INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO RIO GRANDE DO SUL – CAMPUS RIO GRANDE
Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios
Prof. Fábio Costa Magalhães
CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
– ESPECIFICAÇÕES E ENSAIOS –
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versão 1.0
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
1.1 – INTRODUÇÃO
Esta apostila visa apresentar, sob um aspecto prático, alguns conceitos fundamentais sobre
o concreto de cimento Portland, suas propriedades, especificações e ensaios. As referências
normativas de cada controle ou ensaio são apresentadas com o intuito de facilitar a aplicação
profissional dos conceitos aqui expostos. Ao mesmo tempo, são oferecidas questões de
conceituação teórica com o intuito de permitir o correto entendimento do conteúdo abordado.
1.2 – OBJETIVOS
Com a aquisição do conhecimento contido no presente documento, o aluno deverá ser
capaz de diferenciar os diferentes tipos de concretos, suas aplicações e características. Também
deverá ser capaz de realizar ensaios e a correta interpretação dos resultados referentes às
propriedades do concreto, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido.
1.3 – CONCRETO
O concreto é o material de construção mais utilizado no mundo. Sua composição básica é
cimento Portland, areia, brita e água. O concreto é um material que se adapta as mais diversas
situações na engenharia e seu custo é relativamente baixo (quando comparado aos demais
materiais de construção), tornando-o preferido por projetistas das mais diversas áreas da
construção civil.
À mistura de água, areia e cimento dá-se o nome de argamassa. Podendo ser considerado
um concreto sem a adição de agregados graúdos (britas).
Dependendo da necessidade de utilização, o concreto pode apresentar-se das mais diversas
formas e classificações; variando resistência, consistência, cores, método de produção, entre
outros. A seguir são apresentadas algumas classificações dos principais tipos de concreto:
a) Quanto ao método de produção:
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O concreto pode ser produzido diretamente na obra ou por empresas prestadoras de
serviços de concretagem (concreteiras). No primeiro caso, denominado virado em obra – V.O.,
os materiais são adquiridos, estocados e utilizados pelos colaboradores responsáveis pela
aplicação do produto no próprio canteiro de obras. Normalmente são utilizadas betoneiras com
capacidade de mistura variando entre 80 e 400 litros (Figura 1.1).
Figura 1.1 – Modelo de betoneira utilizada na dosagem de concreto em obra.
A outra forma de produção de concreto é a realizada pelas chamadas centrais de concreto
(concreteiras). Estas empresas produzem o denominado concreto dosado em central – CDC. A
produção do concreto nestas unidades industriais é normatizada pela norma NBR 7212 –
Execução de concreto dosado em central. As empresas de serviço de concretagem podem ser do
tipo dosadora ou misturadora. As centrais dosadoras (Figura 1.2-a) são as mais encontradas, este
tipo de instalação realiza a dosagem dos materiais, cabendo a mistura dos mesmos aos
caminhões dotados de dispositivo de mistura, denominados caminhões betoneira – CB (Figura
1.3-a). Estes caminhões são atualmente encontrados com capacidade para mistura de volumes
entre 6 e 10 m³. São dotados de sistemas hidráulicos que produzem o giro do tambor misturador
(balão); este balão é construído em aço, com pás misturadoras (facas) que produzem a mistura e
permitem a descarga do concreto (Figura 1.3-b).
As centrais misturadoras (Figura 1.2-b)
possuem equipamentos estacionários capazes de misturar os materiais componentes do concreto,
podendo este ser levado à obra através de caminhões basculantes. Em geral, os misturadores
deste tipo de central possuem capacidade de produção de volumes entre 1 e 3 m³ em cada
amassada. Normalmente a agilidade no processo de dosagem como um todo torna este método
mais rápido quando comparada às centrais dosadoras, sobretudo nas obras que necessitam de
grandes volumes de forma contínua.
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Ponto de carga para CB
(a)
Compartimento de mistura
(b)
Figura 1.2 – Exemplo de central dosadora de concreto (a) e central misturadora de concreto (b)
(Adaptado: Indumix – Brasil).
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(b)
(a)
Figura 1.3 – Modelo de caminhão betoneira para mistura e transporte de concreto dosado em
central (a) e pás misturadoras (facas) do interior do “balão” (b) (Indumix – Brasil).
b) Quanto ao método de lançamento:
O concreto pode ser lançado (descarregado) no local de utilização diretamente do
caminhão betoneira (ou betoneira para concreto V.O.). Neste caso denomina-se lançamento do
tipo convencional. O lançamento convencional pode ser auxiliado por carrinhos de mão, gericas,
gruas ou elevadores. A outra forma de lançamento do concreto é através das denominadas
bombas de concreto. Estes equipamentos realizam, através de tubulação, o transporte do concreto
desde o caminhão betoneira até o local de aplicação. Estes equipamentos de bombeamento
podem ser encontrados com ou sem o mastro (lança) distribuidor. Na existência do mastro estes
são denominados bomba-lança (Figura 1.4). O serviço de bombeamento permite levar o concreto
aos mais diversos locais da obra, possibilitando concretar estruturas de edifícios com vários
andares de altura.
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Figura 1.4 – Bomba-lança de concreto (Revista Pisos Industriais).
c) Quanto ao tipo de estrutura a ser executada:
Dentre os tipos de construções mais executadas com concreto, podem-se destacar: o
concreto armado, o protendido e o pré-moldado. O concreto armado é o tipo de concreto mais
utilizado nas construções brasileiras. É denominado concreto armado aquele que possui no seu
interior barras de aço formando malhas (armaduras). As armaduras destinam-se a compensar a
deficiência do concreto em resistir à tração. No concreto armado as barras de aço são envolvidas
pelo concreto que forma uma proteção à corrosão do aço. A aderência do aço ao concreto é
fundamental para a qualidade da estrutura.
O concreto protendido caracteriza-se por introduzir um estado prévio de tensões ao
concreto através de uma compressão prévia da peça concretada. Esta protensão do concreto é
obtida com a utilização de cabos de aço que são tracionados e fixados no próprio concreto. Este
procedimento proporciona à estrutura uma maior eficiência em questões técnicas, tais como
redução das dimensões das peças e capacidade de vencer vãos maiores devido ao maior
desempenho mecânico do sistema após a protensão.
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Figura 1.5 – Exemplo de ponte em concreto protendido (ProtectProt).
Uma estrutura fabricada em concreto pré-moldado é aquela em que as peças (vigas, pilares,
blocos, lajes, entre outros) são concretados em formas em um local distinto do ponto onde o
mesmo será utilizado. São estruturas que só são posicionadas no local de utilização depois de
adquirir certa resistência mecânica. Seu uso é justificado pela possibilidade de produção em série
de elementos estruturais com a utilização de uma mesma (ou um conjunto) de formas. Estas
peças podem ser do tipo armado ou protendido, podendo ser produzidas na obra ou adquiridas de
empresas especializadas na produção deste tipo de estrutura.
Figura 1.6 – Exemplo de construção em estrutura de concreto pré-moldado (VTN).
d) Quanto às propriedades ou utilizações especiais requeridas:
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Concreto Rolado ou concreto compactado com rolo (CCR): é um tipo de concreto
geralmente utilizado na sub-base de pavimento ou em barragens que necessitam de grandes
volumes de concreto como elemento de preenchimento. Constitui-se de uma mistura seca,
apresentando baixo consumo de cimento e baixa trabalhabilidade – abatimento inferior a 30 mm.
A baixa trabalhabilidade deste tipo de concreto permite sua compactação com a utilização de
rolo compressor, característica que lhe confere o nome.
Figura 1.7 – Execução de base de pavimento com CCR (Itambé).
