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Arquitetura e Urbanismo UFPR - Conforto Ambiental II

Alunas: Ana Carolina Nyznyk Cardoso, Cláudia Morishita

Professor Aloísio Leoni Schmid

CONCRETO

  1. CONCEITO

O concreto é uma rocha artificial formada por uma mistura de agregados graúdos, miúdo e material ligante, podendo ter ainda aditivos químicos e minerais. Os agregados são normalmente classificados por origem, tamanho, forma e textura. O material aglomerante normalmente usado no concreto estrutural é o Cimento Portland misturado com água potável. Esta mistura inicia uma reação química cujo resultado é a formação do "Gel", principal agente ligante.

O concreto, devido às suas inúmeras vantagens, tem sido o material mais usado na construção de prédios residenciais, comerciais, industriais e públicos, pontes, viadutos, barragens, túneis, silos, reservatórios, etc. Entre as vantagens deste material de construção podem ser citadas:

  • Baixo custo relativo;

  • Disponibilidade dos seus materiais componentes em quase todos os lugares;

  • Versatilidade, adaptabilidade, durabilidade e possibilidade de incorporar com vantagens rejeitos industriais poluentes.

As propriedades do concreto e sua importância para os engenheiros se dividem em duas fases da sua vida: fase de mistura, lançamento, compactação e acabamento e a fase do concreto em endurecimento, endurecido e em serviço. Trabalhabilidade, plasticidade, retração autógena, tempo de pega inicial e tempo de pega final são alguns exemplos das propriedades do concreto na primeira fase. Resistência do concreto à compressão e à tração, resistência ao desgaste superficial, resistência ao impacto, módulo de elasticidade, porosidade, fluência e retração são outros alguns exemplos de propriedades do concreto na segunda fase.

Para ter-se um concreto na estrutura com as características desejadas, durável e de boa aparência a armadura, é necessário que o traço do concreto seja bem elaborado, que suas propriedades sejam investigadas no laboratório e no campo e que todos os cuidados de seleção dos materiais, preparação, lançamento do concreto e cura sejam tomados.

A recente utilização de novos aditivos minerais e químicos está possibilitando a produção de concretos trabalháveis com propriedades mecânicas mais elevadas (concreto de alta resistência CAR). Estes concretos apresentam boa durabilidade (concreto de alto desempenho CAD) e comportamento sob carregamento diferenciado dos concretos comuns. Com estes concretos surgiram também novas pesquisas, novos procedimentos e limites para dimensionamento além de novos conceitos estruturais: edifícios com pilares tendo diferentes resistências ao longo da altura, edifícios com pisos de concreto leve e pilares e paredes de concreto de massa específica normal e alta resistência, pontes com vãos de concretos de diferentes resistências e massas específicas, pontes flutuantes, etc.

Os concretos de alta resistência (CAR) e de alto desempenho (CAD) apresentam inúmeras vantagens quando comparados com o concreto convencional. No próximo futuro, a tendência é a de se usar cada vez mais estes tipos de concreto, visando possibilitar o projeto de estruturas esbeltas, econômicas e duráveis. Estes concretos, ainda pouco usados no Brasil, nos últimos dez anos tem tido suas utilizações bastante ampliada em outros países, particularmente em edifícios altos, pontes, pavimentos, elementos pré-fabricados, estruturas "offshore", túneis, estacas, silos, reatores nucleares, estruturas em geral expostas a ambientes agressivos e recuperação de estruturas. Os concretos de alta resistência e de alto desempenho são considerados os "concretos do futuro" e vários países estão investindo nele.

  1. Principais constituintes do concreto

2.1. Cimento

As matérias primas do cimento são calcário, argila, gesso e outros materiais denominados adições. A sua fabricação exige grandes e complexas instalações industriais, como um possante forno giratório que chega a atingir temperaturas próximas a 1500ºC.

