Guia Mangá Concreto

Guia Mangá

Concreto Autor: Tetsuya Ishida Arte: Haruo • Produção: TREND-PRO Co., Ltd

novatec

Original Japanese edition Manga de Wakaru Concrete by Tetsuya Ishida and TREND-PRO Co., Ltd. Copyright © 2011 by Tetsuya Ishida and TREND-PRO Co., Ltd. Published by Ohmsha, Ltd. Portuguese language edition copyright © 2016 by Tetsuya Ishida and TREND-PRO Co., Ltd. Published by Novatec Editora Ltda.

Translation rights arranged with Ohmsha, Ltd. Publicação original japonesa Manga de Wakaru Concrete por Tetsuya Ishida e TREND-PRO Co., Ltd. Copyright © 2011 por Tetsuya Ishida e TREND-PRO Co., Ltd. Publicado pela Ohmsha, Ltd. Edição em português copyright © 2016 por Tetsuya Ishida e TREND-PRO Co., Ltd. Publicado pela Novatec Editora Ltda.

Direitos de tradução negociados com a Ohmsha, Ltd. Copyright © 2016 da Novatec Editora Ltda.

Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da editora.

Editor: Rubens Prates Ilustração: Haruo Tradução: Ivan Luis Lopes Revisão gramatical: Priscila A. Yoshimatsu Assistente editorial: Priscila A. Yoshimatsu Editoração eletrônica: Camila Kuwabata e Carolina Kuwabata ISBN: 978-85-7522-522-6 Histórico de impressões: Setembro/2016

Primeira edição

NOVATEC EDITORA LTDA. Rua Luís Antônio dos Santos 110 02460-000 – São Paulo, SP – Brasil Tel.: +55 11 2959-6529 E-mail: novatec@novatec.com.br Site: www.novatec.com.br Twitter: twitter.com/novateceditora Facebook: facebook.com/novatec LinkedIn: linkedin.com/in/novatec

Capítulo 1 O que é concreto?

1

O concreto é feito de quê?

2

Agregados

3

Cimento

4

Concreto, uma presença próxima Material complementar O concreto O concreto que marca o tempo Dosagem (traço) do concreto Vantagens e desvantagens do concreto Características mecânicas do concreto Concreto, um conjunto de partículas Agregados O cimento Portland

tu-tum

Desculpe-me!

Esperou muito?

tu-tum

Não!

Eu também acabei de chegar!

Na verdade faz uma hora...

Então vamos?

Sim!!

Se bem que a ponte Hijiri-bashi é logo ali...

Esta ponte... foi projetada por Katsutake Naruse, formado em engenharia civil pela Universidade de Tóquio, e Mamoru yamada, formado em arquitetura pela mesma universidade.

Ela foi concluída em 1927 como uma das pontes do plano de reconstrução da capital, após o grande terremoto de Kanto, né?

Nossa, como você conhece bem!

Eu estudei um pouquinho sobre a ponte antes de vir.

Capítulo 1 O que é concreto?

11

Se bem que, naquela época, não dava pra ter essa mesma vista de cima da ponte.

A ponte de concreto em arco, com aproximadamente 92 m de comprimento, se mistura bem com a linda paisagem, né...?

haha, realmente.

1) O concreto é feito de quê?

Sunahara,

você sabe do que é feito o concreto?

Hein? beeem...

Não sei, será que você pode começar me ensinando daí?

12

O concreto é feito de materiais como areia e brita, chamados agregados, e de uma pasta que une esses agregados.

Essa pasta é uma mistura de cimento com água.

Isso mesmo.

Entendi... é fácil confundir cimento e concreto, mas o cimento é um ingrediente do concreto, né?

*Para saber mais sobre argamassas, consulte a página 33.

Logo que os ingredientes são misturados, o concreto está mole e pode ser moldado livremente, por isso é possível construir no formato imaginado pelos projetistas.

Capítulo 1 O que é concreto?

13

Quando o concreto está mole é chamado de concreto fresco.

Alguns também chamam de cimento fresco.

vu

p

p

vu

Às vezes os gatos acabam deixando pegadas nele, né...

os ingredientes do concreto colocado em um molde vão crescendo com o tempo.

hehehe! é mesmo.

Ou seja, eles vão se tornando cada vez mais duros, e a força aumenta cada vez mais.

Depois de ficar bem endurecido, o concreto sofre diversas ações do meio ambiente por um longo período. Com isso ele se enfraquece gradualmente, seu desempenho diminui e ele vai se deteriorando.