Concreto Resfriado: este tipo de concreto é produzido com adição de gelo na mistura em
substituição de parte da água de amassamento. A dosagem deste tipo de concreto utiliza gelo
previamente produzido e composto em forma de escamas. A introdução de gelo é justificada nas
obras de grande volume de concreto, tais como barragens e grandes blocos de fundação. Sua
introdução permite a redução da temperatura inicial proveniente das reações exotérmicas de
hidratação do cimento (calor de hidratação). A elevação da temperatura do concreto produz
tensões de origem térmica, sobretudo em grandes volumes. Reduzindo-se esta temperatura evitase que as tensões geradas ultrapassem a capacidade de resistência do concreto e ocasionem o
aparecimento de fissuras.
Concreto Auto Adensável (CAA): este tipo de concreto possui a característica de fluir com maior
facilidade nas formas e entre as armaduras, preenchendo todos os vazios sem a necessidade do
uso de equipamento vibrador. O fato deste tipo de concreto dispensar a vibração torna as obras
que utilizam o CAA mais produtivas. Pela sua elevada fluidez, este tipo de concreto é indicado a
peças com alta densidade de armadura. O maior benefício deste material é a obtenção de
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excelente trabalhabilidade sem a perda da coesão1 entre os MCC’s. Este fato é obtido pela adição
de aditivos superplastificantes e os modificadores de viscosidade. O primeiro proporciona ao
concreto a alta fluidez, enquanto que o segundo possibilita o aumento da coesão, evitando a
segregação dos materiais.
Figura 1.8 – Concretagem com CAA (Revista Téchne).
Concreto Ciclópico: consiste em adicionar ao concreto convencional ainda em estado fresco
“pedras de mão” (matacões). A primeira etapa da produção deste tipo de concreto é a dosagem
de maneira convencional. Este concreto é então lançado nas formas, sendo posteriormente
adicionados os matacões. Estes matacões apresentam dimensões de aproximadamente 10 cm,
preferencialmente da mesma origem mineralógica das britas utilizadas na dosagem. As pedras
maiores não compõem a dosagem do concreto, assim como não são misturadas junto com o
mesmo – fato que acarretaria em danos aos equipamentos de mistura.
Figura 1.9 – Pedra de mão, matacão (Itambé).
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Coesão é a propriedade do concreto pela qual os MCC’s permanecem misturados, isto é, não se desagregam
(separam).
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Este concreto tem seu uso indicado para grandes estruturas, sendo amplamente utilizado
em fundações, barragens e muros de arrimo. Por questões construtivas, o concreto ciclópico não
é indicado para estruturas de concreto armado.
Concreto Submerso: são denominados concretos submersos aqueles que são aplicados na
presença de água. Sua principal característica é dar maior coesão aos MCC’s, evitando que estes
se dispersem ao entrar em contato com a água. Este tipo de concreto é utilizado nas concretagens
submersas em água, tais como tubulões, estacas perfuradas e paredes diafragmas.
Figura 1.10 – Execução de concretagem submersa com tubo tremonha (Costa Fortuna).
Concreto Extrusado: este tipo de concreto é utilizado na execução de guias e sarjetas para
arruamento urbano. Geralmente este tipo de concreto apresenta adição de brita 0, não utilizando
britas de tamanho maior. Uma máquina extrusora é empregada na produção das peças de
concreto extrusado, cujo abatimento utilizado é extremamente baixo, cerca de 20 mm.
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Figura 1.11 – Execução de guias de arruamento com concreto extrusado.
Concreto Projetado: o concreto projetado é assim denominado pelo fato deste ser lançado através
de um jato, sob pressão, sobre uma superfície, proporcionando compactação e aderência do
mesmo a esta superfície sem a necessidade de uso de formas. Esta técnica é amplamente
utilizada no revestimento de túneis e na contenção de encostas. Existem duas formas distintas de
projeção deste tipo de concreto: por via seca (dry mix) e por via úmida (wet mix). O processo por
via seca é assim denominado pelo fato de o concreto (agregados + cimento) ser levado à
máquina de projeção no estado seco através de ar comprimido; no bico de projeção a água é
então adicionada à mistura. No método por via úmida o concreto é preparado normalmente e
então projetado pelo sistema de bombeamento.
Figura 1.12 – Aplicação de concreto projetado (LAN Consultoria).
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Concreto Pesado: este tipo de concreto é obtido com a utilização de agregados graúdos de maior
massa específica aparente, tais como hematita, magnetita e barita. A massa específica deste
concreto (ver item 3.1 pág.26) deve ser superior a 2800 kg/m³. O concreto pesado apresenta
maior proteção contra as radiações, sendo amplamente utilizado na construção de unidades
médicas com câmaras de raio X ou gama. Outras aplicações deste material são as paredes de
reatores atômicos e os contrapesos de guindastes e similares.
Grout: é uma argamassa composta por cimento, areia, quartzo, água e aditivos. Caracteriza-se
pela elevada resistência mecânica apresentada, possuindo característica de elevada fluidez. É
muito utilizado na recuperação de estruturas, preenchimento de orifícios, fixação de
equipamentos (chumbamento), entre outros. É comercializado em sacos, bastando a adição de
água, mistura e aplicação.
Figura 1.13 – Utilização de grout para chumbamento (AECweb).
Concreto Magro: este tipo de concreto se caracteriza pelo baixo consumo de cimento. Trata-se de
um concreto sem fins estruturas, sendo utilizado em contra-pisos, lastros de fundação, bases de
blocos, enchimentos, envelopamento de tubos, etc.
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Figura 1.14 – Exemplo de utilização de lastro de concreto magro para execução da armação de
fundação (Engenharia e Protensão Ltda.).
CAPÍTULO 2 – PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO
2.1 – INTRODUÇÃO
O conhecimento das características e propriedades do concreto, logo após sua dosagem, é
de fundamental importância para garantir a qualidade da mistura e a correta aplicação do mesmo.
Embora o concreto só tenha sua aprovação garantida com quatro semanas (28 dias) de idade,
alguns requisitos precisam ser verificados quando este se encontra em estado plástico como
condição de aceitação para a aplicação na estrutura. Dentre as propriedades mais comumente
analisadas podem ser destacadas:
2.2 – TRABALHABILIDADE
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A trabalhabilidade é uma propriedade cuja definição ainda provoca divergências no meio
técnico. Para MEHTA e MONTEIRO (2008), a trabalhabilidade determina a facilidade com que
um concreto pode ser manipulado sem segregação nociva. Segundo NEVILLE (1997), um
concreto é trabalhável quando pode ser adensado com facilidade, embora complemente que esta
é uma definição muito simples para uma propriedade tão importante para o concreto.
A trabalhabilidade de um dado concreto é função de características como a dimensão dos
agregados, teor de argamassa, relação água/cimento, entre outros, embora este conceito seja mais
subjetivo do que físico.
Existem diversos métodos utilizados para mensurar a trabalhabilidade de uma determinada
amassada de concreto, no entanto, a grande maioria baseia-se em dois critérios:
a) medição da trabalhabilidade através da deformação do concreto fresco provocada pela
aplicação de uma dada força sobre o mesmo;
b) medição da trabalhabilidade através do esforço necessário para provocar no concreto
fresco uma deformação pré-estabelecida.
A trabalhabilidade do concreto é uma propriedade difícil de ser mensurada devido ao fato
de esta apresentar influências externas, além das influências internas. Os fatores internos
referem-se exclusivamente aos componentes do traço e sua dosagem. Nos fatores externos têmse as características da peça a ser concretada2, a qualidade do serviço de concretagem, o
transporte, a mistura, entre outros.
