Concreto: Da origem às novas tecnologias

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ORIGEM DO CONCRETO

Durante a passagem dos séculos, muito as pessoas se surpreenderam com a capacidade e versatilidade do concreto; grandiosas obras foram construídas, mas nem sempre foi assim. A história do concreto deve ser remetida à do cimento, seu principal componente e que produz a reação química de formação da pasta aderente, a qual torna o concreto tão eficiente. O cimento tem em sua antiga história, passagem pelas pirâmides do Egito, que utilizaram em sua concepção uma espécie de gesso calcinado, entra pela Roma e Grécia antigas, que aplicaram em seus monumentos uma massa obtida pela hidratação de cinzas vulcânicas e ganha desenvolvimento nas mãos do inglês John Smeaton, em suas pesquisas para encontrar um aglomerante para construir o farol de Eddystone em 1756. Mas foi com James Parker, que descobriu em 1791 e patenteou em 1796 um cimento com o nome de Cimento Romano que era composto por sedimentos de rochas da ilha de Sheppel, que esse material começou a ganhar destaque. As pesquisas e publicações feitas pelo engenheiro francês Louis José Vicat em 1818 impulsionaram a sua difusão mais amplamente.

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DE QUE É FEITO O CONCRETO?

Concreto é basicamente o resultado da mistura de cimento, água, areia e brita. Na mistura do concreto, o Cimento Portland, juntamente com a água forma uma pasta mais ou menos fluida, dependendo do percentual de água adicionado. Essa pasta envolve as partículas de agregados com diversas dimensões para produzir um material, que, nas primeiras horas, apresenta-se em um estado capaz de ser moldado em fôrmas das mais variadas formas geométricas. Com o tempo, a mistura endurece pela reação irreversível da água com o cimento, adquirindo resistência mecânica capaz de torna-lo um material de excelente desempenho estrutural, sob os mais diversos ambientes de exposição.

No preparo do concreto, um ponto de atenção é o cuidado que se deve ter com a qualidade e a quantidade da água utilizada, pois ela é a responsável por ativar a reação química que transforma o cimento em uma pasta aglomerante. Se sua quantidade for muito pequena, a reação não ocorrerá por completo e o fluido ficará muito espesso, perdendo assim trabalhabilidade. Já se a quantidade for superior à ideal, a resistência diminuirá em função dos poros que ocorrerão quando este excesso evaporar. Além disso, os agregados (areia e brita) devem ter uma boa distribuição granulométrica a fim de preencher todos os vazios, pois a porosidade, por sua vez, tem influência na permeabilidade e na resistência das estruturas de concreto.

Cimento

O cimento Portland é um material pulverulento, constituído de silicatos e aluminicatos complexos, que, ao serem misturados com a água, hidratam-se, formando uma massa gelatinosa, finamente cristalina, também conhecida como “gel”. Esta massa, após contínuo processo de cristalização, endurece, oferecendo então elevada resistência mecânica.

Concluímos então que a água tem um papel de destaque dentro da engenharia do concreto, tão importante que a relação entre o peso da água e o peso do cimento dentro de uma mistura recebeu um nome: fator água cimento (a/c). Este  fator  é  a base para a definição de todas as misturas compostas com cimento e água (concreto, argamassa, grout, etc.) devendo ser muito bem compreendido por todos aqueles que trabalham com o concreto. O fator a/c deve ser sempre o mais baixo possível, dentro das características exigidas para o concreto e da qualidade dos materiais disponíveis para a sua composição.

Agregados

Agregados são materiais que, no início do desenvolvimento do concreto, eram adicionados à massa de cimento e água, para dar-lhe “corpo”, tornando-a mais econômica. Hoje eles representam cerca de oitenta por cento do peso do concreto e sabemos que além de sua influência benéfica quanto à retração e à resistência, o tamanho, a densidade e a forma dos seus grãos podem definir várias das características desejadas em um concreto.

