Trabalho sobre Cimento Portland da disciplina de materiais de construção apresentado ao Curso de Graduação Engenharia Civil

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Faculdade Pitágoras São Luis - MA Youssef Pereira Baquil

Cimento Portland Suas aplicações em fundações indiretas: métodos e

técnicas de utilização em obras pesadas.

São Luis – MA

2013



Youssef Pereira Baquil

Cimento Portland Suas aplicações em fundações indiretas: métodos e

técnicas de utilização em obras pesadas.

Artigo Científico apresentado ao curso deGraduação em Engenharia Civil daFaculdade Pitágoras – São Luis, comorequisito parcial a obtenção da primeiranota parcial.

Prof.ª Orientadora:

São Luis – MA

2013



Cimento Portland e suas aplicações em fundações indiretas: métodos etécnicas de utilização em obras pesadas

Youssef Pereira Baquil

RESUMO

O trabalho em si trará todas as definições do cimento Portland, classificação e os tipos decimento, explicará suas composições químicas e físicas e principais utilizações, abordaremosas principais aplicações em fundações indiretas e técnicas de utilização em obras pesadas.·.

Palavras-chave: Cimento portland – Escoras – Cravação

ABSTRACT

The work itself will all definitions of Portland cement, classification and types of cement,

explain their chemical compositions and physical and main applications, we discuss themain applications in foundations and indirect techniques used in heavy works

Keywords: Portland cement - Anchors - Spiking

1 Artigo Científico apresentado ao curso de Graduação Engenharia Civil da FaculdadePitágoras – São Luis como requisito parcial para obtenção da primeira nota parcial.2 Profª. Antonio Leite.

São Luis2013



Índice

5. ___________________________________Introdução

5. ___________________________________Cimento Portland definição

6. ___________________________________Classificação

9. ___________________________________Propriedades físicas

9. ___________________________________Propriedades químicas

10. ___________________________________Aplicação em fundaçõesindiretas.

10. ___________________________________Tipos de Fundação.

15. ___________________________________Conclusão

15. ___________________________________Bibliografia



INTRODUÇÃO

Cimento portland é a denominação convencionada mundialmente para omaterial usualmente conhecido na construção civil como cimento.

O cimento portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantesou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmoque seja novamente submetido à ação da água, o cimento portland não sedecompõe mais.

O cimento portland, misturado com água e outros materiais de construção, taiscomo a areia, a pedra britada, o pó-de-pedra, a cal e outros, resulta nosconcretos e nas argamassas usadas na construção de casas, edifícios, pontes,

barragens etc.

As características e propriedades desses concretos e argamassas vãodepender da qualidade e proporções dos materiais com que são compostos.Dentre eles, entretanto, o cimento é o mais ativo, do ponto de vista químico.Pode-se dizer que o cimento é o principal responsável pela transformação damistura dos materiais componentes dos concretos e das argamassas noproduto final desejado (uma laje, uma viga, um revestimento etc.).

CIMENTO PORTLAND DEFINIÇÃO

O cimento é um dos materiais de construção mais utilizados na construçãocivil, por conta da sua larga utilização em diversas fases da construção. Ocimento pertence a classe dos materiais classificados como aglomeranteshidráulicos, esse tipo de material em contato com a água entra em processo

físico-químico, tornando-se um elemento sólido com grande resistência acompressão e resistente a água e a sulfatos. A história do cimento inicia-se noEgito antigo, Grécia e Roma, onde as grandes obras eram construídas com ouso de certas terras de origem vulcânicas, com propriedades de endurecimentosob a ação da água. Os primeiros aglomerantes usados eram compostos decal, areia e cinza vulcânica. O cimento Portland é um aglomerante hidráulicofabricado pela moagem do clínquer, compostos de silicato e cálcio hidráulicos. A denominação "cimento Portland", foi dada em 1824 por Joseph Aspdin, umquímico e construtor britânico. No mesmo ano, ele queimouconjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino.Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura

quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia emágua e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento



Portland , que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades dedurabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.Os silicatos de cálcio são os principais constituintes do cimento Portland, asmatérias primas para a fabricação devem possuir cálcio e sílica em proporçõesadequadas de dosagem. Os materiais que possuem carbonato de cálcio são

encontrados naturalmente em pedra calcária, giz, mármore e conchas do mar,a argila e a dolomita são as principais impurezas.

