Edificações – Concreto
By Victor Maia 9 de novembro de 2018 No Comments
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Esta aula tem como objetivo descrever os conceitos mais importantes concernentes ao estudo do concreto com o foco para concursos públicos. O material baseado na NBR-6118 e nos resumos preparados para consolidação do conhecimento da matéria ao longo dos anos.
O concreto é o material mais utilizado na construção civil, composto por uma mistura de cimento, areia, pedra e água, além de outros materiais eventuais, os aditivos e as adições.
Usualmente, o concreto, depois de seco em estufa, tem massa específica compreendida entre 2000 kg/m³ e 2800 kg/m³. Se a massa específica real não for conhecida, para efeito de cálculo, pode-se adotar para o concreto simples o valor 2400 kg/m³ e para o concreto armado 2500 kg/m³. Como referência, lembre que 1 m³ de água tem 1000 kg.
A água utilizada. Se a quantidade de água for muito pequena, a reação não ocorrerá por completo e também a facilidade de se adaptar às formas ficará prejudicada, porém se a quantidade for superior a ideal, a resistência diminuirá em função dos poros que ocorrerão quando este excesso evaporar.
2. Materiais constituintes do concreto
Aglomerante — Cimento portland
É composto principalmente de CLÍNQUER (calcário, argila e componentes químicos) e diferenciado conforme a adição dos seguintes materiais:
Existem diferentes tipos de cimento, com diferentes composições, que conferirão ao Concreto maior resistência, trabalhabilidade, durabilidade, impermeabilidade.
CP I – Cimento Portland Comum : é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o uso em construções que não requeiram condições especiais e não apresentem ambientes desfavoráveis como exposição à águas subterrâneas, esgotos, água do mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos. A única adição presente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nos demais tipos de cimento Portland).
CP II – Cimento Portland Composto: Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da sua composição básica (clínquer+gesso), a adição de outro material.
O CP II-E contém adição de Escória, é recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento.
O CP II-Z contém adição de material pozolânico que varia de 6% à 14% em massa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo ideal para obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusive marítimas.
O CP II-F contém adição de 6% a 10% de material carbonático (Fíler) em massa. Este tipo de cimento é recomendado desde estruturas em concreto armado até argamassas de assentamento e revestimento, porém, não é indicado para aplicação em meios muito agressivos.
CP III – Cimento Portland de Alto Forno Maior impermeabilidade e durabilidade; Baixo calor de hidratação; Alta resistência à expansão devido à reação álcali-agregado; Resistente a sulfatos; Aplicação geral em argamassas de assentamento, revestimento, argamassa armada, de concreto simples, armado, protendido, projetado, rolado, magro e outras; Vantajoso em obras de concreto-massa, tais como barragens, peças de grandes dimensões, fundações de máquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, pilares de pontes ou obras submersas, pavimentação de estradas e pistas de aeroportos; Comporta adições de 35 a 70% de Escória e até 5% de material carbonático; Cimento mais ecológico de todos os cimentos produzidos no Brasil.
CP IV – Cimento portland Pozolânico: contém adição de pozolana no teor que varia de 15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma alta impermeabilidade e consequentemente maior durabilidade. O concreto confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressão superior ao concreto de cimento Portland comum à longo prazo. É especialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente e ambientes agressivos.
CP V- ARI – O cimento Portland de alta resistência inicial tem alta reatividade em baixas idades em função do grau de moagem a que é submetido. O clínquer é o mesmo utilizado para a fabricação de um cimento convencional, mas permanece no moinho por um tempo mais prolongado. O cimento continua ganhando resistência até os 28 dias, atingindo valores mais elevados que os demais, proporcionando maior rendimento ao concreto. É largamente utilizado em produção industrial de artefatos, onde se exige desforma rápida, concreto protendido pré e pós-tensionado, pisos industriais e argamassa armada. Devido ao alto calor de hidratação, não é indicado para concreto massa. Contém adição de até 5% de fíler calcário. A ausência de pozolana não o recomenda para concretos com agregados reativos.
