Agregados e Aglomerantes

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE ZOOTECNIA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS DEPARTAMENTO DE ZOOTECNIA

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Apostila da disciplina de Desenho e Construções Rurais Responsável: Prof. Dr. Holmer Savastano Junior Colaboradores: Prof. Dr. Juliano Fiorelli Prof. Dr. Pedro Henrique de Cerqueira Luz Prof. Dr. Sérgio Ari Ribeiro Aluno Pós-graduação do Programa de Apoio ao Ensino (PAE): MSc. Priscilla Ayleen Bustos Mac-Lean

Pirassununga SP, 2010

Materiais de Construção


Os materiais de construção podem ser classificados como: - aglomerantes; - produtos siderúrgicos; - agregados; - plásticos; - argamassas; - vidros; - concretos; - tintas; - madeiras; - outros. - produtos cerâmicos;

1 AGLOMERANTES Aglomerantes são produtos empregados na construção civil, para fixar ou aglomerar materiais entre si. 1.1 Classificação Os aglomerantes podem ser classificados quimicamente como inertes ou ativos. Os aglomerantes ativos, por sua vez, são subdivididos em aéreos ou hidráulicos. Paralelamente, existem também os aglomerantes betuminosos. A Figura 1.1 ilustra essa classificação. Aéreos Ativos Hidráulicos Aglomerantes

Inertes

Betuminosos Figura 1.1 Classificação dos aglomerantes. 2



Os materiais de construção podem ser classificados como: - aglomerantes; - produtos siderúrgicos; - agregados; - plásticos; - argamassas; - vidros; - concretos; - tintas; - madeiras; - outros. - produtos cerâmicos;

1 AGLOMERANTES Aglomerantes são produtos empregados na construção civil, para fixar ou aglomerar materiais entre si. 1.1 Classificação Os aglomerantes podem ser classificados quimicamente como inertes ou ativos. Os aglomerantes ativos, por sua vez, são subdivididos em aéreos ou hidráulicos. Paralelamente, existem também os aglomerantes betuminosos. A Figura 1.1 ilustra essa classificação. Aéreos Ativos Hidráulicos Aglomerantes

Inertes

Betuminosos Figura 1.1 Classificação dos aglomerantes. 2


1.1.1 Aglomerantes betuminosos São hidrófugos (repelentes a água), possuem determinada rigidez e viscosidade a temperatura ambiente, podendo aderir aos agregados. São muito sensíveis a variações térmicas, enrijecem a temperaturas baixas e apresentam alta viscosidade a temperaturas elevadas. São constituídos essencialmente de betume: composto de origem orgânica, natural ou pirogênica, proveniente de uma mistura de hidrocarbonetos. Os materiais betuminosos são utilizados em revestimentos e tintas de proteção, principalmente contra umidade, em razão do seu bom desempenho quanto à estanqueidade. Na construção civil, seu maior emprego é para impermeabilização de pisos e lajes, bem como para pavimentos de concreto asfáltico. Os principais aglomerante betuminosos são: a) Asfaltos. Podem ser oriundos de: rochas asfálticas, sedimentares calcáreas ou areníticas, com 10% a 30% de asfalto; asfaltos naturais, encontrados em depósitos superficiais; asfaltos de petróleo, como resíduos da destilação do petróleo. b) Alcatrões. Derivados da queima de hulha, madeira, turfa e graxas. 1.1.2 Aglomerantes quimicamente inertes O processo de endurecimento ao ar é decorrente apenas da evaporação da água de amassamento. Em conseqüência disso, adquirem baixa resistência e o processo é reversível em caso de umedecimento. São exemplos as misturas argilosas, com emprego apenas em construções de pequeno porte, em que as exigências de resistência e durabilidade são menores.

3


1.1.3 Aglomerantes quimicamente ativos O endurecimento decorre de reações químicas, o que possibilita atingir níveis mais elevados de resistência e de estabilidade física. Em decorrência disso, os aglomerantes ativos apresentam maior interesse e tem grande campo de aplicação na construção civil. São exemplos importantes os cimentos, os gessos e as cales. Os aglomerantes inorgânicos quimicamente ativos subdividem-se em: Aéreos: necessitam estar em contato com o ar para que o processo de endurecimento se manifeste. Ex.: cales aéreas e gessos. Hidráulicos: aqueles em que o endurecimento se efetiva em presença de água, independente da existência de ar. Ex.: cimentos e cales hidráulicas. 1.2 Cal aérea Define-se cal aérea como o produto obtido a partir da calcinação de rochas calcárias, a temperaturas que podem variar de 850ºC a 1.100ºC. É um dos aglomerantes mais difundidos, largamente empregado desde a antiguidade, na construção civil, por gregos e romanos. Atualmente seu principal uso, nas construções, está na produção de argamassas para revestimento e assentamento, embora a cal também possa ser usada na estabilização de solos (item 1.2.5). 1.2.1 Obtenção É composta por três processos distintos, desde a jazida de onde é retirada a rocha calcária, até o seu endurecimento, após a aplicação na obra.

4


1.2.1.1

Calcinação

Consiste na queima em fornos, chamados caieiras, da rocha calcária, originando a cal virgem. Esta última é comercializada em pedras, da forma como saem dos fornos, ou moídas. A cal virgem, também chamada de cal viva, tem como principal constituinte o óxido de cálcio, sozinho ou em associação ao óxido de magnésio. Não é usada na construção civil desta forma, devendo passar pelo processo de extinção. Em conseqüência de sua avidez por água, a cal virgem pode provocar queimaduras, se colocada em contato com a pele. Segue a equação da reação química de calcinação, acompanhada da proporção entre as massas das substâncias envolvidas. A considerável redução de massa da cal virgem, comparada à rocha calcária, consiste na principal justificativa para as caieiras estarem localizadas proximamente às jazidas de extração, com o objetivo de economizar transporte.

CaCO3 100g

∆

= 850ºC a 1.000ºC

CaO + CO2 54g 44g

Onde: CaCO3: carbonato de cálcio, predominante nos calcários calcíticos. Há certos calcários, chamados dolomíticos, em que predomina o carbonato de magnésio (MgCO 3), sendo válidos os mesmos processos. CaO: óxido de cálcio, conhecido como cal virgem, mantém a mesma forma da rocha original, porém com menor peso. 1.2.1.2

Extinção

Consiste na colocação de água sobre a cal viva, deixando-se reagir por determinado tempo. Quanto maiores os teores de óxido de magnésio (MgO), mais lenta é a extinção ou hidratação da cal. Assim, a velocidade de extinção pode ser classificada como: 5

Materiais de Construção -

-

-

Rápida, se a reação iniciar-se em menos de 5 minutos. Nesse caso, o volume de água deve ser o dobro ou o triplo do de cal, a fim de impedir o desprendimento de vapor. A insuficiência de água ocasiona a elevação excessiva de temperatura e, então, diz-se que a cal fica queimada. Média, se a reação iniciar-se entre 5 e 30 minutos. A água deve ser adicionada até cobrir a cal, mexendo-se sempre que necessário. Lenta, se a reação iniciar-se após 30 minutos. A água deve umedecer completamente a cal, esperando que a reação se inicie. Posteriormente, se necessário, deve-se adicionar cautelosamente mais água. O excesso de água, nesses casos, pode ocasionar o afogamento da cal, não se completando a sua extinção.