Uugh...

é um material vivo no qual o desempenho varia com o tempo.

14

Se cuidarmos com carinho, o concreto crescerá de maneira formidável.

mas, se formos irresponsáveis, acabamos obtendo um resultado de baixa qualidade.

é uma linda criança...

ai ai...

Linda...?

o fato de termos que controlar as mudanças com o passar do tempo é uma peculiaridade do concreto que não encontramos em nenhum outro produto industrializado.

A proporção de água, cimento, brita e areia que compõe o concreto é chamada de dosagem ou traço.

Sim!

São dois termos que se referem à mesma coisa?

Existe um processo chamado cálculo da dosagem (traço) do concreto.

Ele define a proporção de água, cimento, areia e brita para produzir um concreto fluido e resistente à separação dos materiais durante a aplicação, e que tenha ainda a força e a durabilidade que se espera de um material estrutural.

Cálculo da dosagem do concreto...

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normalmente O tempo de utilização do concreto é muito longo.

então, é necessário escolher materiais adequados que aguentem esse período e decidir a sua proporção corretamente.

Quer dizer que não podemos escolher nem misturar os ingredientes de qualquer jeito, né?

Todos os concretos parecem iguais, mas na verdade têm diferentes qualidades e desempenho, que variam conforme a sua utilidade.

Se expressarmos a proporção do volume dos ingredientes em porcentagem, teremos este gráfico.

Os agregados (areia e a brita) ocupam quase 80% do total...

Os agregados são a fonte de força e estabilidade do concreto, e representam o seu esqueleto.

A pasta formada pelo cimento e pela água funciona como uma cola que une os ossos.

A pasta tem forte alcalinidade, com pH entre 12 e 13, por conter água em sua composição. glub

Além disso, é sensível às mudanças de temperatura e umidade ao redor.

glub

é possível controlar a força e a durabilidade da pasta adaptando a proporção de água e cimento.

18

Exatamente.

Então, se a proporção de cimento aumentar, a densidade da cola aumenta, e a força e a durabilidade também?

Mas, ao fazer isso, todo o concreto se torna mais duro, e o trabalho de construção fica mais difícil.

não consigo

me mexer!

O equilíbrio é importante...

2) Agregados

Os agregados são divididos conforme seu tamanho: a areia, de 0,15 a 5 mm, é um agregado miúdo, e a brita, com mais de 5 mm, é um agregado graúdo.

As propriedades dos agregados influenciam muito as características do concreto em si.

Temos os agregados naturais e os agregados artificiais.

Na prática, existem quais tipos de agregados?

Os agregados naturais, como o nome diz, são materiais retirados da natureza sem modificação (como a areia e os seixos extraídos dos rios) ou de regiões montanhosas, que se erguem do leito dos rios, do continente, da foz dos rios ou do mar.

Atualmente, devido a questões ambientais, tem sido difícil obter agregados naturais, então são usados os agregados artificiais, produzidos pela quebra de rochas das montanhas.

Embora sejam chamadas de agregados artificiais, a brita e a areia produzida pelo britamento são, originalmente, materiais encontrados na natureza, não é?

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Além disso, está sendo testado o uso de agregados reciclados, que são os agregados retirados do concreto descartado.

Então os agregados também entraram na era da consciência ecológica...

Conforme o tipo de agregado, as características físicas, como formato e força,

e as características químicas, como reação à alcalinidade e à acidez, mudam. Por isso, é necessário pensar bem sobre que tipo de efeito o concreto terá quando estiver pronto.

Capítulo 1 O que é concreto?

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3) Cimento

Agora, vamos falar sobre o cimento.

Ele endurece por meio de uma reação química conhecida como hidratação, que ocorre em contato com a água. Definitivamente ele não endurece por meio da secagem, embora esse mal entendido ocorra com frequência.

Ah! Sério?!

O cimento é oficialmente conhecido como cimento Portland.

Em sua composição há principalmente cálcio (Ca), silício (Si), alumínio (Al), ferro (Fe), entre outros elementos.

Essa composição não lembra alguma outra coisa?

Hum... Não consigo me lembrar...

Se retirarmos o cálcio, a proporção ficará parecida com a composição da crosta terrestre.

Ah...! É mesmo!!

Ou seja, ele é totalmente produzido com elementos encontrados na superfície da Terra e tem baixa regionalização, ao contrário de recursos como petróleo, metais e elementos raros. .

