equipamento disponível na obra; • controle da umidade dos agregados; • correção do consumo de água, quando necessário; • mão de obra disponível; • relação a/c; • relação água/agregado; • relação agregado miúdo/graúdo; • trabalhabilidade necessária.

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Chama-se de dosagem ideal aquela que resulta no menor consuma de cimento, ou seja, o maior consumo de agregados para a mesma quantidade de água ou ainda o menor índice de vazios dos agregados.

b)

c) O concreto deve ser dosado de modo a atender todos os requisitos prescritos na norma, sendo que a resistência de dosagem deve atender às condições de variabilidade prevalecentes durante a construção. Esta variabilidade, medida pelo desvio-padrão, Sserve de parâmetro para fixar a resistência de dosagem, definida pela expressão:

Segundo a NBR 12655: a) A composição do concreto destinado a uma estrutura deve ser definida com base em resultados experimentais de ensaios executados com a devida antecedência em relação ao início da concretagem da obra, em laboratório próprio ou de terceiros. Para cada concreto especificado devem ser realizados ensaios destinados a verificar as suas propriedades, tendo em vista as prescrições do projeto e do cálculo e as condições de execução e de utilização posterior. Os ensaios devem ser realizados com os mesmos materiais que os previstos para a obra e sob condições semelhantes às que prevalecerão na execução.

O cálculo da dosagem do concreto deve ser refeito cada vez que for prevista uma mudança de marca, tipo ou classe de cimento, na procedência ou qualidade dos agregados e demais materiais.

d,

dckcj SFF 65,1+=

c.1) Concreto com desvio-padrão conhecido:

Quando o concreto é elaborado com os mesmos materiais, mediante equipamentos similares e sob condições equivalentes, o valor numérico do desvio-padrão, Sd, deve ser fixado com, no mínimo, 20 resultados consecutivos obtidos no prazo de um mês em período imediatamente anterior. Em nenhum caso o valor de Sd adotado pode ser menor que 2 MPa.

c.2) Concreto com desvio-padrão desconhecido:

O valor de Sd a ser adotado depende da condição específica da obra de acordo com as seguintes condições, desde que mantidas permanentemente durante a construção:

Condição A (aplicável às classes C10 até C80)5: o cimento e os agregados são medidos em massa, a água de amassamento é medida em massa ou em volume com dispositivo dosador e corrigida em função da umidade dos agregados;

Condição B (aplicável às classes C10 até C20): o cimento é medido em massa, a água de amassamento é medida em volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em volume. A umidade do agregado é determinada pelo menos três vezes durante o serviço

- 151 -

5 C10, C80,... representam os concretos normais com massa específica seca, de acordo com a NBR 9778, compreendida entre 2000 e 2800kg/m3. O nº que acompanha a letra C, indica a resistência característica à compressão (fck), expressa em MPa.

Onde: Fcj = resistência média do concreto àcompressão, prevista para a idade de jdias; Fck = resistência característica doconcreto à compressão; Sd = desvio-padrão da dosagem.

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I da mesma turma de concretagem. O volume de agregado miúdo é corrigido mediante curva de inchamento estabelecida especificamente para o material utilizado. Dispensa-se essa correção no caso da medida em massa do agregado miúdo. O volume da água de amassamento é corrigido em função da medição da umidade dos agregados;

Condição C (aplicável apenas aos concretos de classe C10 e C15): o cimento é medido em massa, os agregados são medidos em volume, a água de amassamento é medida em volume e sua quantidade é corrigida em função da estimativa da umidade dos agregados e da determinação da consistência do concreto, conforme disposto na NBR 7223, ou outro método normalizado. O desvio-padrão, Sd, a ser adotado para cada condição de execução indicada acima, deve seguir a tabela abaixo:

Condição Desvio-padrão (Sd) em MPa A 4,0 B 5,5 C 7,0

3.8.6. Controle da resistência do concreto

3.8.6.1. Plano de Controle A cada lote de concreto deve corresponder uma amostra formada por, no mínimo, seis exemplares para os concretos do Grupo I (NBR 8953) e doze exemplares para os concretos do Grupo II (NBR 8953), coletados aleatoriamente durante a operação de concretagem. Cada exemplar é constituído por dois corpos de prova da mesma amassada, conforme NBR 5738, para cada idade de rompimento, moldados no mesmo ato. Toma-se como resistência do exemplar o maior dos dois valores obtidos em cada ensaio.

