Aula VII - Propriedades Do Concreto Endurecido

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MATO GROSSO – UFMTCAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA - ICET

Aula VII – Propriedades do Concreto Endurecido

Professor: Leandro Neves Duarte

Materiais de Construção

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Propriedades do concreto endurecido

Características Físicas

Massa específica;

Vazios (permeabilidade);

Características térmicas e acústicas.

Resistência Mecânica

Compressão;

Tração;

Flexão;

Desgaste;

Deformabilidade.

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Propriedades do concreto endurecido

Durabilidade

Permeabilidade

Agentes agressivos;

Armadura.

Estabilidade Dimensional

Retração; Fluência. (Um material apresenta fluência se, sob tensão constante, sua

deformação aumenta no tempo)

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Massa específica

Concreto simples 2300 Kg/m³

Concreto armado 2500 Kg/m³

Concreto leve 300 a 1800 Kg/m³

Concreto pesado 2300 a 5000 Kg/m³

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Resistência a esforços mecânicos

Sua resistência à compressão é da ordem de 10 vezes maior do que a de tração.

A tração na flexão é igual a duas vezes a tração simples

É sua capacidade de resistir às diversas condições de carregamento a que possa estar sujeito quando em serviço, destaca-se a resistência à compressão, à tração, à flexão e ao cisalhamento.

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Resistência a esforços mecânicosRelação água/cimento

É o principal fator que afeta a resistência mecânica.Curva de Abrams (usada para escolher o fator água/cimento apropriado à obtenção da desejada resistência à compressão)

Abrams demonstrou que a resistência do concreto dependia das propriedades da pasta endurecida, a qual, por sua vez, era função do fator água/cimento

A chamada Lei de Abrams é assim expressa:

onde: R = resistência do concreto A e B = constantes empíricas x = fator água/cimento 5,0

15,0

25,0

35,0

45,0

55,0

0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90

Relação água/cimento, l/kg

Res

istê

nci

a à

com

pre

ssão

, MP

a

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Resistência a esforços mecânicos

Idade

fc28 (kgf/cm2) fc28 / fc7 fc7/ fc3 fc28 / fc3

180 1,50 1,65 2,50180 - 250 1,40 1,55 2,25250 - 350 1,35 1,45 2,00350 - 450 1,30 1,40 1,80

450 1,25 1,35 1,70

Tipo de cimento composição química

3 7 28 90 365Portland comum 38 58 81 90 100Alta resistência inicial 50 65 83 93 100

Moderada resistência aos sulfatos 35 51 77 93 100Baixo calor de hidratação 16 28 58 92 100

Tipo de cimento% da resistência em 365 dias,

para as idades de:

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Fatores que influem na resistência do concreto

Forma e graduação dos agregados Diâmetro máximo Granulometria Forma do grão

A forma e a textura, por exemplo, podem alterar significativamente a área específica dos agregados, influindo diretamente na ligação pasta/agregado. Partículas que tendem à forma cúbica apresentam maior área específica do que as que se aproximam da forma arredondada. De igual modo, quando a textura superficial é rugosa, a resistência mecânica do concreto aumenta consideravelmente, sobretudo nos esforços de tração na flexão. O mesmo efeito é obtido quando se reduz a dimensão máxima característica do agregado graúdo.

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Dimensões dos corpos de prova Europa - corpo de prova cúbico

América - corpo de prova cilíndrico

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Dimensões dos corpos de prova

Corpos de prova cilíndricos: relação h/d = 2d = dimensão básica

– d = 10 cm– d = 15 cm– d = 25 cm– d = 45 cm

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Dimensões dos corpos de prova Europa - corpo de prova cúbico América - corpo de prova cilíndrico

de prova (cm) Limites de variação Valor Médio15 x 30 1,0010 x 20 0,94 a 1,00 0,9725 x 50 1,00 a 1,10 1,05

10 0,70 a 0,90 0,8015 0,70 a 0,90 0,8020 0,75 a 0,90 0,8330 0,80 a 1,00 0,90

15 x15 x 45 0,90 a 1,20 1,05

20 x 20 x 60 0,90 a 1,20 1,05

Tabela de CEB - Comite Euro Internacional do Concreto

Cúbico

Prismático

Coeficiente de correção ao corpo de prova cilíndrico 15 x 30

Cilindrico

Tipo de corpo Dimensões

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Fck e Fc

Após ensaio de um número muito grande de corpos de prova, pode ser feito um gráfico com os valores obtidos de fc versus a quantidade de corpos de prova relativos a determinado valor de fc, também denominada densidade de frequência. A curva encontrada denomina-se Curva Estatística de Gauss ou Curva de Distribuição Normal para a resistência do concreto à compressão.