Por isso, o cimento é produzido em grande quantidade em toda parte e auxilia a vida de todas as civilizações do planeta, sendo utilizado na construção de obras de infraestrutura e edifícios.

Exatamente!!

E como o cimento é produzido?

O calcário, a sílica e a argila, que são as matérias-primas, são triturados até se tornarem um pó fino e, depois, colocados em um forno à temperatura de 1450°, de onde se obtém um produto calcinado chamado clínquer.

o clínquer reunido é resfriado rapidamente (com o uso de um dispositivo de resfriamento), misturado com gipsita e moído, dando origem ao cimento.

Puxa!

Ainda como matéria-prima do cimento, também podem ser utilizadas as cinzas volantes, emitidas pelas usinas termoelétricas a carvão, e os resíduos conhecidos como escória de alto-forno, criados na fabricação de produtos de aço, contribuindo para o reaproveitamento dos resíduos industriais.

Ohhh...

Atualmente também existe o cimento ecológico, que utiliza as cinzas resultantes da incineração do lixo urbano como matéria-prima.

Ele reúne diversas tecnologias e tem uma eficiência que não deixa a desejar em comparação aos cimentos produzidos com materiais virgens.

É uma tecnologia de ponta desenvolvida no Japão.

Ah! isso é mesmo incrível!

4) Concreto, uma presença próxima O concreto está presente ao nosso redor, nas obras de engenharia, como pontes, túneis, represas, diques, e também em casas, arranha-céus etc.

Podemos encontrar estruturas feitas de concreto em toda parte.

Capítulo 1 O que é concreto?

25

Tem razão.

Acho que a nossa vida não seria possível sem o concreto...

Depois da água, é o recurso mais utilizado no mundo. Podemos pensar em algumas razões para isso.

O fato de poder ser produzido com recursos existentes em toda parte... ... O fato de reaproveitar elementos que existem na natureza...

... E, ainda, o fato de ser um recurso muito barato, custando menos de R$ 0,50 por litro.

O cimento é perfeito como material de construção, né?

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Porém, o desempenho e a qualidade do concreto mudam bastante conforme o projeto e a construção.

Hum... isso porque, embora seja composto por materiais simples, como água, cimento, areia e brita, sua qualidade muda muito conforme a dosagem, a maneira de misturar e o método de construção, né...

E, ainda, é difícil dizer se o concreto está bom ou ruim apenas pela aparência...

é mesmo...

Como será que podemos produzir um concreto bonito, resistente e duradouro?

E por que será que existe essa diferença de qualidade?

Qual seria a nova matéria-prima para o concreto, que até então não existia?

h!

aaa

Ainda Tem tanta coisa que quero falar...!!

Ah! hahaha!

Se é assim, que tal você me falar sobre isso em outra oportunidade?

desculpe, eu me empolguei e acabei falando demais sem perceber...

não precisa se desculpar. foi divertido!

então, vamos voltar pra estação, observar a ponte Hijiri-bashi da plataforma e voltar pra casa!

Hein?! ahh... Certo.

Vup

aconteceu alguma coisa?

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Já que estamos aqui, queria beber alguma coisa com ela...

nã... não é nada!

bem, deixa pra lá!

Olhando assim, de baixo, o arco de concreto é lindo, né...?

mas você é muito mais linda...!

Capítulo 1 O que é concreto?

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Por enquanto tenho qualificações de engenheira-chefe na área de concreto, consultora em concreto e técnica em engenharia civil.

você realmente sabe muito sobre concreto, né?

Nossa...!

é porque gosto muito!

Pra obter essas qualificações não é necessário comprovar experiência prática...? isso quer dizer que a Cybil é uma profissional?!

vamos sair de novo outro dia!!!

C-Claro!

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Material complementar O concreto O concreto é o material de construção mais amplamente utilizado no mundo, produzido com a mistura de água, cimento, agregados miúdos (areia) e agregados graúdos (brita). Há o concreto preparado no local da construção (concreto misturado em campo), o entregue pela usina de concreto em forma de concreto fresco no canteiro de obras em que será utilizado (concreto pré-misturado) e também aquele produzido em forma de peças de concreto nas fábricas do setor secundário.