- 152 -


Grupo I de resistência

Resistência característica à

compressão (MPa) Grupo II de

resistência

Resistência característica à

compressão (MPa) C10 10 C15 15 C55 55

C25 25 C60 60

C30 30 C35 35 C70 70

C40 40 C45 45 C80 80

C50 50

C20 20

Os lotes devem ser formados segundo o critério da tabela abaixo, adotando-se aquele que resultar no maior número de exemplares possíveis. Valores referentes à formação de lotes de concreto

Solicitação principal dos elementos estruturais Limites superiores Elementos em compressão

simples e em flexão e compressão Elementos em flexão simples

50 m3 100 m3 Nº de amassadas 25 50

Nº de andares 1 1

3 dias consecutivos*

Volume de concreto

Tempo de concretagem

*Este período deve estar compreendido no prazo total máximo de sete dias, que inclui eventuais interrupções para tratamento de juntas.

Tendo em vista a diversidade de condições construtivas e a importância relativa das diferentes estruturas de concreto, consideram-se dois tipos de controle da resistência do concreto à compressão – o controle estatístico por amostragem parcial e o controle estatístico por amostragem total (100%). Os corpos-de-prova devem ser ensaiados à compressão, conforme NBR 5739.

3.8.6.2. Controle estatístico a) Para concretos com números de exemplares (n) compreendidos no intervalo 6≤n≤ 20, o valor estimado da resistência característica à compressão (fck), na idade especificada, é dada por:

mfmmfff

estckf −−

−+++×=

11.......212

m = metade do número de n exemplares. Para determinação de “m”, despreza-se o valor mais alto de “n”, se este número for ímpar, e f1 ≤ f2 ....≤ fm ....≤ fn são as resistências dos exemplares.

- 153 -


b) Não se deve tomar para fck est valor menor que ϕ6.f1

Adotando-se para ϕ6,, em função da condição de execução indicada em 3.2, os valores da tabela abaixo, admitindo-se a interpolação linear.

Tabela: Valores de ϕ6 em função do número de exemplares e da condição

Número de exemplares Condição 6 7 8 10 12 14 16 ≥ 18 A 0,92 0,94 0,95 0,97 0,99 1,00 1,02 1,03

B e C 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,00 1,02 1,04 c) Para amostragem de concreto com número de exemplares n ≥ 20, o valor estimado da resistência característica à compressão, na idade especificada, e não submetido ao controle total, é dado por:

O valor estimado da resistência característica é dado por:

3.8.6.3. Controle do concreto para amostragem total (100%) Aplica-se a casos especiais, a critério dos profissionais responsáveis pelo projeto estrutural e pela execução. O controle se realiza determinando a resistência do concreto a partir dos resultados de exemplares de cada amassada.

fck est = valor estimcaracterística do cfcm = resistência mcompressão para Sn = desvio padrã

Fck est = ϕ6 . f1

Para compfck est

fck est = f1 para n < 20

3.8.6.4. Casos Especiais

lotes com volumes inferiores reendido entre 2 e 5, e não estiv= ϕ6.f1 , onde ϕ6 é dado pela tabe

fck est = fi para n ≥ 20, onde i = 1 + 0,05 n, adotando-se a parte inteira

fck est = fcm – 1,65 Sn

a 10m3, em que o núer sendo realizado o conla abaixo:

- 154 -

Onde: ado da resistência oncreto à compressão; édia do concreto à

a idade do ensaio; o dos resultados para n-1

mero de exemplares estiver trole total, permite-se adotar o


Tabela: Valores de ϕn em função do número de exemplares e da condição

Número de exemplares Condição 2 3 4 5

A 0,82 0,86 0,89 0,91 B e C 0,75 0,80 0,84 0,87

Exercício 1) Exercício resolvido: Avaliar a qualidade do concreto cujos resultados dos corpos de prova rompidos à compressão estão apresentados na tabela abaixo, sendo todos referentes ao primeiro pavimento de uma edificação, com projeto estrutural calculado para fck = 20,0 MPa.

