Campus Eunápolis
Coordenação do Curso de Edificações
Curso Técnico em Edificações
APOSTILA DE MATERIAIS DE
CONSTRUÇÃO I
Profª. Maria Lidiane Marques
Engª.Civil
Mestra em Estruturas de Concreto
2012
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Apostila MC 1-nova, Notas de estudo de Engenharia Civil
Apostila de Materiais de Construção I
Tipologia: Notas de estudo
2012
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APOSTILA DE MATERIAIS DE
CONSTRUÇÃO I
Profª. Maria Lidiane Marques
Engª.Civil
Mestra em Estruturas de Concreto
ÍNDICE
- INTRODUÇÃO ___________________________________________________________
- TERMINOLOGIAS ________________________________________________________
- NORMALIZAÇÃO ________________________________________________________
- 3.1. Processo de Elaboração de Normas Brasileiras ____________________________
- 3.2. Normalização Brasileira na Construção Civil ______________________________
- PROPRIEDADES DOS CORPOS SÓLIDOS ______________________________________
- PROPRIEDADES FÍSICAS, ELÉTRICAS, TÉRMICAS E MECÂNICAS DOS MATERIAIS ______
- 5.1 Propriedades físicas dos materiais ________________________________________
- 5.2 Propriedades elétricas _________________________________________________
- 5.3 Propriedades térmicas _________________________________________________
- 5.4 Esforços Mecânicos __________________________________________________
- 5.5 Propriedades mecânicas dos materiais ___________________________________
- AGLOMERANTES _______________________________________________________
- 6.1 Aglomerantes Aéreos _________________________________________________
- 6.2 Aglomerantes Hidráulicos _____________________________________________
- FABRICAÇÃO DO CIMENTO PORTLAND _____________________________________
- 7.1 Cimentos Portland Modificados _________________________________________
- AGREGADOS PARA A CONSTRUÇÃO CIVIL ___________________________________
- 8.1 Classificação dos Agregados ____________________________________________
- ARGAMASSAS _________________________________________________________
- 9.1 Traço _______________________________________________________________
- 9.2 Argamassas de cal _____________________________________________________
- 9.3 Argamassas de gesso _________________________________________________
- 9.4 Argamassas de cimento _______________________________________________
- 9.3 Mistura ou preparo __________________________________________________
- 9.4 Classificações _______________________________________________________
- 9.5 Utilização e traços ___________________________________________________
- CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND _______________________________________
- 10.1 Consistência do concreto fresco ______________________________________
- 10.2 Propriedades do Concreto Endurecido _________________________________
- 10.3 Transporte e Lançamento do concreto _________________________________
- 10.4 Cura do Concreto __________________________________________________
- 10.5 Características Mecânicas do concreto (NBR6118/2003) ___________________
- 10.6 Propriedades do Concreto ___________________________________________
- ADITIVOS PARA CONCRETO ______________________________________________
- 11.1 Uso de Aditivos: Emprego Correto _____________________________________
- CONCRETOS ESPECIAIS __________________________________________________
- 12.1 Bombeável _______________________________________________________
- 12.2 Projetado ________________________________________________________
- 12.3 Rolado __________________________________________________________
- 12.4 Resfriado ________________________________________________________
- 12.5 Auto Adensável (CAA) ______________________________________________
- 12.6 Auto Desempenho (CAD) ____________________________________________
- DOSAGEM DO CONCRETO ________________________________________________
- 13.1 Introdução. _______________________________________________________
- 13.2 Método ABCP. ____________________________________________________
- 13.3 Exemplo de Aplicação. ______________________________________________
- 13.4 Exercícios ________________________________________________________
2. TERMINOLOGIAS
Pilar – Elemento vertical, esbelto e resistente.
Viga – Elemento horizontal, esbelto que se apoia em cima dos pilares. Laje – Elemento horizontal de grande dimensão e fina espessura.
Sapata – Tipo de fundação rasa. Trata-se de um elemento de fundação que serve para distribuir as cargas da base do pilar para o solo.
Estacas – Tipo de fundação profunda. Usam-se quando o terreno não possui boa qualidade, tratando-se de um elemento que serve para distribuir as cargas verticalmente.
Radier – Tipo de fundação rasa. Usam-se também quando o terreno é de boa qualidade, servindo para distribuir as cargas sobre toda a base do edifício.
Concreto – Ligante constituído por cimento e vários agregados (areia – agregado miúdo, brita
- agregado graúdo). Há vários tipos de concreto:
Simples – não tem armadura Armado – com armaduras de aço
Protendido – também com armaduras de aço, as quais estão constantemente exercendo esforço sobre a peça.