A reação química do processo de extinção segue abaixo. Trata-se de processo altamente exotérmico, com a liberação de 3.400 kcal/kg. O aumento de volume, do hidróxido em relação ao óxido, é de duas a três vezes, daí a explicação para a cal hidratada transformar-se em pó. CaO + H2O 56g 18g

Ca(OH)2 + calor 74g

Onde: Ca(OH)2: hidróxido de cálcio, conhecido como cal extinta ou hidratada, apresenta a forma de pasta. Ao secar, torna-se pulverulento. Após a extinção, recomenda-se deixar a cal em repouso, conforme a Tabela 1.1, a fim de garantir a completa transformação dos óxidos em hidróxidos de cálcio ou de magnésio.

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Tabela 1.1 Tempo de repouso da cal após a extinção. Finalidade

Tempo

Pintura

48 horas

Assentamento

2 semanas

Revestimento

3 semanas

Para se conseguir 1m3 de cal extinta em pó, são necessários cerca de 420 kg de cal virgem. A cal extinta em pó é comercializada em sacos de 20 kg. A argamassa de cal pode ficar amontoada por longo período sem endurecer. À medida da necessidade, é retirada em porções para o uso, adicionando-se água para torna-la plástica. 1.2.1.3

Carbonatação

Trata-se do processo final, em que a cal hidratada, após a aplicação (pintura, assentamento ou revestimento), inicia o seu endurecimento, reagindo com o dióxido de carbono existente na atmosfera. Conforme a reação química que segue, o resultado é a volta da cal à forma estável de carbonato. Ca(OH)2 + CO2 74g 44g

CaCO3 + H2O 100g 18g

Onde: CaCO3: formação do carbonato, de volta ao início do ciclo de obtenção. Nota-se a importância do processo ocorrer em ambiente bem ventilado, tanto para reação química com o gás carbônico (CO 2), como para evaporação da água. Estima-se que a carbonatação dure, em situações favoráveis, de 2 a 3 dias. Ao se desejar a evaporação mais rápida da água, tanto a de amassamento, como a resultante da reação química, deve-se empregar uma fonte de calor no ambiente de aplicação (luzes incandescentes, por exemplo).

7


1.2.2 Classificação As cales podem ser classificadas segundo o teor de magnésio e de cálcio, bem como quanto ao seu rendimento. 1.2.2.1

Quanto ao teor de magnésio e de cálcio

Podem ser: Calcíticas: teor em massa de CaO maior ou igual a 75%. Magnesianas ou dolomíticas: teor em massa de MgO maior ou igual a 20%. Em qualquer caso, espera-se que a soma dos teores de CaO e de MgO seja maior ou igual a 95% em massa. 1.2.2.2

Quanto ao rendimento

Podem ser: Magras: pasta terrosa e não homogênea. Gordas: pasta plástica, homogênea e untuosa. 1.2.3 Propriedades da cal -

-

-

-

Massa específica ou densidade real da cal virgem: 2.990 a 3.100 kg/m3. Massa específica ou densidade real da cal hidratada: 2.200 a 2.700 kg/m3. Massa unitária ou densidade aparente da cal hidratada (em pó): 500 a 590 kg/m3. Solubilidade: 1,3 g/dm3 de água. Finura: seguem na Tabela 1.2, os limites máximos de retenção em peneira, estabelecidas para cal hidratada.

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Tabela 1.2 Limites de finura para cal hidratada. Peneira (nº)

Abertura de malha (mm)

Porcentagem máxima retida (%)

30

0,600

0,5

200

0,075

15,0

1.2.4 Utilização da cal Podem ser utilizadas nas seguintes aplicações principais: Argamassa simples ou mista, para assentamento de alvenaria ou revestimento. Pintura, denominada caiação. Fabricação de tijolos. Grautes, como adição ao concreto, para conferir maior plasticidade ao conjunto. Solo-cal (ver item 1.2.5). 1.2.5 Solo-cal O principal efeito gerado pela mistura da cal com o solo argiloso é a troca iônica, que nada mais é do que uma reação química de aglutinação. Além do teor de argila do solo (de 10% a 15 %, preferivelmente), a pureza da cal é outro fator importante, para o êxito na aplicação desse material. Pela facilidade de operação, a cal hidratada é a mais empregada, embora a cal virgem a granel também possa apresentar resultados interessantes. A quantidade de cal necessária, para modificar ou estabilizar o solo, é relativamente pequena, entre 1% e 10% em massa, e, como resultado, pode-se aumentar em até seis vezes a capacidade de suporte do solo, após cura de 10 dias, em média. O solo-cal apresenta potencialidade para redução de custos, como base ou sub-base de pavimentos. Além de resistência mecânica satisfatória, apresenta baixa permeabilidade, e evita que o subsolo seja afetado. 9


1.2.6 Exercícios 1.2.6.1

1.2.6.2

1.2.6.3

Qual a quantidade de cal aérea hidratada, que se obtém a partir de 93 toneladas de calcário com 96% de pureza, se o rendimento do conjunto de operações é igual a 93%? Use as massas atômicas: Ca = 40; O = 16; C = 12 e H = 1. Na análise de uma jazida de calcário, encontrou-se pureza de CaCO3 igual a 95%. A indústria que pretende explorar a jazida tem capacidade de produção igual a 10 t/dia de cal aérea viva ou virgem (CaO), com rendimento das operações de 92%. Qual deve ser a extração diária de calcário, para garantir plena produção da indústria? Ainda com relação ao exercício anterior, qual o consumo de água, para a hidratação completa da cal virgem? O produto resultante apresenta-se de que forma?

1.3 Gesso Na construção civil, o gesso é bastante utilizado, sobretudo nos países industrializados, para produção de pré-fabricados (chapas divisórias e forro) e como revestimento. São aspectos favoráveis: facilidade na moldagem de formas diversas, rapidez na aplicação e acabamento de boa qualidade. 1.3.1 Obtenção O termo gesso engloba os produtos queimados ou não, feitos a partir da desidratação da gipsita. A gipsita é encontrada na natureza sob a forma de material compacto, de granulação fina a média, cuja fórmula química é CaSO 4.2H2O. Aquecendo-se a 170ºC, a água desprende-se parcialmente e obtém-se o gesso rápido ou gesso de estucador ou gesso de Paris. Segue abaixo a reação química de calcinação da gipsita, para obtenção do gesso de Paris:

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CaSO4.2H2O

∆

~170ºC

CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O

Aquecendo-se até 200ºC, obtém-se o gesso anidro, ou seja, elimina-se a água fortemente. O mais usado na construção civil é o gesso de Paris, pois origina, após combinação com água, um produto de alta dureza e resistência. Por outro lado, o gesso anidro necessita de aceleradores de pega (sulfato de potássio ou de zinco), para endurecer. Ao ser misturado com água, o gesso de Paris torna-se plástico e endurece rapidamente, recompondo o sulfato de cálcio diidratado original. Assim: CaSO4.0,5H2O + 1,5 H2O

CaSO4.2H2O + calor

Como se pode observar pelas reações propostas acima, o gesso é aglomerante quimicamente ativo, que reage com a água e não com o ar. É aglomerante aéreo não porque necessite do ar para sua reação de endurecimento, mas sim porque é solúvel em água e, portanto, necessita estar ao ar, para manter sua forma e resistência mecânica. A relação água/gesso é decisiva para a qualidade do produto endurecido, no que se refere à sua porosidade e resistência mecânica. Quanto maior a proporção de água adicionada, maior a porosidade e, conseqüentemente, menor a resistência. A relação água/gesso também influencia o tempo de pega. São desaconselháveis índices superiores a 0,80, sob pena de diminuir muito a resistência mecânica. 1.3.2 Características O gesso de Paris apresenta as seguintes características principais: Cor: branca.