Exemplares no Rc (MPa) Exemplares no Rc (MPa) 01 25,9 / 23,8 07 31,4 / 31,1 02 22,4 / 20,6 08 28,6 / 29,2 03 23,2 / 24,1 09 26,6 / 24,8 04 25,2 / 24,9 10 29,6 / 30,0 05 28,3 / 28,6 11 29,6 / 29,2 06 19,7 / 18,7 12 27,7 / 27,7

Resolução: Primeiro avalio os valores das resistências à compressão encontrados para os corpos de prova e assinalo o maior deles (em negrito na tabela abaixo), para cada exemplar.

Exemplares no Rc (MPa) Exemplares no Rc (MPa) 01 25,9 / 23,8 07 31,4 / 31,1 02 22,4 / 20,6 08 28,6 / 29,2

23,2 / 24,1 09 26,6 / 24,8 25,2 / 24,9 10 29,6 / 30,0 28,3 / 28,6 11 29,6 / 29,2 19,7 / 18,7 12 27,7 / 27,7

03 04 05 06

- 155 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Colocando f em ordem crescente:

f1 = 19,7 MPa f4 = 25,2 MPa f7 = 27,7 MPa f10 = 29,6 MPa

f2 = 22,4 MPa f5 = 25,9 MPa f8 = 28,6 MPa f11 = 30,0 MPa

3 =24,1 MPa 6 = 26,6 MPa f9 = 29,2 MPa f12 = 31,4 MPa f f

6m2

122

nm12n =∴==⇒=

mf1m

1)(mf4f3f2f1f2estimadofck −−

−++++×=

MPa20,32estimadofck26,6

1625,925,224,122,419,72estimadofck =∴−

−++++×=

Para que o lote seja aprovado é necessário que fckestimado seja maior que o do projeto. Caso o fckestimado seja menor que Ψ6f1, adota-se para fckestimado o valor de Ψ6f1. Após tal comparação, verifica-se se este valor é maior que o estipulado para o projeto. Caso positivo, o lote estará aprovado, caso contrário, será reprovado. Neste caso:

N = 12 ⇒ Ψ6 = 0,98Ψ6f1 = 19,7 . 0,98 = 19,306

fckestimado > Ψ6f1 fckestimado > 20,0 MPa (projeto) ⇒ Conclusão: LOTE APROVADO!

2) Avaliar a resistência da amostra do concreto cujos exemplares apresentaram os seguintes resultados, em MPa:

Exemplares no R Exemplares nc (MPa) o Rc (MPa) 01 35,2 / 37,5 07 38,0 / 38,0 02 29,0 / 29,8 08 27,5 / 27,0

32,0 / 30,5 09 36,0 / 37,2 04 31,0 / 32,2 10 30,0 / 28,6 05 33,0 / 28,5 11 31,5 / 33,0 06 28,0 / 29,1 12 24,5 / 25,2

03

Foi adotado o critério de amostragem parcial para moldagem dos exemplares. Informar se o concreto atende ao projeto que estabeleceu fck = 24,0 MPa.

- 156 -


BIBLIOGRAFIA

• Materiais de Construção Civil – L. A. Falcão Bauer, Volume 1, 5a edição.

• Manual de Primeiros Socorros do Engenheiro e do Arquiteto – Manoel Henrique Campos Botelho, Edição experimental.

• Cimento Portland – Holdercim, Grupo Holderbank.

• Boletim Técnico – Guia Básico de Utilização do Cimento Portland, ABCP.

• Estudo Técnico – Materiais para Pavimentos de Concreto Simples, ABCP.

• Normas Técnicas – ABNT

• Concreto – Estrutura, propriedades e materiais; Kumar Mehta e Paulo Monteiro.

• Manual prático de Materiais de construção; Ernesto Ripper; Editora Pini.

- 157 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Exercícios (Extraídos da apostila da Prof. Alcina Pinheiro e das notas de aula dos Professores Moacyr Carvalho Filho e Luciana Nascimento Lins)

1) O traço em peso de um concreto é 1 : 2 : 3. Determinar o traço em volume. Dados:

Material Massa Unitária (kg/dm3) Cimento 1,42

Areia 1,50 Brita 1,40

Solução: Traço em massa: 1:2:3 Traço em volume: ?

Cimento: 1,42 kg/dm3

Areia: 1,50 kg/dm3 MU

Brita: 1,40 kg/dm3

VtotalmMU =

MUmVtotal =

3dm 0,704

1,421

MUm cimento V ===total

Traço Unitário em Volume (÷0,704)

1:1,89:3,04 3dm 333,1

1,502

MUm areia V ===total

3dm 143,21,40

3MUm brita V ===total

2)

O traço em volume de um concreto é 1:3:5. Determinar o traço em massa. Usar os mesmos valores do problema anterior para as massas unitárias dos materiais.