Vão – Distância entre apoios. Agregados – Materiais que não reagem, servem para fazer concreto e argamassas. Sendo agregado graúdo as pedras e agregado miúdo as areias.
Argamassa – Serve para fazer rebocos, sendo constituídas por dois ou mais aglomerantes (cimento e cal) e agregado miúdo.
Alvenaria – Trata-se da parede, pode ser constituída por tijolos ou painéis pré-fabricados. Pega – Fenômeno físico-químico através da qual a pasta de cimento se solidifica.
Cura – Processo de impedir que a água de constituição do concreto ainda fresco se evapore. Para se ter a cura, um dos processos é molhar abundantemente a superfície do concreto fresco, impedindo a evaporação.
Adensamento – Vibração do concreto usando dispositivos manuais ou mecânicos. O objetivo é evitar vazios na massa de concreto que diminuem a resistência do concreto. O adensamento deve ser feito, de maneira que se evite a retirada da armadura da posição correta.
3. NORMALIZAÇÃO
Normalizar é padronizar atividades específicas e repetitivas. É uma maneira de organizar as atividades por meio da criação e utilização de regras ou normas.
Normas Técnicas
Documentos aprovados por uma instituição reconhecida, que prevê, para um uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características para os produtos ou processos e métodos de produção, cuja observância não é obrigatória, a não ser quando explicitadas em um instrumento do Poder Público (lei, decreto, portaria, normativa, etc.) ou quando citadas em contratos.
Ex.: NBR 6118/2003 – Projeto de estruturas de concreto – Procedimento.
Normas Regulamentadoras (NR)
As Normas Regulamentadoras , também conhecidas como NRs, regulamentam e fornecem orientações sobre procedimentos obrigatórios relacionados à medicina e segurança no trabalho no Brasil.
Exemplo:
NR 5 CIPA – As empresas privadas, públicas e órgãos governamentais que possuam empregados regidos pela CLT ficam obrigados a organizar e manter em funcionamento uma Comissão Interna de Prevenção de Acidentes.
NR 18 Condições e Meio Ambiente de Trabalho na Indústria da Construção. Esta NR estabelece diretrizes de ordem administrativa, de planejamento e de organização, que objetivam a implementação de medidas de controle e sistemas preventivos de segurança nos processos, nas condições e no meio ambiente de trabalho na Indústria da Construção.
Os níveis de normalização são estabelecidos pela abrangência das normas em relação às áreas geográficas. A abrangência aumenta da base para o topo da pirâmide.
Figura 2 – Pirâmide de abrangência da normalização Livro: Materiais de Construção Civil Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
Normas nacionais
No Brasil, as normas brasileiras são os documentos elaborados segundo procedimentos definidos pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), Fórum Nacional de Normalização Voluntária. As normas brasileiras são identificadas pela ABNT com a sigla NBR número/ano e são reconhecidas no território nacional.
4. PROPRIEDADES DOS CORPOS SÓLIDOS
As seguintes propriedades são especificadas dos corpos sólidos, que são os de maior importância nesta disciplina.
Dureza: É a resistência que os corpos opõem ao serem riscados. Basicamente, a dureza pode ser avaliada a partir da capacidade que um material tem de "riscar" o outro. Ex.: Diamante, vidro.
Tenacidade: é a energia mecânica, ou seja, o impacto necessário para levar um material à ruptura, (observa-se que o vidro tem grande dureza, mas pequena tenacidade; os termos não são sinônimos). Ex.: Pedras (Basalto, Granitos).
Maleabilidade ou plasticidade: É a capacidade que tem os corpos de se adelgaçarem até formarem lâminas, sem, no entanto se romperem. O elemento conhecido mais maleável é o ouro. O alumínio também é bom exemplo de material que apresenta essa característica.
Ductilidade: É a capacidade que têm os corpos de se reduzirem a fios sem se romperem (A argila tem boa plasticidade e pequena ductilidade). Representa o nível de deformação plástica antes da ruptura de um material.
Materiais com pequena deformação plástica →frágeis Ex.: ferro fundido e materiais cerâmicos.
Materiais com elevada deformação plástica →dúcteis Ex.: aços de construção, ouro, cobre, alumínio.
Materiais que apresentam comportamento intermediário → quase-frágil Ex.: concreto
Figura 3 – Representação esquemática do comportamento tensão-deformação para um material frágil e dúctil (adaptado de CALLISTER Jr., 2002; HANAI, 2005)
Durabilidade: É a capacidade que os corpos apresentam de permanecer inalterados com o tempo.
Desgaste: É a perda de qualidade ou de dimensões com o uso contínuo (durabilidade e desgaste não são necessariamente inversos).