Devemos ter em mente que um bom concreto não é o mais resistente, mas o que atende as necessidades da obra com relação à peça que será moldada. Logo, a consistência e o modo de aplicação acompanham a resistência como sendo fatores que definem a escolha dos materiais adequados para compor a mistura, que deve associar trabalhabilidade à dosagem mais econômica.

Os agregados, dentro desta filosofia de custo-benefício, devem ter uma curva granulométrica variada e devem ser provenientes de jazidas próximas ao local da dosagem. Isto implica em uma regionalização nos tipos de pedras britadas, areias e seixos que podem fazer parte da composição do traço.

Com relação ao tamanho dos grãos, os agregados podem ser divididos em graúdos e miúdos, sendo considerado graúdo, todo o agregado que fica retido na peneira de número 4 (malha quadrada com 4,8 mm de lado) e miúdo o que consegue passar por esta peneira.

Podem também ser classificados como artificiais ou naturais, sendo artificiais as areias e pedras provenientes do britamento de rochas, pois necessitam da atuação do homem para modificar o tamanho dos seus grãos. Como exemplo de naturais, temos as areias extraídas de rios ou barrancos e os seixos rolados (pedras do leito dos rios).

Outro fator que define a classificação dos agregados é sua massa específica aparente, onde podemos dividi-los em leves (argila expandida, pedra-pomes, vermiculita), normais (pedras britadas, areias, seixos) e pesados (hematita, magnetita, barita).

Devido à importância dos agregados dentro da mistura, vários são os ensaios necessários para sua utilização e servem para definir sua granulometria, massa especifica real e aparente, módulo de finura, torrões de argila, impurezas orgânicas, materiais pulverulentos, etc.

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Aditivos e Adições

Aditivos e adições são produtos fundamentais para melhorar o desempenho do concreto. Historicamente, o uso desses materiais aumentou à medida que cresceu a necessidade de se obter concretos com características especiais. No entanto, existem, no meio técnico, dúvidas sobre a diferenciação precisa entre esses materiais, responsáveis por reduzir certas influências ou aumentar o efeito de outras quando desejado ou necessário (como alteração da fluidez, retardo ou aceleramento do tempo de pega, diminuição da segregação e do consumo de cimento, dentre outros).

Segundo Arnaldo Battagin, membro do conselho diretor do Instituto Brasileiro do Concreto (Ibracon) e gerente dos laboratórios da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), as principais diferenças entre aditivos e adições estão em sua origem e em suas propriedades. Aditivos, explica o engenheiro, são produtos químicos adicionados em pequena quantidade aos concretos de cimento Portland e que não apresentam propriedades ligantes, mas modificam a cinética de hidratação do cimento. Já as adições, ‘geralmente utilizadas em quantidades maiores, são de origem mineral e, por comumente apresentarem propriedades ligantes, são usadas para substituir parte do cimento e para a obtenção de concretos com certas características especiais’, define. Ou seja, as adições conferem ao concreto, propriedades que ele originalmente não tinha, enquanto os aditivos potencializam ou enfraquecem uma característica previamente encontrada no concreto.

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CONTROLE TECNOLÓGICO

O padrão de qualidade do concreto utilizado em obras depende em grande medida do tipo de controle que se tem sobre ele. É apenas por meio dos serviços de controle tecnológico desse material que é possível detectar desempenhos abaixo do especificado em projeto e, assim, prever reforços estruturais ou outras soluções adequadas à estrutura em questão.

De acordo com o professor do curso de engenharia civil da Universidade Presbiteriana Mackenzie, o engenheiro Simão Priszkulnick, o conjunto de atividades que fazem parte desse serviço destinam-se a confirmar o atendimento do material aos projetos estrutural e arquitetônico de uma obra. Por esse motivo, é imprescindível que a empresa contratada para realizar o controle conte com os certificados de calibração de equipamentos devidamente atualizados, laboratórios credenciados junto ao Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), funcionários treinados e capacitados, com vínculo empregatício e pleno conhecimento das normas vigentes.

