aula 01 - normalização e componentes do concreto - para impressão

1

AssociaAssociaçção Tão Téécnicocnico--CientCientíífica Eng. Paulo de fica Eng. Paulo de FrontinFrontin(ASTEF)(ASTEF)

Universidade Federal do CearUniversidade Federal do Cearáá (UFC)(UFC)

Grupo de Pesquisa em Materiais de ConstruGrupo de Pesquisa em Materiais de Construçção e ão e Estruturas (GPMATE)Estruturas (GPMATE)

Curso de FormaCurso de Formaçção de Tecnologista para ão de Tecnologista para Dosagem e Controle TecnolDosagem e Controle Tecnolóógico do Concretogico do Concreto

Prof. Antonio Eduardo B. CabralProf. Antonio Eduardo B. Cabral

Maio de 2014

GPMATEGPMATEGrupo de Pesquisa em Materiais de Grupo de Pesquisa em Materiais de

ConstruConstruçção e Estruturasão e Estruturas

Curso de Formação de Tecnologista para Dosagem e Controle Tecnológico do Concreto – Prof. Eduardo Cabral (DEECC/UFC) Maio de 2014

Parte 1: Normalização

Parte 2: Materiais constituintes do concreto

Sumário

2


Normalização

Parte 1:


Normalização

• Introdução• Antes da revolução industrial → produção artesanal• Disparidades para um mesmo produto• Dificuldades para o consumidor

3


Normalização

• Objetivo


Normalização

• Definições

Então não precisamos seguir as normas?

4


Normalização

• Normas são leis!


Normalização

• Níveis

5


Normalização

• Níveis

-

Ex: Norma 003/2001-ANEEL - Dispõe sobre a gestão e o acompanhamento das atividades descentralizadas da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL


Normalização

• Níveis

Normas Nacionais

6


Normalização

• Níveis

Normas Regionais


Normalização

• Níveis

Normas Internacionais

Ex: Normas ISO

7


Normalização

• Tipos de normas


Normalização

• Tipos de normas

8


Normalização

• Tipos de normas


Normalização

• Tipos de normas

9


Normalização

• Site de consulta

http://www.abnt.org.br/


Materiais constituintes do concreto

Parte 2:

10


Introdução • Concreto de cimento Portland

• Concreto é um material composto que consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante dentro do qual estão mergulhados partículas de agregados.

(ACI 116, Terminologia sobre Cimento e Concreto)


Introdução• Composição do concreto de cimento Portland

CIMENTO

AGLOMERANTE

ÁGUA AREIA

AGREGADOS

BRITA

PASTA

ARGAMASSA

CONCRETO

11


• Outros Constituintes:– Adições

– Aditivos

Introdução


Introdução • Composição do concreto de cimento Portland

12


CIMENTO

AGLOMERANTE

ÁGUA AREIA

AGREGADOS

BRITA

PASTA

ARGAMASSA

CONCRETO

Agregado


• DefiniçãoMaterial granular inerte (pedra, areia, etc), que participa da composição de concretos e argamassas e cujas partículas são ligadas entre se por um aglutinante (cimento).

Agregado

13


• O que se espera do agregado• Quimicamente Inertes

• Fisicamente compatíveis– Cimento

– Armadura

• Duráveis quando expostos a solicitação

• Aderência com a pasta

• Forma e dimensões compatíveis

Agregado


• Importância do agregado• Custo do agregado < custo do cimento

• Ocupam de 60% a 80% do m3 de concreto

• Influenciam nas propriedades do concreto– No estrado fresco:

• Trabalhabilidade

– No estado endurecido:

