CAPÍTULO 5 CONCRETOS 5.1 DEFINIÇÃO 5.2 TIPOS a) Concreto Simples ou Hidráulico: b) Concreto Armado: c) Concreto Magro: d) Concreto Protendido:

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1 1 CAPÍTULO 5 CONCRETOS 5.1 DEFINIÇÃO Produto resultante do endurecimento de uma mistura, em determinadas proporções, de cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água. As funções da pasta (cimento + água) são: dar impermeabilidade ao concreto; dar trabalhabilidade ao concreto; envolver os grãos; preencher os vazios entre os grãos. As funções do agregado são: reduzir o custo do concreto; reduzir as variações no volume (diminuição das retrações); contribuir com grãos com resistência superior ao da pasta. 5.2 TIPOS a) Concreto Simples ou Hidráulico: Preparado com cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Tem grande resistência aos esforços de compressão, mas pequena resistência aos esforços de tração. b) Concreto Armado: Possui elevada resistência, tanto aos esforços de tração como aos de compressão. Além do cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água, utiliza-se armadura ou ferragem (barras de aço). c) Concreto Magro: É um concreto simples com reduzido teor de cimento. É mais econômico, mas deve ser usado quando não for exigido tanta resistência e impermeabilidade. Exemplos: Contrapisos e bases de fundações e pavimentos. d) Concreto Protendido: É o concreto onde, através da tração dos cabos de aço, é introduzido pré-tensões de tal grandeza e distribuição, que as tensões de tração resultantes do carregamento são neutralizadas a um nível ou grau desejado. e) Concretos Especiais:

2 2 Concreto leves (porosos, aerados ou celulares; com agregados leves ou com agregados sem finos): Caracterizados pela baixa massa específica aparente em relação aos concretos normais ou tradicionais. Nas construções possuem baixo peso próprio e elevado isolamento térmico. O isolamento térmico é melhorado com o acréscimo da porosidade. O termo concreto leve é usado para concreto cuja massa é menor que kg/m 3. Concretos com aditivos: Concretos que faz uso de plastificantes, incorporadores de ar, superplastificantes, aceleradores ou retardadores de pega e endurecimento. O uso de plastificantes possibilita a redução da água para uma mesma trabalhabilidade, aumentando a resistência, ou a redução do teor de cimento, mantendo a resistência no mesmo valor. As bolhas de ar incorporado ao concreto atuam como um agregado fino adicional, que possui coeficiente de atrito nulo em relação aos grãos rígidos vizinhos, melhorando a plasticidade e a trabalhabilidade do concreto fresco. Concreto massa: Utilizado em peças de grandes dimensões (barragens), sem armadura, caracterizado por baixos consumos de cimento, agregados de elevado diâmetro máximo, e com geração de baixa quantidade de calor de hidratação. Concretos injetados ou coloidais: Obtido a partir da injeção de com uma argamassa, de modo a preencher os vazios de um agragedo graúdo, colocado anteriormente nas formas. Concretos à vácuo: A quantidade de água utilizada para misturar e adensar o concreto é maior do que a necessária para a hidratação do aglomerante. Para facilitar o lançamento emprega-se o teor de água adequado à trabalhabilidade desejada e posterior elimina-se a água em excesso, com relação as necessidades das reações químicas. A água é eliminada por sucção e ao mesmo tempo aplica-se uma forte compressão às faces externas do concreto. O procedimento consiste em aplicar sobre a massa uma placa rígida composta por treliças recobertas por um tecido forte e permeável, e sobre estas, outra parede repousando sobre borrachas, formando uma cavidade sobre o concreto. Concretos refratários: Quando o concreto tiver que suportar elevadas temperaturas ou mudanças térmicas é preciso um concreto especial, tendo o nome de refratário, onde as características próprias levam a um comportamento adequado naquelas temperaturas. O concreto normal perde suas qualidades a C, desagregando-se, pois os compostos hidratados do cimento perdem sua água de constituição. Os agregados do tipo silícico sofrem transformações cristalinas a C e os agregados calcários produz, a estas temperaturas, a descarbonatação e a desintegração da massa. Para obter este tipo de concreto, deve-se usar cimento aluminoso como aglomerante e, como agregados, materiais refratários mais ou menos silícicos, para temperaturas pouco elevadas, mais

3 3 aluminosos, para temperaturas maiores, e, agregados como o coridon, o carborundo, a cromita, a magnesita, entre outros, para temperaturas elevadas. Concretos ciclópicos: Concreto simples que contém pedra de mão. Concretos projetados: Concreto transportado pneumaticamente através de uma mangueira e projetado sobre uma superfície a uma alta velocidade. Concretos de alta resistência: Concretos onde a resistência à compressão é superior a 40 MPa e peso normal de kg/m 3. Concretos de alto desempenho: A microssílica impõe ao concreto uma melhoria nas suas mais importantes características. Isto é conseguido através da atuação da microssílica na microestrutura do concreto através de dois efeitos: atua quimicamente reagindo com o Hidróxido de Cálcio (CH) transformando-o em Sílicato de Cálcio Hidratado (CSH), que é um dos principais componentes do concreto endurecido responsáveis pela sua resistência, e atua também como material inerte preenchendo os poros do concreto e tornando-os descontínuos. Com o uso da microssílica o concreto passa a ter : maior resistência à compressão, porosidade próxima de zero, maior resistência à abrasão e à corrosão química, maior adesão a outras superfícies de concreto e melhor aderência com o aço, dentre outras vantagens. A reação química acontece principalmente na interface entre argamassa de cimento e agregado graúdo, a qual constitui-se em um ponto vulnerável do concreto. Por isto, com o uso da microssílica há uma maior aderência entre agregado e pasta, e o ponto "fraco" do concreto passa a ser o agregado. Isto é evidenciado observando-se a superfície de ruptura do concreto de alto desempenho na compressão, mostrando os agregados totalmente rompidos. Podemos citar entre outras aplicações as seguintes : Edifícios em concreto (por reduzir tempo de execução, aumentar a área útil, tornar a estrutura mais durável e proporcionar uma economia em torno de 20%); Pontes e viadutos (permite maiores vãos, rapidez de execução e aumento da vida útil, além de economia); Soleiras de vertedouros de usinas Hidrelétricas (devido à sua boa resistência à abrasão); Pisos industriais (indicado por ter alta resistência à abrasão bem como a ataques químicos); Obras marítimas (por se tratar de um material com permeabilidade próxima de zero é fortemente indicado o seu uso em ambientes agressivos); Recuperação de estruturas (pela sua grande aderência a superfícies de concreto, dispensando a utilização de epóxi para união das superfícies); Peças pré moldadas (seu uso impõe agilidade à produção); Concreto projetado (elimina o problema da reflexão no concreto projetado).