No mercado existem diverso tipos de cimento. A diferença entre eles está na composição, mas todos atendem às exigências das Normas Técnicas Brasileiras. Cada tipo tem o nome e a sigla correspondente estampada na embalagem, para facilitar a identificação. Os tipos de cimento adequados aos usos gerais no meio rural são os seguintes:

NOME SIGLA

(estampada na embalagem)

CIMENTO PORTLAND comum com adição CP I-S-32

CIMENTO PORTLAND composto com escória CP II-E-32

CIMENTO PORTLAND composto com pozolana CP II-Z-32

CIMENTO PORTLAND composto com filer CP II-F-32

CIMENTO PORTLAND de alto forno CP III-32

CIMENTO PORTLAND pozolânico CP IV-32

Existem ainda outros tipos de cimento para usos específicos.

Em sua embalagem original - sacos de 50 kg - o cimento pode ser armazenado por cerca de 3 meses, desde que o local seja fechado coberto e seco. Além disso, o cimento deve ser estocado sobre estrados de madeira, em pilhas de 10 sacos, no máximo.

2.2. Pedra

A pedra utilizada no concreto pode ser de dois tipos:

- seixo rolado de rios, cascalho ou pedregulho;

- pedra britada ou brita.

Os seixos rolados são encontrados na natureza. A pedra britada é obtida pela britagem mecânica de determinadas rochas duras.

Independentemente da origem, o tamanho das pedras varia muito e tem influência na qualidade do concreto. Por isso, as pedras são classificadas por tamanhos medidos em peneiras (pela abertura da malha). As Normas Técnicas brasileiras estabelecem 6 tamanhos:

Tamanho das Pedras

Pedra zero (ou pedrisco) 4,8 mm a 9,5 mm

Pedra 1 9,5 mm a 19 mm

Pedra 2 19 mm a 25 mm

Pedra 3 25 mm a 38 mm

Pedra 4 38 mm a 76 mm

Pedra-de-mão

O concreto das benfeitorias rurais pode ser feito com pedras 1 ou 2, as mais encontradas no comércio de materiais de construção.

Se forem utilizados seixos rolados, cascalho ou pedregulho, das propriedades, convém classificar esse material antes de seu uso. A forma mais simples, porém menos precisa, de fazer isso é apanhar um punhado de pedras do monte a ser usado e medir a maior dimensão de cada uma com uma régua milimetrada. A maioria das pedras medidas deverá se enquadrar da faixa de pedra 1 (9,5 mm a 19 mm) e pedra 2 (19 mm a 25 mm).

Tanto os seixos rolados como as pedras britadas devem estar limpos antes de seu uso. O pó de britagem, o barro da jazida, galhos, folhas, raízes, devem ser retirados à mão ou por lavagem.

2.3. Areia

A areia utilizada no concreto é obtida em leitos e margens de rios, ou em portos e bancos de areia. A areia deve ter grãos duros. E, assim como a pedra, ela também precisa estar limpa e livre de torrões de barro, galhos, folhas e raízes antes de ser usada. As Normas Técnicas Brasileiras classificam a areia, segundo o tamanho de seus grãos, em: muito fina, fina, média, grossa.

2.4. Água

A água a ser utilizada no concreto deve ser limpa - sem barro, óleo, galhos, folhas ou raízes. Em outras palavras, água boa para o concreto é água de beber. Nunca deve ser utilizada água servida (de esgoto humano ou animal, de cozinha, de fábricas, etc.) no preparo do concreto.

  1. PROPRIEDADES MECÂNICAS

    1. Resistência à compressão

A resistência à compressão simples é a característica mecânica mais importante de um concreto. Geralmente sua determinação se efetua mediante o ensaio de corpos de prova, executado segundo procedimentos operatórios normalizados.

A resistência do concreto não é uma grandeza determinística, mas está sujeita a dispersão cujas causas principais são variações aleatórias da composição, das condições de fabricação e da cura. Além destes fatores aleatórios, existem também influências sistemáticas como: influência atmosférica (verão/inverno), mudança da origem de fornecimento das matérias primas, turmas de trabalho.

    1. Retração e expansão

A retração do concreto é uma deformação independente do carregamento e devida à variação de umidade do concreto, na tendência a permanecerem em equilíbrio a umidade do concreto e a umidade do meio exterior. No processo da retração, a água é inicialmente expulsa das fibras externas o que gera deformações diferenciais entre a periferia e o miolo, gerando tensões internas capazes de provocar fissuração do concreto.