A instalação que prepara o concreto próximo ao local da construção se chama central misturadora de concreto. É composta pelos silos que armazenam os materiais, pelas instalações de dosagem desses materiais e pelos misturadores. Quando será utilizado um grande volume de concreto (como na construção de barragens de gravidade), instala-se uma central misturadora para produzir o concreto, pois é mais econômico, visto que elimina o custo do transporte.

Quando o concreto começou a ser utilizado, o tipo mais comum era o concreto preparado no local da construção. Porém, com o desenvolvimento das betoneiras, tornou-se possível transportar concreto com qualidade estável. Assim, a partir de 1955, ampliou-se o uso do concreto fresco no Japão. Para ser exato, o volume de produção do concreto fresco (chamado de concreto pré-misturado) aumentou rapidamente após a guerra, acompanhando a forte demanda do período de alto crescimento econômico. Mesmo que não se construa uma central para preparar concreto no canteiro de obras, como o concreto fresco pode ser solicitado e recebido com apenas um telefonema, ele é amplamente utilizado. Sua quantidade produzida e enviada para canteiros de obras em 2009 foi de aproximadamente 86 milhões de metros cúbicos. Porém, visto que a maior quantidade de concreto fresco produzido e enviado já registrada no passado foi de quase 198 milhões de metros cúbicos, em 1990, percebemos que a quantidade caiu para menos da metade, em comparação com o pico.

Produtos pré-moldados se referem a peças de concreto produzidas em fábricas especializadas chamadas fábricas do setor secundário. Segmentos utilizados na construção de túneis (veja o Capítulo 3), pisos pré-moldados (veja o Capítulo 6), além de caixas de bueiros, muros de contenção e postes de energia elétrica são fabricados como produtos pré-moldados. Por serem produzidos em fábricas, oferecem as vantagens de um processo de produção facilmente controlado, gerando um concreto de qualidade estável.

O concreto que marca o tempo Como o concreto fica mole logo após a mistura dos materiais, é possível moldá-lo em diferentes formas ao utilizá-lo para preencher moldes predeterminados. O concreto mole, antes de endurecer, chama-se concreto fresco. O ato de preencher um molde com concreto se chama “aplicação”, e a reação química entre o cimento e a água (hidratação) prossegue gradualmente por algumas Capítulo 1 O que é concreto?

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horas após a aplicação, de modo que o concreto vai endurecendo. Nesse momento, sua resistência aumenta com a força de ligação do cimento, obtida pela reação química, ao mesmo tempo que sua densidade aumenta. No caso do concreto genérico, cerca de 70 a 80% da hidratação é completada após quatro semanas. Assim como a infância e a juventude exercem forte influência no crescimento dos seres humanos, a qualidade do concreto também varia conforme o seu amadurecimento durante o período de pouco menos de um mês após a sua aplicação. Assegurar o amadurecimento correto (cura ou endurecimento) do concreto é determinante para uma vida longa (se ele terá muita durabilidade ou se será danificado rapidamente). Não se trata apenas de misturar os materiais escolhidos e aplicar; depois disso também é necessário fazer o concreto se desenvolver com cuidado. As qualidades e o desempenho dos materiais mudam com o tempo, desde o concreto fresco e mole, seguindo para um material resistente com a formação de uma estrutura firme, até a condição em que se danifica gradualmente dada a utilização contínua ao longo dos anos (Figura 1.1). Podemos dizer que o concreto marca a passagem do tempo, característica esta que não existe em outros produtos industrializados.

Ciclo de vida das estruturas de concreto

Tempo (dias) 10-1

100

Início da cura

10¹

10²

10³

Aquecimento/ deformações iniciais

104

Corrosão, neutralização, lixiviação e decomposição

Efeitos do meio ambiente

Fissuras

Efeitos da carga

Figura 1.1 – A “vida” do concreto.

Dosagem (traço) do concreto As características do concreto são definidas pela proporção de água, cimento, areia, brita e ar.

Essa proporção é conhecida como dosagem, ou traço, e a operação que define essa proporção se chama cálculo da dosagem (traço). É importante realizar o cálculo da dosagem considerando tanto o desempenho desejado no concreto fresco quanto o desejado no concreto curado. Nesse momento, é importante considerar não apenas um desempenho, mas realizar o cálculo de modo a obter diversos desempenhos. Às vezes, é necessário calcular uma dosagem que satisfaça, ao mesmo tempo, desempenhos opostos do concreto (para o caso de ele poder ser utilizado em determinada situação, mas não em outra). A habilidade dos técnicos em concreto é posta à prova especialmente quando nos deparamos com uma situação dessas. É muito importante realizar o cálculo da dosagem pensando na fluidez e na resistência à segregação, ao mesmo tempo que 32

se garante a resistência necessária à estrutura, além da durabilidade que impedirá o avanço da deterioração no ambiente em que o concreto será utilizado.