Desta forma, não se tem um ensaio que determine diretamente a medida da
trabalhabilidade do concreto, sendo propostas correlações desta com outras propriedades para
obter informações úteis para a aplicação do material. Dentre os principais ensaios utilizados para
este fim podem-se destacar:
2.2.1 – CONSISTÊNCIA
A consistência é uma das propriedades mais importantes na especificação de um concreto.
Este termo refere-se a propriedades intrínsecas da mistura em estado fresco, relacionadas com a
mobilidade da massa e a coesão entre os materiais que o compõem. Desta forma, a consistência
do concreto é um conceito intimamente relacionado com o grau de plasticidade3 que este
apresenta.
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Densidade de armadura e geometria das peças, por exemplo.
A plasticidade refere-se à facilidade de um determinado material se deformar sob esforços externos.
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2.2.1.1 – DETERMINAÇÃO DA CONSISTÊNCIA PELO ABATIMENTO DO TRONCO
DE CONE (NBR NM 67)
A consistência é normalmente associada ao resultado do ensaio de abatimento do tronco de
cone, conforme especificado na norma MERCOSUL NBR NM 67 – Concreto – Determinação
da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Este ensaio consiste basicamente na
determinação do assentamento do concreto adensado dentro de uma forma em forma de tronco
de cone. O ensaio de abatimento do concreto, também conhecido como slump-test, tem seu
resultado expresso em milímetros, e deve ser realizado a cada amassada de concreto como
elemento de aceitação do mesmo antes do lançamento.
Considerando-se uma uniformidade na dosagem dos materiais entre um determinado
número de amassadas, o ensaio de abatimento pelo tronco de cone é usualmente utilizado para
verificar a constância da relação água/cimento.
O método da NBR NM 67 não se aplica a concretos com agregado graúdo de dimensão
máxima superior a 37,5 mm. Nesta situação, o ensaio deverá ser realizado com a amostra de
concreto que passa na peneira de abertura de 37,5 mm, conforme especificações da norma NBR
NM 36 – Concreto fresco – Separação de agregados grandes por peneiramento.
Este ensaio é amplamente realizado nas obras brasileiras, tanto pela exigência normativa
quanto pela simplicidade do ensaio. Para a determinação da consistência é utilizado um conjunto
de instrumentos apresentados na Figura 2.1.
Figura 2.1 – Conjunto para determinação de abatimento do tronco de cone: base plana, funil,
cone tronco-cônico e haste socadora.
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A metodologia de ensaio consiste em:
- Retirar a amostra da betonada de concreto conforme NBR NM 33;
- Umedecer o conjunto de cone e base metálica;
- Posicionar o cone sobre a placa e calcá-la com auxílio dos pés (Figura 2.2-b);
- Encher o cone em três camadas com altura uniformemente distribuída no cone;
- Compactar cada camada com 25 golpes da haste de socamento (Figura 2.2-a);
- Retirar o excesso de concreto e regularizar a superfície (Figura 2.2-b);
- Retirar o molde verticalmente de forma cuidadosa em um tempo de aproximadamente 10
segundos;
- Imediatamente após a retirada do molde, medir o abatimento, determinando a diferença
entre a altura do molde e a altura média da massa desmoldada (Figuras 2.2-c, 2.2-d e 2.3);
- O abatimento do concreto deve ser expresso em milímetros com aproximação de 5 mm.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 2.2 – Determinação da consistência pelo ensaio de abatimento do tronco de cone – NBR
NM 67. Adensamento manual do concreto em camadas (a); regularização da superfície (b);
retirada da forma (c) e medição do abatimento (d) (MAGALHÃES, 2009).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
O abatimento de uma amassada de concreto determinado pelo ensaio deve ser o
especificado na carta-traço4, podendo apresentar a tolerância determinada pela norma NBR 7212
– Execução de concreto dosado em central – e apresentada na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Tolerâncias para o abatimento (NBR 7212).
Abatimento
Tolerância
de 10 a 90 mm
± 10
de 100 a 150 mm
± 20
acima de 160 mm
± 30
Medidas em milímetros
Figura 2.3 – Medida do abatimento segundo a NBR NM 67.
A verificação da existência de coesão do traço de concreto pode ser verificada no momento
da execução do ensaio de abatimento do tronco de cone. No momento da retirada da forma
tronco-cônica, o concreto pode sofrer abatimento de distintas formas, conforme Figura 2.4. O
ensaio abatimento que resultar em um concreto de forma distinta da apresentada na Figura 2.4-a
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A carta-traço consiste em um documento contendo as especificações do concreto, tais como: resistência,
proporção entre os materiais (dosagem), horário de mistura, agregado de maior dimensão, abatimento, entre
outros.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
deverá ser repetido; sendo que a repetição desta situação (Figuras 2.4-b e 2.4-c) indica que o
concreto apresenta falta de coesão.
Figura 2.4 – Formas de abatimento: correto (a); cisalhamento (b) e desagregação (c)
(NEVILLE, 1997).
2.2.1.2 – DETERMINAÇÃO DA CONSISTÊNCIA PELO ESPALHAMENTO NA MESA
DE GRAFF (NBR NM 68)
A metodologia de verificação da consistência do concreto apresentada pela norma NBR
NM 68 – Determinação da consistência pelo espalhamento na mesa de Graff – é aplicável ao
concreto cujo espalhamento seja ≥ 350 mm. Possui maior aplicabilidade em laboratório, embora
seu uso não seja descartado nos canteiros de obras e concreteiras. Este ensaio é semelhante ao
slump-test, conforme relatado a seguir.
Após a coleta da amostra de concreto segundo a NBR NM 33, posicionar o molde em
forma de tronco de cone, fixando-o manualmente à mesa de espalhamento e colocar o funil
(colarinho). Realizar o enchimento do molde em duas camadas de mesma altura. Adensar cada
camada com 10 golpes do soquete de forma uniformemente distribuída. Iniciar a desmoldagem
da amostra de concreto 1 minuto após o adensamento, elevando o cone verticalmente em um
tempo de (4 ± 1) segundos.
Para a determinação do espalhamento deve-se proporcionar à mesa de Graff (Figura 2.5) os
movimentos apresentados na NBR NM 68. Realizar a medição do espalhamento, em milímetros,
com aproximação de 5 mm, com régua posicionada paralelamente aos lados da mesa, na posição
onde foram obtidos os maiores diâmetros.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 2.5 – Conjunto de mesa de Graff para determinar a consistência do concreto: cone
tronco-cônico, soquete de madeira e mesa.
A consistência do concreto é a média aritmética dos dois diâmetros obtidos conforme a
equação (2.1), expressa com aproximação de 5 mm.
𝐷=
𝑑1 + 𝑑2
2
(2.1)
Onde:
D é a consistência do concreto (mm);
d1 e d2 são os diâmetros medidos na mesa de Graff (mm).
A fluidez do concreto5 também pode ser obtida através da mesa de Graff; através da
equação (2.2):
𝑓=
𝐷
𝑑
(2.2)
Onde:
f é a fluidez do concreto;
D é a consistência do concreto, obtida pela equação (2.1);
d é a medida da base maior do molde tronco-cônico, ou seja, 200 mm.
2.2.1.3 – OUTROS ENSAIOS PARA A DETERMINAÇÃO DA CONSISTÊNCIA DO
CONCRETO
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A fluidez do concreto caracteriza a sua propriedade de fluir dentro das formas e preencher todos os espaços.
Característica importante dos CAA.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Existem outras metodologias utilizadas para obter um parâmetro acerca da consistência de
determinada amassada de concreto. Cada análise possui características distintas e se adaptam a
condições práticas diversas.
a) Ensaio do Fator de Adensamento
Este ensaio busca verificar a quantidade de trabalho necessária para adensar determinada
amostra de concreto. Considera-se neste caso, que quanto mais plástico for o concreto, maior sua
capacidade de adensamento para uma mesma condição.