11


-

Finura: a porcentagem em massa retida na peneira nº 100 (abertura da malha = 0,150 mm) deve ser menor ou igual a 40%. Massa específica (densidade real): 2,5 kg/dm 3. Fim de pega: entre 20 e 40 minutos.

1.3.3 Utilização do gesso O gesso é empregado, na construção civil, principalmente como: Regulador de pega do cimento Portland. Revestimentos internos e estuques. Pré-fabricados: placas com revestimento decorativo; painéis com isolamento térmico e acústico, para parede; e blocos para paredes internas. 1.3.4 Exercício Qual a quantidade de aglomerante aéreo obtida a partir de cada tonelada do material extraído de uma jazida de gipsita com 97% de pureza? Qual o volume de água estritamente necessário para a reação de endurecimento do gesso hemiidratado? Use as massas atômicas: Ca = 40; S = 32; O = 16; C = 12 e H = 1. 1.4 Cal hidráulica É utilizada como pasta ou argamassa. Na sua fabricação, empregam-se rochas calcário-argilosas: compostas de carbonato de cálcio, carbonato de magnésio, sílica (SiO2), alumina (Al2O3) e óxido de ferro (Fe2O3). A queima do calcário argiloso, a cerca de 900ºC, põe em liberdade o óxido de cálcio (CaO), como no caso da cal aérea, mas uma parte dele combina-se com os componentes argilosos, e formam silicatos e aluminatos de cálcio. Como há, no caso, excesso de cal, ter-se-á realmente uma mistura de cal aérea com os compostos mencionados. 12


A seguir, as pedras são umedecidas, para a extinção da cal, que é um procedimento mais complexo que o da cal aérea. A adição de água deve ser feita com cuidado, de modo que o excesso não possa combinar-se com os silicatos e aluminatos. Isso não apresenta grandes dificuldades, dada a avidez que a cal tem pela água. A extinção da cal, também nesse caso, produz a pulverização das pedras, o que normalmente dispensa a moagem mecânica. Ao ser utilizada como aglomerante, a cal hidráulica é misturada com água e o endurecimento da pasta resulta de dois tipos de reação: o hidróxido de cálcio combina-se com o dióxido de carbono da atmosfera e os silicatos e aluminatos hidratam-se, formando produtos insolúveis. Quanto maior o teor de argila, mais difícil a pulverização por extinção da cal livre, porém maior a hidraulicidade. O maior defeito da cal hidráulica é a perda da capacidade de hidratação, em decorrência do longo tempo que geralmente se passa entre a extinção e a utilização na obra. 1.5 Cimento Portland O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, o cimento Portland não se decompõe mais (ABCP, 2002). Embora ainda haja dúvidas a respeito da invenção do cimento Portland, aceita-se como inventor Joseph Aspdim, um construtor de Leeds, que o patenteou em 1824. Esse cimento foi obtido pela queima parcial (sintetização) de uma mistura de calcário e argila, isto é, de óxidos de cálcio (CaO), de silício (SiO2) e, em menores proporções, de alumínio (Al 2O3) e de ferro (Fe2O3), em temperatura elevada. Essa é a base do processo de fabricação empregado ainda hoje. Durante a queima, essas matérias-primas se combinam e produzem o clínquer, moído posteriormente até se transformar em pó. O nome cimento Portland foi inspirado nas pedras da ilha de Portland, Inglaterra, de cor esverdeada e muito utilizadas nas construções daquela época. 13


1.5.1 Fabricação O princípio fundamental é combinar compostos silícicos e calcários, resultando silicatos de cálcio, principais responsáveis pelas propriedades do cimento. A Figura 1.2 ilustra as principais etapas da fabricação do cimento Portland, sintetizadas abaixo. Calcário + Argila

1500ºC

Clínquer + Gesso (regulador de pega)

Compostos anidros vítreos (clínquer) moagem

Cimento Portland

1.5.2 Constituintes do cimento O cimento Portland comum (item 1.5.6) é constituído de clínquer e de gipsita. Os principais componentes do clínquer são: Silicato tricálcico 3CaO.SiO2 (C3S): responsável pela resistência mecânica do cimento, nos primeiros dias de hidratação. Grande liberação de calor durante a reação química. Silicato dicálcico 2CaO.SiO2 (C2S): mais importante constituinte, maior responsável pela resistência, durabilidade e baixa permeabilidade do cimento; hidratação lenta, após semanas. Alumínio tricálcico 3CaO.Al2O3 (C3A): responsável pelo início de pega, libera grande quantidade de calor e desenvolve baixas resistências durante a hidratação. Ferroaluminato tetracálcico 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF): baixa resistência mecânica e ótima resistência a meios agressivos. A Tabela 1.3 contém a composição porcentual média do cimento Portland comum. 14


Figura 1.2 Etapas de fabricação do cimento Portland. Tabela 1.3 Composição do cimento Portland comum. Componente

Teor em massa (%)

C3S

40 a 70

C2S

10 a 40

C3A

5 a 15

C4AF

5 a 10

Impurezas

0a7

Gipsita

1a4

1.5.3 Propriedades físicas e mecânicas Seguem algumas das propriedades principais do cimento Portland, a saber: finura, pega e resistência à compressão. 15


1.5.3.1 Finura É uma medida indireta da reatividade do cimento, pois a dissolução de um sólido em meio aquoso é tanto mais rápida e mais completa, quanto menores as partículas constituintes desse sólido. A resistência mecânica, a velocidade de desprendimento do calor de hidratação, a retração e os riscos de fissuração são diretamente proporcionais à finura. Quanto maior a finura, maior será também o consumo de gesso, necessário para retardar o início da pega. 1.5.3.2 Pega Consiste no fenômeno de solidificação da pasta de cimento, associado à possibilidade de manuseio, após o início das reações de hidratação. O início de pega se caracteriza pelo aumento da temperatura e da viscosidade do material. Deve acontecer após um intervalo de tempo mínimo pré-estabelecido, para possibilitar o amassamento, transporte, lançamento e adensamento. O fim de pega marca o endurecimento do material, o que permite a aplicação de pequenas solicitações (como, por exemplo, caminhar sobre a laje recém-concretada). Para os cimentos de pega normal, o início de pega ocorre por volta de uma hora após a adição de água de amassamento e o fim de pega, aproximadamente 10 horas após. Existem cimentos ricos em aluminatos, fabricados sob encomenda, denominados de pega rápida, para os quais o início de pega é da ordem de 30 minutos. São recomendados para concretagens submersas, em que há risco de lixiviação. Há também, no mercado, aditivos que modificam as características de pega: Aceleradores, para os casos em que se necessita de uma desforma rápida (fábrica de pré-moldados, por exemplo). Os aceleradores de pega mais utilizados são os cloretos, cujo uso 16


-

deve ser controlado com rigor: se utilizados em excesso no concreto armado, podem induzir a oxidação da armadura. Retardadores, para situações de concretagem demorada ou em que o local de aplicação fica longe da concreteira. Fluoretos, boratos, fosfatos e alguns produtos orgânicos (açúcar, por exemplo) são retardadores de pega.

