Propriedades do Concreto

Autor(es): Adam M. Neville
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Publicado pela primeira vez em 1963, Propriedades do Concretos se estabeleceu como a referência definitiva sobre o assunto para os estudantes e profissionais de engenharia civil. Foi traduzido para mais de 12 idiomas e vendeu mais de meio milhão de exemplares. Desde então, passou por várias atualizações, chegando a esta edição para refletir todos os avanços da tecnologia do concreto na última década. O propósito é o mesmo: fornecer informações confiáveis, abrangentes e práticas sobre as propriedades e o uso do concreto, com uma seleção de proporções de mistura baseadas em estudos científicos e na extensa experiência do autor em engenharia civil. Neville ajuda o leitor a entender o comportamento do concreto e a relacioná-lo aos fenômenos químicos e físicos envolvidos em seu uso.

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Capítulo 1 - Cimento Portland

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Cimento Portland

Cimento, no sentido geral da palavra, pode ser descrito como um material com propriedades adesivas e coesivas que o fazem capaz de unir fragmentos minerais na forma de uma unidade compacta. Essa definição abrange uma grande variedade de materiais cimentícios.

Na área da construção, o significado do termo “cimento” é restrito a materiais aglomerantes utilizados com pedras, areia, tijolos, blocos para alvenaria, etc. Os principais constituintes desse tipo de cimento são compostos de calcário, de modo que, em engenharia civil e construções, o interesse é o cimento à base de calcário. Visto que reagem quimicamente com a água, os cimentos para a produção de concreto têm a propriedade de reagir e endurecer sob a água, sendo, então, denominados cimentos hidráulicos.

Os cimentos hidráulicos são constituídos principalmente de silicatos e aluminatos de cálcio e podem ser classificados, de maneira geral, como cimentos naturais, cimentos Portland e cimentos aluminosos. Este capítulo aborda a fabricação do cimento

 

Capítulo 2 - Materiais cimentícios

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Materiais cimentícios

O capítulo anterior tratou das propriedades do cimento Portland em geral, e nele foi visto que cimentos com composição química e características físicas diferentes podem apresentar propriedades distintas quando hidratados. Portanto, deveria ser possível selecionar misturas de matérias-primas para a produção de cimentos com várias propriedades desejadas. Na verdade, existem diversos tipos de cimentos comerciais disponíveis, e cimentos especiais, sob encomenda, podem ser produzidos para usos específicos. Vários cimentos diferentes do Portland também estão disponíveis.

Antes de descrever os diversos tipos de cimentos Portland, é interessante discutir sobre os materiais cimentícios utilizados no concreto.

Classificação dos materiais cimentícios

Inicialmente, o concreto era produzido com a mistura de somente três materiais: cimento, agregados e água, sendo que o cimento era, quase sempre, o cimento Portland, discutido no capítulo anterior. Com o passar do tempo, com o objetivo de melhorar algumas propriedades do concreto, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido, quantidades muito pequenas de produtos químicos foram adicionadas às misturas.

 

Capítulo 3 - Propriedades dos agregados

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Propriedades dos agregados

Como pelo menos 3/4 do volume do concreto é composto pelos agregados, não é surpresa que sua qualidade seja de grande importância. Os agregados podem limitar a resistência do concreto – já que, se tiverem propriedades indesejáveis, não conseguem produzir um concreto resistente –, e suas propriedades afetam significativamente a durabilidade e o desempenho estrutural do concreto.

A princípio, os agregados eram tidos como materiais inertes, dispersos na pasta de cimento, e eram utilizados principalmente por razões econômicas. Entretanto, é possível adotar uma visão contrária e considerá-los um material de construção ligado a um todo coeso por meio da pasta de cimento, de modo semelhante à alvenaria. Na realidade, os agregados não são verdadeiramente inertes, já que suas propriedades físicas, térmicas e, algumas vezes, químicas influenciam o desempenho do concreto.

Os agregados são mais baratos do que o cimento, então é econômico utilizá-los na maior quantidade possível, diminuindo, assim, a quantidade de cimento. A economia, entretanto, não é a única razão para o uso dos agregados: eles proveem vantagens técnicas consideráveis ao concreto, que tem maior estabilidade de volume e maior durabilidade do que a pasta de cimento hidratada.*

 

Capítulo 4 - Concreto fresco

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Concreto fresco

Embora o concreto fresco não seja o foco principal, deve ser destacado que a resistência do concreto com uma mistura de determinadas proporções é bastante influenciada por seu grau de adensamento. Assim, é fundamental que a consistência da mistura seja tal que o concreto possa ser transportado, lançado, adensado e acabado facilmente e sem segregação. Este capítulo, portanto, é dedicado às propriedades do concreto no estado fresco que contribuem para esse objetivo.