A NBR 12654 (Controle Tecnológico dos Materiais Componentes do Concreto) dispõe sobre os ensaios que devem ser efetuados nestes materiais. Como sabemos que é praticamente impossível encontrar materiais totalmente isentos de substâncias nocivas, as normas desempenham um papel de fundamental importância, pois nos apresentam os limites de tolerância destes elementos. Já entre as determinações da NBR 12655 (Concreto – preparo, controle e recebimento) existe a obrigatoriedade de uma dosagem experimental para concretos com resistência igual ou superior a 15 MPa.

Os testes mais comuns feitos com o concreto recebido na obra são descritos abaixo:

Teste de resistência (fck)

Neste ensaio, a amostra do concreto é “capeada” e colocada em uma prensa. Nela, recebe uma carga gradual até atingir sua resistência máxima (kgf). Este valor é dividido pela área do topo da amostra (cm²). Teremos então a resistência em kgf/cm². Dividindo-se este valor por 10 se obtém a resistência em MPa.

Consistência do concreto (slump test)

A consistência é um dos principais fatores que influenciam na trabalhabilidade do concreto. Cabe ressaltar este assunto, pois muito se confunde entre consistência e trabalhabilidade.

O termo consistência está relacionado a características inerentes ao próprio concreto e está mais relacionado com a mobilidade da massa e a coesão entre seus componentes. Conforme modificamos o grau de umidade que determina a consistência, alteramos também suas características de plasticidade e permitimos a maior ou menor deformação do concreto perante aos esforços.

Um dos métodos mais utilizados para determinar a consistência é o ensaio de abatimento do concreto, também conhecido como slump test. Neste ensaio, colocamos uma massa de concreto dentro de uma forma tronco-cônica, em três camadas igualmente adensadas, cada uma com 25 golpes. Retiramos o molde lentamente, levantando-o verticalmente e medimos a diferença entre a altura do molde e a altura da massa de concreto depois de assentada.

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A trabalhabilidade depende, além da consistência do concreto, de características da obra e dos métodos adotados para o transporte, lançamento e adensamento do concreto.

Como exemplo, podemos dizer que um concreto com slump de 60 mm foi excelente e de fácil trabalhabilidade quando aplicado em um determinado piso. Este mesmo concreto, aplicado em um pilar densamente armado, foi um tremendo desastre, ou seja, a consistência era a mesma (60 mm), mas ficou impossível de se trabalhar.

O que costuma ocorrer na obra, nestes momentos de difícil aplicação é do encarregado pela concretagem solicitar para colocar água no concreto, alterando as características do mesmo. A relação entre água e cimento é essencial para a resistência do concreto e não pode ser quebrada. Não dá para remediar sem correr riscos. O correto é sempre fazer ou comprar um concreto de acordo com as características das peças e com os equipamentos de aplicação disponíveis.  As Concreteiras têm sempre profissionais capacitados a indicar o tipo de Slump apropriado para cada situação.

Aceitação do concreto

A aceitação é feita normalmente em dois momentos distintos:

Quando do recebimento do caminhão betoneira na obra, através do teste de consistência, também conhecido como ensaio de abatimento ou slump test (NBR 7223).

O resultado deste teste deve ser menor ou igual ao valor máximo admitido na nota fiscal de entrega do concreto. Se o resultado for superior, demonstrará que o concreto está com excesso de água em sua composição, o que implica em uma alteração do fator água/cimento e na possível queda de sua resistência. Neste caso o caminhão pode ser rejeitado.

Independentemente da realização do teste de slump, devem ser colhidas amostras do concreto (corpos de prova), que no estado endurecido servirão para a realização de ensaios de resistência à compressão. Estas amostras devem ser em quantidade suficiente para a determinação do Fck estimado, através de fórmulas e parâmetros existentes na NBR 6118.

