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ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO. AGREGADOS Classificação: mais prática do que geológica Elemento predominante na composição das rochas silicosas.

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1 ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

2 AGREGADOS Classificação: mais prática do que geológica Elemento predominante na composição das rochas silicosas (sílica) calcárias (carbonato de cálcio) argilosas (silicatos hidratados de alumínio)

3 AGREGADOS CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE Ausência de substâncias nocivas materiais carbonosos (afetam o tempo de pega do cimento) açúcares (afetam o tempo de pega do cimento)

4 AGREGADOS CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE Durabilidade e resistência química rochas como feldspatos e xistos podem se decompor sob a ação da água ou do ar

5 AGREGADOS CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE Reatividade potencial agregados potencialmente reativos (calcedônia, opala, tridimita, cistobalita e dolomitas argilosas) reagem com os álcalis (KOH e NaOH), provocando a formação de compostos expansivos, que podem degradar o concreto

6 AGLOMERANTES materiais ligantes, minerais elementos ativos (transformação química) em geral pulverulentos solidarizam os grãos de agregados inertes misturados com a água formam pasta endurecem por processos físico-químicos propriedades semelhantes às das pedras naturais

7 AGLOMERANTES CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO O ENDURECIMENTO aglomerantes aéreos: conservam suas propriedades e só endurecem ao ar, não fazendo pega sob a água

8 AGLOMERANTES CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO O ENDURECIMENTO aglomerantes hidráulicos: conservam suas propriedades e endurecem e fazem pega até mesmo debaixo dágua

9 AGLOMERANTES GESSO produto da desidratação (calcinação) parcial ou total da gipsita sulfato de cálcio dihidratado (CaSO 4.2H 2 O) mais ou menos impuro encontrado livre na natureza

10 AGLOMERANTES GESSO temperatura aumentada gradualmente água de cristalização evapora temperatura entre 110 o C e 160 o C sulfato hidratado -> hemi-hidratado CaSO 4. ½ H 2 O t > 205 o C o gesso de torna anidro (CaSO 4 )

11 AGLOMERANTES GESSO endurecimento do gesso - processo inverso hidratação: CaSO 4.2H 2 O (estado cristalino) dihidrato agrupado em cristais entrelaçados forma tecido e adquire maior resistência grande elevação de temperatura

12 AGLOMERANTES CAL produto da calcinação de pedras calcárias temperatura inferior à do início da fusão carbonato de cálcio: calcário (CaCO 3 ) pedra de cal, calcário sedimentário amorfo transformação do carbonato em óxido

13 AGLOMERANTES CAL calcinação do calcário em fornos temperatura entre 900 e 1200 o C reação endotérmica: CaCO 3 + calor CaO + CO 2 56% de CaO (cal virgem) e 44% de CO 2

14 AGLOMERANTES CAL Objetivos da calcinação evapora a água da matéria-prima aquece o calcário até a temperatura requerida expele o CO 2, deixando os óxidos de cálcio e de magnésio

15 AGLOMERANTES CAL Extinção da cal transformar os óxidos de cálcio e magnésio em hidróxidos, pela adição de água cal resultante: extinta ou hidratada desprendimento de vapor material revolvido até que cesse

16 AGLOMERANTES CAL Extinção da cal a cal viva reage energicamente com a água CaO + H 2 O Ca(OH) 2 + calor reação exotérmica e reversível o hidróxido pode ser novamente decomposto em cal e água, se for aquecido a altas temperaturas

17 AGLOMERANTES CAL Extinção da cal a cal hidratada absorve o gás carbônico do ar recompondo-se em carbonato duro completa-se o ciclo, com a carbonatação: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O com o tempo a argamassa petrifica o carbonato de cálcio puro é praticamente insolúvel na água

18 AGLOMERANTES OBTENÇÃO Os aglomerantes hidráulicos são obtidos pela calcinação, a altas temperaturas, de misturas de sílica, alumina, óxido férrico, cal e magnésia, que depois são extintas e moídas. São, em suma, constituídos de argila e cal.