Solução: Traço em volume: 1:3:5 Traço em massa: ?

VtotalmMU = MUxVm =

Traço Unitário em Massa (÷1,42)

1:3,17:4,93

kg 1,421,42x1MUxV cimento M ===

kg 4,501,50x3MUxV areia M ===

kg 7,001,40x5MUxV brita M ===

- 158 -


3) Calcular o peso do cimento e o volume de areia, brita 0, brita 1, brita 2 e água, necessários para fabricar 1m3 do concreto cujo traço, em peso, é o seguinte:

1 : 1,47 : 0,87 : 1,33 : 2,00 ; 0,60

Material 3) 3) Cimento 3,15 1,40

Areia 2,54 1,50 Brita 0 2,64 1,48 Brita 1 2,64 1,45 Brita 2 2,64 1,44

Massa Específica (kg/dm Massa Unitária (kg/dm

Solução:

Pc= ? Volume de areia, brita 0, brita 1, brita 2 e água? Dados: Traço em massa – 1:1,47:0,87:1,33:2,0 ; 0,60

Material MU (kg/dm3)

ME (kg/dm3)

Cimento 1,40 3,15

Areia 1,50 2,54

B0 1,48 2,64

B1 1,45 2,64

B2 1,44 2,64

P

1000 1000
a) ∴+++
=a/c

Dpp

Daa

Dc1Pc ∴

+++++=

60,064,200,2

64,233,1

2,640,87

2,541,47

3,151Pc kg 324323,9Pc ≈=

ara calcularmos o volume dos outros materiais, é necessário sabermos a massa, logo:
kg 476476,281,47x3,24PaaxPPa C ≈==→=
kg 6482,00x324xPbPb

kg 431430,921,33x324xPbPbkg 282281,880,87x324xPbPb

C22

C11

C00

===≈===≈===

litros 194,4Pag0,60x324Pag0,60Pc

Pag=→=→=

- 159 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Cálculo dos volumes de materiais secos para 1m3 de concreto:

VtotalmMU = →

MUmVtotal =

Traço em massa – 1:2,09:1,76:1,44 ;

4) Suponha que você resolveu executar uma obra com o traço 1 : 2,09 : 1,76 : 1,44 em peso e

com a/c = 0,57. A areia porém, estava úmida com h = 4% e inchamento I = 28%. A mistura seria feita com os agregados em volume medidos em padiolas e o cimento em sacos. Qual o traço que deu para o mestre?

Material Massa Específica (kg/dm3) Massa Unitária (kg/dm3) Cimento 3,05 1,31

Areia 2,56 1,42 Brita 0 2,65 1,45 Brita 1 2,65 1,42

Base das padiolas: 35 x 45 cm Peso por padiola: 60 kg.

Solução:

Volumes (dm3) Padiolas Material

Traço em

Massa MU

Peso de materiais/ Saco de cimento

Seco Úmido Nº de

padiolas Vol.(cm3) Alt.(cm)

Cimento 1 1,31 50 - - - - - Areia 2,09 1,42 104,5*(+4,18) 73,59 94,19 2 47095 29,9 Brita1 1,76 1,45 88 60,69 60,69 2 30345 19,3 Brita2 1,44 1,42 72 50,70 50,70 2 25350 16,1 Água 0,57 - 28,5 (-4,18) 28,5 24,32 - - -

32

331

330

333

4501,44648Vb

2972,2971,45431Vb

1915,1901,48282Vb

3173,317/50,1

476Vareia

dm

dmdm

dmdm

dmdmdmKg

Kg

==

≈==

≈==

≈==

- 160 -


VtotalmMUVolumes =→

MUmV =

Cálculo dos volumes das padiolas: •

• •

•

Volume de areia = 94,19 dm3 = 94190 cm3 se eu vou colocar 2 padiolas, cada padiola deverá suportar (94190 cm3 de areia)÷2, logo o volume de 1 padiola = 47095 cm3. Dimensões da padiola:

4535

hBase das padiolas = 35cm x 45cm Volume das padiolas = 35x45xh = 1575h cm3

l 4,18x104,5100

4Pag

4%h

lou 28,5kga0,57x50a0,57ca

==

=

=⇒=⇒=

3dm 94,1910028173,59

100I1VasVahúmido Volume =

+=

+=→

cm 29,9h470951575hcm 47095 :areia de Padiola 3 =⇒=→

cm 3,91h034531575hcm 47095 :brita1 de Padiola 3 =⇒=→


Logo, o traço em volume para cada saco de cimento de 50 kg será:

2 padiolas de areia úmida com dimensões 35x45x29,9 cm3 2 padiolas de brita 1 com dimensões 35x45x19,3 cm3

• 2 padiolas de brita 2 com dimensões 35x45x16,1 cm3 • 24,32 litros de água

50 kg de cimento (=1saco)

- 161 -


5) Você preparou o traço inicial para dosagem pelo método do ACI. Quando foi fazer a mistura verificou que a areia estava com 3% de umidade. Pesou 6 kg de cimento. Que quantidade dos outros materiais misturou para a 1ª mistura experimental?

Traço ACI: 1 : 2,40 : 1,56 : 1,49; 0,53

Dosagem: Método ACI h areia = 3% Pc = 6 kg

- areia: 2,40 x 6 = 14,4 kg (se a areia estivesse seca)* - brita 1: 1,56 x 6 = 9,36 kg - brita 2: 1,49 x 6 = 8,94 kg - a/c = 0,53 → a = 3,18 kg (se a areia estivesse seca)**

Pag = 3% de 14,4 kg

**Água a ser adicionada: Água contida na areia: 0,432 kg. Água a ser adicionada = Água total - 0,432 = 3,18 - 0,432 = 2,748 kg.

Quais as quantidades de materiais para a 1a dosagem experimental?

Traço 1:2,40:1,56:1,49 ; 0,53

Para 6 Kg de cimento:

*Umidade da areia:

Pag = 0,432 kg de água (logo acrescento 0,432 kg de areia) Total de areia: 14,832 kg.

Também poderia ser feito para 1 kg de cimento com o mesmo raciocínio:

1 Kg de Cimento

1,56 Kg de Brita 1 1,49 Kg de Brita 2 0,53 Kg de Água

2,40 Kg de Areia Seca Materiais

secos

A areia úmida, logo:

P

3

ara 6 Kg de cimento → 6:14,83:9,36:8,94 ; 2,75

458,0072,053,0472,2072,040,2

072,040,2100

=−==+=

==

PagPareia

xPag

- 162 -


6) Você foi contratado para continuar uma concretagem que estava sendo feita. Ao chegar à obra soube somente que estavam virando o seguinte traço:

• • • •

• • • • •

• •

1 saco de cimento 2 padiolas de areia úmida 3 padiolas de pedregulho 25 mm bastante úmido 24,1 litros de água

Faltavam concretar:

a) 50 vigas de 4m e seção 20 x 30 cm b) 12 lajes de 3 x 4 m com 10 cm de altura.

O material para virar o concreto havia acabado. Como procedeu? Solução: 1º) Caracterizou o material determinado, obtendo:

coeficiente de umidade da areia: 4%; coeficiente de umidade do pedregulho: 2%; inchamento da areia: 21,5%; areia seca: MU = 1,60 kg/dm3 e ME = 2,50 kg/dm3; pedregulho seco: MU = 1,52 kg/dm3 e ME = 2,60 kg/dm3.

2º) Mediu as padiolas internamente e encontrou: areia: 35 x 45 x 25,3 cm; pedregulhos: 35 x 45 x 22,2 cm.

3º) Reconstituiu o traço: (FAZER) 4º) Consumo de materiais por metro cúbico de concreto: (FAZER) 5º) Volume total a concretar: (FAZER) 6º) Material a comprar: (FAZER)

Solução:

• 1 saco de cimento • 2 padiolas de areia úmida • 3 padiolas de pedregulho 25 mm • 24,1 l de água

3a etapa – Reconstituição do traço Traço em volume de materiais úmidos:

• 1 saco de cimento (= 50 Kg) • 2 padiolas de areia úmida dm3 79,695 5,3)2x(35x45x2 Vah ==⇒

• 3 padiolas de pedregulho úmido dm3 104,895 2,2)3x(35x45x2 Vph ==⇒

• 24,1 l de água Volume de areia seca:

3dm 6,65Vas56,65Vas

1005,211

695,79Vas100

I1VasVh ≈∴=∴+

=∴

+=

- 163 -


kg 105PasKg 104,94Pas1,60x65,59PasMUxVPas ≈∴=∴=∴=

Peso de água na areia: gk 4,2x105100

4==Pag

Peso de Pedregulho:

kg 3,192%x159,4ped Pagkg 159,4 seco ped m

1,52x104,9MUxVseco ped m

dm 104,9ped Vsped Vh Vtotal

mMU 3

===

==

===

Padiolas Volumes (dm3)

Material Dimensões (cm) Vol.(cm3)

Nº de padiolas Úmido Seco

MU Peso de

materiais/ Saco de cimento

Traço em

Massa

Cimento - - - - - - 50 1

Areia 35x45x25,3 39847,5 2 79,7 65,6 1,60 105,0 2,10

Pedregulho 35x45x22,2 34965,0 3 104,9 104,9 1,52 159,4 3,19

Água - - - 24,1

24,1 +4,2

+3,19 31,5

1 31,5 0,63

Traço un • on

Dc1Pc =

0PcPag

P.pPp

P.aPa

=

=

=

Acréscimo da água levada pelos agregados

itário em massa – 1:2,10:3,19 ; 0,63

sumo de cimento por m3 de concreto:

10001000

kg2,331Pc63,0

60,219,3

50,210,2

10,31c/a

Dp1

Da1 =∴

+++=

+++

5,695m 3

kg6,20863,0x2,331Pag63,

dm1,69552,1

5,1056Vpkg5,10562,331x19,3c

dm7,43460,1MU

Vaskg5,6952,331x10,2c

3

==⇒

==⇒==

===⇒==

- 164 -


x 50 Vigas = (0,30x0,20x4,00) x 50 = 12 m3

x 12 lajes = (0,10x3,00x4,00) x 12 = 14,4 m3

Cimento → 331,2kg/m3 de concreto. Para 26,4 m3 de concreto → 26,4 x 331,2 = 8743,68 kg de cimento ≈ 175

sacos de 50 kg. Areia → 434,7dm3 = 0,435m3 x 26,4 = 11,48m3 (volume de areia

seca).

Para 26,4 m3 de concreto → 26,4 x 331,2 = 8743,68 kg de cimento ≈ 175 sacos de 50 kg.

3m95,13100

5,21148,11100

I1VasVah =

+=

+=

Comprar de 12 a 15m3, dependendo do controle.

Volume total das peças que faltavam concretar:

•

0,30

0,20

4,00

Volume total de concreto = 12 + 14,4 = 26,4 m3

Material a comprar:

- 165 -


7) Considerando os custos:

- -

saco de cimento → R$ 19,00; m3 da areia → R$ 28,00;

- m3 da brita → R$ 30,00; - mão de obra para realização da mistura: 30% dos custos do material.

Calcule o preço para se concretar uma laje de 7m3 de concreto que está sendo preparado com as seguintes quantidades: 1 saco de cimento; 2 padiolas de areia com 35,0 x 45,0 x 22,8 cm, 3 padiolas de brita no 1 com 35,0 x 45,0 x 24,6 cm e 27,0 litros de água adicionada.

Características dos materiais empregados:

Material Massa Unitária (kg/dm3)

Massa Específica (kg/dm3)

Cimento 1,10 3,10 Resistência / Atividade aos 28 dias = 32,0 MPa

Areia Artificial

Seca 1,52 2,62

Módulo de finura = 2,9 Dimensão máxima = 6,3 mm

Umidade = 3,5% e Inchamento = 27% o 1,42 2,62 Módulo de finura = 6,20

Dimensão máxima = 19 mm

Outras características

Brita n 1

Solução: Traço em volume: 1 saco de cimento 2 padiolas de areia = 2 x (35x45x22,8) = 71,82dm3 3 padiolas de brita = 3 x (35x45x24,6) = 116,24dm3 27L de água

Padiolas Volumes (dm3) Material Dimensões

(cm) Vol.(cm3)

Nº de padiolas Úmido Seco

MU Peso de

materiais/ Saco de cimento

Traço em

Massa

Cimento - - - - - 1,10 50 1

Areia 35x45x22,8 35910 2 71,82 56,55 1,52 85,96 1,72

Pedregulho 35x45x24,6 29745 3 116,24 116,24 1,42 165,1 3,30

Água - - - 27 27+3 1 30,0 0,60

3dm 55,56Vas

100271

182,7Vas100

I1VasVh =∴+

=∴

+=

kg0,396,85x1003,5Pag

kg 96,58Pas1,52x56,55PasMUxVPas

==

=∴=∴=

- 166 -

MUxVmVMMU =∴=

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Cálculo das quantidades de materiais por m3 de concreto:

P

V

V

kg5,116228,352x3,3Pc.pPpkg9,60528,352x72,1Pc.aPa

kg28,352Pc6,0

62,230,3

62,272,1

10,31

1000

c/aDp1

Da1

Dc1

1000Pc

======

=∴+++

=+++

=

Traço em massa – 1:1,72:3,3 ; 0,6

ara 7m3 de concreto:

olume Ú

Vash

=

Cim

ento → 7x352,28 = 2465,96kg = 49,3 ≈ 50 sacos de 50kg.

mido de Arei

Vas100

I1 ∴

+

Cimento →Areia → 3,5Pedra → 5,

Custo dos m

Mão-de-obr

Custo total

Pedra → 7x

Areia → 7x 333,4241m
605,9 = 4241,3kg → m8,2dm3,279052,1
VasMU

Vas ≈==⇒=

35,8137m

- 167 -

a

3m 56,3Vas1002718,2 =∴

+=

Custos

50 sacos x R$19,00 = R$950,00 6m3 x R$28,00 = R$99,70 73m3xR$30,00 = R$171,90

ateriais = R$1221,60

a = 30%.1221,60 = 0,30x1221,60 = R$366,48

= R$1588,10

1162,5 = 8137,5kg dm6,573042,1MU

Vp ===


8) Avaliar a qualidade do concreto cujos resultados dos corpos de prova rompidos à compressão estão apresentados na tabela abaixo, sendo todos referentes ao primeiro pavimento de uma edificação, com projeto estrutural calculado para fck = 22,0 MPa.

Exemplares no Rc (MPa) Exemplares no Rc (MPa)

01 23,9 / 23,8 07 18,6 / 19,2 02 21,4 / 20,6 08 21,6 / 21,8 03 24,2 / 24,1 09 27,7 / 27,7 04 26,2 / 24,9 10 29,6 / 30,0 05 27,3 / 28,6 11 28,4 / 31,1 06 19,7 / 18,7 12 29,6 / 29,2

9) Foi preparada uma mistura experimental de concreto com as seguintes quantidades de material para 40 litros de concreto:

Cimento: 16kg; Areia seca: 27,9 kg; Brita1: 21,6kg; Brita 2: 21,6kg e Água: 8 litros.

Para atingir a consistência necessária, o laboratorista teve que adicionar 0,51 litros de água. Pergunta-se qual será o aumento da quantidade de água por m3 de concreto ocasionado pela correção realizada?

Solução: 16kg cimento 21,6kg de brita 1 40L Correção + 0,51L de Água → 40,51L de concreto 21,6kg de brita 2

8L de água

40,51L de concreto – 8,51L de água 1000L de concreto – X X = 210,07L de água para 1m3 de concreto (corrigido)

Aumento da quantidade de água = 210,07 – 200 = 10,07L

- 168 -


10) Calcular o preço do m3 de concreto de traço 1:2:3 ; 0,5, em volume, considerando os dados abaixo:

MU (kg/L)

ME (kg/L)

3,10

Areia 1,54 2,62

Pedra 1,40

Cimento 1,15

2,65

Preços:

1 saco de cimento = R$17,00 •

•

•

•

•

1 m3 de areia = R$28,00 1 m3 de pedra = R$30,00 mão-de-obra = 40% do valor dos materiais água = custo zero

Solução: Traço em massa MUxVm

Vtotalm

=⇒=MU

1x1,15 : 2x1,54 : 3x1,40 ; 0,5 1,15 : 3,08 : 4,2 ; 0,5

Traço unitário em massa → 1:2,68:3,65 ; 0,5 Cálculo das quantidades de materiais por m3 de concreto:

h = 4% Areia

I = 30%

10001000

L94,80840,1

52,1132MUmVp

kg52,113228,310x65,3Pc.pPpkg56,83128,310x68,2Pc.aPa

kg28,310Pc5,0

65,265,3

62,268,2

10,31c/a

Dp1

Da1

Dc1Pc

===

======

=∴+++

=+++

=

56,831mm
L97,539Vas
54,1Vas

MUVtotal

VtotalMU =⇒=∴=⇒=

30I
L96,701Vah100
197,539100

1VasVah =⇒

+=

+=

- 169 -


Custos

Materiais: R$149,43 + R$59,77 (mão-de-obra) = R$209,20

11) Você resolveu executar uma obra com o traço 1 : 2,1 :1,74 : 1,34 em peso e com a/c = 0,55. A areia, porém, estava úmida com h = 5% e inchamento I = 30%.