1.5.3.3 Resistência à compressão Trata-se da propriedade mecânica mais importante requerida dos produtos à base de cimento (concretos e argamassas). Sua análise é feita por meio do ensaio de compressão axial, em corpos-de-prova cilíndricos, aos 28 dias de idade, contados a partir do início da hidratação. Na Figura 1.3, pode-se observar que, aos 28 dias, a resistência já atingiu pelo menos 90% do seu potencial, daí o porquê da escolha dessa data para realização do ensaio. Caso sejam importantes verificações de resistência mais rápidas, também devem ser previstas rupturas aos 3, 7 e 14 dias. Geralmente, por intermédio da resistência mecânica, pode-se intuir a respeito da evolução de outras propriedades: permeabilidade, resistência a agentes agressivos e resistência à abrasão. s 150 a o i ã d s 8 125 s 2 e r s p o m a 100 o i a c c à n t a ê i s c i n s ê r 50 t e s a i s d e R % 25

Cura ambiente contínua Cura ao ar 7 dias Cura ao ar 3 dias

3 7 28

90

180

Idade (dias)

Figura 1.3 Evolução de resistência mecânica em produtos à base de cimento para diversas idades e em diferentes condições de cura. 17


O cimento Portland deve pertencer a uma das três classes comerciais de resistência: 25, 32 e 40 MPa (1 MPa = 1.106 N/m2 ≅ 10 kgf/cm2), de acordo com o resultado médio dos ensaios feitos com 28 dias de idade. A Tabela 1.4 ilustra o desenvolvimento de resistência à compressão de um cimento Portland da classe 25 (CP 25). Tabela 1.4 Resistência média de um CP 25 nas primeiras idades. Idade (dias)

Resistência (MPa)

3

8

7

15

28

25

1.5.4 Fenômeno de hidratação Durante o amassamento, os grãos de cimento (dimensão inferior a 50 µm) são molhados superficialmente e passam a constituir uma solução coloidal.

Após alguns minutos, começam a aparecer produtos de hidratação na periferia dos grãos, com dimensão da ordem de décimos de micrometros (~10 -7 m). A fase aquosa fica rica em íons Ca++, SiO2-- e álcalis (Na+ e K+). Não há qualquer sinal de início de pega (item 1.5.3.2), pois a velocidade de reação é muito baixa e os grãos de cimento estão muito afastadas uns dos outros. Decorridas as primeiras horas (período de dormência), os processos se aceleram e a camada reativa desenvolve-se em direção ao interior do grão (da ordem de 1 µm). Externamente, forma-se uma estrutura esponjosa e também algumas agulhas, em conseqüência da precipitação dos íons liberados inicialmente. O início da pega corresponde ao momento da junção entre os produtos da reação química. No final da pega, o gel passa a formar um arcabouço contínuo e endurecido. A Figura 1.4 mostra o aspecto morfológico dos principais produtos de hidratação do cimento.

18


Figura 1.4 Produtos da hidratação do cimento Portland (Fonte: Mehta & Monteiro, 1994). A hidratação do cimento é exotérmica e a liberação de calor age como um catalisador da reação química. O volume ocupado pelos produtos é ligeiramente menor que o volume dos reagentes; este fato, somado ao efeito de evaporação da água excedente, acarreta a retração do material e a sua fissuração. Esses fatores exigem cuidados especiais na cura do cimento (Fig. 1.3), que devem evitar grandes variações de temperatura, bem como perda de água de hidratação. A partir de alguns dias, as ligações do gel reforçam-se progressivamente, formando cristais cada vez mais densos. Decorrido um mês, em condições favoráveis de hidratação, o grão de cimento apresenta espessura hidratada de apenas 4 µm, em média.

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1.5.5 Cuidados com o cimento O cimento é comercializado em sacos de 50 kg, classe CP 32. Cada saco de cimento ocupa um volume de 35,3 litros, o que eqüivale a duas latas de óleo de 18 litros, aproximadamente. Cimento a granel ou das classes CP 25 e CP 40, somente por encomenda às cimenteiras. Os sacos de cimento podem ser armazenados por, no máximo, três meses, pois a umidade da atmosfera é suficiente para promover a hidratação. No caso do cimento empedrar, recomenda-se peneirá-lo e restringir o seu uso a solicitações pouco intensas (contrapiso, por exemplo). Cuidados no empilhamento dos sacos (Figura 1.5): usar um estrado inferior, para evitar contato com a umidade do solo; não encostar em paredes, pois o desequilíbrio das pilhas pode causar acidentes; pôr, no máximo, dez sacos por pilha, para evitar a compactação do material.

Figura 1.5 Empilhamento de sacos de cimento.

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1.5.6 Tipos de cimento Há tempos havia no Brasil, praticamente, um único tipo de cimento Portland. Com a evolução dos conhecimentos técnicos sobre o assunto, foram sendo fabricados novos tipos. A maioria dos tipos de cimento Portland hoje existente no mercado, serve para o uso geral. Algum deles, entretanto, tem certas características e propriedades que os tornam mais adequados para determinados usos, permitindo que se obtenha um concreto ou uma argamassa com a resistência e a durabilidade desejadas, de forma bem econômica (ABCP, 2002). As especificações brasileiras prevêem os seguintes tipos (Tabela 1.5): CP I - cimento Portland comum (CP I-25, CP I-32 e CP I-40): 100% clínquer mais sulfatos (gipsita, no máximo 5%). CP I-S - cimento Portland comum com adições (CP I-S-25, CP I-S-32 e CP I-S-40): 1 a 5% de escória de alto-forno e/ou pozolana e/ou material carbonático. CP II - cimento Portland composto: classes de resistência iguais a 25, 32 e 40 MPa. i. CP II-E: 94-56% clínquer + sulfato, 6-34% escória, 010% material carbonático. ii. CP II-Z: 94-76% clínquer + sulfato, 6-14% material pozolânico, 0-10% material carbonático. iii. CP II-F: 94-90% clínquer + sulfato, 6-10% material carbonático. CP III - cimento Portland de alto forno: classes de resistência iguais a 25, 32 e 40 MPa. Composição: 65-25% clínquer + sulfatos, 35-70% escória, 0-5% material carbonático. Trata-se de cimento com baixo calor de hidratação e boa resistência a águas agressivas. CP IV - cimento Portland pozolânico: classes de resistência 25 e 32 MPa. Composição: 85-45% clínquer + sulfato, 15-50% material pozolânico, 0-5% material carbonático. As pozolanas são materiais silicosos ou sílico-aluminosos obtidos, geralmente, de usinas termelétricas. Esse cimento tem baixo 21


calor de hidratação, baixa resistência mecânica aos 28 dias, boa resistência a sulfatos e boa trabalhabilidade (finura elevada). CP V - cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI): 100-95% de clínquer mais sulfatos de cálcio e 0-5% de material carbonático. Resistência mínima à compressão axial aos 7 dias de idade igual a 34 MPa. Tendência a fissuração e carbonatação. Tabela 1.5 Tipos e classes de cimento Portland. Tipo

Classe

fc28 (MPa)

Norma ABNT

Limite inferior

Limite superior

CP I CP I-S

25 32 40

25,0 32,0 40,0

42,0 49,0 -

EB-1

CP II-E CP II-Z CP II-F

25 32 40

25,0 32,0 40,0

42,0 49,0 -

EB-2138

25,0 32,0 40,0

42,0 49,0 -

EB-208

CP III

25 32 40 25 32

25,0 32,0

42,0 49,0

EB-758

CP IV

fc7 (Mpa) CP V-ARI

Limite inferior

Limite superior

34,0

-

EB-2

Outros tipos: cimento de alvenaria (CA): clínquer de cimento Portland + sulfatos de cálcio + cal hidratada + calcário + escória de altoforno + material pozolânico + argilas + aditivos. A resistência média à compressão aos 28 dias deve estar compreendida entre 5 e 15 MPa. 22


Cimento branco (CB): sem função estrutural, usado no rejuntamento de elementos cerâmicos, tais como azulejos.