19 AGLOMERANTES OBTENÇÃO cal e a argila: inertes, formando pasta aquecimento: transformação evaporação da água de capilaridade evaporação da água de constituição da argila

20 AGLOMERANTES OBTENÇÃO 700 o C: reações químicas componentes no estado sólido silicatos e aluminatos o C: fusão incipiente pasta: cal virgem e óxido de ferro na pasta se dissolvem silicatos e aluminatos

21 AGLOMERANTES OBTENÇÃO compostos ricos em cálcio ao esfriar cristalizam-se (clínqueres) pedras de cor entre o amarelo e o cinzento tamanho entre o de ervilhas e o de nozes aglomerante : moagem dos clínqueres

22 AGLOMERANTES CIMENTO Joseph Aspdin, oleiro cimento portland aparência das rochas da ilha de Portland cozimento de misturas de argila com calcário

23 AGLOMERANTES CIMENTO material pulverulento silicatos e aluminatos de cálcio hidratação - endurecimento da massa elevada resistência mecânica

24 AGLOMERANTES CIMENTO - FABRICAÇÃO composição da matéria-prima calcinação resfriamento moagem do clínquer ensacamento e expedição

25 AGLOMERANTES CIMENTO - FABRICAÇÃO adições posteriores : água e gesso água: resfriamento do clínquer gesso: regularização da pega combina com o aluminato tricálcico e com a água, formando o sulfoaluminato de cálcio

26 AGLOMERANTES CIMENTO - FABRICAÇÃO MateriaisProcessoResultantes calcário + argilas1500 o Ccompostos anidros (clínquer) sílica, alumina, óxidos de ferro, cal, magnésia, álcalis calcinação à fusão parcial silicatos, aluminatos, cal livre, compostos alcalinos

27 AGLOMERANTES

28 CIMENTO – COMPOSIÇÃO QUÍMICA silício (Si) sílica (SiO 2 ) alumínio (Al) alumina (Al 2 O 3 ) ferro (Fe) óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) cálcio (Ca) cal (CaO) magnésio(Mg) magnésia (MgO)

29 AGLOMERANTES CIMENTO – MATÉRIA-PRIMA Calcário (~76%) CaO + CO 2 Argila (~24%) SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 + H 2 O CaO C SiO S Al 2 O A Fe 2 O F

30 AGLOMERANTES CIMENTO - COMPOSIÇÃO DO CLÍNQUER 3 CaO.SiO C3S (40-70%) silicato tricálcico: resistência nos primeiros dias 2 CaO.SiO C2S (10-40%) silicato dicálcico: aumento gradativo da resistência 3 CaO.Al 2 O C3A (5-15%) 4 CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O C4AF (5-10%)

31 AGLOMERANTES CIMENTO PegaEndurecimento fenômeno químico fenômeno físico constituição alteradasem alteração gelinizaçãoevaporação da água desprendimento de calor secagem reações cristais entrelaçados

32 AGLOMERANTES CIMENTO - EXPANSILIBILIDADE expansão, variações de volume tensões internas, fissurações desagregação, desintegração da massa motivo: hidratação dos restos da cal livre pega demorada dá tempo à cal de hidratar

33 AGLOMERANTES CIMENTO - AVENTAMENTO aeração ou hidratação natural contato com umidade no armazenamento mudança nas propriedades hidratação dos grãos superficiais disseminação para as camadas interiores

34 AGLOMERANTES CIMENTO – EFEITOS TÉRMICOS hidratação - desprendimento de calor dissipação de calor pela superfície interior ainda quente tensões de origem térmica fissuramento

35 AGLOMERANTES CIMENTO - EXSUDAÇÃO fenômeno de segregação grãos de cimento mais pesados sedimentação por gravidade excesso de água nas partes superiores finura do cimento influi: diminuição dos espaços intergranulares

36 ARGAMASSAS água + aglomerante + agregado miúdo = argamassa

37 ARGAMASSAS PROPRIEDADES capacidade de retenção de água molhar as superfícies dos grãos e do aglomerante superfície específica dos constituintes cal - elevada superfície específica e alta capacidade adsorvente* * Define-se adsorção como a fixação de moléculas de uma substância (o adsorvato) na superfície de outra substância (o adsorvente).