Antes de analisar o concreto fresco, deve ser observado que os três primeiros capítulos discutiram somente dois dos três materiais essenciais para o concreto: o cimento e os agregados. O terceiro ingrediente essencial é a água, que será discutida a seguir.

É adequado citar aqui que a maioria dos concretos, senão todos, também contém aditivos – tema do Capítulo 5.

Qualidade da água de amassamento

A principal influência da quantidade de água de amassamento na resistência do concreto será abordada no Capítulo 6. De qualquer forma, as pesquisas sobre concreto geralmente têm demonstrado pouco interesse na água de amassamento. Reconhecidamente, a água

 

Capítulo 5 - Aditivos

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Aditivos

Nos capítulos anteriores, foram descritas as propriedades do cimento Portland e de uma grande variedade de materiais cimentícios, bem como dos agregados utilizados para a produção do concreto. Além disso, discutiu-se a influência desses materiais e de suas combinações nas propriedades do concreto fresco, e, menos detalhadamente, também foi considerada sua influência nas propriedades do concreto endurecido. Antes do aprofundamento deste último aspecto, é importante fazer a revisão de mais um componente do concreto: os aditivos.

Embora os aditivos, diferentemente do cimento, dos agregados e da água, não sejam um componente essencial da mistura de concreto, eles são um componente importante e cada vez mais difundido. Em vários países, uma mistura sem aditivos pode ser considerada uma exceção.

Benefícios dos aditivos

A razão para o uso crescente dos aditivos é o fato de estes serem capazes de conferir consideráveis vantagens físicas e econômicas ao concreto. Esses benefícios incluem a utilização do concreto em situações em que antes existiam dificuldades consideráveis ou mesmo insuperáveis. Eles também possibilitam o uso de uma maior variedade de componentes na mistura.

 

Capítulo 6 - Resistência do concreto

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Resistência do concreto

A resistência do concreto normalmente é considerada sua propriedade mais importante, embora, em muitas situações práticas, outras características, como a durabilidade e a permeabilidade, possam ser mais relevantes. No entanto, a resistência costuma fornecer uma ideia geral da qualidade do concreto, visto que está diretamente relacionada à estrutura da pasta de cimento hidratada. Além do mais, a resistência é, quase invariavelmente, um elemento fundamental no projeto estrutural, e é especificada para fins de controle.

A resistência mecânica do gel de cimento foi discutida na página 34; neste capítulo, serão abordadas algumas relações empíricas referentes à resistência do concreto.

Relação água/cimento

Na prática, considera-se que a resistência do concreto em uma determinada idade e submetido à cura úmida a uma temperatura especificada depende principalmente apenas de dois fatores: a relação água/cimento e o grau de adensamento. A influência dos vazios na resistência foi discutida na página 195; a partir de agora, será considerado que o concreto está completamente adensado. Para fins de dosagem, isso significa que o concreto contém cerca de 1% de vazios devidos ao ar.

 

Capítulo 7 - Outras características do concreto endurecido

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Outras características do concreto endurecido

No capítulo anterior, foram analisados os principais fatores que influenciam a resistência do concreto. Neste, alguns aspectos adicionais da resistência serão discutidos, como a fadiga e o impacto. Também será feita uma breve descrição das propriedades elétricas e acústicas do concreto.

Cura do concreto

Para obter um bom concreto, o lançamento de uma mistura adequada deve ser seguido pela cura em um ambiente apropriado durante os estágios iniciais de endurecimento.

Cura é a denominação dada aos procedimentos adotados para promover a hidratação do cimento e consiste no controle da temperatura e da entrada e saída de água do concreto. Os aspectos relacionados à temperatura serão tratados no Capítulo 8.

De forma mais específica, o objetivo da cura é manter o concreto saturado, ou o mais próximo possível disso, até que os espaços originalmente preenchidos com água na pasta de cimento fresca tenham sido preenchidos pela quantidade requerida de produtos de hidratação do cimento. No caso de concreto nas obras, a cura quase sempre é interrompida bem antes de a máxima hidratação ter ocorrido.