A aceitação, neste caso, será automática se o fck estimado for maior ou igual ao fck solicitado.

Caso contrário poderão ainda ser feitos:

– Ensaios especiais no concreto, gerando novos  resultados de fck para comparação.

– Uma análise do projeto, para verificar se o fck estimado é aceitável.

– Ensaios da estrutura.

Se mesmo assim o concreto for rejeitado, poderemos ter:

– Um reforço na estrutura.

– O aproveitamento da estrutura, com restrições quanto ao seu uso.

– A demolição da parte afetada.

Como vimos, o controle tecnológico é de grande importância para quem quer executar uma obra com qualidade e fundamental para quem não quer assumir os riscos de uma obra sem controle e evitar ao máximo os retrabalhos.

TIPOS DE CONCRETO

Concreto convencional– Utilizado na maioria das obras civis, deve ser lançado nas fôrmas por método convencional (carrinhos de mão, gericas, gruas, etc ). O concreto convencional é de consistência seca e a sua resistência varia de 5,0 em 5,0 MPa, a partir de 10,0 até 40,0 MPa. É aplicado em obras civis, industriais e em peças pré-moldadas. As vantagens são: aumento da durabilidade e qualidade final da obra, redução dos custos da obra e redução no tempo de execução.

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Concreto Bombeável– Utilizado na maioria das obras civis. A sua dosagem é apropriada para utilização em bombas de concreto, evitando segregação e perdas de material. Sua resistência varia de 5,0 em 5,0 MPa, a partir de 10,0 até 40,0 MPa. É aplicado em obras civis em geral, obras industriais e peças pré-moldadas. As vantagens são: aumento da durabilidade e qualidade final da obra; redução dos custos da obra e redução no tempo de execução.

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Concreto Rolado– É utilizado em pavimentações urbanas, como sub-base de pavimentos e barragens de grande porte. Seu acabamento não é tão bom quanto aos concretos utilizados em pisos Industriais ou na Pavimentação de pistas de aeroportos e rodovias, por isso ele é mais utilizado como sub-base.

Concreto de Alta Resistência inicial– O concreto de alta resistência inicial, como o nome já diz é aquele que tem a característica de atingir grande resistência, com pouca idade, podendo dar mais velocidade à obra ou ser utilizado para atender situações emergenciais. Sua aplicação pode ser necessária em indústrias de pré-moldados, em estruturas convencionais ou protendidas, na fabricação de tubos e artefatos de concreto, entre outras. O aumento na velocidade das obras que este concreto pode gerar traz consigo a redução dos custos com funcionários, com alugueis de formas, equipamentos e diversos outros ganhos de produtividade. A alta resistência inicial é fruto de uma dosagem racional do concreto, feita com base nas características específicas de cada obra. Portanto, a obra deve fornecer o maior número de informações possíveis para a elaboração do traço, que pode exigir aditivos especiais, tipos específicos de cimento e adições.

Concreto de Pavimento Rígido – O principal requisito exigido para esse concreto é a resistência à tração na flexão e ao desgaste superficial. Trata-se de um concreto de fácil lançamento e execução. É aplicado em estradas e vias urbanas. As vantagens são: maior durabilidade; redução dos custos de manutenção e maior luminosidade.

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Concreto Leve – A densidade desse concreto varia de 400 a 1800kg/m³ (enquanto o normal é 2500 kg/m³). Os tipos mais comuns são o concreto celular espumoso, concreto com isopor e concreto com argila expandida. É aplicado em: enchimento e regularização de lajes, pisos e elementos de vedação. As vantagens são: redução de peso próprio e isolante termo-acústico.

Concreto Pesado – A característica principal desse tipo de concreto é a sua alta densidade que varia entre 2800 e 4500 kg/m³, obtida com a utilização de agregados especiais, normalmente a hematita. É aplicado como contra peso em gasodutos, hospitais e usinas nucleares. Pode ser citada a vantagem de ser isolante radioativo.