A ASTM C 150¹ define o cimento Portland como um aglomerante hidráulicoproduzido pala moagem do clínquer, que consiste essencialmente de silicatosde cálcio hidráulicos, usualmente com uma ou mais formas de sulfato de cálciocomo um produto de adição. O clínquer possui um diâmetro médio entre 5 a 25mm. Com o passar do tempo às propriedades físico-químicos do cimentoportland tem evoluído constantemente, inclusiva com o emprego de aditivosque melhoram as características do cimento. Hoje o cimento portland é

normalizado e existem onze tipos no mercado:

* CP I – Cimento portland comum* CP I-S – Cimento portland comum com adição* CP II-E – Cimento portland composto com escória* CP II-Z – Cimento portland composto com pozolana* CP II-F – Cimento portland composto com fíler * CP III – Cimento portland de alto-forno* CP IV – Cimento portland Pozolânico* CP V-ARI – Cimento portland de alta resistência inicial* RS – Cimento Portland Resistente a Sulfatos* BC – Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação* CPB – Cimento Portland Branco

CLASSIFICAÇÃO

Cimento Portland comum (CP-I)

O CP-I, é o tipo mais básico de cimento Portland, indicado para o usoem construções que não requeiram condições especiais e não apresentemambientes desfavoráveis como exposição à águas subterrâneas, esgotos, águado mar ou qualquer outro meio com presença de sulfatos. A única adiçãopresente no CP-I é o gesso (cerca de 3%, que também está presente nosdemais tipos de cimento Portland). O gesso atua como um retardador de pega,evitando a reação imediata da hidratação do cimento. A norma brasileira quetrata deste tipo de cimento é a NBR 5732.·.

Cimento portland comum com adição (CP I-S)



O CP I-S, tem a mesma composição do CP I (clínquer+gesso), porém comadição reduzida de material pozolânico (de 1 a 5% em massa). Este tipo decimento tem menor permeabilidade devido à adição de pozolana. A normabrasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR 5732.

Cimento portland composto com escória (CP II-E)

Os cimentos CP II são ditos compostos pois apresentam, além da suacomposição básica (clínquer+gesso), a adição de outro material. O CP II-E,

contém adição de escória granulada de alto-forno, o que lhe confere apropriedade de baixo calor de hidratação. O CP II-E é composto de 94% à 56%de clínquer+gesso e 6% à 34% de escória, podendo ou não ter adição dematerial carbonático no limite máximo de 10% em massa. O CP II-E, érecomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor moderadamente lento. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é aNBR 11578.

Cimento portland composto com pozolana (CP II-Z)

O CP II-Z contém adição de material pozolânico que varia de 6% à 14% emmassa, o que confere ao cimento menor permeabilidade, sendo idealpara obras subterrâneas, principalmente com presença de água, inclusivemarítimas. O cimento CP II-Z, também pode conter adição de materialcarbonático (fíler) no limite máximo de 10% em massa. A norma brasileira quetrata deste tipo de cimento é a NBR 11578.

Cimento portland composto com pozolana (CP II-F)

O CP II-E é composto de 90% à 94% de clínquer+gesso com adição de 6% a10% de material carbonático (fíler) em massa. Este tipo de cimento érecomendado desde estruturas em concretoarmado até argamassas deassentamento e revestimento, porém não é indicado para aplicação em meiosmuito agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é a NBR11578.