4 4 5.3 CLASSIFICAÇÃO Os concretos simples ou hidráulicos podem ser classificados: Quanto às propriedades dos aglomerantes: - Comum; - Moderado calor de hidratação; - Alta resistência inicial; - Resistentes à águas sulfatadas; - Baixo calor de hidratação Quanto ao tipo de agregados: - Leves: Quando são executados com agregados leves. Exemplos: Pérolas de isopor, argila expandida, etc.) - Pesados: Quando são executados com agregados pesados. Exemplos: Minérios de barita, magnetita e limonita. - Normais: Quando são executados com agregados normais. Exemplos: Areias quartizosas, britas graníticas Quanto à consistência: - Fracamente Plásticos: Abatimento do tronco de cone (Slump) menor que 5cm; - Medianamente plástico: Slump maior que 5cm e menor que 15cm; - Fortemente plástico: Slump maior que 15cm Quanto ao processo de mistura, transporte e lançamento: - Manual; - Mecânico Quanto ao processo de adensamento: - Manual; - Mecânico (vibração, pervibração, centrifugação, jateamento) Quanto ao seu destino: - Estrutural; - Secundário.

5 Quanto ao processo de dosagem: - Experimental; - Empírica Quanto à textura: - Gordo: Quando possui elevado teor de argamassa; - Magro: Quando possui baixo teor de argamassa; - Rico: Quando possui elevado teor de cimento; - Pobre: Quando possui baixo teor de cimento. 5.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO Trabalhabilidade: De acordo com PETRUCCI (1983), é uma propriedade qualitativa que identifica a maior ou menor aptidão do concreto para ser aplicado com determinada finalidade sem perda de sua homogeneidade. A consistência é um dos principais fatores que influenciam a trabalhabilidade. A trabalhabilidade compreende duas propriedades essenciais: A Consistência ou Fluidez que é função da quantidade de água adicionada ao concreto e a Coesão que é a medida da facilidade de adensamento e de acabamento, avaliada pela facilidade de desempenar e julgamento visual da resistência à segregação. É função da quantidade de finos da mistura, bem como da granulometria dos agregados graúdo e miúdo e da proporção relativa entre eles. Os principais fatores que afetam e determinam a trabalhabilidade são: a) Fatores internos: - Consistência: Função da relação água/materiais secos (umidade do concreto); - Traço: Proporção relativa entre cimento e agregados; - Granulometria: Distribuição granulométrica dos agregados e proporção relativa entre eles; - Forma dos grãos dos agregados; - Tipo e finura do cimento. b) Fatores externos: - Tipo de aplicação (finalidade); - Tipo mistura (manual ou mecânica); - Tipo de transporte (calhas, bombas, etc.), lançamento, adensamento e dimensões peças.

6 Medidas da Trabalhabilidade: Os aparelhos e métodos para medirem a trabalhabilidade possuem limitações por não conseguirem introduzir todas as variáveis no fenômeno. A maioria dos métodos medem somente a consistência e tem como base uma das seguintes proposições: - Medida de deformação causada a uma massa de concreto fresco pela aplicação de força determinada. - Medida do esforço necessário para gerar na massa de concreto fresco, uma deformação preestabelecida. Os processos empregados podem ser: a) Ensaios de consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBR 7223/82): O equipamento para ensaio de abatimento do tronco de cone é bastante simples. Consiste numa haste de socamento de um tronco de cone de 300 mm de altura, 100 mm de diâmetro no topo e 200 mm de diâmetro na base. O tronco de cone é preenchido com concreto, em três camadas de alturas aproximadamente iguais, adensadas cada uma com 25 golpes com uma barra de 16mm de diâmetro e depois vagarosamente suspenso (10 a 12 segundos). O concreto sem suporte abate-se pelo seu próprio peso. A diminuição da altura do tronco de cone é chamada de abatimento do concreto. Abatimento ( Slump) Figura 1: Determinação da consistência do concreto através do ensaio do tronco de cone Existem valores de abatimento (Slump) recomendados em função do tipo de aplicação do concreto: - Volume grande de concreto com pouca armadura, utilizado para sapatas e blocos de fundação. Aproximadamente 4cm; - Concreto utilizado para vigas, pilares, lajes onde o lançamento é manual ou com caçambas. De 6 a 8 cm; - Concreto bombeado. De 8 a 12 cm. O ensaio de abatimento pode ser utilizado para fazer a verificação do bom proporcionamento da mistura. Se a superfície do concreto apresentar excesso ou falta de

