TRABALHABILIDADE. Propriedades e Características do Concreto TRAÇO CONCRETO FRESCO CONCRETOS DE CIMENTO PORTLAND FUNDAMENTOS EM MASSA

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1 Cimento Portland Água PASTA CONCRETOS DE CIMENTO PORTLAND FUNDAMENTOS Agregados Miúdos Agregados Graúdos Aditivos ARGAMASSA CONCRETO Adições EM MASSA TRAÇO Propriedades e Características do Concreto No Estado Fresco No Estado Endurecido CIMENTO EM MASSA e AGREGADOS EM VOLUME TRABALHABILIDADE MASSA ESPECÍFICA Etc RESISTÊNCIA MECÂNICA DURABILIDADE Etc TRABALHABILIDADE Propriedade que determina o esforço necessário para o manuseio de um concreto com mínima perda de homogeneidade. CONCRETO FRESCO FACILIDADE DE TRABALHO SEM APRESENTAR SEGREGAÇÃO DURANTE AS ETAPAS: MISTURA TRANSPORTE LANÇAMENTO ADENSAMENTO RESULTANDO UM CONCRETO ENDURECIDO COM A MENOR QUANTIDADE POSSÍVEL DE VAZIOS

2 FLUIDEZ COMPONENTES DA TRABALHABILIDADE Facilidade de mobilidade do concreto TEOR DE PASTA Baixo teor de pasta Mistura áspera Teor ideal de pasta Mistura fluida COESÃO COMPONENTES DA TRABALHABILIDADE CONSISTÊNCIA DO CONCRETO Consistência é o grau de plasticidade e serve para avaliar a trabalhabilidade Resistência à segregação e exsudação TRABALHABILIDADE = CONSISTÊNCIA? TEOR DE ARGAMASSA Quanto mais plástico mais trabalhável será o concreto? FATORES DETERMINANTES Condições de execução Geometria das peças Taxa de armadura Formas de adensamento Equipamentos de mistura e lançamento Tempo de lançamento Condições climáticas Condições de acesso FATORES QUE MODIFICAM CARACTERÍSTICA DOS MATERIAIS Dimensão dos agregados graúdos Quanto maior o agregado: menor necessidade de água e cimento Menor Custo 2

3 FATORES QUE MODIFICAM CARACTERÍSTICA DOS MATERIAIS Forma dos grãos dos agregados FATORES QUE MODIFICAM Consumo de água Lubrificante pasta (água + cimento) Agregados irregulares e ásperos Agregados regulares Quanto mais regular o agregado: menor necessidade de água e cimento Menor Custo CONSUMO DE ÁGUA Maior quantidade de água maior plasticidade Cuidado com a resistência mecânica Lei de Lyse (93) Inge Lyse, (898, 99) A consistência do concreto permanece aproximadamente constante a despeito da riqueza do traço, desde que mantidos constantes o tipo e graduação dos agregados e o total de água por volume de concreto Lei de Lyse (relação água/materiais secos constante) a/c H = + m Onde: H = relação água/materiais secos (quantidade de água percentual por unidade de concreto); a/c = relação água/cimento; m = a + p (proporções de areia e brita, em massa) AVALIAÇÃO DA TRABALHABILIDADE Medida da consistência Abatimento de tronco de cone (NBR NM 67/98) SLUMP Concretos fluidos ou secos? Espalhamento pela mesa de Graff (NBRNM 68/96) Consistência Seca Medianamente Plástica Plástica Fluida Líquida Abatimento (mm) > 6 Tolerância NBR 722 (mm) 2 3 NBR 722/84 Execução de concreto dosado em central 3

4 Para aumentar o slump Aumentar o teor de pasta Aumentar o teor de água manter a relação água/cimento constante aumentar o consumo de cimento Uso de aditivos plastificantes ou superplastificantes MASSA ESPECÍFICA (γ) γconcreto = Massa Volume ( kg / 3 m ) QUANTO MAIOR A PLASTICIDADE MAIOR O CUSTO POR M3 DE CONCRETO PARA A MESMA RESISTÊNCIA γconcreto Cc = (kg/m + m + a/c 3 ) RESISTÊNCIA MECÂNICA CONCRETO ENDURECIDO Resistência do concreto = resistência da pasta (matriz) + resistência da ligação pasta/agregado (zona de transição) + resistência do agregado graúdo. Resistência: relação inversa com POROSIDADE Resistência: relação inversa com relação a/c para um mesmo grau de hidratação RESISTÊNCIA MECÂNICA: fatores que afetam Relação a/c Idade do concreto Tipo de cimento Teor de ar aprisionado ou incorporado Agregados Temperatura ambiente Condições de cura Etc RESISTÊNCIA MECÂNICA Lei de Abrams (98) Duff A. Abrams (88 965) Dentro do campo dos concretos plásticos, a resistência aos esforços mecânicos, bem como as demais propriedades do concreto endurecido variam na relação inversa da relação água/cimento 4