A mistura seria feita com os agregados em volume medidos em padiolas e o cimento em sacos. Qual o traço que deu para o mestre?

Material Massa Específica (kg/dm3) Massa Unitária (kg/dm3) Cimento 3,00 1,32

Areia 2,54 1,41 Brita 0 2,63 1,43 Brita 1 2,64 1,41

Base das padiolas: 35 x 45 cm Peso por padiola: 60 kg.

Traço em massa – 1 : 2,1 : 1,74 : 1,34 ;

Areia 1m3 – 28,00 0,702 – X Areia = R$19,66

Cimento 50kg – 17,00 310,28 – X Cimento = R$210,07L de água para 1m3 de concreto (corrigido)

Pedra 40,0L de concreto – 8L de água 1000L de concreto – X Pedra = R$24,27

- 170 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Solução:

Volumes (dm3) Padiolas Material

Traço em

Massa MU

Peso de materiais/ Saco de cimento

Seco Úmido Nº de

padiolas Vol.(cm3) Alt.(cm)

Cimento 1 1,32 50 - - - - - Areia 2,10 1,41 105,0*(+5,25) 74,47 96,81 2 48405 30,73 Brita1 1,74 1,43 87 60,84 60,84 2 30420 19,31 Brita2 1,34 1,41 47,52 47,52 23760 67 2 15,09

- 27,5 (-5,25) 27,5 22,25 - - - Água 0,55

L ,255x105100

5Pag

%5h

Lou 27,5kga0,55x50a0,55ca

==

=

=⇒=⇒=

VtotalmMUVolumes =→

MUmV =

3dm 96,81

10030174,47

100I1VasVahúmido Volume =

+=

+=→

Cálculo dos volumes das padiolas: • Volume de areia = 96,81 dm3 = 96810 cm3 se eu vou colocar 2 padiolas, cada padiola deverá suportar (96810 cm3 de areia)÷2, logo o volume de 1 padiola = 48405 cm3. Dimensões da padiola:

35

Base das padiolas = 35cm x 45cm Volume das padiolas = 35x45xh = 1575h cm3

45

h

cm 73,03h484051575hcm 48405 :areia de Padiola 3 =⇒=→



- 171 -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro - Materiais de Construção Civil I Logo, o traço em volume para cada saco de cimento de 50 kg será:

• 2 padiolas de areia úmida com dimensões 35x45x30,73 cm•

3 2 padiolas de brita 1 com dimensões 35x45x19,31 cm3

• 2 padiolas de brita 2 com dimensões 35x45x15,09 cm3 • 22,25 litros de água • 50 kg de cimento (=1saco)

12) Determine o consumo de cimento, areia, pedra e água para confeccionar um metro

cúbico de concreto que utiliza o CP II E 32, agregado miúdo e agregado graúdo Y e traço em volume: 1 : 2,35 : 3,25 , com relação a/c=0,52.

Material Massa Específica (kg/dm3) Massa Unitária (kg/dm3) / Umidade e Inchamento

Cimento 3,12 1,15

Agregado miúdo 2,65 1,46 (h = 5% e I = 23%)

Agregado Graúdo (W, Y e Z) 2,65 1,42 (h = 0)

Traço em volume: 1 : 2,35 : 3,25 – Relação a/c = 0,52

52,0;02,4:98,2:1:massaemUnitárioTraço62,4:43,3:15,1:massaemTraço

42,125,3:46,135,2:15,11:massaemTraço ×××

Determinação do consumo de materiais para confeccionar 1m3 de concreto:

litros34,14919,28752,0c52,0a52,0ca

kg50,115419,28702,4PcpPp

kg83,85519,28798,2PcaPa

kg19,28752,0

65,202,4

65,298,2

12,31

1000

a/c ME

pME

aME

11000Pc

pedraareiacim

=×=×=∴=

=×=×=

=×=×=

=+++

=+++

=

- 172 -

Documents

Materiais de Contrução I