7 7 argamassa e quando o concreto é abatido por pancadas laterais, se estiver mal proporcionado, com falta de coesão, a mistura desagrega. O operador influência no ensaio devido a forma como ele retira o molde, podendo fazer o abatimento variar em até 4cm (dependendo de sua consistência). b) Ensaio de remoldagem de Powers: A principal parte do aparelho é um recipiente cilíndrico, dentro do qual se encontra um anel concêntrico suspenso acima do fundo. O conjunto é fixado a uma mesa de consistência (flowtable). O cone de abatimento utilizado no slump test serve para a moldagem do concreto a ser ensaiado. Retirado o cone de abatimento, um disco metálico (1,9kg) é colocado no topo do concreto moldado. A mesa é, então, posta em funcionamento num ritmo de uma queda por segundo, até que o fim da operação seja alcançado quando o traço marcado na haste atingir o topo de referência existente na guia. A essa altura, a forma do concreto mudou de um tronco de cone para um cilindro. O esforço requerido para conseguir essa remoldagem é expresso pelo número de golpes registrados. O ensaio de Powers é eminentemente laboratorial, mas sua validade decorre do fato de que o esforço, para remoldagem, está estritamente ligado à consistência. O ensaio de Powers foi modificado por Wuerpel, que substituiu a mesa de consistência por uma vibratória. O número de segundos necessários à remoldagem passou a ser um índice de caracterização da consistência do concreto. Flow Table Figura 2: Ensaio de Remoldagem de Powers

8 8 c) Ensaio Vebê: O equipamento de ensaio, que foi desenvolvido pelo engenheiro sueco V. Bährner, consiste de uma mesa vibratória, um recipiente cilíndrico, um tronco de cone, e um disco de vidro ou plástico com movimento livre e descendente o qual serve como referência do final do ensaio. O tronco de cone é colocado no recipiente, em seguida é preenchido com concreto, e depois removido. O disco é posicionado no topo do tronco de cone e a mesa vibratória é ligada. O tempo necessário para remoldar o concreto da forma tronco-cônica para a cilíndrica, até que o disco esteja em contato com todo o concreto, é a medida da consistência e este valor é anotado como sendo o índice Vebe, em segundos. Apropriado para concreto fracamente plástico. É normalizado na Grã-Bretanha. d) Mesa de espalhamento: Utilizado na Alemanha e normalizado no Brasil. É medido pelo espalhamento de um tronco de cone de concreto sujeito a golpes. É apropriado para os concretos medianamente e fortemente plástico. O aparelho consta essencialmente de uma mesa metálica de 70 x 70cm de diâmetro, montada sobre um suporte que lhe permite aplicar quedas de 4 cm. Um molde, com a forma de um tronco de cone de 13cm de topo e 20cm de base e altura de 20cm, é colocado no centro da mesa e o enchimento é feito em duas camadas e compactado da mesma maneira que o ensaio de abatimento. O molde é então removido e são aplicados ao concreto 15 quedas, através de uma manivela agindo sobre um excêntrico. O concreto se espalha sobre a mesa; mede-se o diâmetro médio do concreto espalhado. d1 4 cm d2 Figura 3: Ensaio da mesa de espalhamento

9 9 e) Caixa de Walz: Enche-se uma caixa de dimensões padronizadas com concreto e mede-se o rebaixamento que ocorrerá na massa após ser feito o adensamento (por vibração). Apropriado para concretos fracamente plásticos. Rebaixamento Concreto Lançado Concreto Vibrado Figura 4: Ensaio da caixa de Wals f) Ensaios de penetração: A trabalhabilidade é medida pela capacidade do concreto em se deixar penetrar por um objeto de formas e pesos padronizados. Na Europa são utilizados outros tipos de ensaios de pouco interesse aqui no país que são os de Graff, Humm e Irribarien (Norma Espanhola) e Kelly (Norma Americana) Exsudação: Forma particular de segregação, onde a água da mistura tende a elevar-se à superfície do concreto recentemente lançado. Fenômeno causado pela incapacidade dos constituintes sólidos do concreto fixarem toda água da mistura, depende muito das propriedades do cimento. O resultado da exsudação é o topo de cada camada de concreto tornar-se muito úmido e, se a água é impedida de evaporar pela camada que lhe é superposta, podendo resultar em uma camada de concreto poroso, fraco e de pouca durabilidade. Não existem ensaios para medida da segregação; a observação visual e a inspeção por testemunhos extraídos do concreto endurecido são, geralmente, adequados para determinar se a segregação é um problema em uma dada situação. Existe, porém, um ensaio normalizado da ASTM para medição da taxa de exsudação e da capacidade total de exsudação de uma mistura de concreto. Segundo a ASTM C 232, uma amostra de concreto é colocada e consolidada num recipiente de 250 mm de diâmetro e 280 mm de altura. A água de exsudação acumulada na superfície é retirada em intervalos de 10 minutos durante os primeiros 40 minutos e, daí em

10 10 diante, em intervalos de 30 minutos. A exsudação é expressa em termos da quantidade de água acumulada na superfície, em relação à quantidade de água existente na amostra. A exsudação provoca: - enfraquecimento da aderência pasta-agregado e pasta-armadura; - aumento da permeabilidade; - formação da nata de cimento na superfície do concreto, precisando remove-la ao executar concretagem de nova etapa. 5.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO Massa Específica: Massa da unidade de volume, incluindo os vazios. Varia principalmente com tipo de agregado utilizado. Valores usuais: - Concretos não-armados: 2.300kg/m 3 - Concretos armados: 2.500kg/m 3 * A massa específica fazendo-se uso de agregados leves é da ordem de 1.800kg/m 3 e com agregados pesados é de 3.700kg/m Resistência aos esforços mecânicos: O concreto é um material que resiste bem aos esforços de compressão e mal aos de tração. A resistência à tração é da ordem de um décimo da resistência à compressão. Resiste mal ao cisalhamento devido as tensões de distensão que verificam-se nos planos inclinados. Os fatores que afetam a resistência mecânica são: a. Relação água/cimento b. Idade c. Forma e graduação dos agregados d. Tipo de cimento e. Forma e dimensões do corpo-de-prova f. Velocidade de aplicação de carga de ensaio g. Duração da carga Figura 5: Resistência à Compressão do Concreto Simples (ABCP)