Elasticidade: É a tendência que os corpos apresentam a retornar à forma primitiva após aplicação de um esforço.
Fluência: É a deformação (permanente) do material ao longo do tempo, sob carga constante. Deformação lenta que ocorre nos materiais devido à ação de cargas permanentes de longa duração. Ensaio de fluência → submeter um corpo-de-prova a uma carga (ou tensão) constante e medir as deformações. Resultado →curva de fluência
Fadiga: Ruptura de um material quando o mesmo é carregado repetidas vezes.
5. PROPRIEDADES FÍSICAS, ELÉTRICAS, TÉRMICAS E MECÂNICAS
DOS MATERIAIS
5.1 Propriedades físicas dos materiais
Dá-se o nome de propriedades de um corpo às qualidades exteriores que o caracterizam e distinguem. Um dado material é conhecido e identificado por suas propriedades e por seu comportamento perante agentes exteriores.
Peso específico, Massa específica e Densidade
Massa: É a quantidade de matéria e é constante para o mesmo corpo, esteja onde estiver.
Peso: É a força com que a massa é atraída para o centro da Terra, varia de local para local. Em um mesmo local, os pesos são proporcionais às massas, porque a gravidade é a mesma.
P = m.g
Onde: m = massa – Unidade de massa é o kg (quilo), g (grama) g = aceleração da gravidade = 10 m/s²
A unidade do Peso é o Newton (N)
Peso específico: Relação entre o peso (P) de um corpo e seu volume (V). Conseqüentemente não é constante.
Ex.: Peso específico do concreto () = 25 KN/m³
Onde: γ (Gama) = peso específico do material V = volume Unidades de volume: m³, cm³, l Unidades do peso específico: N/m^3 , Kgf/cm^3 , KN/m^3
coeficiente de dilatação térmica do concreto armado é considerado igual a 1x10-5/C. O da madeira é 3,5x10-5/C. E o tijolo cerâmico 0,38x10-5/C.
Esquece → Expande Esfria → Contrai
5.4 Esforços Mecânicos
(a) Tração : caracteriza-se pela tendência de alongamento do elemento na direção da força atuante.
(b) Compressão : a tendência é uma redução do elemento na direção da força de compressão.
(c) Flexão : ocorre uma deformação na direção perpendicular à da força atuante.
(d) Torção : forças atuam em um plano perpendicular ao eixo e cada seção transversal tende a girar em relação às demais (e) Flambagem : é um esforço de compressão em uma barra de seção transversal pequena em relação ao comprimento, que tende a produzir uma curvatura na barra.
(f) Cisalhamento : forças atuantes tendem a produzir um efeito de corte, isto é, um deslocamento linear entre seções transversais. Para o estudo do cisalhamento, imaginemos uma viga com seção transversal quadrangular.
5.5 Propriedades mecânicas dos materiais
A fim de ser ter uma base comum para fazer comparações entre as propriedades estruturais e os efeitos das condições em serviço, vamos definir alguns termos comuns em engenharia.
Tensão: É a relação entre o esforço aplicado e a área da seção resistente. Geralmente é medida em MPa.
σ = tensão
F = carga ou Força aplicada em uma direção perpendicular à área da seção da amostra
A 0 = área da seção antes da aplicação da carga Unidade de Força: N, KN Unidade de Área: m², cm²
Unidade de Tensão: N/m²; KN/m²; KN/cm² Sendo:
1 N/m² = 1 Pa 106 Pa = MPa
Onde: 1 MPa = 10 Kgf/cm^2
Toda Tensão gera uma deformação que pode ser elástica ou plástica.
Lei de Hooke: Exprime a proporcionalidade existente entre a tensão e a deformação de
um material dentro do regime elástico.
Onde: σ = tensão ε = deformação E = módulo de elasticidade (Grandeza que dá a medida da rigidez do material). Quanto maior o valor de E, menos deformável é o material.
ε
Figura 4 – Diagramas tensão-deformação representando uma deformação elástica
Deformação Elástica: É reversível, desaparece quando a Tensão é removida. É diretamente proporcional à Tensão.
ε = deformação específica
li = comprimento inicial do corpo-de-prova lf = comprimento final do corpo-de-prova
Δl = alongamento A deformação não tem unidade. É um número adimensional.
Para pequenos níveis de carregamento há um comportamento linear entre a tensão aplicada ao corpo e a sua deformação. Com a retirada da tensão a deformação cessa.
Exemplo →mola perfeita
Deformação plástica: É a deformação permanente provocada por Tensões que ultrapassam o limite de elasticidade. Não há a proporcionalidade entre a tensão e a deformação, logo, a Lei de Hooke não é mais válida.