• Módulo de elasticidade

• Retração por secagem

• Abrasão

Agregado

14


• Classificação quanto à dimensão• Fíler

– < 0,075mm

• Miúdo– 0,075mm < < 4,75mm

• Graúdo– 4,75mm < < 75mm

Agregado


Agregado• Classificação quanto à massa unitária

leves normais

TIPO MASSA UNITÁRIA EXEMPLO

LEVES < 1kg/dm3 Argila expandida,

Vermiculita

NORMAIS 1 < < 2kg/dm3 Areia

PESADOS > 2kg/dm3 Barita, Magnetita,

Limonita

pesados

15


• Exigências para uso no concreto

Agregado


• Agregado miúdo– Exigências para uso no concreto - granulometria

Agregado

16


• Agregado miúdo– Granulometria

Descontínua

Agregado


• Agregado miúdo– Substâncias nocivas mais comuns

• Torrões de argila e materiais friáveis– Quando não se desagregam durante a mistura são agregados

frágeis. Quando se pulverizam, dificultam a aderência pasta/agregado.

• Materiais carbonosos– Afeta a durabilidade e causa manchas.

• Materiais pulverulentos (<0,075mm)– Dificultam a aderência pasta/agregado;

– Provocam queda da resistência.

• Impurezas orgânicas– Interferem na hidratação (podendo até inibir) do cimento;

– Mais comum em areias naturais.

Agregado

17


• Agregado miúdo– Substâncias nocivas – limites da NBR 7211/09

Agregado


• Agregado miúdo– Substâncias nocivas – limites da NBR 7211/09

Agregado

18


• Agregado graúdo– Exigências para uso no concreto - granulometria

Agregado


• Agregado graúdo– Granulometria – classificação comercial

Brita 0 4,75 a 9,5 mm

Brita 1 9,5 a 19 mm

Brita 2 19 a 25 mm

Brita 3 25 a 37,5 mm

Brita 4 37,5 a 75 mm

Brita 5 > 75 mm

Agregado

19


• Agregado graúdo– DMC

• < 1/3 espessura lajes ou pavimentos

• < 1/4 das faces das fôrmas

• < 0,8 do menor espaçamento entre armaduras horizontais

• < 2 do menor espaçamento entre as armaduras verticais

• < 1/4 do diâmetro de tubulação de bombeamento

• < 1,2 do cobrimento

Agregado


• Agregado graúdo– Substâncias nocivas – limites da NBR 7211/09

Agregado

20


Agregado

• Absorção, teor de umidade e coeficiente de inchamento

• Massa específica

• Massa unitária

• Granulometria

• Forma dos grãos e textura superficial• Resistência à esforços mecânicos

• Porosidade e índice de vazios

• Índices Físicos



• condição ambiente ou seca ao ar

Teor de umidade é a relação percentual entre a massa de água contida em uma amostra e a massa da amostra totalmente seca.

• condição saturada com superfície úmida

• condição saturada com superfície seca (SSS)

• condição completamente seca

100.sólidos

água

M

Mw

Pode ser encontrada em 4 diferentes situações:

Agregado


21



24h

absorvida)

absorvida)

(A=Mseca_ar) Saturadasup. úmida(B=MSSU)

Agregado




Absorção é uma medida de umidade para a amostra com partículas na condição saturada com superfície seca (SSS), ou seja, a absorção mede a quantidade de água que pode preencher os poros comunicantes nos grãos de uma massa de agregados.

100.sec

sec

a

aSSS

M

MMa

Para agregados miúdos: NM 30:2000 – Absorção do agregado miúdo

Para agregados graúdos: NM 53:2002 – Agregado graúdo – Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água.

Agregado


22



Coeficiente de inchamento é o aumento de volume de uma determinada massa de agregados, causado pela absorção de água. É de fundamental importância na dosagem dos materiais em volumes, pois dependendo da umidade obtém-se diferentes massas de agregados para um mesmo volume de dosagem, sendo necessária a correção do traço.

É determinado pela NBR 6467:06 – Determinação do inchamento de agregado miúdo.

Valores obtidos para os materiais da região:

• Areia de Rio: 1,18 a 1,25.