5 Lei de Abrams A f cj = B a/c Onde: fcj = resistência do concreto à compressão a j dias A e B = constantes dependentes dos materiais, idade e cura a/c = relação água/cimento, em massa resistência à compressão (MPa) Log f c7 = 2,2,23.x Log f c28 = 2,4,2.x ,3,4,5,6,7,8 relação água/cimento DURABILIDADE Definição (NBR 68/3: ): Capacidade da estrutura resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto com o autor do projeto estrutural e o contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. DURABILIDADE IMPORTANCIA DA ÁGUA NA DURABILIDADE INFLUENCIA DA PERMEABILIDADE DO CONCRETO NA DURABILIDADE RELAÇÃO ENTRE DURABILIDADE E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO Relação água/cimento DOSAGEM DE CONCRETOS Materiais Constituintes CIMENTO PORTLAND Aglomerante hidráulico constituído de silicatos de cálcio 5

6 3 a.c. 4 d.c Roma cal e cinza vulcânica (Vitruvius, traço :2) 793 (Inglaterra) Smeaton (queima de calcário com impurezas de argila 796 (Inglaterra) Parker (patente do cimento Parker ou Romano queima de calcário impuro) 823 (França) Louis Vicat (cal hidráulica artificial calcário e argila) 822 (Inglaterra) James Frost (cal hidráulica artificial cimento Britânico) Evolução 824 (Inglaterra) Joseph Aspdin (queima de argila e calcário até finalizar CO 2 e patente do Cimento Portland) 828 (Inglaterra) I.K. Brunel (a utilização do cimento Portland: túnel sob o Tâmisa) 845 (Inglaterra) Isaac Johnson (clinquerização) (França) Lambot ( cimento armado ) 886 (Inglaterra) forno rotativo 93 (EUA) Ed. Ingalls, Cincinatti º arranhacéu em concreto armado Ingalls Building (93) Cincinnati, EUA 65 m 6 andares Calcário: CaCO3 Argila: SiO2; Al2O3; Fe2O3; K2O; Na2O CLINQUER + SULFATO DE CÁLCIO (CaSO4.2H2O) MOINHO CIMENTO PORTLAND PURO FORNO CLINQUER C2S; C3S; C3A; C4AF CLINQUER + SULFATO DE CÁLCIO (CaSO4.2H2O) + ADIÇÕES (Pozolanas, Escória de Alto Forno, Filler Carbonático) MOINHO CIMENTO PORTLAND com ADIÇÕES Cimento Portland Comum Cimento Portland Composto Cimento Portland de Alto Forno Cimento Portland Pozolânico Cimento de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Resistente a Sulfatos Cimento Portland Branco Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação Cimento Portland Comum 6

7 Cimento Sigla Classe (MPa) Clinquer + sulfato de cálcio Escória de alto forno Composição Material Material pozolânico carbonático Comum CPI CPIS Cimento Portland Comum Composto CP II E CP II Z CP II F Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Alto Forno CP III Pozolânico CP IV 2532 ARI CP V Cimento Comum Sigla CPI CPIS Classe (MPa) Clinquer + sulfato de cálcio 9995 Escória de alto forno Composição Material Material pozolânico carbonático 5 Cimento Portland Comum Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Composto CP II E CP II Z CP II F Cimento Portland Pozolânico Alto Forno CP III Pozolânico CP IV 2532 ARI CP V 95 5 Cimento Comum Composto Alto Forno Pozolânico Sigla CPI CPIS CP II E CP II F CP III CP IV Classe (MPa) CP II Z Clinquer + sulfato de cálcio Escória de alto forno Composição Material Material pozolânico carbonático Material Pozolânico Material silicoso ou sílicoaluminoso que quando finamente moído, na presença da umidade reage com hidróxido de cálcio em temperaturas ambientes formando compostos cimentantes. C 2 S C 3 S + H CSH + Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + SiO 2 CSH ARI CP V