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Fck e Fc

Na curva de Gauss encontram-se dois valores de fundamental importância: resistência média do concreto à compressão, fcm, e resistência característica do concreto à compressão, fck. O valor fcm é a média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova ensaiados, e é utilizado na determinação da resistência característica, fck, por meio da fórmula:

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Fck e Fc

O valor 1,65 corresponde ao quantil de 5 %, ou seja, apenas 5 % dos corpos de prova possuem fc < fck, ou, ainda, 95 % dos corpos de prova possuem fc ≥ fck. Portanto, pode-se definir fck como sendo o valor da resistência que tem 5 % de probabilidade de não ser alcançado, em ensaios de corpos de prova de um determinado lote de concreto.

2

1

.1

n

i cm

cmcicm f

ff

nfs

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Resistência à compressão

Corpos de prova cilíndricos– Moldagem e cura: NBR 5738 (MB - 2)

A dimensão básica do molde é maior ou igual a 3 vezes a dimensão máxima característica do agregado: d ≥3Dmáx

d = 100, 150, 250 e 450 mm– Ensaio: NBR 5739 (MB - 3)

Velocidade de aplicação da carga no ensaio:

0,3 Mpa/s < v < 0,8 Mpa/s

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Fatores que influem no resultado do ensaio Duração da carga. Estado das superfícies de contato do corpo de prova com os pratos

da máquina de ensaio.

Influência do atrito nas superfícies de contato.

Teor de umidade dos corpos de prova.

Vídeo

Fcj = resistência à compressão do corpo de prova

Nrup = carga de ruptura ( kgf )

A = área do corpo de prova ( cm2)

A

Nrupfcj

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Resistência à tração na flexão

Módulo de ruptura à flexão

NBR 5738 e 12142

aresta = d

comprimento mínimo = c

c = 3d + 50 mm

3

.

d

lpfctm

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Resistência à tração na flexão

3

.

d

lpfctm

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Resistência a tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos

Método Brasileiro NBR 7222

DxL

pxftk

2

P = carga máxima aplicada, kND = diâmetro do corpo-de-prova, mmL = altura do corpo-de-prova, mm

DL

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21




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Fórmulas para estimar a resistência à tração do concreto

CEB - Recomendações do Comitê Europeu de Concreto

3 259,0 cktk ff

cktk ff 06,00,8

NB - 1 (NBR 6118)

10

cktk

ff

²/0,706,0 cmkgfff cktk

para fck < 180 kgf/cm²

para fck > 180 kgf/cm²

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Fórmulas para estimar a resistência à tração do concreto

Considera-se a resistência à tração direta, fct, igual a 0,9 fct,sp ou 0,7 fct,f, ouseja, coeficientes de conversão 0,9 e 0,7, para os resultados de compressãodiametral e de flexão, respectivamente.

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Permeabilidade e absorção

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O concreto é necessariamente poroso:

Utilização de água em excesso

Retração química = retração autógenea

Ar aprisionado durante a produção

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Porosidade:Relaciona-se com a totalidade de vazios

gab = Massa específica absoluta do concreto

gap = Massa específica aparente do concreto

100)1( xpap

ab

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Absorção:

Relaciona-se com os vazios que tem comunicação com o exterior.É o processo físico pelo qual o concreto retém água nos poros e condutos capilares.

shAbsOH MMM .,2

100xM

MMA

s

sh

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Permeabilidade:

Relaciona-se com a interconexão dos vazios através de canais e com a

continuidade destes canais entre 2 superfícies opostas.

É importante para

– Concretos em ambientes agressivos:

água, ar, solos.