• Areia Vermelha: 1,20 a 1,30

Agregado



Agregado



23


Porosidade (n) é a relação entre o volume ocupado pelos vazios (VV) e o volume ocupado por toda amostra de agregados (V).

Índice de vazios (e) é a relação entre o volume de vazios (VV) e o volume ocupado apenas pelas partículas sólidas de agregados (VS).

• Porosidade e índice de vazios

V

Vn V

S

V

V

Ve

e

enVVV SV 1

Agregado




É a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, excluindo-se todos os vazios permeáveis.

Para agregados miúdos: NBR NM 52:2009- Agregado miúdo - Determinação da massa especifica e massa especifica aparente

Para agregados graúdos: NM 53:2009 – Agregado graúdo – Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água.

)/( 3mkgV

mesp

• Massa específica aparente

É a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, incluindo-se todos os vazios permeáveis.

Agregado


24



Valores obtidos para os materiais da região:

• Areia de rio: 2,59 a 2,65 kg/dm3.

• Britas 1 ou 2: 2,59 a 2,65 kg/dm3.

• Brita zero ou pedrisco: 2,59 a 2,65 kg/dm3.

• Areia vermelha: 2,58 a 2,63 kg/dm3.

Agregado



• Massa unitáriaÉ a massa por unidade de volume, incluindo neste os vazios, permeáveis ou impermeáveis, contidos nos grãos.

Empregada para a transformação de traços em massa para volume.

Para agregados miúdos e graúdos: NBR NM 45:06 - Agregados - Determinação da massa unitária e dos espaços vazios

Valores obtidos para os materiais da região:• Areia de rio: 1,45 a 1,52 kg/dm3.• Britas 1 ou 2: 1,36 a 1,42 kg/dm3.• Brita zero ou pedrisco: 1,28 a 1,35 kg/dm3.• Areia vermelha: 1,35 a 1,47 kg/dm3

)/( 3mkgV

munit

Agregado


25


• Granulometria

• Peneiramento• Determinação da distribuição dos tamanhos dos grãos• Resultados:

- Dimensão Máxima Característica (DMC)- Módulo de Finura (MF)

Agregado



• Granulometria

• Dimensão Máxima Característica (DMC)

É a abertura de peneira da série normal ou intermediária à qual corresponde uma porcentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5%.

• Módulo de Finura (MF)

É a soma das porcentagens retidas acumuladas nas peneiras da série normal, dividida por 100.

Agregado


26


• Granulometria

• Peneiramento (NM 248/03)

Agregado



• Granulometria

• Peneiramento (NM 248/03)

Agregado


27


• Granulometria

Agregado



% acum.Amostra 2Amostra 1

506,0

10,0

80,0

150,0

94,0

107,0

48,0

17,0

0,0

100,0

3,0

15,0

28,8

21,4

19,0

10,0

2,8

0,0

Amostra 1

100,0100,0500,0Total

10032,015,0<0,15

971515,875,00,15

822929,6144,0

532018,6107,00,6

0,3

332021,195,01,2

13109,550,02,4

333,414,04,75

000,00,06,3

MédiaAmostra 2

% retidaMassa retida (g)Peneira (mm)

DMC = ? MF= ?

Agregado

• Exercício

28


DMC = ? MF= ?

% acum.Amostra 2Amostra 1

5000

100

750

1200

2800

150

0

100,0

2,0

15,0

24,0

56,0

3,0

0,0

Amostra 1

100,0100,05100Total

10022,915025

981413,770031,5

842424,5125037,5

605653,9275050

444,925063

000075

MédiaAmostra 2

% retidaMassa retida (g)Peneira (mm)

Agregado



• Forma dos grãos e textura superficial • NBR 7809/06 Agregado graúdo - Determinação do índice de forma pelo método do paquímetro - Método de ensaio

Agregado

29


• Superfície específica

É a relação entre a superfície e o volume de uma partícula sólida.