38 ARGAMASSAS PROPRIEDADES revestimentos executados em camadas delgadas área de exposição muito grande em relação à espessura e ao volume rápida evaporação da água de amassamento presença da cal como fornecedora permanente de água para a hidratação do cimento

39 ARGAMASSAS PROPRIEDADES argamassas de cal - cal extinta e areia a cal deve ser completamente extinta argamassa em repouso - para que a cal que ainda não se extinguiu venha a se hidratar antes da aplicação

40 ARGAMASSAS PROPRIEDADES mistura com areia separa partículas de cal aumenta a porosidade facilita a combinação com o anidrido carbônico do ar distribui as contrações por toda a massa torna a argamassa mais econômica

41 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ESTRUTURAS

42 ESTRUTURAS METÁLICAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS: É um material reciclável Há grande facilidade de execução de obras em que se utilizam o aço e o concreto devido a afinidade entre estes elementos, já que as características enquanto material (alta resistência) e propriedades físicas (variações térmicas) são bem equilibradas Necessita de proteção e manutenção adequadas por meio de tintas ou galvanização Etapas da construção em aço: fabricação do material e montagem in loco Material de fácil acesso: produzido junto aos grades centros urbanos e de rápida aplicação em obra Ainda tem alto custo no mercado civil

43 ESTRUTURAS DE AÇO – perfis laminados Perfis metálicos (aço): Em forma de U, de I, de L, de T. Utilizados para vigas e pilares.

44 Treliças metálicas ESTRUTURAS DE AÇO - treliças Estruturas (treliças) planas e espaciais - exemplos Figua 1

45 Figua 2

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47 ARGAMASSA ARMADA ARGAMASSA: composto formado pela mistura de um aglutinante com um agregado. Não compõe, por s só, um elemento estrutural de construção. Aglutinante ou aglomerado: composto que liga, entre si, as partículas de um agregado. Exemplos: cimento e cal Agregado: material granular inerte que participa da composição de concretos, argamassas e alvenarias e cujas partículas são ligadas entre si por aglutinantes. Exemplos: pedra e areia Ainda tem alto custo no mercado civil Exemplos de compostos de argamassas: cimento + cal + areia + água cimento + areia + água cal + areia + água

48 ARGAMASSA ARMADA ARGAMASSA ARMADA: composta por peças pré-moldadas de argamassa armadas com telas de aço. Esta composição define um a estrutura. Vantagens de sua utilização: São mais leves e de montagem mais rápida que o concreto armado Por ser um composto leve, permite certa flexibilidade de modulação

49 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Concreto simples ou hidráulico: mistura de cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água, proporcionalmente dosados Agregado miúdo: material pétreo granuloso, cujos grãos, em sua maioria, passam pela peneira 4,8 mm [ABNT] e ficam retidos na peneira 0,075 mm [ABNT]; Exemplos: areias (de minas, de rios, de mar) e pedriscos (trituração mecânica das rochas, empregando-se resíduos das pedreiras: areia artificial). Agregado graúdo: materiais pétreos granulosos, cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada de 152 mm [ABNT] e ficam retidos na peneira 4,8 mm [ABNT]; Exemplos: britas (britamento artificial de rochas) e pedregulhos (cascalho ou seixo rolado).

50 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Vantagens do uso do concreto: facilidade de emprego, quando fresco; alta resistência à compressão; durabilidade; impermeabilidade; constância de volume depois de endurecido. Aditivos: produtos químicos utilizados para alterar as propriedades do concreto (aceleradores, reguladores de pega, impermeabilizantes, ligantes, colorantes, etc), dosados em pequenas quantidades, durante a mistura dos materiais componentes do concreto (no seu estado fresco ou endurecido). Não são indispensáveis no preparo de qualquer concreto (e argamassa), mas tornam-se essenciais ao lado do cimento, água e inertes, a fim de se obter um melhor concreto (ou melhor argamassa) do ponto de vista tecnológico, e em condições economicamente mais vantajosas.