8 Características Menor velocidade de desenvolvimento de resistência Cimento Portland Comum Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Pozolânico Consumo do Ca(OH) 2 Menor permeabilidade MAIOR DURABILIDADE Cimento Portland de Alto Forno Cimento Comum Sigla CPI CPIS Classe (MPa) Clinquer + sulfato de cálcio 9995 Escória de alto forno Composição Material Material pozolânico carbonático 5 Escória de Alto Forno Resíduo da fabricação de ferrogusa que quando moído apresenta reação cimentante e pozolânica. Composto Alto Forno CP II E CP II Z CP II F CP III Reação lenta Ativação física e química Moagem Presença do Ca(OH) 2 Pozolânico CP IV ARI CP V 95 5 Características Menor velocidade de desenvolvimento de resistência Consumo do Ca(OH) 2 Menor permeabilidade MAIOR DURABILIDADE Cimento Portland Comum Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Pozolânico Cimento Portland de Alto Forno Cimento Portland Composto 8

9 Cimento Comum Composto Sigla CPI CPIS CP II E CP II Z CP II F Classe (MPa) Clinquer + sulfato de cálcio Escória de alto forno 634 Composição Material Material pozolânico carbonático Cimento Portland Comum Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Pozolânico Cimento Portland de Alto Forno Cimento Portland Composto Alto Forno Pozolânico CP III CP IV Cimento Portland Resistente a Sulfatos ARI CP V 95 5 Cimento Portland Resistente a Sulfatos Norma NBR 5737 Resistência a sulfatos? C3A < 8 % Adições carbonáticas > 5 % CP IV com material pozolânico 25 5 % CP III com escória 6 7 % Dados de ensaios ARI RS (CP V RS) Escória ou material pozolânico Cimento Portland Comum Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Pozolânico Cimento Portland de Alto Forno Cimento Portland Composto Cimento Portland Resistente a Sulfatos Cimento Portland Branco Estrutural Cimento Portland Branco Norma NBR 2989 Branco? Cinquer branco Baixo Fe 2 O 3 Combustível Moinhos especiais Composição Clinquer Branco + sulfato de cálcio 75 % Material carbonático 25 % Cimento Portland Comum Cimento Portland de Alta Resistência Inicial Cimento Portland Pozolânico Cimento Portland de Alto Forno Cimento Portland Composto Cimento Portland Branco Cimento Portland Resistente a Sulfatos 9

10 Produção no Mundo (milhões de toneladas) Produção mundial (em. ton) BRASIL ( Tipos de cimento (em mil toneladas) FC (MPa) fc7 ARI fc28 ARI fc7 CP IV fc28 CP IV fc7 CP II fc28 CP II,4,5,6,7,8 água/cimento Tipo a/c fc28 3d 7d 28d 9 CP II E CPII Z CPII F CP III CP IV CP V,38,48,58,68,78,38,48,58,68,78,38,48,58,68,78,38,48,58,68, ,5,47,4,35,32,38,36,28,26,22,5,48,4,35,29,69,62,53,46,43,72,69,64,6,57,62,6,54,52,48,7,7,64,6,55,86,82,77,7,6,6,8,22,26,28,23,25,3,34,38,6,7,2,26,3,4,6,8,,3 ( março 29)

11 AGREGADOS NBR 72/5 DEFINIÇÃO: Material granular, inerte com características adequadas (forma, dimensão, etc) ao uso em concreto de cimento Portland. FUNÇÕES: CUSTO RESISTÊNCIA AO DESGASTE (ABRASÃO) DIMINUIÇÃO DE RETRAÇÃO REQUISITOS GERAIS Grãos de minerais duros, compactos, estáveis e limpos; Sem substâncias nocivas (tipo e quantidade): Reações do cimento; Armaduras; Durabilidade; Aspecto da estrutura. EXAME PETROGRÁFICO (NBR 7389 e NM 54) Características dos agregados influentes: nas propriedades do concreto fresco Porosidade Massa específica Composição granulométrica Forma e textura Impurezas Consistência Massa Específica Características dos agregados influentes: nas propriedades do concreto endurecido Porosidade Composição mineralógica Resistência à compressão Sanidade Impurezas Resistência Resistência à abrasão Estabilidade dimensional Durabilidade Peneira (mm) 9,5 6,3 4,75 2,36,8,6,3,5 Limites granulometria: agregado miúdo Limites inferiores Zona utilizável % Retido acumulado, em massa Zona ótima Módulo de finura Zona Ótima entre 2,2 a 2,9 Módulo de finura Zona Utilizável inferior entre,55 a 2,2 Módulo de finura Zona Utilizável superior entre 2,9 a 3, Zona ótima Limites superiores Zona utilizável