O fator de adensamento é definido como a relação entre a massa específica do concreto
fresco obtida no ensaio e a massa específica do mesmo concreto após plenamente adensado.
Esta metodologia é normatizada pelo ACI – American Concrete Institute e utiliza o Aparelho
de Granville (Figura 2.6).
Figura 2.6 – Aparelho de Granville para determinação do fator de compactação do concreto
fresco por meio de queda livre.
Uma amostra de concreto fresco é introduzida no cone superior do aparelho, que possui uma
válvula na parte inferior. Esta válvula é aberta e o concreto flui até o segundo cone que tem sua
válvula inferior aberta, fazendo com que o concreto chegue até o cilindro inferior cujo volume é
pré-estabelecido. A próxima etapa é determinar a massa específica do concreto que chegou ao
cilindro (me). Para o complemento do ensaio, deve-se determinar a massa específica do concreto
na forma plenamente adensada através de haste de socamento ou vibrador mecânico (ma).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
O fator de adensamento é definido pela equação (2.3):
𝐹𝑎 =
𝑚𝑒
𝑚𝑎
(2.3)
Onde:
Fa é o fator de adensamento;
me é a massa específica do concreto que chegou ao cilindro;
ma é a massa específica do concreto plenamente adensado.
A Tabela 2.2 apresenta a relação entre o fator de adensamento e o abatimento do tronco de
cone, especificando a trabalhabilidade da mistura.
Tabela 2.2 – Fatores de adensamento em relação à trabalhabilidade e ao
abatimento do concreto fresco (NEVILLE, 1997).
Trabalhabilidade
Fator de adensamento
Abatimento, mm
Muito baixa
0,78
0 a 25
Baixa
0,85
25 a 50
Média
0,92
50 a 100
Alta
0,95
100 a 175
b) Ensaio do Consistômetro de Vebê
Este ensaio possui aplicabilidade voltada aos concretos de mistura mais seca, tendo seu uso
destinado apenas aos laboratórios devido à dificuldade de repeti-lo no campo. O aparelho
empregado neste ensaio é constituído por um cone de slump-test que é colocado no interior de
um cilindro fixado em uma mesa vibratória (Figura 2.7). O procedimento de ensaio consiste em
colocar uma amostra de concreto no interior da forma tronco-cônica de forma semelhante ao
método do slump. Após, a mesa vibratória é ligada, introduzindo um efeito que facilita o
adensamento do concreto; mede-se o tempo necessário para este concreto passar da forma
tronco-cônica para a forma cilíndrica (remoldagem).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 2.7 – Aparelho para medir consistência de concretos de mistura seca – Consistômetro de
Vebê.
Ao contrário do slump-test, este procedimento não evidencia a capacidade de coesão do
traço. O ACI apresenta as especificações e metodologias do ensaio, sendo a medida do índice de
trabalhabilidade definida pela equação (2.4):
𝐼𝑇 = 𝑡 .
𝑉2
𝑉1
(2.4)
Onde:
V1 é o volume inicial do concreto (do tronco de cone);
V2 é o volume final do concreto (do cilindro);
t é o tempo necessário para a remoldagem, em segundos.
c) Ensaio de penetração de bola (Bola de Kelly)
Este é um ensaio, geralmente utilizado em campo, que consiste em determinar a
profundidade atingida por uma bola normatizada (Figura 2.8) em uma amostra de concreto
fresco, sob ação do seu peso próprio. O ACI estabelece as condições de ensaio e as
especificações do instrumento (bola de Kelly).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 2.8 – Bola de Kelly (Kelly Ball) para medição da consistência do concreto.
Este ensaio é um procedimento alternativo ao abatimento do tronco de cone, com a
vantagem de poder ser realizado com o concreto no local onde o mesmo se encontra, sem a
necessidade de retirar uma amostra específica para tal. Sua utilização é recomendada para
verificar possíveis variações na quantidade de água de amassamento entre misturas distintas.
A relação entre a medida determinada pelo abatimento e pela penetração da bola de Kelly é
apresentada na Figura 2.9.
Figura 2.9 – Relação entre a penetração da bola de Kelly e o abatimento (NEVILLE, 1997).
d) Ensaio de espalhamento (slump flow test)
No caso de concretos que apresentam maior fluidez, o ensaio de abatimento do tronco do
cone é utilizado de forma modificada. Ao invés de medir a altura adensada do concreto, o valor
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
medido é o espalhamento do mesmo. O procedimento adota os mesmos instrumentos do slumptest, sendo o resultado do ensaio a medida de dois diâmetros perpendiculares, conforme a Figura
2.10.
Figura 2.10 – Etapas da determinação do slump flow test (Informativo Realmix).
Este ensaio é amplamente utilizado na caracterização dos concretos auto-adensáveis no
estado fresco.
2.3 – EXSUDAÇÃO
A exsudação é a tendência da água de amassamento subir para a superfície do concreto
recém aplicado. Este fato é ocasionado pela incapacidade de retenção de água dos materiais
componentes do concreto quando estes tendem a descer, pois a massa específica da água é menor
do que a dos demais MCC’s. Esta água, ao subir para a superfície, carrega parte das partículas
mais finas do cimento, fato que forma uma película de nata de cimento.
No princípio, a exsudação evolui de forma acentuada, porém, logo essa velocidade
decresce acentuadamente até que a pasta de cimento apresente rigidez suficiente para evitar o
processo de sedimentação.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Água emergindo na
superfície
Figura 2.11 – Exsudação na superfície do concreto recém lançado.
Durante a execução da obra, se a água proveniente da exsudação for remisturada durante o
acabamento da superfície exposta da peça acarretará em uma superfície com pouca resistência ao
desgaste. Esta situação pode ser evitada com o atraso das operações de acabamento, aguardando
a evaporação da água da superfície. No entanto, se a evaporação da água da superfície do
concreto for mais rápida do que a exsudação, pode ocorrer fissuração plástica (ver item 3.4.1).
Esta fissuração ocorre quando a velocidade de evaporação é maior do que a velocidade de
ascensão da água até a superfície. Temperaturas elevadas, exposição direta ao sol e ventos
agravam esta manifestação indesejada.
Piso e pavimentos executados em concreto tendem a apresentar maiores problemas de
exsudação pelo fato de possuírem uma maior superfície exposta, propiciando uma maior
ascensão e evaporação de água. Nestes casos, um acabamento mal realizado provoca a formação
de lâminas superficiais de nata de cimento que depois de completado o processo de
endurecimento, tendem a causar o efeito denominado de delaminação (Figura 2.12). A
delaminação consiste no desplacamento de lâminas da superfície de peças concretadas.
Normalmente este fenômeno ocorre quando o acabamento da superfície é realizado de forma
prematura, fechando os poros do maciço do concreto e aprisionando a água que sobe por
exsudação. Este aprisionamento faz com que a água exerça pressão sobre a superfície acabada,
levando ao desplacamento.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 2.12 – Delaminação em piso industrial de concreto (Revista Pisos Industriais).
A norma brasileira NBR 15558 – Concreto – Determinação da exsudação - prescreve dois
métodos para a determinação da quantidade de água que exsuda de uma amostra de concreto
fresco. Os métodos de ensaio diferem principalmente no grau de vibração ao qual a amostra é
submetida.
A exsudação pode ser amenizada com a utilização de um traço bem graduado, permitindo
trabalhabilidade sem a necessidade de utilização de água de amassamento além da necessária
para as reações. Agregados de granulometria mais contínua (bem graduados) e grãos em
formatos menos angulosos.