Agregado Miúdo – areia natural ou artificial (pó de pedra beneficiado), pó de pedra;
Agregados são fragmentos de rochas, popularmente denominados pedras e areias. Fragmentos de rochas com tamanho e propriedades adequadas são utilizados em quase todas as obras de infra-estrutura civil, como em edificações, pavimentação, barragens e saneamento. São classificados quanto a massa unitária em leves, normais e pesados e em média representam cerca de 70% do volume de concretos e argamassas.
Materiais de enchimento inerte. Não devem conter material pulverulento. Considera-se que o agregado é instável quando mudanças no seu volume, induzidas pelo intemperismo, como ciclos alternados de umedecimento e secagem, ou congelamento e descongelamento, resultam na deterioração do concreto. Substâncias deletérias são aquelas que estão presentes como constituintes minoritários, tanto nos agregados graúdos quanto nos miúdos, porém, são capazes de prejudicar a trabalhabilidade, a pega e o endurecimento do concreto. Verifiquem as principais substâncias e os limites normativos conforme abaixo:
As areias utilizadas para concreto devem ter as seguintes características:
Grãos grandes e angulosos, trabalhando como mini-britas, o que é satisfatório.
Devem ser bem limpas e úmidas, não fazendo poeira e nem sujando a mão quando esfregada. A areia deve ser não poluída, não coesiva, sem matéria orgânica e não devem ser retirada de praias devido a maior concentração de sais.
Água — pode ter parte ou totalidade substituída por gelo. Para se obter um concreto de maior resistência é necessário o mínimo possível de água.
Adições — metacaulim, cinza volante, pozolanas, cal, pó de pedra. As adições minerais são materiais extremamente refinados que contém em sua composição grande quantidade de sílica amorfa – reativa. Como adições minerais utilizam-se normalmente a escória de alto-forno (resíduo do processo de produção do aço) e os materiais pozolânicos (argilas calcinadas e finamente moídas, cinza de casca de arroz e cinzas volantes – cinza resultante da queima do carvão mineral moído.
3. Requisitos de qualidade e agressividade do meio ambiente
As estruturas de concreto devem atender aos requisitos mínimos de qualidade classificados abaixo, durante sua construção e serviço, e aos requisitos adicionais estabelecidos em conjunto entre o autor do projeto estrutural e o contratante.
Desempenho em serviço: consiste na capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização, não devendo apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada.
Durabilidade: consiste na capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto.
As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que sob as condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto conservem sua segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente à sua vida útil.
Mas como o concreto envelhece? Agora vamos falar destes mecanismos de envelhecimento e deterioração. Os mecanismos preponderantes de deterioração relativos ao concreto são:
Lixiviação: por ação de águas puras, carbônicas agressivas ou ácidas que dissolvem e carreiam os compostos hidratados da pasta de cimento;
Expansão por ação de águas e solos que contenham ou estejam contaminados com sulfatos, dando origem a reações expansivas e deletérias com a pasta de cimento hidratado;
Expansão por ação das reações entre os álcalis do cimento e certos agregados reativos;
Reações deletérias superficiais de certos agregados decorrentes de transformações de produtos ferruginosos presentes na sua constituição mineralógica.
Mecanismos de deterioração da estrutura propriamente dita: São todos aqueles relacionados às ações mecânicas, movimentações de origem térmica, impactos, ações cíclicas, retração, fluência e relaxação.
Agora estudaremos a agressividade do meio ambiente. Este fenômeno está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de origem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto.
Nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na tabela acima e pode ser avaliada, simplificadamente, segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes.
O responsável pelo projeto estrutural, de posse de dados relativos ao ambiente em que será construída a estrutura, pode considerar classificação mais agressiva que a estabelecida na tabela, a favor da segurança.
Quanto à drenagem, deve ser evitada a presença ou acumulação de água proveniente de chuva ou decorrente de água de limpeza e lavagem, sobre as superfícies das estruturas de concreto.
As superfícies expostas que necessitem ser horizontais tais como coberturas, pátios, garagens, estacionamentos e outras, devem ser convenientemente drenadas, com disposição de ralos e condutores.