A dosagem é representada pela massa (volume unitário) por m³ (Tabela 1.1). Particularmente, os volumes de água e cimento exercem grande influência nas características e no valor do concreto.

A quantidade de água se chama “volume unitário de água”, e a de cimento, “volume unitário de cimento”. Como são termos bastante empregados na área, é recomendável memorizá-los.

Tabela 1.1 – Exemplo de dosagem (traço) do concreto Volume unitário (kg/m³)

Relação água/cimento (% da massa)

Volume de ar (%)

Água

Cimento

Agregados miúdos

Agregados graúdos

52,1

4

150

288

832

1.040

A água e o cimento misturados formam a pasta de cimento; os agregados miúdos adicionados à pasta de cimento formam a argamassa; e os agregados graúdos acrescentados na argamassa formam o concreto. A relação água/cimento indicada na Tabela 1.1 representa a quantidade de água e cimento que compõe a pasta de cimento e é o indicador mais importante, estando diretamente ligado à resistência e à durabilidade do concreto. Quanto menor a relação água/ cimento, maior será a densidade do cimento na pasta, e a resistência e a durabilidade aumentarão juntos. O volume de ar indica a porcentagem de ar contida no concreto. Neste contexto, a palavra ar refere-se a bolhas de ar independentes de diâmetro, variando de algumas dezenas a 200 μm (micrômetros: 0,2 mm). Podemos controlar a quantidade de bolhas de ar levadas para o interior do concreto com o uso de um aditivo (produto químico) chamado agente incorporador de ar. É possível aumentar a durabilidade do concreto (especialmente sua resistência a danos por congelamento) com a presença de bolhas de ar independentes. No entanto, se o concreto contiver ar em excesso, sua força diminuirá. Em geral, o volume de ar é definido na faixa de 4 a 7%.

Vantagens e desvantagens do concreto Bem, aqui tentaremos organizar as características do concreto. Algumas das vantagens são: • É barato • Pode ser moldado livremente • Tem alta durabilidade e resistência a fogo Por outro lado, algumas desvantagens que podemos citar são: • É pesado • Não pode ser demolido facilmente • É resistente à retração, mas fraco contra tensão • Suas fissuras são difíceis de ser eliminadas completamente • O desempenho das estruturas (especialmente a durabilidade) é muito influenciado pela qualidade da construção

Capítulo 1 O que é concreto?

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Assim como em qualquer situação da vida, no concreto as desvantagens também podem se tornar vantagens e vice-versa. Classifiquei o peso como desvantagem, mas, em estruturas que resistem à pressão da água com o peso do concreto (como as barragens de gravidade), o peso do concreto passa a ser uma vantagem. No caso de superestruturas de edifícios ou pontes (como as colunas), é possível construir uma estrutura econômica utilizando materiais mais leves e que tenham a mesma força, mas em uma estrutura mais robusta e estável é desejável um material mais pesado.

A densidade (peso) do concreto varia de acordo com a densidade dos materiais constituintes e da dosagem do concreto, mas em geral seu peso é de aproximadamente 2,3 t por m³. Como o peso do concreto muda conforme a densidade dos agregados (areia e brita), que preenchem a maior parte do volume no interior do concreto, são implementados materiais como o concreto leve, que tem seu peso reduzido com o uso dos chamados agregados leves.