- Volumétrica

V

SSe

É a relação entre a superfície e a massa de uma partícula sólida.

- Gravimétrica

V

S

M

SSe .'

Agregado


• Superfície específica

Agregado

30


• Resistência à esforços mecânicos• NM 51/01 – Agregados – Determinação da abrasão “Los Angeles”

Agregado

RA = (M1-M2)/M1


CIMENTO

AGLOMERANTE

ÁGUA AREIA

AGREGADOS

BRITA

PASTA

ARGAMASSA

CONCRETO

Cimento

31


• Cimento PortlandAglomerante hidráulico constituído de óxidos (cálcio, ferro e alumínio) que em contato com a água tem a capacidade de endurecer.

– Matéria-prima

1450 ºC

Pedra calcária → CaO + CO2

Argila → SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

3CaO.SiO2

2CaO.SiO2

3CaO.Al2O3

4CaO.Al2O3.Fe2O3

Cimento


• Cimento Portland– Nomeclatura

CP TIPO RES

CimentoPortland

Resistência(MPa)

Composição

Adições

Ex: CP II Z 32

Cimento

32


• Tipos de cimento fabricados no Brasil

• Cimento Portland Comum _________NBR 5732 CP I, CP I-S

• Cimento Portland Composto_______NBR 11578 CP II-E, CP II-Z, CP II-F

• Cimento Portland de Alto-Forno____NBR 5735 CP III

• Cimento Portland Pozolânico ______NBR 5736 CP IV

• Cimento Portland de Alta _________NBR 5737(CP V – Alta Resistência Inicial - ARI)

Cimento



• Cimentos Resistentes a Sulfatos (RS) – NBR 5733

• Cimento com baixo calor de hidratação (BC) – NBR 13116

• Cimento Portland Branco (CPB) – NBR 12989

Cimento

33



6 – 10

0 – 10

0 – 10

1 – 5

0

Carbonato

0094 – 9025

32

40

CP II-F

6 – 14094 – 7625

32

40

CP II-Z

06 – 3494 – 5625

32

40

CP II-E

Composto

99 – 9525

32

40

CP I-S

10025

32

40

CP I

Comum

PozolanaEscóriaClinquer+ Gesso

ClasseSiglaCimento Portland

6 – 10

0 – 10

0 – 10

1 – 5

0

Carbonato

0094 – 9025

32

40

CP II-F

6 – 14094 – 7625

32

40

CP II-Z

06 – 3494 – 5625

32

40

CP II-E

Composto

99 – 9525

32

40

CP I-S

10025

32

40

CP I

Comum

PozolanaEscóriaClinquer+ Gesso

ClasseSiglaCimento Portland

Cimento



0 – 5

0 – 5

0 – 5

Carbonato

Alta resistência

inicial

Pozolânico

Alto-forno

Cimento Portland

--100 – 95-CP V-ARI

15 – 50085 – 4525

32

40

CP IV

035 – 7065 – 2525

32

40

CP III

PozolanaEscóriaClínquer+ Gesso

ClasseSigla

0 – 5

0 – 5

0 – 5

Carbonato

Alta resistência

inicial

Pozolânico

Alto-forno

Cimento Portland

--100 – 95-CP V-ARI

15 – 50085 – 4525

32

40

CP IV

035 – 7065 – 2525

32

40

CP III

PozolanaEscóriaClínquer+ Gesso

ClasseSigla

Cimento

34


Cimento


• Tipos de cimento x resistência à compressão

Cimento

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

Idade (dias)

Res

istê

nci

a à

co

mp

res

são

ax

ial (

MP

a)

CP I-S CP II CP III CP IV CP V

35


• Tipos de cimento x outras propriedades

PadrãoMaiorMaiorPadrãoDurabilidade

MenorMaiorMaiorPadrãoResistência aos agentes

agressivos (água do mar e de esgotos)