Todas as juntas de movimento ou de dilatação, em superfícies sujeitas à ação de água, devem ser convenientemente seladas, de forma a torná-las estanques à passagem (percolação) de água.
Ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo e nível de agressividade previsto em projeto devem estabelecer os parâmetros mínimos a serem atendidos. Na falta destes e devido à existência de uma forte correspondência entre a relação água/cimento, a resistência à compressão do concreto e sua durabilidade, permite-se adotar os requisitos mínimos expressos na tabela abaixo.
4. Outras Características do Concreto
O coeficiente de dilatação térmica, a ser considerada na análise estrutural, pode ser admitido como sendo igual a 10-5/°C.
Segundo a NBR 8953, temos a seguinte a classificação do concreto para fins estruturais:
De acordo com NBR 6118, a classe C20, ou superior, se aplica a concreto com armadura passiva e a classe C25, ou superior, a concreto com armadura ativa. A classe C15 pode ser usada apenas em obras provisórias ou concreto sem fins estruturais.
De acordo com a NBR 14931, a especificação do concreto deve levar em consideração todas as propriedades requeridas em projeto, em especial quanto à resistência característica, ao módulo de elasticidade do concreto e à durabilidade da estrutura, bem como às condições eventualmente necessárias em função do método de preparo escolhido e das condições de lançamento, adensamento e cura.
No caso da especificação pela resistência característica do concreto à compressão, o concreto é solicitado especificando-se a resistência característica do concreto à compressão na idade de controle, a dimensão máxima característica do agregado graúdo e o abatimento do concreto fresco no momento de entrega.
No caso da especificação pelo consumo de cimento, o concreto é solicitado especificando-se o consumo de cimento Portland por metro cúbico de concreto, a dimensão máxima característica do agregado graúdo e o abatimento do concreto fresco no momento da entrega.
No caso da especificação pela composição da mistura (traço), o concreto solicitado especificando-se as quantidades por metro cúbico de cada um dos componentes, incluindo-se aditivos, se for o caso.
A proporção entre a água e o cimento utilizados na mistura é chamada de fator água/cimento. As proporções entre areia e brita na mistura tem influência na facilidade de se adaptar às formas e na resistência
O traço traz a proporção entre o cimento : areia : brita em peso ou em volume, nessa ordem. Por exemplo, a proporção 1:2:4 significa uma medida de 1 de cimento para 2 de areia para 4 de brita.
Utilizar cimento com granulometria menor na produção do concreto provoca hidratação das partículas deste de forma mais rápida, com liberação de calor de hidratação em menor intervalo de tempo e choque térmico do concreto mais elevado, após a retirada das fôrmas, o que favorece a fissuração do concreto.
A cura é o processo pelo qual se consegue manter no concreto o teor de água e a temperatura mais convenientes durante um fenômeno fundamental no concreto, que condiciona fortemente a geração das propriedades do concreto endurecido, como resistência aos esforços mecânicos, ao desgaste, durabilidade e estabilidade de volume. Este fenômeno é denominado de hidratação dos materiais cimentantes.
Um cimento é chamado hidráulico quando os produtos de hidratação são estáveis em meio aquoso. O cimento hidráulico mais utilizado para fazer concreto o cimento Portland, que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos. 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. Altas temperaturas durante o período crítico de hidratação do cimento aumentam a resistência mecânica do concreto nas primeiras idades mas resultam em queda posteriormente.
A hidratação dos aluminatos é responsável pela pega (endurecimento), já a hidratação dos silicatos confere resistência mecânica da pasta. Para que a hidratação se processe convenientemente é essencial manter a massa em condições ótimas de umidade e de temperatura, o que se consegue pela adoção de sistemas e produtos de cura que mantenham essas condições o maior tempo possível após o adensamento do concreto.
O pavimento de concreto tem uma característica peculiar: a área exposta é muito mais significativa do que o volume da placa, o que aumenta a velocidade de evaporação. O mecanismo de geração destas está intimamente ligado à acomodação do concreto recém-adensado, à conseqüente exsudação da água de mistura e à velocidade de evaporação resultante, função da velocidade do vento, das temperaturas do ar e do concreto e da umidade relativa do ar.