As adições de cinzas oriundas da queima controlada da casca de arroz e do bagaço de cana-de-açúcar também exercem função pozolânica, além da redução de custos. A Figura 1.6 traz uma micrografia de cinza de casca de arroz, com aspecto alveolar que aumenta superfície específica de reação com os álcalis disponíveis durante a reação de hidratação do cimento.

Figura 1.6 Micrografia de cinza de casca de arroz, utilizável como adição ao cimento Portland.

2 AGREGADOS Materiais granulares, sem forma e volume definidos, geralmente inertes, de dimensões e propriedades adequadas ao uso na construção civil. Algumas de suas principais aplicações: Lastro de vias férreas; Concreto asfáltico para pavimentação; Base de pavimentos; Drenos de filtros e barragens; - Produtos à base de cimento, tais como concretos e argamassas. Trata-se da principal aplicação dos agregados.

23


2.1 Importância dos agregados O bom agregado deve cumprir as seguintes funções nas argamassas ou concretos: Aumentar a resistência ao desgaste. Diminuir a retração. Não prejudicar a resistência mecânica, o que se consegue com agregados de resistência superior à da pasta de aglomerante. Rochas ígneas e metamórficas (basalto e gnaisse, por exemplo) atingem resistência à compressão de até 70 MPa. Reduzir o custo final.

2.2 Classificação De acordo com o interesse, os agregados podem ser classificados quanto a sua origem, massa específica ou dimensões. 2.2.1 Quanto à origem -

-

Naturais: encontram-se na natureza ou requerem simples britagem. Ex.: areia, pedregulho, pedra britada, pedrisco e pó de pedra. Artificiais: produzidos industrialmente. Ex.: argila expandida, escória de alto-forno e stiropor.

2.2.2 Quanto à massa específica ( ρ) -

Leves: ρ < 2,0 kg/dm3. Ex.: argila expandida e stiropor.

-

Normais: 2,0 kg/dm3 < ρ < 3,0 kg/dm3. Ex.: areia, seixo rolado e pedra britada.

24


Pesados: ρ > 3,0 kg/dm3. Aplicados por exemplo, em paredes de isolamento radioativo nas usinas atômicas. Ex.: magnetita e hematita.

2.2.3 Quanto às dimensões -

-

Graúdo: a porcentagem em massa, retida na peneira de abertura # 4,8 mm, deve ser maior que 85%. Miúdo: a porcentagem em massa, acumulada na peneira de abertura # 4,8 mm, não deve ser superior a 15%. Nos casos em que essa porcentagem excede os 15%, as frações miúda e graúda devem ser consideradas separadamente.

2.3 Parâmetros de qualidade Seguem algumas das principais características dos agregados, a serem analisadas para auxiliar o processo de escolha. 2.3.1 Conteúdo de substâncias nocivas Os agregados devem apresentar teores reduzidos ou mesmo nulos das seguintes substâncias: Material pulverulento: pó de argila (dimensão média inferior a 0,075 mm), que aumenta a necessidade de água, pela sua elevada área específica, e atrapalha a aderência entre o agregado e a pasta de cimento. Teor admissível: 3% a 5% em massa. Torrões de argila: têm resistência desprezível, absorvem água, desagregam, e geram vazios. Podem ser detectados manualmente, por esmagamento. Teor máximo admissível: 1,5% em massa. Impurezas orgânicas: possuem acidez, que neutraliza a alcalinidade da água de amassamento e, por isso, prejudicam a hidratação do cimento. Máximo admissível: 1% em massa. 25


Cloreto de sódio: comum nas areias em contato com o mar; representa perigo para a armadura, que passa a sofrer o efeito do processo de corrosão.

2.3.2 Análise granulométrica A composição granulométrica tem grande influência sobre a compacidade do concreto ou da argamassa produzidos, o que acarreta economia e aumento de resistência. Agregado bem graduado é aquele que exige menor quantidade de pasta de cimento, para determinada relação água/cimento, com a finalidade de preencher todos os vazios e de cobrir a superfície dos grãos com uma fina camada de pasta. Para se conhecer a composição granulométrica dos agregados, utilizase a série normal de peneiras, cujas aberturas das malhas são, em mm: 76; 50; 38; 25; 19; 9,5; 4,8; 2,4; 1,2; 0,6; 0,3 e 0,15. Para a determinação da granulometria do agregado, deve-se escolher uma amostra representativa do lote, seca ao ar e com massa conhecida. A amostra é então passada pela série normal de peneiras e o material retido em cada uma delas é separado e pesado. Por último, são calculadas as porcentagens em massa retidas e retidas acumuladas em cada uma das peneiras. 2.3.3 Teor de umidade Muito importante para poder corrigir a quantidade de água da argamassa ou do concreto, de acordo com a relação água/cimento requerida. A resistência mecânica é função da relação água/cimento e, portanto, é imprescindível avaliar-se a umidade dos agregados, especialmente os. O teor de umidade é dado por: h (%) = mu – ms x 100 ms Onde: h = teor de umidade (%); 26


mu = massa da areia úmida; ms = massa da areia seca. 2.3.4 Inchamento da areia A água livre aderente aos grãos provoca o afastamento entre eles, pelo aumento da tensão superficial, e, com isso, observa-se o inchamento. O cálculo do inchamento pode ser feito pela seguinte equação: I (%) = Vu – Vs x 100 Vs Onde: I = inchamento (%); Vu = volume aparente (sem desconto de vazios) úmido; Vs = volume aparente seco. Umidade crítica é o teor de umidade (item 2.3.3) a partir do qual o inchamento não progride. Geralmente, esse teor varia de 4% a 6%. Como se observa na Figura 2.1, o inchamento da areia pode superar a marca dos 30%, daí a sua importância, tanto no momento da compra do material, quanto na dosagem de argamassas e concretos, normalmente em volume.

27


Figura 2.1 Inchamento em função do teor de umidade da areia. 2.4 Agregados miúdos De acordo com a classificação do item 2.2.3, recebem a denominação genérica de areias, subdivididas em fina, média e grossa (Tabela 2.1). Seus principais usos: Areia fina: argamassa para revestimento (reboco). Areia média: assentamento de azulejos. Areia grossa: concreto, assentamento de pisos e de tijolos. Tabela 2.1 Classificação das areias Tipo

Faixa granulométrica (mm)

Fina

0,02 a 0,42

Média

0,43 a 1,9

Grossa

2,0 a 4,8

Quanto à procedência, as areias podem ser de rio, de cava ou de mar. Areia de rio: largamente utilizada, apresenta baixos teores de impurezas, por ser lavada naturalmente. Areia de cava ou de mina: pode apresentar matéria orgânica e torrões de argila, e requer lavagem prévia. Areia de mar: uso não recomendado, em decorrência dos elevados teores de cloreto de sódio, que age como acelerador de pega e também induz a corrosão da armadura.

Existem também agregados miúdos, subprodutos do processo de britagem, chamados pedriscos. Têm o inconveniente de apresentar muito pó de pedra, que prejudica a aderência da pasta, bem como requer maior consumo de água. A lavagem prévia desses agregados auxilia a remoção do pó.