CAPÍTULO 3 – PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO
O processo de endurecimento do concreto ocorre a partir do início da pega do cimento. As
propriedades do concreto endurecido variam em função da idade e das condições a que o mesmo
é submetido. Diversas são as características importantes do concreto neste estado, dentre os quais
podem se destacar:
3.1 – MASSA ESPECÍFICA
A massa específica do concreto no estado endurecido é determinada segundo a norma
NBR 9778 – Argamassa e concreto endurecidos – Determinação da absorção de água, índice de
vazios e massa específica.
Os concretos endurecidos são classificados segundo sua massa específica como:
a) Concreto normal: apresenta, quando seco em estufa, massa específica entre 2000 e
2800 kg/m³;
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
b) Concreto leve: apresenta, quando seco em estufa, massa específica entre 800 e 2000
kg/m³;
c) Concreto pesado: apresenta, quando seco em estufa, massa específica superior a 2800
kg/m³.
3.2 – RESISTÊNCIA AOS ESFORÇOS MECÂNICOS
Atualmente, os projetistas estão especificando um número cada vez maior de propriedades
do concreto em seus projetos. Isto se deve ao fato de cada vez mais, os engenheiros estarem
buscando construir estruturas mais duráveis. Para FALCÃO BAUER (2000), o conhecimento
das propriedades do concreto, de suas possibilidades e limitações são os elementos que permitem
ao engenheiro escolher o material adequado para utilização nas obras. Na maioria dos casos, no
entanto, a resistência é a única propriedade especificada para o concreto endurecido que é
efetivamente controlada. Segundo MEHTA e MONTEIRO (2008), isto ocorre devido à
facilidade desta propriedade ser determinada.
Os principais fatores que influenciam na resistência aos esforços mecânicos do concreto
são:
- relação água/cimento;
- idade;
- forma e graduação dos agregados;
- tipo e consumo de cimento, entre outros.
3.2.1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
É sabido que, somente o controle da resistência à compressão não é capaz de identificar a
qualidade do concreto, porém este se caracteriza como um parâmetro de elevada importância
para garantir a segurança e a durabilidade das estruturas. O concreto é um material cuja
capacidade de resistir aos esforços de compressão é bastante elevada, sobretudo quando esta
propriedade é comparada com a resistência à tração.
A verificação da resistência à compressão do concreto é determinada com base na norma
brasileira NBR 5739 – Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. A
norma NBR 5738 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova – define
as condições para a preparação dos corpos-de-prova a serem ensaiados. Nesta norma, são
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
definidos os principais parâmetros a serem considerados no momento de moldar os CP’s, desde a
escolha das dimensões, passando pela preparação das formas, adensamento, cura e identificação.
A metodologia brasileira utiliza corpos-de-prova cilíndricos para determinar a resistência à
compressão do concreto. Estes CP’s podem apresentar-se nos diâmetros de 10, 15, 20, 25, 30 ou
45 cm; possuindo altura igual ao dobro do seu diâmetro. Na prática, os CP’s de medidas 10 x 20
cm e 15 x 30 cm são os mais utilizados. Os corpos de prova podem ser adensados através de
haste de socamento ou através de vibrador de imersão (Figura 3.1). A Tabela 3.1 apresenta o
número de camadas para cada tipo de adensamento em função do corpo-de-prova utilizado.
Figura 3.1 – Exemplo de vibrador de imersão elétrico.
Tabela 3.1 – Número de camadas para moldagem de corpos de prova (Adaptado: NBR 5738).
Tipo de corpode-prova
Cilíndrico
1
Dimensão
básica2 (d)
Número de camadas em função do
tipo de adensamento
1
Número de golpes
para adensamento
mm
Mecânico
Manual
manual
100
1
2
12
150
2
3
25
200
2
4
50
250
3
5
75
300
3
6
100
450
5
9
225
Para concretos com abatimento superior a 160 mm, a quantidade de camadas deve ser reduzida à metade da
estabelecida. Caso o número de camadas resulte fracionário, arredondar para o inteiro superior mais próximo.
2
No caso dos CP’s cilíndricos, a dimensão básica é o diâmetro da forma.
A Figura 3.2 apresenta um exemplo de corpos-de-prova cilíndricos de concreto de
dimensões 10 x 20 cm moldados e devidamente identificados para posterior rompimento.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 3.2 – Corpos-de-prova cilíndricos moldados segundo a NBR 5739 (MAGALHÃES,
2009).
Após a moldagem dos corpos-de-prova do concreto, estes devem ser mantidos em câmara
úmida ou imersos em água. A norma NBR 9479 – Argamassa e concreto – Câmaras úmidas e
tanques para cura de corpos-de-prova – especifica as condições deste processo, determinando a
umidade relativa das câmaras úmidas e a temperatura em que a água deve manter no caso dos
tanques de cura (Figura 3.3).
Figura 3.3 – Exemplo de tanque de cura de corpos-de-prova de concreto com controlador
automático de temperatura (MAGALHÃES, 2009).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Após sujeito às condições prescritas na NBR 9479, os corpos-de-prova cilíndricos são
capeados de forma a regularizar seus topos. Este capeamento é normalmente realizado através de
enxofre aquecido, conforme mostra a Figura 3.4.
Figura 3.4 – Processo de capeamento de corpo-de-prova de concreto com enxofre aquecido.
Alternativamente ao capeamento com enxofre, podem ser utilizados discos compostos de
borracha (neoprene) devidamente confinadas em pratos metálicos como elemento regularizador
dos topos dos CP’s. Este procedimento permite maior agilidade no ensaio e reduz os riscos à
saúde dos laboratoristas; por outro lado, tende a aumentar a variabilidade dos resultados.
Figura 3.5 – Esquema de utilização de discos de neoprene para rompimento à compressão de
corpos-de-prova de concreto.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Outra opção para a regularização dos topos dos CP’s antes do rompimento à compressão é
a retificação dos topos. Este método consiste em retificar as duas faces do corpo-de-prova em um
equipamento destinado exclusivamente para este fim (Figura 3.6) constituído por um rebolo
abrasivo impulsionado por um motor elétrico.
Figura 3.6 – Retificadora de corpos-de-prova cilíndricos de concreto.
Após a regularização dos topos dos CP’s, os mesmos deverão ser rompidos à compressão
em uma data especificada, com as tolerâncias de tempo prescritas na Tabela 3.2.
Tabela 3.2 – Tolerância para a idade de ensaio.
Idade de ensaio
Tolerância permitida (horas)
24 horas
0,5
3 dias
2
7 dias
6
28 dias
24
63 dias
36
91 dias
48
Nota: Para outras idades de ensaio, a tolerância deve ser obtida por interpolação.
O carregamento de ensaio sobre o CP deve ser realizado de forma contínua, com
velocidade de (0,45 ± 0,15) MPa/s. O carregamento só deverá ser cessado quando houver uma
queda de força que indique a ruptura do CP.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
A resistência à compressão do corpo-de-prova de concreto é calculada através da equação
(3.1):
𝑓𝑐 =
4. 𝐹
𝜋 . 𝐷2
(3.1)
Onde:
- fc é a resistência à compressão (MPa);
- F é a força máxima alcançada na prensa (N);
- D é o diâmetro do corpo-de-prova (mm).
Uma amassada de concreto terá sua resistência à compressão determinada em uma dada
idade a partir do rompimento de dois corpos-de-prova de concreto moldados da mesma amostra
e rompidos com a mesma idade. A resistência da amassada (exemplar) é dada pelo maior
resultado de resistência individual dentre estes dois CP’s. Em outras palavras, o menor valor
dentre os dois CP’s rompidos é descartado. O conceito de exemplar é definido como elemento de
amostra constituído por dois corpos-de-prova da mesma amassada, moldados no mesmo ato,
para cada idade de rompimento.