Quando a velocidade ou taxa de evaporação excede a velocidade de exsudação, instala-se a fissuração plástica. A evaporação rápida também poderá reduzir a resistência mecânica, aumentar o desgaste superficial ao longo do tempo e, finalmente, comprometer a durabilidade da estrutura. A cura será bem- sucedida desde que, medida após sete dias, a perda de água seja de até 20%.
A reação álcali-agregado trata-se de reações químicas envolvendo íons alcalinos do cimento Portland, íons hidroxila e certos constituintes silicosos que podem estar presentes no agregado, resultando em expansão e fissuração do concreto, levando-o à perda de resistência, elasticidade e durabilidade.
A Retração é o encurtamento do concreto devido à evaporação da água desnecessária à hidratação do cimento. A retração depende da umidade relativa do ambiente, da consistência do concreto no lançamento e da espessura fictícia da peça.
O teor de cimento e o fator água-cimento influenciam o valor da retração: um teor mais elevado de cimento e/ou um fator água- cimento maior aumentam as deformações de retração.
A consistência é a propriedade mais importante do concreto fresco sendo, juntamente com a massa específica, decisiva para a trabalhabilidade. A consistência pode ser medida pelo ensaio do abatimento do tronco de cone. Ela é usada como um simples índice de mobilidade ou da fluidez do concreto fresco.
Para uma dada dimensão máxima do agregado graúdo, o abatimento ou consistência do concreto é uma função direta da quantidade de água na mistura. As misturas fluidas de concreto com elevada consistência tendem a segregar e exsudar, afetando desfavoravelmente o acabamento. Misturas com consistência seca podem ser difíceis de lançar e de adensar, e o agregado graúdo poderá segregar no lançamento.
O ensaio do abatimento do concreto, também conhecido como Slump Test, é realizado para verificar a trabalhabilidade do concreto em seu estado plástico, buscando medir sua consistência e avaliar se está adequado para o uso a que se destina.
A porosidade, por sua vez, tem influência na impermeabilidade e, consequentemente, na durabilidade das estruturas confeccionadas em concreto.
Salvo condições específicas definidas em projetos, ou influência de condições climáticas ou de composição do concreto, a NBR 14931:2004 (Execução de estruturas de concreto – Procedimento) recomenda que o intervalo de tempo transcorrido entre o instante em que a água de amassamento entra em contato com o cimento e o final da concretagem seja, no máximo, de 2 h 30 min.
Quando a temperatura ambiente for elevada, ou sob condições que contribuam para acelerar a pega do concreto, esse intervalo de tempo deve ser reduzido, a menos que sejam adotadas medidas especiais, como o uso de aditivos retardadores, que aumentem o tempo de pega sem prejudicar a qualidade do concreto.
Em conformidade com a NBR 14.931/2004 (Execução de estruturas de concreto – Procedimento), a menor temperatura da massa de concreto, no momento do lançamento, é de 5°C.
Salvo disposições em contrário, estabelecidas no projeto ou definidas pelo responsável técnico pela obra, a concretagem deve ser suspensa sempre que estiver prevista queda na temperatura ambiente para abaixo de 0°C nas 48h seguintes.
O emprego de aditivos requer prévia comprovação de seu desempenho. Em nenhum caso devem ser usados produtos que possam atacar quimicamente as armaduras, em especial aditivos à base de cloreto de cálcio.
Quando a concretagem for efetuada em temperatura ambiente muito quente (≥35°C) e, em especial, quando a umidade relativa do ar for baixa (≤50%) e a velocidade do vento alta (≥30 m/s), devem ser adotadas as medidas necessárias para evitar a perda de consistência e reduzir a temperatura da massa de concreto.
Salvo disposições em contrário, estabelecidas no projeto ou definidas pelo responsável técnico pela obra, a concretagem deve ser suspensa se as condições ambientais forem adversas, com temperatura ambiente superior a 40°C ou vento acima de 60 m/s.