11 11 Figura 6: Resistência à Tração do Concreto Simples (ABCP) Figura 7: Resistência à Tração e Compressão do Concreto Armado (ABCP) Fatores a serem controlados na produção do concreto: a) Fator água/cimento: Principal fator a ser controlado quando se deseja atingir uma determinada resistência. A resistência do concreto é inversamente proporcional à relação águacimento. É uma relação não linear, podendo ser expressa, normalmente pela função: fcj A a c B Lei de Abrams (5.1) Esta expressão é chamada de Lei de Abrams. O excesso água colocado na mistura para que se obtenha uma consistência necessária ao processo de mistura, lançamento e adensamento ocasiona, após o endurecimento, vazios na pasta de cimento. Quanto maior o volume de vazios, menor será a resistência do material. b) Idade do concreto: A resistência do concreto progride com a idade, devido ao processo de hidratação do cimento que se processa ao longo do tempo. Em projetos, é usual utilizar a resistência do concreto aos 28 dias como padrão, após esta idade (para o cimento Portland Comum) o aumento de resistência é muito pequeno. A seguir estão alguns estimadores da resistência à compressão:

12 12 fc 28 = 1,25 à 1,50fc 7 ; fc 28 = 1,70 à 2,50fc 3 ; fc 90 = 1,05 à 1,20fc 28 ; fc 365 = 1,10 à 1,35fc 28. O coeficiente decresce com o aumento da resistência, isto é, para concretos menos resistentes (Por exemplo: fc 28 = 15MPa) pode-se assumir os limites superiores e para os mais resistentes (18Mpa<fc 28 >30MPa), os limites inferiores. Para concretos de alta resistência ou aqueles confeccionados com cimentos muito finos, os coeficientes apresentados são muito grandes. c) Forma e graduação dos agregados: Os concretos confeccionados com seixos rolados tendem a ser menos resistentes do que aqueles confeccionados com pedra britada, possuindo o mesmo fator água/cimento, devido a menor aderência pasta/agregado. Este efeito só é significativo para concretos de elevada resistência. A granulometria do agregado graúdo também influencia a resistência do concreto. Concretos confeccionados com britas de menor diâmetro tendem a gerar concretos mais resistentes, mantida a relação água/cimento. d) Tipo de cimento: A composição química do cimento ( proporção de C 3 S e C 2 S) influenciam na resistência concreto, bem como a adição de escórias e pozolanas. Quanto mais fino possuir a mistura, maiores são as resistências iniciais do cimento. e) Forma e dimensões do corpo-de- prova: Para o ensaio de resistência à compressão do concreto, utiliza-se o corpo-de-prova cilíndrico de 15cm de diâmetro por 30cm de altura. f) Velocidade e aplicação da carga: Quando aplica-se velocidades maiores a tendência é gerara valores de resistências mais elevados. Em velocidades mais baixas existe um tempo maior para propagação de fissuras que ocorrem durante o carregamento, levando o corpo-de-prova ao colapso em níveis de carga inferiores. Portanto esta velocidade é normalizada (0,3-0,8MPa/s ou 530 a 1410kgf/s) no Brasil.

13 13 g) Duração da carga: Nas cargas de curta duração o concreto resiste a maiores níveis de carga, devido a velocidade da propagação das fissuras Resistência à tração: Propriedade de difícil determinação direta. Sua importância está ligada a alguns tipos de aplicação (exemplo dos pavimentos de concreto), devido a resistência à tração ser desprezada para efeito de cálculo. Determina-se de duas maneiras: a) Por compressão diametral: Rompe-se o cilindro confeccionado para a resistência à compressão conforme mostra a figura abaixo (NBR 7222/83): f t 2P DL D L Figura 8: Representação esquemática do ensaio de tração por compressão diametral b) Flexão de corpos-de-prova prismáticos (módulo de ruptura): O ensaio é realizado como mostra a Figura 9. PL f tf 3 a P/2 P/2 a a L Figura 9: Representação esquemática do ensaio de tração na flexão

14 14 Na falta da determinação, a NBR 6118 permite que sejam adotados os seguintes valores: f tk = f ck /10 para f ck 18MPa f tk = 0,06 f ck + 0,7 para f ck 18Mpa Permeabilidade e absorção: O concreto é um material poroso. A interconecção de vazios de água ou ar poderá tornar o concreto permeável. As razões da porosidade são: - Quase sempre é necessário utilizar uma quantidade de água superior a que se precisa para hidratar o aglomerante, esta água ao evaporar deixa vazios. - Com a combinação química diminuem os volumes absolutos do cimento e água que entram na reação. - Durante o amassamento ocorre incorporação ar na massa. Para que se obtenha concretos com baixa absorção e permeabilidade, deve-se tomar as seguintes providências: - Utilizar baixos fatores água/cimento (aumentar o consumo de cimento ou utilizar aditivos redutores de água como plastificantes, superplastificantes e incorporadores de ar); - Substituir parcialmente o cimento por pozolanas (cinzas volantes, cinza da casca de arroz ou microssílica) para preencher os vazios capilares do concreto através da reação entre pozolana e hidróxido de cálcio liberado nas reações de hidratação do cimento. - Utilizar agregados com maior teor de finos, mas não de natureza argilosa Deformações: As variações de volume dos concretos são devido aos fatores citados a seguir: - Retração autógena: Variação de volume absoluto dos elementos ativos do cimento que se hidratam. - Retração plástica: Variação de volume do concreto ainda no estado fresco com a perda de água. - Retração hidráulica irreversível: Variação do volume de concreto endurecido pela saída de água dos poros capilares - Retração hidráulica reversível: Variação de água dos poros capilares devido a mudanças na umidade do ar. - Dilatação e retração térmica: Variação do volume do material sólido com a temperatura.