Características mecânicas do concreto A resistência à retração mais amplamente utilizada em geral tem entre 20 e 40 MPa. Nos últimos anos, um concreto com resistência extremamente alta, da ordem de 200 MPa, também passou a ser utilizado. 200 MPa significa que um concreto de 1 cm² pode suportar até 2 t. Esse concreto super-resistente é utilizado em estruturas de concreto armado de arranha-céus. Nesse tipo de estrutura, como o peso do edifício é maior, a pressão sobre as colunas também é maior, e são necessárias colunas mais grossas, de modo que o tamanho dos apartamentos acaba sendo reduzido. Por esses motivos, o concreto de resistência extremamente alta passou a ser utilizado na construção dos arranha-céus. Por outro lado, sua resistência à tensão é fraca se comparada à resistência à retração, de modo que o concreto é danificado com cerca de 1/10 da força. Portanto, o concreto armado surgiu da união do concreto, que é resistente à retração, com um reforço (vergalhão) resistente à tensão, tirando proveito do ponto forte de cada um. Há várias teorias a respeito de quem teria inventado o concreto armado, mas a que mais se destaca indica que um jardineiro francês construiu um vaso inserindo arames na argamassa. Além disso, sabe-se desde a antiguidade que a resistência à retração do concreto tem uma relação inversamente proporcional à quantidade de água e cimento (relação água/cimento). Por exemplo, no início da década de 1920, nos Estados Unidos, o Dr. D. A. Abrams descobriu que existia uma relação entre a resistência do concreto e a proporção de água e publicou um artigo na revista do Instituto de Concreto.1 Recentemente, tem sido proposto um modelo de previsão de alta precisão da resistência por meio da relação entre a complexa hidratação do cimento e a delicada estrutura do concreto.

Concreto, um conjunto de partículas Bem, agora vamos mudar um pouco o modo de ver a Tabela 1.1 e verificar a proporção do volume ocupado por cada material. Para facilitar, vamos definir a densidade da água como 1 g/cm³, a do cimento como 3,2 g/cm³ e a dos agregados miúdos e graúdos como 2,6 g/cm³. Já que o volume pode ser calculado dividindo-se a massa pela densidade, quando a tabela representa a dosagem pela proporção de volumes, ela se torna a Tabela 1.2.

1 BRAMS, D. A. Proportioning Concrete Mixtures. ACI Journal, V. 18 (2), 174-181, 1922.

34

Tabela 1.2 – Dosagem (traço) do concreto representada pela proporção de volumes Volume unitário (ℓ//m³)

Relação água/cimento (% do volume)

Volume de ar (%)

Água

Cimento

Agregados miúdos

Agregados graúdos

167

4

150

90

320

400

Conforme indicado na Tabela 1.2, o volume total de agregados, somando miúdos e graúdos, é de 720 ℓ a cada m³, ou seja, os agregados ocupam 72% do volume total. No concreto utilizado normalmente, é comum o total de agregados ocupar entre 70 e 80% do volume, mas essa quantidade pode variar de acordo com o tipo de concreto. No caso do concreto autoadensável (concreto de alta fluidez), apresentado no Capítulo 3, como desejamos evitar que os agregados entrem em contato uns com os outros (que se liguem uns aos outros), a quantidade de agregados é um pouco menor que a do concreto comum. Além disso, nos casos em que se deseja diminuir o calor gerado pela hidratação ou a retração causada pela secagem, é recomendável um concreto com menos cimento e mais agregados, que são a fonte de estabilidade, tanto quanto possível.

Aqui, no caso de aumentarmos a quantidade de agregados, quanto será que podemos colocar?

Vamos pensar um pouco.

Uma propriedade física essencial ao considerarmos essa questão é a “proporção de volume real” dos agregados. Ela é a proporção de volume em que é possível adensar após maximizar a quantidade de agregados no espaço livre. No caso de partículas esféricas, como pequenas bolas, a proporção de volume real é 74% (estrutura compacta). A proporção de volume real varia conforme o tamanho (distribuição do diâmetro) e a geometria das partículas. Agora, considere um conjunto de partículas grandes e pequenas, que são os agregados graúdos e miúdos. Para facilitar, vamos considerar a proporção de volume real dos agregados miúdos (Slim) e graúdos (Glim) como 60%. A princípio, preencha bem o espaço com agregados graúdos, até que não seja possível colocar mais (Figura 1.2). Nessa situação, a porcentagem do volume que não está ocupada por agregados (porosidade) pode ser encontrada por meio da definição (1,0 – Glim). Como a proporção de volume real é 60%, a porosidade é 40%. Em seguida, com o espaço totalmente preenchido por agregados graúdos, vamos colocar os agregados miúdos. Já que o espaço que pode ser preenchido por agregados miúdos é aquele em que os agregados graúdos não entraram (ou seja, os poros), ele representa a parte (1,0 – Glim). Portanto, a porcentagem do volume que pode ser preenchido pelos agregados miúdos é (1,0 – Glim) · Slim. Nesse caso em que preenchemos o espaço com o máximo de agregados graúdos e miúdos desde o princípio, o volume pode ser encontrado por: Glim + (1,0 − Glim) · Slim = 0,6 + 0,4 × 0,6 = 0,84 (84%) No sistema de mistura de duas fases, composto de agregados graúdos e miúdos, percebemos que os sólidos são adensados de maneira mais eficiente, se comparado com o sistema composto apenas por agregados graúdos ou apenas por miúdos. Neste caso, não é possível preencher mais do que 60% com agregados, enquanto no caso em que são utilizados ambos os tipos, é possível aumentar a proporção do seu volume até 84%. O significado desse cálculo é mostrar que o ajuste correto do tamanho das partículas dos agregados e a disposição eficiente de partículas pequenas e grandes são importantes para a criação de um concreto sólido e de boa qualidade.