    1. Fluência ou deformação lenta

A fluência é uma deformação que depende do carregamento; é plástica, apenas uma pequena parcela é recuperada. Constata-se, na prática, que a deformação de uma peça de concreto armado é maior em um tempo t que àquela observada inicialmente, mantendo-se o mesmo carregamento, ou seja, devido à deformação inicial, imediata, ocorre uma redução de volume da peça, provocando deslocamento de água existente no concreto para regiões onde sua evaporação já tenha ocorrido. Isto desencadeia um processo, ao longo do tempo, análogo ao da retração, verificando-se o crescimento da deformação inicial até um valor máximo no tempo infinito.

    1. Variação de temperatura

Supõe-se que as variações de temperatura sejam uniformes na estrutura, salvo quando a desigualdade dessas variações, entre partes diferentes da estrutura, seja muito acentuada. O coeficiente de dilatação térmica do concreto armado é considerado igual a 10-5/C.

  1. CONCRETO ARMADO

O concreto armado é um material composto, constituído por concreto simples e barras ou fios de aço. Os dois materiais constituintes (concreto e aço) devem agir solidariamente para resistir aos esforços a que forem submetidos e devem ser dispostos de maneira a utilizar econômica e racionalmente as resistências próprias de cada um deles.

A armadura é composta de barras de aço, também chamadas de ferro de construção ou vergalhões. Eles têm a propriedade de se integrar ao concreto e de apresentar elevada resistência à tração. Por isso, são colocados nas partes da peça de concreto que vão sofrer esse esforço. Por exemplo, numa viga apoiada nas extremidades, a parte de cima sofre compressão e a de baixo, tração. Nesse caso, os vergalhões devem ficar na parte debaixo das vigas.

Os vergalhões que compõem a armadura são amarrados uns aos outros com arame recozido.

Existem também armaduras pré-fabricadas, que já vêm com os vergalhões unidos entre si: são as telas soldadas, que servem de armadura para lajes e pisos.

A maioria dos vergalhões tem saliências na superfície.

As Normas Técnicas Brasileiras classificam os vergalhões para concreto de acordo com a sua resistência e padronizam as bitolas. Há 3 categorias no mercado: aço CA 25, aço CA 50, aço CA 60.

Os números 25, 50 e 60 referem-se á resistência do aço: quanto maior o número, mais resistente será o vergalhão.

Os vergalhões são vendidos em barras retas ou dobrados, com 10m a 12m de comprimento. Eles são cortados e dobrados no formato necessário, no próprio local da obra. O uso de telas soldadas em lajes e pisos reduz a mão-de-obra e elimina as perdas do método de montagem da armadura no local da obra (pontas cortadas que sobram).

O material concreto armado apresenta as seguintes propriedades:

  • Elevada resistência à compressão do concreto e elevada resistência à tração do aço;

  • Trabalho conjunto do concreto e do aço, assegurado pela aderência entre os dois materiais;

  • Coeficiente de dilatação térmica quase igual - c = (0,9 a 1,4)x10-5/C, a = 1,2x10-5/C;

  • Praticamente não existem tensões internas entre o aço e o concreto;

  • O concreto protege a armadura de oxidação, garantindo a durabilidade da estrutura;

  • Proteção física (cobrimento) e química (ambiente alcalino).

O princípio básico das peças de concreto armado é combinar o concreto e o aço de maneira tal que, em uma mesma peça, os esforços de tração sejam absorvidos pelo aço e os esforços de compressão pelo concreto. As barras da armadura devem absorver os esforços de tração que surgem nas peças submetidas à flexão ou à tração, já que o concreto possui alta resistência à compressão, porém pequena resistência à tração. Devido à aderência, as deformações das barras de aço e a do concreto que as envolve devem ser iguais. Tendo em vista que o concreto tracionado não pode acompanhar as grandes deformações do aço, a concreta fissura na zona de tração; os esforços de tração são, então, absorvidos apenas pelo aço. A armadura deve, portanto, ser colocada na zona de tração das peças estruturais.

Algumas vantagens e desvantagens do concreto armado:

Vantagens:

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