15 15 - Cargas externas: A atuação de cargas externas originam as deformações imediatas e deformações lentas, estas últimas relacionadas também à perda de água dos poros capilares. 5.5 ANÁLISE ESTATÍSTICA DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO: Para a análise estatística do concreto deve-se observar as seguintes notações: fc j : resistência do concreto à compressão prevista para j dias de idade; fc k : resistência característica do concreto à compressão; fc tj : resistência característica do concreto à tração prevista para j dias de idade; fc tk : resistência característica do concreto à tração; : coeficiente de variação; Sd: desvio padrão; n: número de corpos de prova. a) Média de n ensaios é a soma dos resultados dividida por n. fc b) Desvio padrão 1 n j fc j n i1 (5.2) Sd 1 ( n 1) 2 2 fc j fc j (5.3) c) Coeficiente de variação Sd.100 (5.4) fc j d) Resistência característica à compressão ou à tração fc fc ft k k k ftk ( 11,65. δ). fcj fcj 1,65. Sd (1 1,65. ). ft ft j 1,65. Sd j (5.5) * Resistência característica será aquela em que somente 5% dos resultados dos corpos de prova sejam inferior ao seu valor.

16 DOSAGEM DO CONCRETO Dosagem Empírica: Processo de seleção e proporcionamento de materiais constituintes do concreto baseado em valores médios de propriedades físicas e mecânicas destes materiais, conseguidos através da experiência prévia de tecnologias e bibliografias neste assunto. Este procedimento é recomendado para obras de pequeno volume. A NBR 6118 (NB1) estabelece as seguintes condições: - quantidade mínima de cimento/m 3 de concreto de 330 Kg; - proporcionamento (agregado miúdo/volume total de agregado de 30 a 50%) para trabalhabilidade adequada; - quantidade mínima de água para trabalhabilidade adequada. a) Notação para o desenvolvimento das fórmulas: a: Kg agregado miúdo por Kg de cimento; p: Kg agregado graúdo por Kg de cimento; m: Kg agregado total por Kg de cimento (m = a + p); x: Kg de água por Kg de cimento (a/c); i: índice de inchamento da areia; C: consumo de cimento por m 3 de concreto; H: relação água/materiais secos a = massa unitária do agregado miúdo; p = massa unitária do agregado graúdo; da = massa específica aparente do agregado miúdo; dp = massa específica aparente do agregado graúdo; dc = massa específica do cimento. b) Procedimento: b.1) Determinação da resistência média característica (28 dias): fcj= fck +1,65. Sd (5.6) Onde Sd = Desvio padrão de dosagem. * Condição A: Proporcionamento em massa, correção da umidade; assistência profissional habilitado. Sd= 4 MPa

17 17 * Condição B: Proporcionamento em massa, agregado em volume; agregados em volume; correção da umidade; assistência profissional habilitado. Sd= 5,5MPa * Condição C: Cimento proporcionado em massa; agregados em volume; controle de umidade feito de forma expedita. Sd= 7,0Mpa b.2) Determinação do fator água/cimento a ser a ser adotado (x), em função da resistência de dosagem desejada: São utilizadas as expressões apresentadas por Helene, 1993: Cimento Portland Comum (CP I e CP I-S): x = 1,11 log (92,8/fc28) Cimento Portland de Alto Forno (CP III): x = 0,99 log (121,2/fc28) Cimento Portland Pozolânico (CP IV): x = 0,95 log (99,7/fc28) Estas expressões foram tiradas dos ábacos encontrados em anexo neste capítulo. b.3) Determinação do fator água/materiais secos (H) em função da dimensão máxima característica do agregado graúdo e do tipo de adensamento a que o concreto estará sujeito em obra. Os valores de H conduzem a concretos com abatimentos na faixa de 6 a 9 cm de acordo com a Tabela 1. Tabela 1: Valores de H em função de max e tipo de adensamento max Adensamento Manual Adensamento Vibratório 9,5 11,5 % 10,5% 19 10,0% 9,0% 25 9,5% 8,5% 38 9,0% 8,0% 50 8,5% 7,5% Obs: Esta tabela foi desenvolvida para agregados comuns (areia média de rio, brita de granito), para seixo rolado tem que diminuir 1% em cada valor. b.4) Cálculo do traço (m): m 100 x 1 H (5.7)

18 18 b.5) Determinação do agregado miúdo e agregado graúdo no agregado total: Determinação do teor de miúdo no agregado total: Os valores sujeridos de estão apresentados na Tabela 2. 1 m a (5.8) Tabela 2: Valores do teor de argamassa em função do tipo de agregado graúdo e max max Brita granítica Brita basáltica Seixo Rolado 9,5 55% 57% 53% 19 53% 55% 51% 25 51% 53% 49% 38 49% 51% 47% 50 47% 49% 45% Determinação do teor de graúdo no agregado total: p m a (5.9) b.6) Conversão do traço em quantidades por m 3 e, quando for preciso, conversão dos agregados para volume: 1000 C 1 a p x dc da dp C: consumo de cimento por m 3 de concreto Traço final em massa (5.10) - Quantidade de agregado miúdo/m 3 : C. a - Quantidade de agregado graúdo/m 3 : C. p - Quantidade de água/m 3 : C. x cimento: areia: brita: água