Módulo de elasticidade: É a relação entre a Tensão e a deformação unitária resultante.
E = σ/ε
6. AGLOMERANTES
Aglomerantes são materiais utilizados para unir ou aglomerar outros materiais,
como no caso das colas, do cimento, do asfalto ou até mesmo da argila.
Apresentam-se sob forma de pó e, quando misturados com água formam pastas que
endurecem pela secagem e como conseqüência de reações químicas. Com o processo de
secagem, os aglomerantes aderem-se nas superfícies com as quais foram postos em
contato.
No começo, não havia ainda muitos recursos da tecnologia, e provavelmente as
propriedades aglomerantes da argila foram primeiro percebidas. Sabe-se que a argila pode
sofrer modificações em sua plasticidade em função do teor de umidade, de modo que pode
ser moldada e manuseada facilmente enquanto úmida, e após a secagem, apresenta um
ganho de resistência (e de retração também), e caso volte a ser umedecida, poderá tornar-se
plástica novamente. Com o passar dos tempos, e não se sabe quando, percebeu-se também
que alguns materiais sofriam transformações quando submetidos à ação do fogo e da
umidade, transformações estas com caráter irreversível. Pela observação do que acontecia
na natureza, o homem começou a produzir materiais com propriedades aglomerantes por
atuação química, como gesso e cal aérea.
Classificação
(a) Quimicamente:
Inertes ou inativos: Argila (Barro)
Ativos: Aéreos, Hidráulicos.
Ex.: Cal, gesso e cimento.
(b) Quanto à Natureza:
Naturais: Apenas uma matéria prima
Artificiais: Mistura de duas ou mais materiais primas.
(c) Quimicamente ativos
i) Simples: Depois do cozimento não recebem adição de outro produto a não ser
porcentagens admitidas nas respectivas especificações, destinadas a regular a
pega ou ativar a progressão da resistência.
Ex.: Gesso, cal aérea, cal hidratada, cimento natural, cimento artificial (Portland),
cimento aluminoso, etc.
ii) Compostos: Simples + hidraulites
Exemplos de hidraulites: Escória de auto forno e Pozolana (natural ou
artificial)
Ex.: Cal pozolânica, cimento pozolânico, cal metalúrgica, cimento
metalúrgico.
iii) Mistos: Dois ou mais aglomerantes simples
Ex.: Mistura de cimento Portland com cal (para confecção de argamassa).
iv) Com adições: Simples + adições fora de especificação do material original.
Ex.: Cimento com cinza de casca de arroz (todas as adições que não são
normalizadas).
Os aglomerantes foram desenvolvidos ao longo da história em grande parte devido
aos contatos do homem com os materiais da natureza, da percepção das propriedades
destes, e, sobretudo do desenvolvimento tecnológico. Os primeiros aglomerantes
conhecidos pela humanidade foram certamente o barro e o betume (quimicamente inativo),
seguindo-se pelos aglomerantes aéreos como a cal e o gesso (quimicamente ativos), pelos
aglomerantes hidráulicos formados pela mistura da cal com a pozolana, pela cal hidráulica
natural, e finalmente, pela cal hidráulica artificial e o cimento de pega rápida (todos
quimicamente ativos). Das modificações no cimento de pega rápida com relação à
composição e à temperatura de fabricação, chegou-se ao cimento Portland de pega normal.
As propriedades desejáveis para os aglomerantes são: resistência, durabilidade,
fácil manuseio, finura elevada, baixo custo e pega.
A pega é a perda de fluidez da pasta. As reações químicas de hidratação geram
compostos que diminuem a fluidez. O nício de pega é o período inicial de solidificação
da pasta. Esse fenômeno é caracterizado pelo aumento brusco da viscosidade e pela
elevação da temperatura da pasta. Já o fim de pega ocorre quando a pasta se solidifica
completamente. Ele informa o tempo disponível para trabalhar, transportar, lançar e
adensar a argamassa ou o concreto.
6.1 Aglomerantes Aéreos
Aglomerantes aéreos são aqueles que não dão pega sob a água, e que, suas pastas
endurecidas não resistem à dissolução quando submetidas à ação prolongada da água. No
Brasil, os aglomerantes aéreos são muito utilizados, dentre os quais destacam-se a cal e o
gesso.
A cal é largamente utilizada em argamassas de assentamento e de revestimento, já o
gesso, em revestimentos e na produção de components especiais como placas para forros,
divisórias e em ornamentos.
Cal Aérea: É o produto que se obtém com a calcinação, à temperatura elevada de
materiais calcáreos.