Capítulo 1 O que é concreto?

35

Primeiro, preenche-se com o agregado graúdo

Depois, insere-se o agregado miúdo

Figura 1.2 – Fração máxima de volume de preenchimento com agregados graúdos e miúdos.

Agregados De modo geral, os agregados podem ser divididos em agregados naturais e artificiais. Os agregados naturais, como o nome indica, são aqueles retirados da natureza, como areia e pedras dos rios ou das montanhas, protuberâncias de terra que se erguem do leito dos rios, areia de delta de rios ou do mar etc. Recentemente, tornou-se difícil obter agregados naturais devido a questões ambientais, por isso os agregados artificiais, como a areia e a brita produzida pela quebra de rochas de montanhas, estão sendo muito utilizados. Além disso, existem os chamados agregados leves artificiais, usados para produzir o concreto leve. Esses agregados são produzidos artificialmente pela queima do xisto expandido. A densidade dos agregados comuns é cerca de 2,6, mas a do agregado leve artificial é da ordem de 1,3 a 1,7, por isso é possível diminuir o peso do próprio concreto.

Bem, o fato de os agregados serem classificados, conforme o seu tamanho, em agregados miúdos (grãos de areia de 0,15 a 5 mm) e agregados graúdos (britas com mais de 5 mm) já foi mencionado no mangá. Agora vamos descobrir qual o tamanho dos agregados graúdos utilizados. Quando a seção transversal da estrutura de concreto é pequena, não é possível aplicar o concreto corretamente se utilizarmos agregados muito grandes. Além disso, quando são instalados vergalhões, se os agregados graúdos forem maiores que o espaço entre os vergalhões, o preenchimento com concreto não será feito adequadamente. Portanto, segundo a norma sobre concretos da Sociedade Japonesa de Engenheiros Civis, a medida máxima do agregado graúdo deve ser menor que 1/5 da menor medida da peça e menor que 3/4 do espaço entre vergalhões. De modo geral, agregados graúdos com tamanho máximo de 25 mm ou 20 mm são amplamente utilizados. Além disso, nos casos em que a seção transversal é grande, como na barragem de gravidade, são utilizados agregados graúdos grandes, com medida máxima entre 80 e 150 mm.

Como os agregados são um dos principais elementos, correspondendo a cerca de 80% do volume do concreto, suas características, como resistência, dureza (coeficiente de elasticidade), absorção de água, formato e tamanho das partículas e estabilidade química, exercem um impacto significativo sobre a natureza do concreto. É preciso estar atento, pois, conforme essas características, podem surgir diferenças nas propriedades iniciais do concreto fresco, na retração devido à secagem e também na durabilidade. Ainda, é importante ter em mente que as características dos agregados podem mudar conforme a região e o local de onde são retirados.

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O cimento Portland O cimento, uma das matérias-primas do concreto, é chamado oficialmente de cimento Portland.

O nome “Portland” surgiu da sua cor e dureza, que após a cura se assemelham às de uma pedra encontrada em Cabo Portland, na Inglaterra. Além disso, um inglês chamado Joseph Aspdin patenteou a produção do cimento Portland em 1824. O Japão possui minas em todo o país, e conta com calcário de alta pureza e qualidade; pode-se dizer que é uma região abençoada com recursos, mesmo em comparação com outras partes do mundo, portanto o país é 100% autossuficiente em matérias-primas para produção de cimento.

Menos de 200 anos se passaram desde que o cimento Portland, um material prático e barato, foi inventado. Até hoje, inúmeros edifícios e infraestruturas foram construídos com cimento e concreto. Agora, daremos uma olhada nos dados que indicam o consumo anual de cimento. A Figura 1.3 mostra as mudanças no consumo de cimento per capita no Japão, Cingapura, Coreia do Sul, Tailândia e China no período de 1950 a 2005. Você verá alguns pontos interessantes nestas estatísticas.