19 19 A Tabela 3 mostra a massa específica aparente de alguns materiais: Tabela 3: Massa Específica Aparente de alguns Materiais Materiais Massa Específica Aparente (d) Agregado Basáltico 2,80 kg/dm 3 Agregado Granítico 2,65 kg/dm 3 Seixo Rolado 2,61 kg/dm 3 Areia 2,62 kg/dm 3 Cimento Portland Comum 3,15 kg/dm 3 Cimento Portland Pozolânico 2,95 kg/dm 3 Para que seja feita a conversão dos valores calculados em massa para volume, é preciso que se conheça as massas unitárias () dos agregados. A Tabela 4 mostra estes valores. Tabela 4: Massas Unitárias de alguns materiais Materiais Massa Unitária () Agregado Basáltico 1,33 kg/dm 3 Agregado Granítico 1,30 kg/dm 3 Seixo Rolado 1,50 kg/dm 3 Areia 1,50 kg/dm 3 Cimento 1,50 kg/dm 3 É necessário ainda que conheça-se o coeficiente médio de inchamento (i) típico das areias. Os valores sugeridos por Petrucci (1983) são: - Areia fina: 1,31; - Areia média: 1,29; - Areia grossa: 1,25. b.7) Cálculo dos volumes para abastecer a betoneira: Vx Vbetoneira.Capacidadedemistura (5.11)

20 20 Obs: Capacidade da cuba da betoneira (eixo inclinado) é de 500 litros. A capacidade máxima de mistura é de 80% deste valor (400 litros). O volume de mistura é o somatório dos volumes unitários dos materiais. A Tabela 5 auxiliará no cálculo da produção de concreto. Tabela 5: Tabela para Produção de Concreto Materiais Massa (Kg) Massa Unitária Volume (Litros) Volume (kg/dm 3 ) Corrigido (Litros) Cimento Areia Brita Água Total Materiais Secos As fórmulas a seguir servem para auxiliar nas conversões: V Vágua massa(kg ) m águadosada m areia água umidade (5.12) (5.13) V areia corrigido = V areia. i (5.14) V V massap/ 1m Quantidade de cimento = x 3 total (5.15)

21 Dosagem Experimental: Processo de dosagem baseado nas características específicas dos materiais que serão realmente usados na obra. Os processos de dosagem experimental exigem que sejam determinadas algumas propriedades anteriormente mencionadas no método de dosagem empírico. Quase todos os métodos baseiam-se em duas leis fundamentais: - Lei de Abrams: A resistência do concreto é proporcional ao fator água/cimento. (Ver equação 5.1) - Lei de Lyse: Quantidade de água a ser empregada em um concreto confeccionado com um determinado grupo de materiais (mesmo cimento, agregados graúdo e miúdo) para obter-se uma dada trabalhabilidade, independe do traço deste concreto. No Brasil utiliza-se muito dois métodos de dosagem: O Método da ABCP/ACI e o Método IPT/EPUSP Método da ABCP/ACI Baseia-se no fato de que cada tipo de agregado graúdo possui um volume de vazios que será preenchido por argamassa, devendo existir uma parte de argamassa adicional. Esta argamassa deverá servir como lubrificante entre os grãos de agregado graúdo para que se consiga uma trabalhabilidade adequada. A quantidade de argamassa será em função da quantidade de vazios e do tipo de areia empregado, já que as areias mais grossas geram argamassas mais ásperas (menos lubrificantes). a) Parâmetros de dosagem: Materiais: Tipo, massa específica e nível de resistência aos 28 dias do cimento utilizado; Análise granulométrica e massa específica dos agregados disponíveis; Massa unitária compactada do agregado graúdo. Concreto: Dimensão máxima característica admissível de acordo com a NBR 6118 deve ser: - Menor do que ¼ da menor distância entre faces de formas; - Menor do que 1/3 da espessura das lajes; - Menor do que 5/6 do espaçamento das armaduras em camadas horizontais; - Menor do que 1,2 vezes do menor espaçamento entre camadas na vertical; - Menor do que 1/3 do diâmetro da tubulação (quando o concreto for bombeado);

22 22 Consistência desejada (Slump); Condições de exposição ou finalidade da obra; Resistência de dosagem: Em função da resistência característica. b) Procedimentos: b.1) Fixação da relação água/cimento: Fixado em função de critérios de durabilidade (Ver Tabela 6). Tabela 6: Valores da relação água/cimento em função das condições de exposição e tipo de peça exposta Tipo de Estrutura Estrutura exposta à ação de água do mar ou sulfatada Peças delgadas e seções com menos de 0,40 2,5cm de recobrimento da armadura Outros 0,45 * Ao utilizar cimentos resistentes a sulfatos, aumentar relação a/c de 0,05. Observações: Quando não existe restrições quanto à durabilidade, o fator a/c será determinado através de um gráfico em função da resistência de dosagem (fcj) (Gráfico 1 em anexo), determinada na mesma forma do item 5.6.1, b.1, Procedimento. Se não possuir a resistência do cimento, deve-se utilizar o valor correspondente a sua especificação, por exemplo, CP I 32, entrar no Gráfico 1, na curva correspondente a resistência 32. Caso o cimento utilizado não seja o cimento Portland Comum, emprega-se as expressões propostas por Helene (1993), apresentadas no item 5.6.1, b.2, Procedimento. b.2) Determinação do consumo de água do concreto (Cag): 7): É feito em função da consistência e da dimensão máxima característica do agregado (Tabela Abatimento do Tronco de cone (mm) Tabela 7: Consumo de água (Cag) aproximado (l/m³) Dimensão máxima característica do agregado graúdo (mm) 9,5 19,0 25,0 32,0 38,0 40 a a a