12 Limites granulometria: agregado graúdo 9 Peneira (mm) 4,75/2,5 % Retido acumulado, em massa Zona granulométrica d/d 9,5/25 9/3,5 25/5 37,5/ Limite inferior zona utilizável Limite inferior zona ótima Limite superior zona ótima Limite superior zona utilizável 5 37,5 3, , , ,5,3,6,8 2,36 4,75 6,3 9,5 6, , , ,36 4,75 6,3 9,5 2, ,5 37, ,75/2,5 LI 4,75/2,5 LS 9,5/25 LI 9,5/25 LS 9/3,5 LI 9/3,5 LS 25/5 LI 25/5 LS 37,5/75 LI 37,5/75 LS Composição granulométrica (NBR NM 248) Dimensão máxima característica Estrutura Produção CUSTO Módulo de Finura Homogeneidade Trabalhabilidade Acabamento DM x espaçamento da armadura (NBR 68/3) Características dos agregados VIGAS Barras longitudinais (direção horizontal) Espaçamento,2.Dm Barras longitudinais (direção vertical) Espaçamento,5.Dm PILARES Armadura longitudinal Espaçamento,2.Dm Necessárias para dosagem e produção do concreto Massa específica (γ) Massa unitária (δ) Composição granulométrica Teor de umidade (h%) Coeficiente de inchamento (ci) 2

13 Massa específica (γ) NBR NM 52 e NBR NM 53 CARACTERIZAÇÃO M γ = (kg/dm V Areia 3 ) γ (kg/dm 3 ) 2,62 Massa unitária (δ) NBR 725/82 e NBR NM 45 δ = M 3 (kg/dm ) V δ (kg/dm 3 ),5 TEOR DE UMIDADE P h = P s + h Brita basalto Brita granito 2,57 2,95 2,64,3,4,29 Coeficiente de inchamento Coeficiente de inchamento NBR 6467 ci = V V h s ADITIVOS Definição: produtos que adicionados em pequena quantidade a concretos de cimento Portland modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequálas a determinadas condições. (NBR 768) ADITIVOS NBR 768 (Especificação) NBR 237 (Avaliação de desempenho) Física Tensoativos Formas de ação Química Ação nas reações de hidratação Físicoquímica 3

14 Efeitos Modificação da consistência Redução do consumo de água Redução do consumo de cimento Aumento da resistência inicial Modificação do tempo de pega Redução da exsudação Redução da permeabilidade Aumento da durabilidade Aditivos Normalizados Plastificante (Tipo P) Retardador (Tipo R) Acelerador (Tipo A) Plastificante Retardador (PR) Plastificante Acelerador (PA) Superplastificante (SP) Superplastificante Retardador (SPR) Superplastificante Acelerador (SPA) Incorporador de Ar (IAR) PLASTIFICANTE (P) PLASTIFICANTE (P) Definição (NBR 768) Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 6% da quantidade de água de amassamento para produzir um concreto com determinada consistência. Plastificante = Redutor de água Ação física sais, modificações e derivados do ácido lignossulfônicos, ácido carboxílicos e compostos polihidroxilados polissacarídeos, sais de resinas de madeira Ácido cítrico; ácido glucônico; lignossulfonato Tempo de ação 2 horas Sensível a condições climáticas Dosagem,2,5% Efeitos colaterais Incorporação de ar Superdosagem Retardo de pega e incorporação de ar EFEITOS Modificar a consistência Aumentar a fluidez fc e consumo referência Aumentar a resistência Diminuir água menor a/c Consumo e consistência referência Diminuir consumo de cimento Diminuir água e cimento menor consumo fc e consistência referência ALTERNATIVAS Estudo da granulometria dos agregados Mudança da forma dos agregados Aumentar água SUPERPLASTIFICANTE (SP) Definição (NBR 768) Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 2% da quantidade de água de amassamento, para produzir um concreto com determinada consistência. Superplastificante = Redutor de água de Alto Desempenho 4