Figura 3.7 – Prensa para rompimento à compressão de corpo-de-prova cilíndrico de concreto e
ruptura do concreto (MAGALHÃES, 2009).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Os tipos de ruptura que podem ocorrer em um corpo-de-prova submetido à compressão são
apresentados pela norma NBR 5739, sendo exposto pela Figura 3.8. A verificação do tipo de
rompimento é importante para aferir sobre a qualidade da moldagem dos CP’s. As rupturas dos
tipos F e G, geralmente apresentam dispersões significativas nos resultados de um mesmo
exemplar.
Tipo A – Cônica e cônica afastada 25 mm do
Tipo B – Cônica e bipartida e cônica com mais de uma
capeamento
partição
Tipo C – Colunar com formação
de cone
Tipo D – Cônica e cisalhada
Tipo E – Cisalhada
Tipo F – Fraturas no topo e/ou na base abaixo do
Tipo G – Similar ao tipo F com fraturas próximas
capeamento
ao topo
Figura 3.7 – Tipos de ruptura dos corpos-de-prova (Adaptado: NBR 5739).
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33
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
3.2.2
– RESISTÊNCIA À TRAÇÃO
Embora a resistência à tração do concreto não seja a propriedade de melhor desempenho
deste material, sua mensuração faz-se fundamental em algumas situações como quesito de
aceitação e de segurança das estruturas.
Amplamente considerados nos cálculos de pavimentos e pisos industriais de concreto, a
resistência à tração do mesmo vem sendo cada vez mais verificada em ensaios de laboratório e
de campo, garantindo um controle de qualidade mais completo para as construções.
Existem basicamente três métodos de determinação da resistência à tração do concreto,
conforme apresentados a seguir:
a) Resistência à tração direta
O ensaio de tração direta consiste em um mecanismo de fixação que traciona uma peça
padrão de concreto, semelhante aos ensaios de tração de aço destinado a construção. Este tipo de
ensaio é raramente utilizado, principalmente porque os dispositivos de fixação do corpo de prova
introduzem tensões secundárias difíceis de serem mensuradas e cuja influência não pode ser
ignorada. A Figura 3.9 apresenta um modelo esquemático do ensaio de tração no concreto.
Figura 3.9 – Esquema de ensaio de tração direta do concreto.
b) Resistência à tração por compressão diametral
A resistência à tração obtida através de compressão diametral é outra forma de medir esta
grandeza. Este método consiste em comprimir um corpo de prova cilíndrico ao longo de duas
linhas axiais diametralmente opostas (Figura 3.10). Este ensaio é amplamente utilizado, visto que
não necessita de grandes adaptações na prensa, e por utilizar as mesmas formas de corpos de
prova de ensaios à compressão.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
O ensaio de tração por compressão diametral é conhecido mundialmente como o ensaio
brasileiro, uma vez que o mesmo foi desenvolvido no Brasil, em 1943, pelo professor Fernando
Luiz Lobo Carneiro.
(a)
(b)
Figura 3.10 – Esquema de ensaio de tração direta do concreto (a) e dispositivo adaptador para
rompimento sob compressão diametral em prensa hidráulica(b).
A norma brasileira NBR 7222 – Argamassa e concreto – Determinação da resistência à
tração por compressão diametral em corpos-de-prova cilíndricos – especifica os métodos deste
ensaio. A resistência à tração por compressão diametral é determinada através da equação (3.2):
𝑓𝑡,𝐷 =
2. 𝐹
𝜋. 𝑑. 𝐿
(3.2)
Onde:
- fc.D é a resistência à tração por compressão diametral, com aproximação de 0,05 MPa;
- F é a carga máxima obtida no ensaio (kN);
- d é o diâmetro do corpo-de-prova (mm);
- L é a altura do corpo-de-prova (mm).
c) Resistência à tração na flexão
O terceiro método de ensaio da resistência à tração do concreto é a chamada determinação
da resistência à tração na flexão. Este método consiste em romper corpos-de-prova prismáticos
moldados de acordo com a norma NBR 5738. A Tabela 3.3 apresenta as condições de moldagem
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35
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
destes corpos-de-prova em forma de prisma, conforme esta norma. A Figura 3.11 mostra um
exemplo prático da moldagem de CP’s prismáticos de dimensões 15 x 15 x 50 cm.
Tabela 3.3 – Número de camadas para moldagem de corpos de prova (Adaptado: NBR 5738).
Tipo de corpode-prova
Prismático
1
Dimensão
Número de camadas em função do
Número de golpes
básica2 (d)
tipo de adensamento1
para adensamento
mm
Mecânico
Manual
manual
100
1
1
75
150
1
2
75
250
2
3
200
450
3
-
-
Para concretos com abatimento superior a 160 mm, a quantidade de camadas deve ser reduzida à metade da
estabelecida. Caso o número de camadas resulte fracionário, arredondar para o inteiro superior mais próximo.
2
No caso dos CP’s prismáticos, a dimensão básica é a menor aresta da forma.
Figura 3.11 – Moldagem de corpos-de-prova prismáticos de concreto (MAGALHÃES, 2009).
A norma brasileira NBR 12142 – Concreto – Determinação da resistência à tração na
flexão em corpos-de-prova prismáticos – determina o procedimento de ensaio de tração na
flexão. Este consiste basicamente em aplicar duas cargas linearmente distribuídas nos terços
médios de um prisma, de modo a provocar tração na face inferior do CP. Esta face terá suas
fibras tracionadas até a ruptura do concreto. Devido à forma de aplicação da carga de ruptura no
elemento de concreto, o terço central da peça fica sob ação de flexão pura, não havendo efeitos
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36
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
de esforços cortantes, como pode ser observado através de diagrama de esforços solicitantes
(Figura 3.12).
Figura 3.12 – Diagrama de ensaio de tração na flexão segundo a NBR 12142.
Este é um ensaio amplamente utilizado devido às propriedades importantes que o mesmo
determina. Esta análise é mais comum na execução de pisos industriais de concreto, uma vez que
ela reproduz parte dos esforços principais deste tipo de estrutura. A Figura 3.13 apresenta a
execução do ensaio de tração na flexão e o plano de fratura após a aplicação da carga.
(a)
(b)
Figura 3.13 – Rompimento à tração sob flexão de CP prismático (a) e detalhe do plano de
fratura no concreto (b) (MAGALHÃES, 2009).
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37
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
A resistência à tração na flexão do concreto (fctM) pode ser determinada de duas formas
distintas. Dependendo do local onde ocorre a ruptura, a norma NBR 12142 estabelece duas
equações para o cálculo da resistência. As equações (3.3) e (3.4) referem-se, respectivamente, a
rupturas ocorridas no terço médio e fora do terço médio da peça.
𝑓𝑐𝑡𝑀 =
𝑃. 𝑙
𝑏 . 𝑑2
(3.3)
𝑓𝑐𝑡𝑀 =
3. 𝑃. 𝑎
𝑏 . 𝑑2
(3.4)
Onde:
- P é a carga aplicada (N);
- l é a distância entre os cutelos de suporte (mm);
- b e d são a largura e a altura média do CP (mm);
- a representa a distância entre a linha de ruptura e o apoio mais próximo (mm).
3.2.2.1 – RELAÇÃO ENTRE AS RESISTÊNCIAS DO CONCRETO
As metodologias normatizadas e alguns autores estabelecem relações entre as resistências
do concreto, apresentando correlações entre os resultados obtidos por distintos ensaios. Estas
equações são muito úteis em situações nas quais uma das propriedades precisa ser estimada,
porém não foi ensaiada.