28


2.5 Agregados graúdos Pela mesma classificação do item 2.2.3, podem subdividir-se em: Pedregulho, seixo rolado ou cascalho: apresentam cantos arredondados e textura lisa. Como conseqüência, são de fácil manipulação e requerem menos água de amassamento. Sua aderência à pasta é menor, o que porém só chega a ser prejudicial em concretos de alta resistência. Britas: são as mais utilizadas na construção civil, principalmente as britas 1 e 2 (Tabela 2.2). Têm quinas, saliências e reentrâncias, que tornam sua manipulação difícil e requerem maior quantidade de água de amassamento. Esses fatores fazem com que a aderência à pasta seja excelente.

Tabela 2.2 Classificação das britas Brita nº Faixa granulomé trica (mm) 0 4,8 a 9,5 1

9,5 a 19,0

2

19,0 a 25,0

3

25,0 a 50,0

4

50,0 a 76,0

5

76,0 a 100,0

2.6 Exercícios 29


2.6.1 Considerar o seguinte traço, para preparo de 1 m 3 de concreto (agregados secos): água: 172 kg; cimento: 390 kg; areia: 631 kg; brita: 1185 kg. Se, na obra, a areia está com teor de umidade igual a 5% e o inchamento correspondente é igual a 25%, calcule: a) a nova quantidade de água a ser introduzida no traço. b) A variação de volume sofrida pela areia. Considere massa unitária da areia seca (densidade aparente) igual a 1450 kg/m 3.

2.6.2 Um zootecnista escolhe o seguinte traço, estabelecido para materiais secos: 2 caixas de 25 litros 1 saco de : 3 caixas de : brita 2 de : de água areia seca de cimento 35x45x34 cm 3 35x45x23 cm 3 Para umidade de 4%, inchamento igual a 20% e massa unitária da areia seca igual a 1450 kg/m3, calcule o novo traço corrigido. 3 ARGAMASSAS Denomina-se argamassa todo material complexo, constituído de agregados miúdos, aglomerantes minerais e água. Eventualmente, aditivos especiais, tais como impermeabilizantes e adesivos, podem fazer parte de sua constituição. Os aglomerantes mais empregados são a cal aérea, o cimento Portland (comum ou branco) e o gesso. Também existe o cimento de alvenaria, mais barato e de menor resistência que o cimento convencional, para uso específico em argamassas. Os agregados miúdos mais comuns no Brasil são: areia silicosa lavada de rio, areia argilosa de cava e pedrisco. Argamassas especiais podem conter 30


carbeto de silício, micas, pó de pedra, argilas refratárias e reforço de fibras (metálicas, plásticas, vegetais e de vidro). 3.1 Classificação As argamassas são classificadas de inúmeras maneiras, de acordo com a propriedade que se deseja enfatizar. Merecem destaque as classificações segundo a utilização, dosagem e aglomerantes empregados. 3.1.1 Utilização As argamassas podem ser agrupadas em quatro grandes famílias: Assentamento de alvenaria (tijolos, blocos e pedras), tanto comum como estrutural. A argamassa tem a função de ligar os elementos de alvenaria, proporcionando a transmissão homogênea dos esforços solicitantes. Revestimento: tem a função de anular as irregularidades das superfícies e de evitar a penetração de umidade. i. Chapisco: espessura de 5 mm, tem a finalidade de aumentar a rugosidade do substrato. ii. Emboço: massa grossa, espessura de 20 mm, com a função de anular as maiores imperfeições. iii. Reboco: massa fina, 5 mm de espessura, dá textura de acabamento. Fixação de pisos e azulejos, podem ser comuns ou especiais (também chamadas de adesivas). Outras: refratárias, isolantes termo-acústicas, impermeabilizantes, grautes (em reforços de alvenaria estrutural), para jateamento e restauração estrutural. 3.1.2 Dosagem Pode ser classificadas como: 31


-

-

Magras ou pobres, em que a pasta não é suficiente para preencher todos os vazios entre os agregados. Cheias ou normais, com o exato preenchimento dos vazios entre os agregados. Gordas ou ricas, nos casos em que há excesso de pasta. 3.1.3 Aglomerantes empregados

-

Argamassa simples: apenas um tipo de aglomerante. Ex.: i. Argamassa de cimento e areia. ii. Argamassa de saibro e areia. O saibro é um solo arenoargiloso, em que a fração de argila funciona como aglomerante inerte. Sua aplicação é restrita a pequenas solicitações. Argamassa mista: dois ou mais aglomerantes em conjunto. Ex.: i. Argamassa de cimento, cal e areia. ii. Argamassa de cimento, saibro e areia. iii. Argamassa de cal, saibro e areia.

3.2 Traço É a proporção relativa entre os constituintes da argamassa com exceção da água, e pode ser em volume (mais usual) ou em massa (mais preciso). Na relação 1:3 (diz-se um para três), por exemplo, o primeiro número representa o aglomerante, geralmente igual a um, com três partes de agregado (em massa ou volume, conforme especificação). Para as argamassas com mais de um aglomerante, convencionou-se que a ordem é do aglomerante mais caro para o mais barato. Assim, o traço 1:2:9, em volume, pode corresponder à argamassa dosada com um volume unitário de cimento (uma lata de 18 litros, por exemplo), dois volumes unitários de cal hidratada e nove de areia. 32


É comum, também, o uso de relações numéricas diversas, para as argamassas compostas de cimento e cal. Geralmente, as argamassas de cal são misturadas e estocadas antecipadamente, com o objetivo de garantir a completa extinção da cal virgem, e adiciona-se o cimento somente no momento do uso. Por exemplo: um traço 1:5 em volume com 100 kg corresponde a uma argamassa com um volume unitário de cal, cinco volumes de areia e mais 100 kg de cimento por m3 de argamassa de cal produzida. Já outro traço em volume 1:4/12 indica que a argamassa é dosada inicialmente com um volume de cal e quatro volumes de areia; em seguida, mistura-se uma parte de cimento, em volume, com doze partes da argamassa de cal. A transformação do traço em massa no seu equivalente em volume, ou vice-versa, é simples, bastando conhecer as massas unitárias dos materiais básicos. Por exemplo, o traço 1:4 em massa, de uma argamassa de cimento, pode ser transformado em volume como explicado a seguir. Dados: massa unitária do cimento: 1420 kg/m3; massa unitária da areia seca: 1500 kg/m 3. Assim, 1000 kg de cimento ocupa o volume de 1000.(1/1420) = 0,70 m 3 e 4000 kg de areia seca ocupam o volume de 4000.(1/1500) = 2,67 m 3. Como habitualmente representa-se o traço em relação ao volume unitário do aglomerante, a seguinte adaptação pode ser obtida:

0,70 : 2,67 ⇒ 1 : 3,81 em volume seco 0,70 0,70

Para o caso da areia úmida, com inchamento igual a 25%, por exemplo, o traço sofre o seguinte ajuste: 1 : 3,81 x 1,25 ⇒ 1 : 4,76 em volume úmido Como já foi explicado no item 2.3.3, para areia úmida, a quantidade de água do traço deve ser ajustada, considerando-se o volume introduzido juntamente

33


com a areia. A escolha da relação água/aglomerante adequada depende dos seguintes fatores: trabalhabilidade desejada; materiais empregados (quanto maior a porosidade e/ou finura do agregado, maior o consumo de água); impermeabilidade requerida; resistência final desejada. 3.3 Escolha da argamassa A escolha de um determinado tipo de argamassa é limitada pelas exigências construtivas pertinentes ao seu emprego. Seguem os tipos mais comuns na construção civil. A Tabela 3.1 traz sugestões de traços em volume, para diversas finalidades. 3.3.1 Argamassa de cal Apresenta as seguintes características: alta trabalhabilidade; elasticidade elevada; pequena retração; baixa resistência; baixo custo. Assim, as argamassas de cal são normalmente empregadas em revestimentos e assentamentos de tijolos em construções de baixa altura. É comum o uso conjunto de saibro, quem mantém as características da cal e barateia o produto final. Tabela 3.1 Traços em volume de diversas argamassas. Finalidade