23 23 b.3) Determinação do consumo de cimento ( c ) : c C ag a / c (5.16) b.4) Determinação do consumo de agregados: - Agregado Graúdo (Cb): Cb = Vc. Mc (kg/m 3 ) (5.17) Cb = consumo de agregado graúdo (por m 3 de concreto) Vc = volume compactado seco do agregado graúdo/ m³ de concreto (Tabela 8) Mc = massa unitária compactada do agregado graúdo Tabela 8: Volume compactado seco (Vc) do agregado graúdo/ m³ de concreto MF Dimensão máxima característica (mm) 9,5 19,0 25,0 32,0 38,0 1,8 0,645 0,770 0,795 0,820 0,845 2,0 0,625 0,750 0,775 0,800 0,825 2,2 0,605 0,730 0,755 0,780 0,805 2,4 0,585 0,710 0,735 0,760 0,785 2,6 0,565 0,690 0,715 0,740 0,765 2,8 0,545 0,670 0,695 0,720 0,745 3,0 0,525 0,650 0,675 0,700 0,725 3,2 0,505 0,630 0,655 0,680 0,705 3,4 0,485 0,610 0,635 0,660 0,685 3,6 0,465 0,590 0,615 0,640 0,665 Quando utiliza-se mais de um tipo de agregado graúdo, o Cb pode ser dividido da seguinte forma: Tabela 9: Proporcionamento sugerido dos agregado graúdos Agregados Utilizados (Dmáx em mm) Proporção (%) 9,5 19, ,0 25, ,0 38, ,0 50, * Quando o concreto é bombeado, a mistura 19,0 25,0 pode assumir a proporção 70 % - 30%. Quando deseja-se uma otimização melhor do proporcionamento, deve-se estudar outras

24 24 proporções e determinar a massa unitária compactada(mc). A solução escolhida deverá ser aquela que conduza ao maior Mc. - Agregado miúdo (Cm): c Cb Cag Cm 1 ( ) dm dc db dag (5.18) b.5) Traço calculado: 1: Cm/c : Cb/b : Cag/c (5.19) Método do IPT/EPUSP 1) Estudo Teórico: 1.1) Conceitos fundamentais: a) A relação água/cimento (a/c) é o parâmetro mais importante no concreto estrutural; b) Definida a/c e os materiais, a R e durabilidade do concreto passam a ser únicas; c) O concreto é mais econômico quanto maior for a Dmax do agregado graúdo e menor abatimento do tronco de cone; d) Correções assumidas como leis de comportamento : d.1) Lei de Abrams fcj= k1 / k2 (a/c) (5.20) fcj (Mpa) a/c (kg/kg)

25 25 d.2) Lei de Lyse m= k3 + k4 *a/c (5.21) m a/c (kg/kg) d.3) Lei de Molinari C= 1.000/ (k5 + k6*m) (5.22) d.4) Teor de argamassa seca a =[ (1+a) / (1+m)] (5.23) d.5) m = a + p (5.24) d.6) Notação: fcj: resistência à compressão axial à idade j, em Mpa; a/c: relação água/cimento em massa, em (Kg/Kg); a: relação agregado miúdo seco/cimento, em (Kg/Kg); p: relação agregado graúdo seco/cimento, (Kg/Kg); m: relação agregados secos/cimento, (Kg/Kg); k1 k2 k3 k4, k5: constantes que dependem materiais.

26 26 d.7) Diagrama de dosagem: Modelo de Comportamento fcj (Mpa) 28 dias 7 dias C1 C2 C3 3 dias C (kg/m3 ) a/c (kg/kg) 150mm 80mm m (kg ) Abatimento 40mm Fonte: Manual de Dosagem e Controle do Concreto (Ed. PINI, 1993) d.7) Leis Complementares 1000 C 1 a p dc da dp x (5.25) C : consumo de cimento/ m3; C* a/c : consumo de água / m3.

27 27 Sendo: C : consumo de cimento por m3 de concreto adensado em kg/m3 d : massa específica do concreto, medida em canteiro em kg/m3; dc : massa específica do cimento, medida em kg/m3; da: massa específica do agregado miúdo, medida em kg/m3; dp : massa específica do agregado graúdo, medida em kg/m3. 1.2) Cálculo da resistência de dosagem: a) Correlação com resistência do projeto: fcdj= fcdj + 1,65* Sd fcdj= fcmj: resistência à compressão de dosagem, a j dias (28 dias) (MPa); Sd : desvio padrão de dosagem referido à j dias (28dias) (MPa); (5.26) 2- Estudo Experimental: 2.1) Princípios: 03 pontos são necessários para se obter o diagrama de dosagem; avaliação dos traços (1:m) (cimento: agregados secos totais, em massa); traço 1: 5 (avaliação preliminar em betoneira); traço 1: 3,5 (confecção traço rico); traço 1: 6.5 (confecção traço pobre). 2.2) Etapa 1: Determinação do teor ideal de argamassa para o traço 1: 5 (teor ideal de argamassa na mistura: mínimo possível). excesso de argamassa, maior custo, ocasiona riscos fissuração; falta de argamassa ocasiona porosidade ou falha concretagem. a) Determinação do traço unitário: 1:a :p b) Determinar para cada a a quantidade material para abastecer a betoneira;

28 28 Traço Unitário 1:a:p Massa Total AREIA Acréscimo Massa Total CIMENTO Acréscimo 35% 37% 65% Massa total cimento: mcim= mp/p ; Massa total areia: ma= mc * a ***acréscimo na mistura c) Pesar e lançar os materiais na betoneira (acréscimos sucessivos de argamassa: cimento + areia) sem alterar agregado graúdo ; d) Determinar o teor de argamassa ideal: definição : colher de pedreiro; verificação vazios e falhas, exsudação, coesão e abatimento. e) realizar nova mistura com o traço 1:5 e o teor de argamassa ideal definitivo, e determinar as seguintes características: relação a/c necessária para obter a consistência; consumo cimento/m3 concreto; consumo água/m3 concreto; slump test; massa específica concreto fresco; moldar corpos de prova para rompimento. 5.7 CONTROLE DE QUALIDADE DO CONCRETO Baseado na NBR12655/ Responsabilidade pela composição e propriedades do concreto: - Profissional responsável pelo projeto estrutural: registro resistência característica concreto fck (desenho e memórias do projeto);