A norma brasileira NBR 6118 – Projeto de estruturas de concreto - Procedimento –
estabelece uma correlação direta entre o valor da resistência característica à compressão6 (fck)
do concreto e a sua resistência média à tração (fctM).
𝑓𝑐𝑡𝑀 = 0,30. 𝑓𝑐𝑘 2/3
(3.5)
A mesma norma NBR 6118 prevê ainda, modelos de relação entre os três tipos de ensaio à
tração do concreto; expressos pelas equações (3.6) e (3.7).
6
Valor de resistência à compressão acima do qual se espera ter 95 % de todos os resultados possíveis de
ensaio.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
𝑓𝑐𝑡 = 0,90. 𝑓𝑐𝑡 ,𝑠𝑝
(3.6)
𝑓𝑐𝑡 = 0,70. 𝑓𝑐𝑡 ,𝑓
(3.7)
Onde:
- fct é a resistência à tração direta do concreto (MPa);
- fct,sp é a resistência à tração indireta ou por compressão diametral do concreto (MPa);
- fct,f é a resistência à tração na flexão do concreto (MPa).
As equações anteriores mostram claramente que a resistência à tração medida através de
esforço direto apresenta os menores resultados; os maiores valores são os da resistência à tração
medida através da flexão.
3.3 – PERMEABILIDADE E ABSORÇÃO DE ÁGUA
O concreto é um material que, por suas características de constituição, apresenta vazios
(poros) em seu maciço. Dentre os fatores que aumentam esta porosidade podem ser destacados:
a) O fato de ser sempre necessário adicionar mais água do que o indispensável para a
hidratação do cimento para proporcionar trabalhabilidade ao concreto. Esta água em excesso
evapora, deixando vazios.
b) Uma quantidade considerável de ar é incorporada ao concreto durante a mistura,
resultando em vazios.
Uma vez que estes poros formados no interior do concreto estabelecem ligações entre si,
este se torna permeável a água. Não existe um concreto totalmente impermeável, porém o grau
de permeabilidade do mesmo pode ser reduzido de forma a obter um elemento estrutural de
maior qualidade. A permeabilidade é a propriedade que identifica a possibilidade de passagem
de água através do concreto.
Esta permeabilidade provoca diversas manifestações patológicas nas estruturas, uma vez
que a água que penetra no concreto carrega substâncias que podem ser nocivas, sobretudo às
armaduras – no caso de concreto armado ou protendido. A corrosão da armadura é uma das
principais causas de deterioração deste tipo de estrutura. O concreto que envolve a armadura
deve servir como um elemento de proteção a esta, impedindo o ataque de agentes agressivos.
Quanto menos permeável for o concreto maior será a durabilidade da peça.
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39
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
A norma NBR 10786 – Concreto endurecido – Determinação do coeficiente de
permeabilidade à água – define o método de ensaio da permeabilidade do concreto através da
percolação de água sob pressão.
O método utiliza corpos-de-prova cilíndricos de concreto. Estes CP’s têm seus topos
jateados com jato de areia e suas superfícies laterais recebem uma camada de material de
vedação. Este CP é colocado em uma câmara que deve ser preenchida com água destilada e deve
garantir uma perfeita vedação. Esta câmara é fechada e submetida a uma pressão de ar, sendo
verificada a vazão de entrada do ar de forma contínua (Figura 3.14). Este é um ensaio realizado
em um período de, aproximadamente 500 horas, devendo ocorrer de forma ininterrupta.
Figura 3.14 – Esquema do aparelho de verificação da permeabilidade (NBR 10786).
O coeficiente de permeabilidade é determinado pela equação (3.8):
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
𝐾=
𝑄. 𝐿
𝐴. 𝐻
(3.8)
Onde:
- K é o coeficiente de permeabilidade (cm/s);
- Q é a vazão de entrada (cm³/s);
- L é a altura do corpo-de-prova (cm);
- A é a área da seção transversal do CP (cm²);
- H é a altura da coluna de água correspondente à pressão utilizada (cm).
Outra propriedade importante em relação à porosidade do concreto é a absorção. Define-se
absorção como o processo pelo qual o concreto retém água nos poros e condutos capilares. A
norma NBR 9778 determina os métodos e condições de ensaio desta propriedade do concreto.
Resumidamente: A porosidade do concreto refere-se a quantidade total de vazios
existentes na peça; a absorção é função dos poros que possuem comunicação com as faces
externas do concreto, enquanto que a permeabilidade indica a continuidade entre os vazios.
3.4 – DEFORMAÇÕES
O concreto é um material sólido que apresenta em seu interior vazios (poros) que são
preenchidos por água ou por ar. Nas situações em que o concreto apresenta seus poros totalmente
secos ou totalmente saturados, o concreto se comporta como um sólido comum. Por outro lado
quando estes vazios apresentam-se parcialmente preenchidos por água, surgem tensões capilares
nos poros do concreto que atribuem ao mesmo, deformações distintas das observadas em sólidos
comuns. Este fato faz com que o concreto seja considerado um material pseudo-sólido.
A variação do volume dos concretos são resultados de uma série de situações, dentre as
quais podem ser destacadas:
- variação do volume absoluto dos elementos ativos que se hidratam;
- variação do volume dos poros internos, com água ou ar;
- variação do volume de material sólido inerte (incluindo o cimento hidratado).
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41
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Entender o comportamento da variação volumétrica do concreto é de fundamental
importância para evitar as possíveis fissurações que se apresentam como conseqüência deste
fato. Estas fissuras se constituem em ponto frágil da estrutura, permitindo a entrada de agentes
agressivos ao maciço de concreto e, em casos extremos, levar a estrutura ao colapso.
As deformações no concreto podem ser agrupadas em duas classes:
- Causadas por variações das condições do ambiente: variações de umidade e temperatura.
Como exemplo, a retração.
- Causadas por cargas externas: decorrência da aplicação de cargas às estruturas de
concreto; podendo ser deformações imediatas (imediatamente após a aplicação) ou
deformações lentas (fluência – quando ocorrem ao longo do tempo, sob ação de um
carregamento externo permanente).
3.4.1 – RETRAÇÃO
A retração caracteriza-se por ser um processo de deformação (redução de volume) causada
por variações das condições do ambiente. Dentre os principais tipos de retração podem ser
destacadas:
Retração autógena: é a deformação medida no concreto em um sistema fechado, não sendo
consideradas entradas ou saídas de substâncias ao mesmo. Caracteriza-se pela redução de
volume absoluto dos elementos ativos do cimento que se hidratam (produtos de hidratação). Em
outras palavras, o volume dos produtos de hidratação é menor do que a soma dos volumes de
água e do cimento que está sendo hidratado. Por vezes, este tipo de retração é chamado de
autodessecação.
Retração plástica: é a redução de volume do concreto observada após o concreto fresco ser
colocado nas formas. Trata-se de um assentamento natural do maciço de concreto quando o
mesmo ainda encontra-se no estado plástico. Como resultado desta retração tem-se o
desenvolvimento de fissuras acima dos pontos de obstrução deste assentamento; como, por
exemplo, sobre as barras de aço e os maiores grãos de brita.
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42
IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 31.5 – Fissuração por retração plástica em concreto fresco (MEHTA e MONTEIRO,
2008).
Dentre os fatores que contribuem para a retração plástica do concreto podem ser
destacados: a exsudação, a perda de água por absorção na sub-base (lastro7), nas formas ou nos
agregados8. Outras causas importantes são a perda rápida de água por evaporação e o inchamento
ou assentamento das formas.