Componentes

Assentamento de tijolos cerâmicos maciços - Alicerce Cimento:cal:areia grossa - 1 tijolo Cal:areia grossa

Traço 1:2:8 1:4 34


- ½ tijolo

Cimento:cal:areia grossa

1:2:8

Assentamento de tijolos cerâmicos furados - 1 tijolo Cal:areia grossa - ½ tijolo Cimento:cal:areia grossa

1:4 1:2:8

Chapisco - Aplicado sobre alvenaria - Sobre concreto - Para impermeabilização

Cimento:areia grossa

1:4 1:3 1:2

Cal:areia grossa

1:4 1:4 1:2:9 1:2:9

Emboço (1ª camada sobre alvenaria) - Interno para reboco - Interno para azulejo - Interno para forro - Externo para reboco Reboco (camada de acabamento) - Interno para pintura - Interno para forro - Externo para pintura

Cimento:cal:areia grossa

Cal:areia fina

1:4 1:2 1:3

Fixação de azulejo e ladrilho cerâmico

Cimento:cal:areia média

1:1:5

Piso cimentado liso (queimado)

Cimento:areia fina

1:3

3.3.2 Argamassa de cimento Suas principais características: resistências consideráveis já nas primeiras idades; alta resistência final; durabilidade; pequena permeabilidade; melhor aderência; retração elevada. É indicada para assentamento de alvenarias abaixo do lençol freático, assentamento de blocos de altíssima resistência, revestimentos externos, assentamento de pastilhas, pisos e pedras de revestimento. 35


3.3.3 Argamassa mista de cimento e cal Alia vantagens do cimento e da cal, tais como: trabalhabilidade, resistência e durabilidade. Indicada para assentamento de alvenarias de meio tijolo, emboço externo e assentamento de azulejos. 3.3.4 Argamassa de gesso São utilizadas basicamente para revestimento de paredes, com o uso de areia fina como agregado. Pode-se empregar o gesso na forma de pasta, para revestimentos com espessura de 1 a 2 mm. Apesar do custo elevado do gesso, seu uso pode ser economicamente viável, em virtude do alto rendimento (menor consumo de mão-de-obra). Algumas de suas principais características: boa resistência à compressão; baixa aderência; excelente plasticidade; nenhuma resistência à umidade.

3.4 Quantificação de material Definido o traço da argamassa, existem algumas técnicas expeditas para cálculo do consumo de material, por metro cúbico de argamassa simples a ser produzida. Traços das argamassas para revestimento Aplicação

Traço

Rendimento por lata de cimento

Instruções de uso

Impermeabilização 1 lata de cimento 10 m lineares de Siga as recomendações do 3 latas de areia fina fundação fabricante indicadas na lata 1 kg de impermeabilizante do impermeabilizante.

36

Materiais de Construção Chapisco

1 lata de cimento 3 latas de areia fina

30 m

A camada de chapisco deve ser mais fina possível.

Emboço (massa grossa)

1 lata de cimento 2 latas de cal 8 latas de areia média

17 m

A espessura deve ser de a cm a 2,5 cm.

Reboco (massa fina)

1 lata de cimento 35 m 2 latas de cal 9 latas de areia fina peneirada

Esta camada deve ser a mais fina possível.

Regularização ou 1 lata de cimento nivelamento 3 latas de areia média

Variável

Cimentado

4 m2 com uma O cimentado pode ser espessura de queimado com pó de 2,5 cm cimento para ter acabamento liso (cimentado liso). Alise a superfície com uma desempenadeira metálica

1 lata de cimento 3 latas de areia média

Essa argamassa não deve ser muito mole.

Atenção: A lata de medida deve ser de 18 litros.

Traços das argamassa para assentamento Aplicação

Traço

Rendimento por Instrução de uso lata de cimento

Regularização ou 1 lata de cimento nivelamento 3 latas de areia

variável

Essa argamassa não deve ser muito mole

Fundação de 1 lata de cimento blocos de concreto ½ lata de cal (baldrame) 6 latas de areia

30 m

O bloco-canaleta é o mais indicado para esse tipo de fundação

Paredes de blocos 1 lata de cimento de concreto ½ lata de cal 6 latas de areia

30 m

Parede de tijolos 1 lata de cimento maciços de barro 2 latas de cal

10 m

Os blocos devem estar secos quando forem assentados. Assente as 3 primeiras fiadas com a argamassa de impermeabilização da tabela anterior

37

Materiais de Construção Parede de tijolos 8 latas de areia cerâmicos (6 ou 8 furos)

16 m

Azulejos

1 lata de cimento 1 ½ lata de cal 4 latas de areia

7m

Os azulejos devem pousar na água de um dia para outro, no mínimo, antes de ser assentados. Para o rejuntamento dos azulejos, utilize uma pasta de cimento branco com alvaiade, mas aguarde 3 dias para a argamassa de assentamento secar

Tacos

1 lata de cimento 3 latas de areia

4m

Ladrilhos e cerâmica

1 lata de cimento 1 ½ lata de cal 4 latas de areia

7m

Lave a superfície sobre a qual irão ser assentados os tacos, ladrilhos ou cerâmica, para aumentar a aderência. Ladrilhos e cerâmica devem pousar na água de um dia para outro, no mínimo, antes de ser assentados. Para rejuntar ladrilhos e cerâmica, utilize uma pasta de cimento, mas aguarde 1 dia para a argamassa de assentamento secar

Atenção: 1) A lata de medida deve ser de 18 litros; 2) A areia utilizada deve ser a média.

4 CONCRETO

4.1 Definição Produto da mistura homogênea de pasta (aglomerante hidráulico mais água), de agregados miúdo e graúdo e de aditivos. Cada um dos componentes possui sua função específica. 4.1.1 Pasta

38


Compõe cerca de 30% em volume do concreto. Preenche os vazios deixados pelos agregados e confere mobilidade e fluidez ao concreto recémmisturado. No estado endurecido, aglutina os agregados, confere resistência mecânica, impermeabilidade e resistência ao ataque de agentes agressivos.

4.1.2 Agregado Perfaz 70% do volume de concreto. Reduz os custos e a retração na secagem, confere resistência à abrasão, isolamento térmico e acústico. 4.1.3 Aditivo Utilizado em pequenos teores, tem o objetivo de melhorar alguma propriedade do concreto. Alguns exemplos: impermeabilizante, redutor de água, plastificante, retardador de pega e acelerador de pega. 4.2 Classificação Os concretos podem ser classificados, de acordo com a presença ou não de armadura. 4.2.1 Concreto simples Pode ser moldado in loco (pisos, estacas de fundação) ou pré-moldado (cochos, bebedouros, placas). Apresenta boa resistência (superior à das argamassas) aos esforços de compressão. Fácil aplicação, pela inexistência de armadura. 4.2.2 Concreto armado Junção do concreto simples às armaduras de aço. 39


Alia a elevada resistência à compressão do concreto simples com a resistência à tração do aço, importante para os elementos estruturais em que esses dois tipos de esforço aparecem conjuntamente: lajes, vigas e pilares. Essa união do aço ao concreto é possível porque: a) os dois materiais apresentam valores semelhantes do coeficiente de dilatação térmica; b) há boa aderência entre ambos; c) o concreto apassiva a armadura, e impede sua oxidação. 4.3 Características do concreto recém-misturado 4.3.1 Consistência Mede o grau plasticidade do concreto, ou seja, a sua capacidade de deformação no estado recém-misturado. O método de medida mais utilizado é o abatimento do tronco de cone (slump test), conforme ilustra a Figura 4.1. Um molde tronco cônico é preenchido em três camadas, adensadas com 25 golpes de barra de aço (1/2” de diâmetro). Após a desmoldagem, que não deve demorar mais do que alguns segundos, mede-se a perda de altura (em cm) da massa de concreto, seguindo-se a classificação proposta pela Tabela 4.1.