15 SUPERPLASTIFICANTE (SP) RETARDADOR (R) condensados sulfonados de melaminaformaldeído (SMF) condensados sulfonados de naftalenoformaldeído (SNF) condensados de lignossulfonados modificados (MLS) poliacrilatos Tempo de ação 3 a 9 minutos Sensível a condições climáticas Dosagem,2 3,5% Custo Efeitos colaterais Incorporação de vazios Superdosagem Incorporação de ar, retardar pega, exsudação e segregação Definição (NBR 768) Produto que aumenta os tempos de início e fim de pega do concreto. Modificação do tempo de pega: Início mínimo: + hora Início máximo: + 3,5 horas Fim máximo: + 3,5 horas RETARDADOR (R) ACELERADOR (A) Forma de ação impede a dissolução dos produtos anidros Substâncias Gluconatos, lignossulfonados, açúcares Dosagem,,3% Duração > 6 min (NBR 768) 2 a 3 horas Efeito colateral Diminuir a resistência nas as idades (mínimo 9%) Aumentar a retração por secagem Superdosagem Inibição total da pega e endurecimento Inversão do efeito Definição (NBR 768) Produto que diminui os tempos de início e fim de pega do concreto, bem como acelera o desenvolvimento das suas resistências iniciais. Modificação do tempo de pega: Início mínimo: hora Início máximo: 3,5 horas Fim: mínimo hora Forma de ação promove a dissolução dos compostos anidros Substâncias Cloreto de cálcio, cloreto de sódio Nitrato de cálcio, formiato de cálcio e sódio ACELERADOR (A) Dosagem 2% Aumento na resistência inicial (mínimo 25% aos 3 dias) Superdosagem Pega instantânea Efeitos colaterais Calor de hidratação Fissuração por retração CORROSÃO Acelerar resistências iniciais Acelerar pega? Utilização Concretagem em temperaturas baixas Antecipação da desforma Prémoldados Reparos Concreto projetado ALTERNATIVAS Uso de cimento CP V Uso de cura a vapor Concreto com relação a/c baixa PROIBIDO PELA NBR 68/3 (7.4.4) em estruturas de concreto armado ou protendido quando contiver cloretos. 5

16 Tipos de Aditivos Plastificante (P) Superplastificante (SP) Retardador (R) Acelerador (A) PlastificanteRetardador (PR) PlastificanteAcelerador (PA) Superplastificanteretardador (SPR) Superplastificanteacelerador (SPA) Outros aditivos Incorporador de ar Polifuncional Estabilizador de hidratação Plastificantes com retração compensada Expansor Antisegregante Modificador de viscosidade Retardador de superfície Impermeabilizante ADIÇÕES Definição: Material em pó Adições minerais Resíduos Teores, em geral, maiores que os aditivos Tipos: Material pozolânico Material cimentante Filer ADIÇÕES Material pozolânico: Material silicoso ou sílicoaluminoso que finamente moído e na presença de umidade reage quimicamente com o hidróxido de cálcio, à temperatura ambiente, para formar compostos com propriedades cimentantes. Cinza volante, sílica ativa, cinza de casca de arroz, metacaulim. ADIÇÕES Material cimentante: Material que não necessita do hidróxido de cálcio para formar produtos cimentantes (processo lento e pequena quantidade de produtos cimentantes). A presença de hidróxido de cálcio e gipsita (sulfato de cálcio) acelera o processo e quantidade de produtos formados. Escória de altoforno. ADIÇÕES Filer: Adição mineral finamente moída sem atividade química. Somente efeito físico de empacotamento granulométrico. Calcário, pó de pedra, etc. 6

17 ADIÇÕES Efeitos: Químico: Capacidade de reação com o Ca(OH)2 resultante da hidratação do cimento Portland e formação de CSH adicional. Físico: Efeito microfiler: aumento da densidade da mistura pelo preenchimento dos vazios; Refinamento da estrutura dos poros e produtos de hidratação; Melhoria da microestrutura da zona de transição. EFEITO DAS ADIÇÕES Concreto fresco Aumento da coesão Diminuição da exsudação Diminuição da segregação Aumento do consumo de água, depende da forma, superfície específica e teores de adição Diminuição do calor de hidratação Concreto endurecido Aumento da resistência à compressão Redução da permeabilidade e absorção Aumento da durabilidade Aumento da resistência a sulfatos Redução das reações álcaliagregados ADIÇÕES Sílica ativa: Metacaulim Cinza de casa de arroz amorfa Escória granulada de alto forno Cinza volante Superpozolanas NORMAS: NBR 3956/97 Sílica ativa para uso em cimento Portland, concreto, argamassa e pasta de cimento Portland NBR 2653/92 Materiais pozolânicos ADIÇÕES Sílica Ativa (NBR 3956) Definição: Material decorrente do processo de produção de silício metálico ou ligas de ferro silício em fornos elétricos. Partículas de SiO 2, (captadas por sistemas de filtros coletores) Pozolana formada essencialmente por partículas esféricas com diâmetros menores que 6 m de sílica no estado amorfo. Diâmetro dos grãos: vezes mais fino que o cimento Superfície específica média: 2. m 2 /kg (cimento Portland 35 a 6 m 2 /kg) 7