Concreto Resfriado com gelo – Trata-se de um concreto, cuja quantidade de água é parcialmente substituída por gelo, para atender a condições específicas de projeto, por exemplo a retração térmica. É aplicado em paredes espessas e grandes blocos de fundação. A vantagem é a redução da fissuração de origem térmica.

Concreto Submerso – Concreto submerso é a denominação dada ao concreto que é aplicado na presença de água, como alguns tubulões, barragens, estruturas submersas no mar ou em água doce, estruturas de contenção ou em meio à lama bentonítica, como é o caso das paredes diafragma.

Concreto Pré-moldado – Uma estrutura feita em concreto pré-moldado é aquela em que os elementos estruturais, como pilares, vigas, lajes e outros, são moldados e adquirem certo grau de resistência, antes do seu posicionamento definitivo na estrutura. Por este motivo, este conjunto de peças é também conhecido pelo nome de estrutura pré-fabricada. Estas estruturas podem ser adquiridas junto a empresas especializadas, ou moldadas no próprio canteiro da obra, para serem montadas no momento oportuno. A decisão de produzi-las na própria obra depende sempre de características específicas de cada projeto.

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Concreto Armado – A resistência à tração do concreto está situada na ordem de 10% de sua resistência à compressão, sendo geralmente desprezada nos cálculos estruturais. Encontrar meios de fazer o concreto ganhar força neste quesito é uma das eternas batalhas da engenharia. Chamamos de concreto armado à estrutura de concreto que possui em seu interior, armações feitas com barras de aço. Estas armações são necessárias para atender à deficiência do concreto em resistir aos esforços de tração e são indispensáveis na execução de peças como vigas e lajes, por exemplo. (Saiba Mais: LINK)

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Concreto Protendido – Diferente do concreto armado, cuja característica é a criação de fissuras e, na medida em que o concreto se fissura ele transfere uma carga de tração da peça para o aço de concreto armado o concreto protendido pode ser classificado como um estágio superior, onde é introduzido um estado prévio de tensões na estrutura. Ou seja, é um concreto que trabalha a compressão, o que faz com que ele tenha maior capacidade de resistência aos esforços de tração, já que ele fica previamente comprimido antes de receber as cargas as quais vai ser submetido. Em suma, é um processo que aumenta a capacidade de resistência da peça de concreto. Comparando-a ainda com o concreto armado, a finalidade da protensão é reagir contra uma ação natural da estrutura. E existem duas formas de alcançar esse resultado: fazendo o tensionamento dos cabos de aço antes da concretagem ou depois dela, o que se chama de pré-tensão e pós-tensão, respectivamente. (Saiba Mais: LINK)

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AS NOVAS TECNOLOGIAS – OS CONCRETOS ESPECIAIS

Concreto de Alto Desempenho – Normalmente elaborado com adições minerais tipo sílica ativa e metacaulim e aditivos superplastificantes. Os concretos assim obtidos possuem excelentes propriedades. É aplicado em obras civis especiais, hidráulicas em geral e em recuperações. As vantagens são: aumento da durabilidade e vida útil das obras; redução dos custos da obra e melhor aproveitamento das áreas disponíveis para construção.

Concreto Colorido – Concreto normal adicionado de pigmentos especiais, os quais conferem ao concreto várias cores com diferentes tonalidades, a saber: amarela, azul, vermelha, verde, marrom e preta. É aplicado em pisos, calçadas e fachadas. As vantagens são: elimina pintura e pode ser usado como marcador de áreas específicas.

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Concreto CelularO concreto celular faz parte de um grupo denominado de concretos leves, com a diferença de que ao invés de utilizar agregados de reduzida massa específica em sua composição, ele é obtido através da adição de um tipo especial de espuma ao concreto. Sua utilização é bastante difundida pelo mundo, sendo aplicado em paredes, divisórias, nivelamento de pisos e até em peças estruturais e painéis pré-fabricados.