 

Capítulo 8 - Efeitos da temperatura no concreto

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Efeitos da temperatura no concreto

Os ensaios de laboratório com concreto em geral são realizados em temperaturas controladas, normalmente constantes. Como antigamente os ensaios eram feitos em climas temperados, a temperatura padrão escolhida geralmente variava entre 18 e 21 °C, de modo que hoje muitas das propriedades básicas dos concretos fresco e endurecido são baseadas no comportamento do concreto nessas temperaturas. Entretanto, na prática, o concreto é misturado em um grande intervalo de temperaturas e também permanece em serviço em diferentes temperaturas. De fato, o intervalo real das temperaturas se ampliou bastante, e hoje muitas obras ocorrem em países de tempo quente. Além disso, novos empreendimentos, principalmente offshore, têm surgido em regiões de tempo muito frio.

Em virtude disso, é de fundamental importância conhecer os efeitos da temperatura no concreto, e esse é o assunto deste capítulo. Inicialmente, será discutida a influência da temperatura do concreto fresco na resistência, seguida por uma revisão dos tratamentos térmicos após o lançamento do concreto, ou seja, a cura a vapor à pressão atmosférica e à alta pressão. Em seguida, serão discutidos os efeitos do aumento da temperatura do concreto devidos à liberação do calor de hidratação do cimento, seguidos pela discussão sobre a concretagem em tempos* quente e frio. Por fim, serão abordadas as propriedades térmicas do concreto endurecido e a influência de temperaturas muito elevadas e muito baixas em serviço, incluindo os efeitos do fogo.

 

Capítulo 9 - Elasticidade, retração e fluência

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Elasticidade, retração e fluência

Muitas das discussões nos capítulos anteriores eram sobre a resistência do concreto, que é de suma importância no projeto de estruturas de concreto. Entretanto, existe sempre uma deformação associada a qualquer tensão – e vice-versa. A deformação também pode decorrer de outras causas que não a tensão aplicada. A relação entre tensão e deformação, em um amplo intervalo, é vital no projeto estrutural. O tema deformação e, de forma mais geral, os diferentes tipos de deformação a que o concreto está sujeito constituem o assunto deste capítulo.

Assim como vários outros materiais estruturais, o concreto é, até certo ponto, elástico. Um material é considerado perfeitamente elástico quando a deformação surge e desaparece imediatamente na aplicação e na retirada da tensão. Essa definição não implica uma relação tensão-deformação linear; o comportamento elástico com relação tensão-deformação não linear é verificado, por exemplo, no vidro e em algumas rochas.

 

Capítulo 10 - Durabilidade do concreto

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Durabilidade do concreto

É essencial que cada estrutura de concreto continue a desempenhar suas funções previstas, ou seja, mantenha sua resistência necessária e sua condição de utilização durante um tempo especificado ou uma vida útil tradicionalmente esperada. Conclui-se que o concreto deve ser capaz de suportar o processo de deterioração a que estará exposto.

Esse concreto é considerado durável.

É interessante citar que a durabilidade não significa uma vida infinita, tampouco a resistência do concreto a qualquer ação. Além disso, hoje se sabe que, em muitas situações, são necessárias operações rotineiras de manutenção do concreto.10.68 Um exemplo de procedimentos de manutenção é dado por Carter.10.72

O fato de a durabilidade não ter sido, até o momento, considerada neste livro poderia indicar que esse tema é de menor importância em relação às demais propriedades do concreto, em especial a resistência. Não é o caso, e, na verdade, em várias situações, a durabilidade é de importância primordial. Apesar disso, até recentemente, os avanços em cimento e na tecnologia do concreto concentraram-se na obtenção de resistências cada vez mais elevadas (ver página 348). Havia uma suposição de que um “concreto resistente é um concreto durável”, e as únicas considerações especiais feitas eram em relação aos efeitos dos ciclos de gelo e degelo e a algumas formas de ataques químicos.

 

Capítulo 11 - Efeitos do gelo e degelo e de cloretos

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Efeitos do gelo e degelo e de cloretos

Este capítulo trata de dois mecanismos de deterioração do concreto. O primeiro deles, embora somente importante em climas frios, é a maior causa da falta de durabilidade do concreto, a menos que sejam tomadas medidas preventivas adequadas. O segundo mecanismo, a ação de cloretos, é relevante apenas em concreto armado, mas também pode resultar em significativos danos às estruturas. A ação de cloretos é verificada tanto em climas frios quanto quentes, mas os detalhes da ação variam conforme as condições.

Ação do congelamento

No Capítulo 8, foram analisados os efeitos do congelamento sobre o concreto fresco e os métodos para evitar sua ocorrência. O que, entretanto, não pode ser evitado é a exposição do concreto maduro a ciclos alternados de gelo e degelo, fenômeno que é frequentemente observado na natureza.