40


Ideal

Cisalhamento

Colapso

Figura 4.1 Ensaio de abatimento do tronco de cone.

Tabela 4.1 Consistência do concreto, medida pelo ensaio de abatimento do tronco de cone. Consistência

Abatimento (cm) Tolerância ± (cm)

Seca

0a2

-

Medianamente plástica

3a5

1

Plástica

6a9

1

10 a 15

2

Fluida Líquida

≥

16

3

4.3.2 Segregação É a separação do concreto em estratos, causada por excesso de agregados graúdos ou de água. Um concreto bem dosado também corre o risco de segregar, na ausência de cuidados adequados nas operações de transporte, lançamento e adensamento.

4.3.3 Exsudação É semelhante à segregação e trata-se da sedimentação dos constituintes mais pesados (agregados e cimento), enquanto que a água flui para a superfície e forma uma película. Esse fenômeno é mais significativo em concretos com excesso de água e/ou com pouca quantidade de agregados miúdos.

41


4.4 Cura e desforma Cura é o período de hidratação do cimento e endurecimento do concreto, nas primeiras idades (a partir de 6 horas da concretagem). É fundamental para seu comportamento no estado endurecido, ao longo de sua vida útil. Deve-se manter o ambiente úmido e, se necessário acelerar o processo, pode-se empregar vapor aquecido (ex.: indústria de pré-moldados). Cura mal feita pode acarretar retração por secagem acelerada e fissuração generalizada do concreto ou argamassa. A desforma pode começar a partir do terceiro dia (laterais das fôrmas). Os escoramentos (lajes e vigas) só devem ser retirados a partir da terceira semana de idade. 4.5 Características do concreto endurecido 4.5.1 Retração É a variação de volume do concreto, na ausência de tensões mecânicas e de variações de temperatura. Essa diminuição de volume pode ser classificada predominantemente como retração: química, oriunda da hidratação do cimento; por secagem, devida à evaporação parcial da água capilar.

4.5.2 Permeabilidade O concreto é um material poroso, que contém extensa rede capilar em seu interior. Se essa porosidade exceder certos limites, o concreto pode tornarse absorvente ou permeável à pressão d’água. A permeabilidade é variável com o tempo e depende basicamente dos seguintes fatores: adensamento sofrido no estado recém-misturado; grau de hidratação do cimento; 42


lixiviação do hidróxido de cálcio (provocada pela percolação de água).

4.5.3 Resistência à abrasão Característica importante para concretos submetidos a desgaste superficial (por ex.: vertedores de barragens e pisos de instalações para grandes animais). A resistência à abrasão aumenta com a dureza dos agregados (de preferência quartzo ou até limalhas de aço) e diminui com a relação água/cimento.

4.5.4 Resistência à compressão É considerada a propriedade mais importante do concreto, para a maioria das suas aplicações. Em muitas situações, costuma-se controlar apenas a resistência à compressão, que serve de avaliação indireta das demais propriedades do concreto endurecido. A determinação da resistência à compressão é feita por meio de corposde-prova cilíndricos com 15 cm de diâmetro e 30 cm de altura. O concreto é escolhido por amostragem e o resultado calculado é a resistência característica: valor que tem a probabilidade de 95% de ser superado pelos valores individuais. São fatores que influenciam a resistência: Idade: a hidratação do cimento progride com a idade, que faz a resistência aumentar. Os ensaios geralmente são executados aos 28 dias, idade em que se espera que 90% da resistência máxima já tenha sido atingida pelo concreto. Relação água/cimento: conforme ilustra a Figura 4.2, quanto maior a relação água/cimento, menor a resistência. É costume afirmar-se que a tecnologia do concreto se fundamenta no fator água/cimento. 43


41 ) a P M ( o ã s s e r p m o c à a i c n ê t s i s e R

28 dias 28

7 3

14 1 dia

0 0,35

0,55 a/c

0,75

Figura 4.2 Resistência à compressão x relação água/cimento (a/c). 4.6 Dosagem do concreto Para cada tipo de aplicação, a proporção entre os componentes deve ser ajustada, para se conseguir o melhor desempenho possível e com custos compatíveis. A dosagem pode ser experimental ou empírica. No primeiro caso, devem ser seguidas algumas regras práticas, feitos alguns testes de laboratório, com obtenção, como resultado, de um traço piloto, devidamente ajustado. No caso de obras de pequeno porte, as dosagens empíricas são bastante utilizadas, fruto da experiência dos construtores. Como procedimento geral, algumas regras básicas devem ser seguidas, para a dosagem empírica de concretos estruturais: Consumo mínimo de cimento: 300 kg/m3 de concreto. Porcentagem em volume de agregado miúdo: 30% a 50% do volume do concreto. Relação água/cimento: a menor possível, para a trabalhabilidade requerida. Tabela 4.2 Alguns traços usuais para concretos de uso corrente. 44


Aplicação

Traço

Base para fundações e pisos

50 kg de cimento 153 L de areia grossa seca 207 L de brita 1 e/ou 2 36 L de água

Fundações

50 kg de cimento 90 L de areia grossa seca 117 L de brita 27 L de água

Pilares, vigas e lajes (para construções com até dois pavimentos)

50 kg de cimento 72 L de areia grossa seca 99 L de brita 22,5 L de água

4.7 Especificações para o concreto É a discriminação das propriedades e parâmetros do concreto. No caso de concreto usinado, por exemplo, é muito importante que sejam firmados, de antemão, os seguintes itens: volume; hora de início e duração da concretagem; abatimento do tronco de cone; dimensão do agregado (britas 1, 2 ou 3); resistência característica à compressão aos 28 dias de idade. tipo de cimento utilizado; aditivos; quantidade de água a ser adicionada na obra, imediatamente antes da concretagem; dimensões das peças a serem concretadas e densidade da armadura empregada; tipo de transporte, lançamento e adensamento disponíveis na obra; 45


-

outras particularidades da obra (por exemplo: condições de acesso, tipo de acabamento desejado e agentes agressivos do meio); verificação da resistência mecânica (definição da responsabilidade de execução dos ensaios).

O concreto pode ser recusado na obra, caso não sejam atendidas as especificações firmadas previamente, 4.8 Exercício Responda com verdadeiro (V) ou falso (F) às afirmações abaixo. Quanto maior a relação água/cimento do concreto: - maior a resistência mecânica ( ) - maior a retração por secagem ( ) - maior a permeabilidade ( ) - maior a durabilidade ( ) - maior a fluidez no estado recém-misturado ( ) - maior a trabalhabilidade ( )

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Apostilas ABCP (3 volumes) Construção Rural. Disciplina PRLH, PCC 739, 1988. Notas de aula. Helene, P.; Terzian, P. Manual de dosagem e controle do concreto. Pini, 1992. Mehta, Monteiro. Concreto, Pini, 1994. PCC/Poli. Notas de aula da disciplina de pg 'Princípios da ciencia dos materiais 46

Agregados e Aglomerantes

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