Consumo de cimento per capita (kg)

10.000 Singapura 1.000 Japão Tailândia

Coreia do Sul

100

China 10

1950

1960

1970

1980

1990

2000

2010 Ano

Figura 1.3 – Consumo de cimento per capita2. (Cedida pelo Dr. Masahiro Ouchi, Universidade de Tecnologia Kochi.)

O ponto indicado pelo Dr. Ouchi, da Universidade de Tecnologia Kochi, que realizou diversas análises utilizando os dados estatísticos de consumo de cimento, é que esse consumo pode ser convertido, de modo geral, no volume da produção de concreto. No caso do concreto comum, de acordo com a fórmula indicada na Tabela 1.1, é possível estimar a quantidade aproximada de concreto produzido e utilizado, supondo que sejam utilizados aproximadamente 300 kg de cimento para cada m³. Como o concreto é destinado a edifícios e projetos de infraestrutura social, como estradas, ferrovias, represas, portos e barragens, a quantidade total de cimento consumida anualmente (fluxo) pode ser considerada, em termos gerais, igual à quantidade de edifícios e projetos de infraestrutura construídos (estoque).

Se observarmos os dados japoneses, percebemos que houve um aumento quase linear entre 1950 e 1970. Como o eixo vertical é uma escala logarítmica, isso significa que não está aumentando 2 OUCHI, Masahiro. Ajia shokoku wa nan nen mae no Nihon? Doboku Gakkaishi, Vol. 92, nº 5, 58-59, 2007.5.

Capítulo 1 O que é concreto?

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proporcionalmente, mas sim exponencialmente. Em outras palavras, a cada ano o consumo de cimento cresceu quase na mesma taxa (mais de 10%). O consumo per capita de cimento seguiu aumentando até atingir, no início de 1970, quase 20 vezes o seu valor em 1950. Depois disso, aumentou ou diminuiu um pouco a cada ano, mas o consumo de cerca de 400 a 600 kg de cimento per capita continua. Como resultado da evolução do país, observamos que, mesmo após o estoque de edifícios e projetos de infraestrutura social ter alcançado um determinado montante, supõe-se que os edifícios e projetos são destruídos e reproduzidos de forma sustentável e contínua, a fim de colaborar com a nossa vida civilizada. Mudando um pouco de assunto, a questão fundamental “O que é a vida?” é discutida no livro Equilíbrio dinâmico (Doteki heiko, no original), de Shin’ichi Fukuoka, famoso na área de biologia molecular. De acordo com Fukuoka, o fato de que “à primeira vista, as coisas parecem não mudar, mas, na verdade, elas já estão repetidamente se decompondo e se reproduzindo enquanto se movimentam, reformulando a si mesmas” é a representação da vida. A infraestrutura urbana e social, que sustenta a vida civilizada, também segue se renovando enquanto repete ciclos de destruição e reprodução, assim como os seres humanos. A quantidade necessária para sustentar as atividades no nosso país já amadurecido é de aproximadamente 400 a 600 kg de cimento consumido e 2 m³ de concreto. Para saber qual a situação representada por esses valores, ainda é necessária uma análise futura, mas acredito que este seja um fato muito interessante.

Por outro lado, qual será a tendência em outros lugares? Em países como a Coreia do Sul, Tailândia e China, o consumo de cimento também continua a crescer linearmente. O gráfico do Japão parece mudar um pouco à direita. Existe um intervalo de tempo em que a Coreia do Sul está cerca de 12 anos atrasada, e a China cerca de 30 anos atrasada em relação ao Japão, de modo que o consumo irá crescer e passar para uma fase estável. Parece que os países e as cidades vão se desenvolvendo e crescendo seguindo um processo similar. Atualmente, o Japão está enfrentando problemas relacionados ao envelhecimento de sua população, ao envelhecimento e deterioração de sua infraestrutura e a como realizar a sua manutenção. Olhando para as estatísticas do consumo de cimento, também podemos prever que, no futuro, os países asiáticos enfrentarão os mesmos desafios que o Japão. Se os japoneses, que estão enfrentando esses problemas antes, conseguirem pensar em uma solução rapidamente, isso ajudará não somente o Japão, mas os demais países também. Acredito que os dados estatísticos sobre o cimento podem nos ensinar muitas coisas.

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