29 29 especificação de fck para etapas construtivas (retirada de cimbramento, aplicação de protensão ou manuseio de pré-moldados); especificação requisitos correspondentes à durabilidade da estrutura e de propriedades especiais do concreto (consumo mínimo de cimento, relação água/cimento, módulo de deformação estático mínimo na idade de desforma, etc.). - Profissional responsável pela execução da obra: escolha modalidade preparo concreto; concreto preparado na obra é responsável pelas etapas de execução (dosagem, ajuste e comprovação do traço, armazenamento dos materiais constituintes, medidas dos materiais e do concreto e mistura) e pela definição da condição de preparo; escolha tipo de concreto, consistência, dimensão máxima agregado e outras propriedades de acordo com projeto e condições de aplicação, tipo de cimento, aceitação do concreto, cuidados requeridos pelo processo construtivo, retirada do escoramento. - Responsável pelo recebimento do concreto: proprietário da obra ou responsável técnico pela obra; documentação comprobatória NBR (relatórios de ensaios, laudos e outros) devem estar no canteiro de obra, durante toda construção, arquivada e preservada pelo prazo legislação vigente, salvo concreto produzido em central Procedimento e plano de amostragem: - Controle da qualidade, atuar em diferentes fases do processo de produção. - Verificar materiais no canteiro corresponde aos utilizados na dosagem: Cimento (mesma marca comercial e especificação), agregado miúdo (mesma granulometria), agregado graúdo (mesma dimensão máxima característica, origem mineralógica e forma dos grãos) e as quantidades relativas dos constituintes do concreto (traço). - Quando dosado em obra: Pelo menos uma vez dia verificar colocação materiais na betoneira. Quando concreto usinado: coleta de amostras e reconstituirão do traço recém misturado. Para cada tipo e classe de concreto colocado em uma estrutura realizar seguintes ensaios: - Consistência abatimento tronco de cone (Slump Test) NBR 7223 ou Espalhamento tronco de cone (Mesa de espalhamento) NBR 9606; - Resistência à Compressão.

30 Controle da resistência do concreto NBR Aceitação da estrutura fckestfck Caso não haja aceitação automática, verificar: revisão do projeto, ensaios especiais do concreto e ensaios de estrutura. 5.8 PRODUÇÃO DO CONCRETO A produção do concreto consiste em uma série de operações ou serviços executados e controlados (mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura) para que seja possível obter um concreto com as propriedades especificadas, de acordo com o projeto. a) Manuseio e estocagem dos materiais: - Cimento: Embalados em saco de papel, abrigados da chuva e umidades excessivas, as pilhas não devem ter mais do que 10 sacos em altura (a não ser que o tempo de estocagem seja inferior a 15 dias, admitindo-se pilhas de até 15 sacos de altura). Utilizar barracões, cobertos e protegidos, com estrados de madeira ou material equivalente, evitando o contato direto dos sacos de cimento. Período médio de estocagem: 30 dias. Pode ser de 60 dias em locais de clima seco, bastante reduzido em locais de clima úmido. - Agregados: Evitar segregação durante o lançamento das pilhas, pilhas de diferentes materiais devem estar bem separadas para evitar misturas que venham a interferir nas proporções da mistura final, evitar que o material contenha solos e outras impurezas. Durante o carregamento, evitar que a pá ou lâmina da carregadeira trabalhem muito rente ao solo. Com os agregados miúdos devem tomar cuidado para que enxurradas carreiem as parcelas finas. - Água: Não pode ter contaminação por materiais como açúcar, cloretos, ácido húmico, etc. b) Proporcionamento: Dde acordo com a dosagem em laboratório; c) Mistura: Manual ou Mecânica (Betoneiras); e) Transporte: Do local de amassamento para local de lançamento. Quanto à direção: horizontal, vertical e oblíquo. Pode ocorrer problemas durante o transporte: Hidratação do cimento, evaporação, absorção e trituração. Atualmente maior parte do concreto é lançado em estrutura de edifícios pelo processo de bombeamento. e) Lançamento: Colocar no ponto onde deverá permanecer definitivamente. f) Adensamento: Manual: Barras de aço (soquetes) e Mecânico: Vibrador, vibrador de forma e placa, réguas vibratórias, mesas vibratórias, centrifugação.

31 g) Cura 31

32 PATOLOGIA DO CONCRETO a) Destruição do concreto armado por esforços mecânicos (limites de utilização, fissuras por esforços mecânicos excessivos, rupturas por choque, deformações excessivas); b) Destruição da armadura do concreto armado sob a ação de agentes químicos ou eletroquímicos (corrosão da armadura);

33 33 Figura 10: Formação de pilha de corrosão em concreto armado (Internet, 2000). c) Destruição do próprio concreto (corrosão do concreto) sob a ação de agentes químicos (substâncias orgânicas, ácidos inorgânicos, sais inorgânicos, água pura, aditivos), físicos (retração hidráulica, variação térmica, dimensionamento das juntas de dilatação, argila e silte, fogo, gelividade, abrasão) ou biológicos (fungos, bactérias, bolores e vegetais); Ocorrências mais comuns de corrosão do concreto: - Concretos em solos agressivos, tubulações de esgotos sanitários, concretos em ambientes industriais, concretos no mar ou em atmosferas marítimas, pavimentos de concretos não revestidos. d) Depreciação do concreto por manchas e eflorescências; e) Defeitos congênitos de execução do concreto armado: Bicheiras (superfície perfurada), Chochos (vazios internos), Deformações geométricas (fôrmas mal feitas), Resistência menor que prevista nos cálculos (falta de tecnologia, pessoal desqualificado), Segregação (concreto lançado em queda livre ou quando ocorre falta ou excesso de vibração).