PadrãoMenorMenorPadrãoPermeabilidade

MaiorMenorMenorPadrãoCalor gerado na reação do cimento com a água

Muito maior nos primeiros

dias

Menor nos primeiros dias

e maior no final da cura



PadrãoResistência a compressão

Alta Resistência Inicial

PozolânicoAlto-FornoComum e Composto

Propriedade

PadrãoMaiorMaiorPadrãoDurabilidade

MenorMaiorMaiorPadrãoResistência aos agentes

agressivos (água do mar e de esgotos)

PadrãoMenorMenorPadrãoPermeabilidade

MaiorMenorMenorPadrãoCalor gerado na reação do cimento com a água

Muito maior nos primeiros

dias





PadrãoResistência a compressão

Alta Resistência Inicial

PozolânicoAlto-FornoComum e Composto

Propriedade

Cimento


• Fornecimento• Sacos de papel tipo kraft (papel extensível) com 25kg e 50kg;

• Containers (big-bag);

• Granel.

Cimento

36


• Armazenamento

30 cm

Altura máxima :• 10 sacos; ou

15 sacos quando operíodo de

armazenamento forinferior a 15 dias

30 cm

Cimento


Propriedades do cimento Portland

• FinuraA finura do cimento pode ser determinada através da peneira malha nº 200 (0,075 mm), permeabilímetro ao ar de Blaine e granulômetro a laser. Cimentos finos geralmente aceleram o desenvolvimento da resistência.

NBR NM 76/98 – Método de BlaineNBR 11579/12 – finura pela peneira 200

• ExpansibilidadeA expansibilidade pode ocorrer após o final de pega, ao longo do tempo, provocando fissuras, quando da queima do clínquer, o teor de Magnésio ou CaO livre é elevado.

NBR 11582/12 – expansibilidade de Le Chatelier

37



• Expansibilidade


• Pasta de consistência normal (NM 43/03)

Propriedades do cimento Portland• Tempo de pega

Agulha de Vicat

Sonda de Tetmajer

Tinício: 4±1mm dabase

Tfim: penetra 0,5mmPasta de consist. Normal: 6±1mm da base após 30s

38


O tempo de pega do cimento é importante para permitir a aplicação adequada das pastas, argamassas ou concretos, isto é, sem perda de plasticidade e trabalhabilidade. Para controlar o tempo de pega, éadicionado o gipsita (CaSO4.2H2O) na moagem do cimento. Cujo controle é feito através do teor de SO3.

NBR NM 65/03 – determinação do tempo de pega

FALSA PEGA- A falsa pega é um fenômeno que ocorre quando a mistura, em que está sendo empregado o cimento (pasta, argamassa ou concreto), perde a plasticidade com um tempo menor que o previsto, e com uma nova remistura na betoneira, sua plasticidade inicial é recuperada. Isto ocorre quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa a 128 °C, provocando uma dissociação do sulfato de cálcio do gesso interferindo nas características do seu efeito retardador de pega.

Propriedades do cimento Portland• Tempo de pega


No preparo do concreto, quando a água e o cimento reagem, ocorre o calor de hidratação. Esse efeito poderá acontecer durante meses, em função do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composição química do cimento, quantidade e tipo de adições, finura, etc.

NBR 12006/90 – determinação do calor de hidratação pelo método dagarrafa de Langavant

Propriedades do cimento Portland• Calor de hidratação

39


Propriedades do cimento Portland• Calor de hidratação



• Resistência à compressãoA resistência à compressão do cimento é medida através de corpos de prova cilíndricos 50mm x 100mm, com um traço normalizado, com areia padrão do IPT. Diversos tipos de cimentos, com suas características de finura e composição têm curvas de resistência x idade distinta, que normalmente definem o seu uso ou não, em determinadas aplicações.