Cimento portland de alto-forno (CP III)

O cimento portland de alto-forno contém adição de escória no teor de 35% a70% em massa, que lhe confere propriedades como; baixo calor de hidratação,



maior impermeabilidade e durabilidade, sendo recomendado tanto para obrasde grande porte e agressividade (barragens, fundações de máquinas, obras emambientes agressivos, tubos e canaletas para condução de líquidos agressivos,esgotos e efluentes industriais, concretos com agregados reativos, obrassubmersas, pavimentação de estradas, pistas de aeroportos, etc) como

também para aplicação geral em argamassas de assentamento e revestimento,estruturas de concreto simples, armado ou protendido, etc. A norma brasileiraque trata deste tipo de cimento é a NBR 5735.

Cimento portland Pozolânico (CP IV)

O cimento portland Pozolânico contém adição de pozolana no teor que varia de15% a 50% em massa. Este alto teor de pozolana confere ao cimento uma altaimpermeabilidade e consequentemente maior durabilidade. O concreto

confeccionado com o CP IV apresenta resistência mecânica à compressãosuperior ao concreto de cimento Portland comum à longo prazo. Éespecialmente indicado em obras expostas à ação de água corrente eambientes agressivos. A norma brasileira que trata deste tipo de cimento é aNBR 5736.

Cimento portland de alta resistência inicial (CP V-ARI)

O CP V-ARI assim como o CP-I não contém adições (porém pode conter até5% em massa de material carbonático). O que o diferencia deste último é

processo de dosagem e produção do clínquer. O CP V-ARI é produzido comum clínquer de dosagem diferenciada de calcário e argila se comparado aosdemais tipos de cimento e com moagem mais fina. Esta diferença de produçãoconfere a este tipo de cimento uma alta resistência inicial do concreto em suasprimeiras idades, podendo atingir 26MPa de resistência à compressão emapenas 1 dia de idade. É recomendado o seu uso, em obras onde sejanecessário a desforma rápida de peças de concreto armado. A norma brasileiraque trata deste tipo de cimento é a NBR 5733.·.

Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS)

Qualquer um dos tipos de cimento Portland anteriormente citados podem ser classificados como resistentes a sulfatos, desde se enquadrem dentro de umadas características abaixo:

* Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adiçõescarbonáticas de no máximo 8% e 5% em massa, respectivamente;

* Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60% e 70% de escóriagranulada de alto-forno, em massa;

* Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de materialpozolânico, em massa;



* Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longaduração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos.

É recomendado para meios agressivos sulfatados, como redes de esgotos deáguas servidas ou industriais, água do mar e em alguns tipos de solos.

PROPRIEDADES FÍSICAS

As propriedades físicas do cimento portland são consideradas sob trêsaspectos distintos: propriedades do produto em sua condição natural, em pó,da mistura de cimento e água e proporções convenientes de pasta e,finalmente, da mistura da pasta com agregado padronizado – as argamassas.

As propriedades da pasta e argamassas são relacionadas com ocomportamento desse produto quando utilizado, ou seja, as suas propriedadespotenciais para a elaboração de concretos e argamassas. Tais propriedades seenquadram em processos artificialmente definidos nos métodos eespecificações padronizados, oferecendo uma utilidade quer para o controle deaceitação do produto, quer para a avaliação de suas qualidades para os fins deutilização dos mesmos.

PROPRIEDADES QUÍMICAS

As propriedades químicas do cimento Portland estão diretamente ligadas aoprocesso de endurecimento por hidratação. Ainda não se conhecem com muitaprecisão as reações e os compostos envolvidos no processo deendurecimento, restando muitas questões a serem esclarecidas. O processo écomplexo, admitindo-se, atualmente, que se desenrolem em desenvolvimentosque compreendem a dissolução na água, precipitações de cristais e gel comhidrólises e hidratações dos componentes do cimento. Inicialmente, o silicatotricálcico (C3S) se hidrolisa, isto é, separa-se em silicato bicálcico (C2S) ehidróxido de cal. Este último precipita como cristal da solução supersaturada decal. A seguir, o silicato bicálcico existente, resultante da hidrólise, combina-secom a água no processo de hidratação, adquirindo duas moléculas de água e