Como a temperatura do concreto saturado em serviço é diminuída, a água retida nos poros capilares da pasta de cimento endurecida congela de um modo similar ao congelamento dos poros de rochas, o que causa a expansão do concreto. Caso haja um novo congelamento após o degelo subsequente, ocorre uma nova expansão, ou seja, os ciclos repetidos de gelo e degelo têm efeito cumulativo. O fenômeno ocorre, principalmente, na pasta de concreto endurecida: os maiores vazios do concreto, decorrentes de adensamento incompleto, geralmente contêm ar e, portanto, estão menos sujeitos à ação do congelamento.11.4

 

Capítulo 12 - Ensaios em concreto endurecido

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Ensaios em concreto endurecido

Foi visto que as propriedades do concreto são uma função do tempo e da umidade do ambiente, razão pela qual os ensaios em concreto devem ser realizados sob condições especificadas ou conhecidas para que os resultados sejam válidos. Diferentes métodos e técnicas de ensaio são utilizados em diferentes países – algumas vezes, até no mesmo país. Como vários desses ensaios são utilizados em trabalhos de laboratório, especialmente em pesquisa, é importante o conhecimento da influência dos métodos de ensaio na propriedade determinada. Obviamente, é essencial distinguir os efeitos nas condições de ensaio das diferenças intrínsecas dos concretos em análise.

Os ensaios podem ser realizados para diferentes fins, mas os dois objetivos principais são o controle de qualidade e a conformidade às especificações. Ensaios adicionais podem ser feitos para fins especiais, como, por exemplo, ensaios de resistência à compressão para determinar a resistência do concreto para a aplicação de protensão ou o prazo para a retirada de fôrmas e escoramentos. Deve ser lembrado que os ensaios não são um fim em si mesmo, pois, em muitos casos práticos, eles não possibilitam uma interpretação clara, de modo que, a fim de o resultado ser de valor efetivo, os ensaios devem ser sempre utilizados com o apoio da experiência.

 

Capítulo 13 - Concretos especiais

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Concretos especiais

Neste capítulo, serão abordados diversos tipos de concretos que podem ser utilizados quando são necessárias propriedades especiais. O termo “especial” não significa que sejam raras ou desnecessárias, mas que se tratam de propriedades específicas que são desejáveis em determinadas circunstâncias. Vários tipos de concreto serão analisados, iniciando pelos concretos que contêm diferentes materiais cimentícios, utilizados com frequência atualmente (discutidos no Capítulo 2): cinza volante, escória granulada de alto-forno e sílica ativa.13.90

O segundo tipo de concreto a ser analisado é o denominado concreto de alto desempenho. Esse concreto, invariavelmente, contém no mínimo um dos materiais cimentícios mencionados acima, bem como, normalmente, um aditivo superplastificante.

A expressão “alto desempenho” é um tanto pretensiosa, já que a principal característica desse concreto é que seus ingredientes e suas proporções são selecionados de forma a resultar em propriedades especificamente adequadas ao uso esperado da estrutura. Essas propriedades, em geral, são alta resistência ou baixa permeabilidade.

 

Capítulo 14 - Dosagem de concretos

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Dosagem de concretos

Pode-se dizer que as propriedades do concreto são estudadas principalmente para fins de seleção adequada dos componentes da mistura. É por essa perspectiva que as diversas propriedades do concreto serão analisadas neste capítulo.

No linguajar britânico, o processo de seleção dos componentes da mistura e de suas proporções é denominado projeto da mistura. Esse termo, embora comum, sugere que essa seleção é parte do projeto estrutural, o que não é correto, já que o projeto estrutural está relacionado ao desempenho necessário do concreto e não ao detalhamento das proporções dos materiais que atenderão a esse desempenho. O termo americano proporcionamento da mistura é excelente, mas não é utilizado de forma difundida no mundo. Por essa razão, será utilizada neste livro a expressão adotada para o título do capítulo, dosagem de concretos, algumas vezes abreviada como dosagem.*

Embora o projeto estrutural normalmente não leve a dosagem em consideração, o projeto impõe dois parâmetros para a dosagem: resistência e durabilidade do concreto. É importante mencionar que a trabalhabilidade deve ser adequada às condições de lançamento. As exigências de trabalhabilidade não se aplicam somente ao abatimento no momento da descarga da betoneira, mas também ao limite de perda de abatimento conforme a duração do lançamento do concreto. Como a trabalhabilidade necessária depende das condições da obra, ela não deve ser estabelecida antes da análise dos procedimentos de execução.

 

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