51 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Concreto Armado Associação do concreto simples e o aço, com o fim de aproveitar as qualidades de resistência desses dois materiais. O concreto oferece grande resistência aos esforços de compressão. O aço apresenta boa resistência a ambos os esforços. A possibilidade de emprego conjunto do aço e concreto armado se dá, especialmente, pelas seguintes características: § coeficiente de dilatação térmica aproximadamente igual (não há solicitações secundárias oriundas das variações de temperatura); § boa aderência dos materiais garante a transmissão eficaz e segura das deformações e esforços entre um e outro; § preservação do ferro quanto a oxidação, quando imerso no concreto, mesmo reduzido a uma peça delgada. As estruturas em concreto armado podem ser: § pré-moldadas (as empresas que o fabricam se encarregam do projeto, transporte e montagem da estrutura); § moldadas in loco (realizadas em fôrmas de madeira ou em fôrmas metálicas facilmente removíveis com sistema de travamento).

52 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO Procedimentos in loco a. Amassamento (mistura de materiais conforme o traço). Exemplo: 1:2:3 9cimento / areia / brita) de acordo com a finalidade de uso; b. Fôrmas: madeiras com dimensões iguais as da estrutura, encharcadas para não absorver a água do concreto, que permitem fácil desmonte (para evitar choques e vibrações). Devem ser reaproveitadas; c. Lançamento: feito nas fôrmas com as armaduras já colocadas; d. Adensamento: é realizado de maneira que se permita uma perfeita acomodação dos materiais componentes do concreto e da argamassa. Equipamento utilizado: de vibração, conforme cada tipo de peça.

53 e. Cura: para adquirir suas propriedades finais (maior resistência) o concreto necessita permanecer na fôrma por um período relativamente longo, denominado de cura (período de descanso e secagem do concreto). Objetivo: proteção contra as mudanças bruscas de temperatura, contra a secagem rápida, as chuvas intensas, a exposição direta ao sol, aos agentes químicos, aos choques e vibrações. Impede a fissuração, mantém a resistência e não prejudica a aderência do ferro ao concreto. Métodos mais utilizados de cura: § areia ou serragem de madeira umedecida; § sacaria molhada; § manta plástica; § lâmina dágua; § produtos químicos que em contato com o ar formam uma película impermeável, evitando-se a evaporação da água do concreto. ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

54 Tempo de cura: § 3 dias - faces laterais § 7 dias - algumas escoras § 14 dias - faces inferiores, deixando-se algumas escoras (7 dias com aditivos plastificantes ou incorporadores de ar) § 21 dias - desforma total dos itens acima (11 dias) § 28 dias - vigas e arcos com vãos maiores que 10 metros (21 dias). a. f. Desfôrma: retirada das fôrmas do concreto depois do processo de cura. ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

55 Vantagens do uso do concreto armado: § material obtido em qualquer lugar, desde que se disponha de cimento, areia, pedra e água; § resiste muito bem à ação do fogo; § adapta-se perfeitamente a qualquer fôrma, por mais irregular que seja; § despesas de conservação são mínimas; § sua resistência aumenta com o tempo; § rápida execução: armação de moldagem (fôrmas), armadura, concretagem, cura, desmonte das fôrmas); § construções são higiênicas por se tratar de um materail monolítico que não abriga parasitas, nem favorece o aparecimento de fungos, mofo e bolor; § resiste muito bem ao choque e as vibrações (construções antissísmicas); § possui grande plasticidade, limitada apenas pela execução das fôrmas; § impermeável; § resistência aumenta com o tempo. ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

56 Inconvenientes: § impossibilidade de sofrer modificações posteriores em virtude da ligação rígida dos elementos da estrutura; § custo elevado da demolição e não aproveitamento do material daí resultante (torna-se entulho após desmonte); ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO

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