– Concreto armado e aparente

– Estruturas hidráulicas

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Fatores que afetam a porosidade a absorção e a permeabilidade

Materiais constituintes água - quantidade, pureza cimento - composição, finura agregados miúdos e graúdos

quantidade, tipo, diâmetro máximo, graduação, impurezas Adições: - quimicamente ativas e quimicamente inertes

Métodos de preparação Mistura, lançamento, adensamento e acabamento.

Condições posteriores Idade, cura, condições dos ensaios.

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Deformações

Variações de volume

a) Variação do volume absoluto dos elementos ativos que se hidratam.

b) Variação do volume de poros internos, com ar ou água

c) Variação do volume de material sólido inerte, inclusive o cimento

hidratado.

b e c dependem de:

Variações termo higrométricas (umidade e temperatura)

Solicitações mecânicas

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Deformações

Deformação imediata

Deformação lenta

As deformações causadoras das mudanças de volume são grupadas em:

Causadas pelas variações das condições ambientes:

Retração

Variações de umidade

Variações de temperatura

Causadas pela ação de cargas externas

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Deformações

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Deformações

As deformações causam

Fissuras

Caminho aberto para agentes agressivos

Diminuição da seção resistente

Esforços adicionais

Em estruturas hiperestáticas

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Deformações

Deformações que ocorrem numa estrutura mediante a variação do teor de água.

Retração - contração inicial que se verifica pela reação cimento e água. Mudanças de volume por variações de umidade devida a absorção e

perda de água (expansões e contrações, respectivamente).

As deformações variam com: Consumo de cimento. Relação água/cimento. Tipo e graduação dos agregados. condições de exposição da estrutura.

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Variações volumétricas em estruturas expostas às intempéries:

Contração - retração química

Expansões e contrações - de acordo com as condições atmosféricas e o

grau de exposição da estrutura.

A secagem rápida dá as contrações mais importantes, que se

traduzem por tensões de tração, pelo impedimento das deformações -

retração plástica.

Nas estruturas protegidas das intempéries ocorre apenas a retração

inicial.

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Retração inicial

Retração para um concreto usual

C = 300 kg/m³ → a/c=0,50 → 0,4 mm/m = 4‰

Maior a/c - maior retração

Maior “C” - maior retração

Maior diâmetro máximo - menor retração

Maior “slump” - maior retração

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Retração inicial

Dimensão máxima Slump Retração

característica (cm) (x 10-4)5 6,310 7,115 7,95 4,410 5,015 5,65 3,710 4,115 4,5

19

38

50

Tensão de tração surgida na estrutura impedida de deformar-se devido à retração inicial = 65 kgf/cm²

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Deformações causadas pelas variações de temperatura

Causam contrações ou expansões pela redução ou elevação da

temperatura

Dependem dos coeficientes de contração ou dilatação linear, que indicam

a variação da unidade de comprimento para a variação de 1ºC.

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Fatores que afetam o coeficiente de dilatação térmica do concreto ( a )

Tipo de agregado

pedregulho, quartizito: a= 4 a 5 x 10-6/ºC

granito, rochas ígneas: a= 3 a 4 x 10-6/ºC

calcário: a= 2 a 3 x 10-6/ºC Manufatura do concreto Proporção cimento/agregados

O coeficiente do cimento é maior que o do agregado

(Norma mãe do concreto) → NBR 6118a= 1 x 10-5/ºC

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Deformações causadas pelas variações de temperatura

As variações de temperatura mais importantes são as variações diárias.

Os efeitos ocasionados pelas mudanças das condições ambientes são mais acentuados nas estruturas expostas do que nas protegidas.

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Deformações causadas por movimentos das fundações

Variando se, desigualmente, a capacidade portante do subsolo, os recalques diferenciais que podem aparecer causam fissuração.

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Deformações no concreto armado

No concreto armado. A armadura impõe restrições à deformação do concreto:

À compressão

Ea = Ec À tração

Ea » Ec

0

100

200

300

400

500

600

700

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60

Deformação, %

Te

ns

ão, M

Pa

Tendo em vista que o concreto tracionado não pode acompanhar as grandes deformações do aço, o concreto fissura-se na zona de tração; os esforços de tração devem, então, ser absorvidos apenas pelo aço.