Retração por secagem (ou hidráulica): e a redução do volume do concreto em decorrência
da perda de umidade (água) do concreto. Esta retração pode ocorrer de forma irreversível ou
reversível. A parte irreversível da retração ocorre na primeira etapa do ciclo de molhagem e
secagem (cura9), conforme pode ser observado na Figura 3.16. A parcela de retração que pode
ser recuperada nos ciclos de molhagem e secagem é denominada reversível e corresponde a uma
fração menor da retração total por secagem.
7
Este fato mostra a importância da realização de um bom lastro de concreto magro como sub-base de
fundações. No caso de pisos industriais de concreto, por exemplo, utilizam-se lonas plásticas para evitar a
perda de água por absorção (pode ser observado na Figura 1.4).
8
Os agregados, sobretudo os graúdos, quando expostos ao sol ou a altas temperaturas apresentam grande
potencial de absorção da água de amassamento. A aspersão de água para redução da temperatura e leve
umedecimento dos grãos tende a reduzir este efeito.
9
Procedimentos realizados para manter as condições favoráveis de umidade e temperatura nas primeiras
idades do concreto de forma a garantir a qualidade do mesmo.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Figura 3.16 – Reversibilidade da retração por secagem (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Retração Térmica: o aumento da temperatura do concreto durante as reações e a baixa
capacidade de dissipação nos grandes maciços, fazem com que ocorra uma forte redução de
volume durante o resfriamento do mesmo. A esta redução de volume dá-se o nome de retração
térmica.
3.4.2 – MÓDULO DE ELASTICIDADE
Como fator complementar à importância da resistência do concreto tem-se a deformação
conseqüente das tensões aplicadas na peça. A relação entre a tensão e a deformação de
determinada estrutura (de concreto ou não) é fundamental no momento de se realizar um projeto
estrutural.
O concreto apresenta a propriedade de elasticidade dentro de certos limites de
carregamento. Um material é dito elástico quando as deformações provocadas pela aplicação de
uma dada carga são imediatamente revertidas depois de cessado o carregamento (tensão).
A aplicação de um carregamento axial em corpos-de-prova padrões com incremento de
carga ocorrendo de forma contínua, desde o zero até a ruptura, permite a construção de uma
curva tensão-deformação do material.
O diagrama tensão-deformação exibe, para a maioria dos materiais de construção civil,
uma relação linear na região de comportamento elástico do material. Este fato mostra, por
conseqüência, que o aumento na tensão aplicada provoca um aumento proporcional na
deformação. A equação (3.9) foi determinada por Robert Hooke em 1676.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
𝜎 = 𝐸 .𝜀
(3.9)
Onde:
- σ é a tensão aplicada à peça;
- ɛ é a deformação específica10 do material;
- E representa a constante de proporcionalidade, denominada Módulo de Elasticidade ou
Módulo de Young.
No caso do concreto, a Lei de Hooke se aplica a valores limitados de tensão. Muitos
autores estabelecem esta limitação em 30 % do valor de resistência que leva o concreto à ruptura
(fc). Quando a tensão aplicada ao concreto é superior a 30 % da resistência do concreto, este
passa a ter um comportamento não-elástico, ou seja, parte da deformação provocada pela carga
permanece depois de cessado o carregamento.
A Figura 3.17 mostra a relação tensão-deformação típica do concreto sob tensão crescente.
Pode-se observar que no princípio ocorre um crescimento linear das deformações com o
carregamento. Nesta fase, quando cessada a solicitação, a deformação verificada desaparece –
comportamento elástico. A partir de um determinado momento (tensão de escoamento) o gráfico
passa a não ser mais linear e neste caso, quando cessado o carregamento, parte da deformação
permanece – comportamento não-elástico.
Figura 3.17 – Relação tensão-deformação de material sob regime de tensão crescente
(ABNT/CEB-18).
10
Quociente entre o alongamento ou encurtamento de determinado material durante o carregamento em
relação à medida inicial da peça.
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
Geometricamente, o módulo de elasticidade (E)é obtido através da tangente do ângulo que
o trecho linear da curva tensão-deformação forma com o eixo das abscissas (ɛ). No caso do
concreto, em que não há linearidade completa na curva tensão-deformação, convencionaram-se
dois distintos tipos de módulo de elasticidade: o módulo de elasticidade inicial (ou tangente
inicial) e o módulo de elasticidade secante.
O módulo de elasticidade secante (ECS) apresenta valores inferiores aos do módulo de
elasticidade inicial (ECI) visto que este considera em sua formulação as deformações
permanentes do regime não-linear do concreto. A norma brasileira NBR 6118 estabelece uma
relação para estimar o módulo de elasticidade inicial (ECI) a partir da resistência característica à
compressão (fck):
𝐸𝐶𝐼 = 5600. 𝑓𝑐𝑘 1/2
(3.10)
Para fins de projeto estrutural, o módulo de elasticidade secante (ECS) a NBR 6118 é
definido pela equação (3.11):
𝐸𝐶𝑆 = 0,85. 𝐸𝐶𝐼
(3.11)
A Figura 3.18 apresenta uma curva tensão-deformação com a representação dos módulos
de elasticidade do concreto.
Figura 3.18 – Diagrama tensão-deformação do concreto sob compressão simples (ENGEMAT).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
A determinação experimental do módulo de elasticidade do concreto é realizada conforme
as especificações da norma NBR 8522 – Concreto – Determinação dos módulos estáticos de
elasticidade e deformação e da curva tensão-deformação. A Figura 3.19 apresenta o equipamento
de ensaio para a obtenção destas propriedades.
Figura 3.19 – Determinação do módulo de elasticidade do concreto (ABNT/CEB-18).
Dentre os principais fatores que influenciam o valor do módulo de elasticidade do concreto
podem ser destacados o tipo, forma e dosagem dos agregados, o adensamento, a relação
água/cimento e a resistência do concreto, entre outros. A Figura 3.20 apresenta as curvas de
tensão-deformação do concreto em comparação com as curvas obtidas pelo carregamento da
pasta de cimento e dos agregados de forma separada.
Figura 3.20 – Curva tensão-deformação da pasta de cimento, do agregado e do concreto
(NEVILLE, 1997).
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IFRS – Concreto de cimento Portland – Especificações e ensaios
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
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Todas as normas técnicas referidas no texto fizeram parte das referências bibliográficas do
presente trabalho.
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GIAMMUSSO, S. E. Manual do Concreto, 1ª ed. São Paulo, PINI, 1992.
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HELENE, P.; TERZIAN, P. Manual de Dosagem e Controle do Concreto, 1ª ed. São
Paulo, PINI, 1992.
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ISAIA, G. C. Concreto – Ensino, Pesquisa e Realizações. Vol. 1 e 2. São Paulo,
IBRACON, 2005.
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Materiais. 2ª ed. Vol. 1 e 2. São Paulo, IBRACON, 2010.
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Itambé, 2008.
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Estaleiro Rio Grande, no superporto, em Rio Gande-RS. Universidade Federal do Rio
Grande, FURG. Dissertação de Mestrado. Rio Grande, 2009.
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MEHTA, P. K.; MONTEIRO P. J. M. Concreto – Microestrutura, Propriedades e
Materiais, 3ª ed. São Paulo, IBRACON, 2008.
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MOREIRA, A. R. Apostila de Tecnologia do Concreto. CEFET-PR, 2004.
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NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. Tradução Salvador E. Giamamusso, 2ª ed.
São Paulo, PINI, 1997.
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PETRUCCI, E. G. R. Concreto de cimento Portland, 5ª ed. Porto Alegre, Globo, 1978.
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TARTUCE, R. Dosagem experimental do concreto, 1ª ed. São Paulo, PINI: IBRACON,
1989.
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Portland, 1ª ed. São Paulo, PINI: IBRACON, 1990.
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