Os calcáreos são rochas sedimentares cuja composição predominante é o
carbonato de cálcio (CaCO 3 ) , mas também pode haver carbonato de magnésio. A
temperatura de fabricação se situa em torno de 900°C, e, nesta faixa o carbonato de cálcio
Livro: Materiais de Construção Civil
Organizador/Editor: Geraldo C. Isaia
O armazenamento da cal virgem é muito importante, pois, caso esta tenha acesso à
umidade, poderá ser iniciado o processo de extinção, com liberação de calor. Em alguns
casos, se caracterizam verdadeiros acidentes. Quanto à cal hidratada, a preocupação é
certamente com a presença do gás carbônico, pois, com a presença dele, pode-se completar
o ciclo da cal, com a formação do carbonato de cálcio.
Outra observação importante é quanto ao tempo de cura do reboco (argamassa de
revestimento), pois o processo de recarbonatação é lento e gradual, pelo fato da
concentração de gás carbônico presente no ar não ser muito elevada. Por esta razão, deve-
se esperar um tempo médio de pelo menos 28 dias para a secagem do reboco, para que a
pintura seja aplicada. O gás carbônico tem que ter acesso à cal hidratada, ou seja, além do
tempo de cura, a espessura do reboco também influencia para que o gás carbônico chegue a
todos os pontos do mesmo.
Gesso: é obtido da gipsita (sulfato de cálcio dihidratado e calcinado). Tem forma
de pó branco, com granulometria muito fina.
Apresenta características como: rápido endurecimento, boa plasticidade no estado
fresco e lisura da superfície quando endurecido. No Brasil o gesso é utilizado para
produção de argamassa para ser usada em revestimentos, divisórias (gesso acartonado),
forros e decorações de interiores.
O gesso é um aglomerante de baixo consumo de energia; enquanto a temperatura de
processamento do clínquer para a produção de cimento Portland é de 1450ºC e da cal de
800 °C a 1100°C, a do gesso não ultrapassa 350°C.
CaSO 4. ½ H 2 O + 3/2 H 2 O ↑
Matéria Prima: Gipsita – sulfato dihidratado de cálcio acompanhado de impurezas
(SiO 2 , Al 2 O 3 , FeO, CaCO 3 , MgO).
Fabricação: Britagem da rocha, pulverização e queima.
Cozimento Industrial (350oC) transforma o Dihidratado em Hemidrato:
É justamente no fato de que o material perdeu água (3/2 H 2 O) que consiste o
mecanismo de endurecimento quando o pó de gesso (CaSO 4 .1/2 H 2 O) for misturado com a
água durante a mistura (hidratação – fenômeno químico no qual o material anidro em pó é
transformado em dihidratado, resultado da reação química da água).
É importante citar que o gesso não tem atuação em ambiente saturado de água, de
modo que é importante a presença do ar no ambiente, e, o gesso endurecido não tem
resistência à dissolução, quando submetido à ação prolongada da água.
O gesso apresenta boa aderência com tijolos, pedra e ferro e má nas superfícies de
madeira. A aderência Ferro – Gesso é instável, pode ocasionar corrosão do material.
Apresenta também bom isolamento térmico-acústico e possui alta resistência ao
fogo. É um isolante tipo médio, igual a madeira seca, tijolo, etc. Uma espessura de 3 cm é
capaz de proteger a estrutura durante 5 minutos quando submetida a 1000°C.
A umidade é prejudicial ao gesso dada a solubilidade da gipsita. Em ciclos de
secagem/molhagem ela se dissolve e precipita, mas os cristais apenas se depositam sobre a
superfície e não tem a mesma ligação da primeira formação.
6.2 Aglomerantes Hidráulicos
Cal hidráulica: É o produto que se obtêm com a presença de argila juntamente
com calcáreo (carbonato de cálcio - CaCO 3 ) calcinados a uma temperatura de
800 oC a 1100 oC. Esse material apresenta como propriedade a hidraulicidade.
Hidraulicidade: Propriedade que caracteriza os aglomerantes hidráulicos de
endurecer quando misturados com água e resistir satisfatoriamente, após o endurecimento,
quando submetidos à ação dissolvente da água.
Quando foram apresentadas as cales aéreas, falou-se do mecanismo de ganho de
resistência com base no processo de recarbonatação, quando o hidróxido de cálcio se
combina com o gás carbônico do ar para a formação do carbonato de cálcio. Já a
explicação para os mecanismos de ganho de resistência da cal hidráulica começa desde a
fabricação desta.
CaSO 4. 2H 2 O
Endurecido Hidratado