Concreto com adição de fibras – Normalmente elaborado com fibras de nylon, polipropileno e aço, dependendo das condições de projeto. Os concretos assim obtidos inibem os efeitos da fissuração por retração. Obras civis especiais e pisos industriais. As vantagens são: aumenta a durabilidade das obras quanto à abrasão e desgaste superficial; melhora a resistência à tração do concreto e pode ser utilizado em pistas de aeroportos.

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Concreto Autoadensável – É o concreto do futuro. Trata-se de um concreto de elevada plasticidade. Em alguns casos, pode ter a sua reologia controlada com a utilização de aditivos de última geração. É aplicado em Fundações especiais tipo hélice contínua e paredes diafragma; peças delgadas e peças densamente armadas. As vantagens são: Maior durabilidade e fácil aplicação. Dispensa a utilização total ou parcial de vibradores; redução dos custos com mão de obra e energia e maior produtividade no lançamento. (Saiba Mais: LINK)

 

Concreto Translúcido – Outro tipo de concreto que vem sendo estudado atualmente é o concreto translúcido, que permite que a luz atravesse sua estrutura. O processo de fabricação do concreto translúcido é relativamente simples e sua resistência é igual à do concreto comum. São inseridas fibras ópticas no interior de uma fôrma e então o bloco é concretado. Em seguida, ele passa por um processo de cura e é submerso em água. Suas principais vantagens são seu peso menor e resistência maior que o concreto convencional. Além disso, ele permite a passagem da luz natural sem nenhum mecanismo elétrico. Ao deixar passar 70% de luz natural, supõe uma grande economia na hora de criar novos ambientes de iluminação. O concreto translúcido caracteriza-se por ser apto tanto para o interior como para o exterior da casa graças à sua grande resistência frente a qualquer mudança climática. Graças à sua flexibilidade, este material pode ser adaptado a qualquer tamanho e projeto que o cliente necessite. Além de permitir a elaboração elementos com um melhor acabamento, devido as suas propriedades.

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As patologias por ataques químicos e ambientais às estruturas de concreto podem ter origem nas falhas de projeto, de execução, uso inadequado e falta de manutenção. As causas podem ser decorrentes de sobrecargas, impactos, abrasão, movimentação térmica, concentração de armaduras, retração hidráulica e térmica, alta relação água/cimento, exposição a ambientes marinhos, ação da água, excesso de vibração, falhas de concretagem e falta de proteção superficial, entre outros.

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As agressões às estruturas de concreto podem ser físicas (variação de temperatura, umidade, ciclos de congelamento e degelo, ciclos de umedecimento e secagem); químicas (carbonatação, maresia ou água do mar, chuva ácida, corrosão, ataque de ácidos, águas brandas, resíduos industriais); e biológicas (micro-organismos, algas, solos e águas contaminadas). Entre as principais patologias por agentes químicos e ambientais estão a corrosão de armaduras, a carbonatação, ataque de sulfatos, de soluções ácidas e a ação de cloretos. Os sintomas dessas doenças são, em geral, as fissuras, eflorescências, desagregação, lixiviação, manchas, expansão por sulfatos e reação álcalis-agregado.

Tudo isso pode fazer com que o concreto perca sua capacidade de resistência, chegando à ruptura da estrutura. Por isso, existem classes de agressividade de ambientes que variam de I (rural, o menos problemático), II (urbano), III (marinho ou industrial) e IV (polos industriais, os mais agressivos). Essa classificação auxilia o projetista de estruturas a fazer o dimensionamento correto, especificar o cobrimento das armaduras e elaborar recomendações sobre traço do concreto, relação água/cimento, compacidade e outras características adequadas ao ambiente em que a obra estará inserida.

 

Fonte:

Portal do Concreto

Téchne

Ibracon

Habitissimo

PET Civil UFC

 

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