NBR 7215/96 – resistência à compressão

40


Este ensaio é determinado com uma amostra de cimento, levado a uma temperatura em torno de 950 °C em uma mufla, em função da diferença do peso inicial. Através deste ensaio, controla-se o teor de adições de material carbonático.

NBR NM 18/12 – determinação da perda ao fogo


• Massa específicaA massa especifica não é uma indicação de qualidade do cimento. Ela éutilizada para o cálculo de dosagens de concretos e argamassas.

NBR NM 23/01 – determinação da massa específica

• Perda ao fogo


CIMENTO

AGLOMERANTE

ÁGUA AREIA

AGREGADOS

BRITA

PASTA

ARGAMASSA

CONCRETO

Água

41


• Norma ABNT– NBR 15900 – partes 1 a 9/09- Água para amassamento do concreto

• pH ....................................... 5,5 – 9,0

• Sólidos Totais .................... < 5000 ppm (mg/l)

• Sulfatos ............................... < 2000 ppm

• Cloretos– Concreto simples ........... < 2000 ppm

– Concreto armado ............ < 700 ppm

– Concreto protendido ...... < 500 ppm

• Matéria orgânica ................. 300 ppm

Água


“Se a água é boa para beber, também será boa para o preparo do concreto”

A presença de pequenas quantidades de açúcar e de citratos não tornam a água

imprópria para beber, mas podem torná-la insatisfatória para concreto.

Água

42


• Função da água de amassamento• Promover a reação de hidratação e posterior endurecimento do

aglomerante;

• Homogeneização da mistura;

• Trabalhabilidade.

Água


• Relação água/cimento• Influência sobre propriedades do concreto

– Trabalhabilidade

– Porosidade

– Permeabilidade

– Resistência à compressão

– Durabilidade

Água

43


Água• Relação água/cimento (a/c)

Trabalhabilidade



Trabalhabilidade

44



Trabalhabilidade



Trabalhabilidade

45



Trabalhabilidade



Trabalhabilidade

46


Compostos adicionados em pequenas quantidades para melhorar uma ou mais propriedades no estado fresco ou endurecido.

NBR 11768

Aditivo


• Tipos• Plastificante (P)

• Retardador (R)

• Acelerador (A)

• Plastificante retardador (PR)

• Plastificante acelerador (PA)

• Incorporador de ar (IAR)

• Superplastificante (SP)

• Superplastificante retardador (SPR)

• Superplastificante acelerador (SPA)

• Modificador de viscosidade

Aditivo

47


Aditivo


Aditivo

48


Usados para obter maior compacidade, maior resistência mecânica e durabilidade e reduzir o consumo de cimento

– Tipos:• Materiais não reativos

• Materiais cimentícios

• Materiais pozolânicos

Fíler calcário

Escória de alto forno

Cinza volante

Metacaulim

Argila calcinada

Cinza de casca de arroz

Sílica ativa

Adições


Usados para obter maior compacidade, maior resistência mecânica e durabilidade e reduzir o consumo de cimento

– Tipos:• Materiais não reativos

• Materiais cimentícios

• Materiais pozolânicos

Fíler calcário

Escória de alto forno

Cinza volante

Metacaulim

Argila calcinada

Cinza de casca de arroz

Sílica ativa

Adições

49


• Sílica ativa

Adições


• Sílica ativa - características:• SiO2 ≥ 85%

• Resíduo na peneira 45 µm ≤ 10%

• Massa específica:– densificada: ≥ 350 Kg/m³

– não densificada: de 150 Kg/m³ a 350 Kg/m³

• Efeito fíler– Material extremamente fino (1 grão de cimento é 100 vezes

maior que 1 grão de sílica ativa)

– Preenchem vazios entre os grãos maiores, propiciando uma estrutura mais compacta

• Efeito pozolânico – reage com o Ca(OH)2 produzindo C-S-H

• Consumo: de 5 a 15% da massa do cimento

Adições

50


Adições

aula 01 - normalização e componentes do concreto - para impressão

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