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0

100

200

300

400

500

600

700

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60

Deformação, %

Te

ns

ão, M

Pa

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A fissuração no concreto armado depende de:

Resistência do concreto.Relação entre as resistências do concreto e do aço.Variações dimensionais devidas à retração.Espessura de cobrimento da armadura.Saliger (teoria clássica de fissuração):

cs f )205,0

(

Onde:

ss=Tensão no aço para a qual o concreto começa a fissurar.fc=Resistência do concreto à compressão (c.p. cilíndrico).=r Taxa de armadura

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A fissuração no concreto armado segundo Saliger:

(%) s (kg/cm²)

0,5 39501,0 23001,5 17502,0 14802,5 13203,0 1220

fc = 330 kg/cm²

cs f )205,0

(

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Módulo de elasticidade:

Material perfeitamente elástico e “Hookeano”

θtgE = Exs

ee1

s1

q

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Para o concreto a expressão do Módulo de Elasticidade é aplicada somente à parte retilínea da curva tensão-deformação ou, quando não existir uma parte retilínea, a expressão é aplicada à tangente da curva na origem. Neste caso, tem-se o Módulo de Deformação Tangente Inicial, Eci

O módulo de deformação tangente inicial é obtido segundo ensaio descrito na NBR 8522 – Concreto – Determinação do módulo de deformação estática e diagrama tensão-deformação.

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Módulos estáticos: determinados para uma certa velocidade de carregamento previamente estabelecida:módulo tangente na origemmódulo secante entre dois pontos da curva, normalmente a origem e cerca

de 0,4 fcmódulo tangente em um ponto especificado, dentro do limite elástico

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Quando não forem feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto usado na idade de 28 d, pode-se estimar o valor do módulo de elasticidade usando a expressão:

)(5600 MPafckEci

Coeficiente de Poisson (n)

é a razão entre a deformação específica lateral e longitudinal

long

transv

Def

Def

Concreto n = 0,2

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Deformações causadas pela ação de cargas

Deformação imediata (Ei)

Deformação lenta (El)

e

Tempot0

El

Ei

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Deformação lenta

s

ee1 eer ee

et

eer - Deformação elástica retardada

eT - Deformação total

e1 - Fluência

ee - Deformação elástica inicial

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Deformação lenta

Deformação elástica retardada Desaparece com a retirada do carregamento, não imediatamente como a

deformação elástica, e sim depois de algum tempo após o descarregamento.

Fluência: É a deformação que não desaparece com a retirada do carregamento, nem com o

passar do tempo. A deformação lenta diminui o efeito de esforços de sujeição (recalques de apoio,

retração, protensão), sendo favorável no caso de esforços indesejáveis, porém desfavorável no caso de esforços desejáveis - protensão.

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Exercícios1) Por que se comportam de formas diferentes o aço e o concreto no caso de altas temperaturas?

2) Quais as tonalidades que apresentam as superfícies de peças de concreto em função da temperatura de um incêndio?

3) Explicar quais as vantagens e características da utilização de concretos de alta densidade para instalações que operem processos físicos acompanhados de produção de radiações e partículas elementares de alta energia, aparelhos de raio X etc?

4) Quais os cuidados e recomendações para que se possa melhorar a adesividade entre superfícies de concreto e:

A- revestimentos de argamassa de cal e areia

B-revestimento de argamassa de cimento e areia

C- pinturas

D- concreto novo

5) Quanto a durabilidade de elementos construtivos de concreto simples, quais agentes agressivos mais comuns e como processam os ataques?

6) Qual a influência da permeabilidade na durabilidade dos concretos, e como melhorar suas características quanto a esta permeabilidade?

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Exercícios7) Determinar a resistência a compressão ( fcj ) em MPa dos concretos abaixo:

Amostra Nº 1-

Dados:

Força – 25 t

Área do testemunho – 176 cm2

Amostra Nº 2-

Dados:

Força – 45,2 KN

Área do testemunho – 100 cm2

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Exercícios7) Determinar para os ensaios abaixo:

A- a resistência característica à compressão ( fck )

B- a resistência característica a tração (ftk)

C - o módulo de deformação longitudinal à compressão Ec28 estimando o fc28 através do fck

Resistência à compressão obtida no ensaio (fc28) (Mpa)

20,4

18,3

18,8

20,1

18,5

17,5

17,1

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