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ENGENHARIA CIVIL

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ENGENHARIA CIVIL

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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 d’água

  9. AGLOMERANTES • GESSO • produto da desidratação (calcinação) • parcial ou total da gipsita • sulfato de cálcio dihidratado (CaSO4.2H2O) • mais ou menos impuro • encontrado livre na natureza

  10. AGLOMERANTES • GESSO • temperatura aumentada gradualmente • água de cristalização evapora • temperatura entre 110o C e 160o C • sulfato hidratado -> hemi-hidratado • CaSO4 . ½ H2O • t > 205o C • o gesso de torna anidro (CaSO4)

  11. AGLOMERANTES • GESSO • endurecimento do gesso - processo inverso • hidratação: CaSO4.2H2O (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 (CaCO3) • pedra de cal, calcário sedimentário amorfo • transformação do carbonato em óxido

  13. AGLOMERANTES • CAL • calcinação do calcário em fornos • temperatura entre 900 e 1200o C • reação endotérmica: • CaCO3 + calor  CaO + CO2 • 56% de CaO (cal virgem) e 44% de CO2

  14. AGLOMERANTES • CAL • Objetivos da calcinação • evapora a água da matéria-prima • aquece o calcário até a temperatura requerida • expele o CO2, 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 + H2O  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 + CO2 CaCO3 + H2O • 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 deconstituição da argila

  20. AGLOMERANTES • OBTENÇÃO • 700oC: reações químicas • componentes no estado sólido • silicatos e aluminatos • 1.250o 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 • 1824 - 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

  27. AGLOMERANTES

  28. AGLOMERANTES CIMENTO – COMPOSIÇÃO QUÍMICA • silício (Si)sílica (SiO2) • alumínio (Al) alumina (Al2O3) • ferro (Fe) óxido de ferro (Fe2O3) • cálcio (Ca) cal (CaO) • magnésio(Mg) magnésia (MgO)

  29. AGLOMERANTES CIMENTO – MATÉRIA-PRIMA • Calcário (~76%)  CaO + CO2 • Argila (~24%)  SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 + H2O • CaO ...... C • SiO2 ....... S • Al2O3 ..... A • Fe2O3 ..... F

  30. AGLOMERANTES CIMENTO - COMPOSIÇÃO DO CLÍNQUER • 3 CaO.SiO2 ................... C3S (40-70%) • silicato tricálcico: resistência nos primeiros dias • 2 CaO.SiO2 ................... C2S (10-40%) • silicato dicálcico:aumento gradativo da resistência • 3 CaO.Al2O3 ................. C3A (5-15%) • 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 ...... C4AF (5-10%)

  31. AGLOMERANTES CIMENTO Pega Endurecimento fenômeno químico fenômeno físico constituiçãoalterada sem alteração gelinização evaporação da água desprendimento de calor secagem reações cristaisentrelaçados

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

  45. Figua 2

  46. 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

  47. 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

  48. 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).

  49. 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.