depositando-se, a temperaturas ordinárias, no estado de gel. Esse processo,quando conduzido em temperaturas elevadas, resulta numa estrutura denatureza cristalina. Os dois últimos constituintes principais do cimento, oaluminato tricálcico e o ferro aluminato de cálcio, se hidratam, resultando, doprimeiro, cristais de variado conteúdo de água e, do segundo uma fase amorfagelatinosa. Esse processo é realmente rápido no clinker simplesmentepulverizado. O aluminato tricálcico presente é, de um modo geral, consideradoo responsável pelo início imediato do processo de endurecimento. O produto,nessas condições, é de pega rápida. Como se sabe, o cimento, nessascondições, é material inútil para o construtor, impossibilitando qualquer manuseio pela rapidez da pega. Também é conhecido que a correção se

efetua pela adição de sulfato de cálcio hidratado natural, gipsita, ao clinker antes da operação de moagem final. As investigações demonstraram que a



ação do gesso no retardamento do tempo de pega se prende ao fato de ser muito baixa a solubilidade dos aluminatos anidros em soluções supersaturadasde gesso. O processo prossegue em marcha relativamente lenta pela absorçãodo sulfato, mediante a produção de sulfoaluminato de cálcio e outroscompostos que, precipitados, abrem caminho para a solubilização dos

aluminatos mais responsáveis pelo inicio da pega, já então em épocaconveniente. O fenômeno de falsa pega não é ainda claramente compreendido. Admite-se, em geral, que as causas mais frequentes da falsa pega são adesidratação do gesso a formas instáveis de sulfato de cálcio, ocorridasdurante a operação de moedura, onde a temperatura se eleva acima de 130ºC.Nessas circunstâncias, o cimento produzido contém sulfato de cálcio hidratável,que seria o responsável pela falsa pega.··.

APLICAÇÃO EM FUNDAÇÕES INDIRETAS

O cimento Portland é empregado em fundações indiretas da obra, geralmenteenterrada, que serve para suportar a casa, prédio, ponte ou viaduto. Osaspectos que levam a escolha do tipo de fundação vem ser definido pelo solonos seguintes aspectos:

Lençol freáticoCapacidade de suporteCarregamentos (Intensidade)Vibração causada pelo processoNível do lençol freáticoTopografia da área Arquitetura

TIPOS DE FUNDAÇÕES

Estacas Pré Moldadas Concreto Armado

Produzidas fora das obras, mas sempre partindo de requisitos, estabelecidosno projeto estrutural, as estacas pré-moldadas chegam praticamente prontasao canteiro para serem cravadas, principalmente, por bate estacas. A flexibilidade de uso, permitindo que suportem cargas de grandes e pequenas

estruturas e sirvam também para reforço de fundações, é garantida pelasdiferentes geometrias materiais que as compõe.

De todos os materiais de construção, o concreto é um dos que melhor sepresta à fabricação de estacas e em particular das pré-moldadas pelo controleda qualidade que se pode exercer tanto na confecção quanto na cravação.



Vantagens de estacas pré-moldadas de concreto

. podem ser cravadas com uma nega predeterminada;· estável em solos compressíveis, por exemplo, argilas moles, siltes e turfas;· o material da estaca pode ser inspecionado antes da cravação;

· pode ser recravada se for afetada por inchamento do solo;· o procedimento de construção não é afetado pelo lençol freático;· pode ser cravada com grandes comprimentos;· pode ser transportada acima do nível do terreno, por exemplo, dentro d'águapara estruturas marítimas.

Desvantagens de estacas pré-moldadas de concreto. O inchamento e alteração do solo que circunda a estaca podem causar

problemas na estrutura;. Não se pode modificar o comprimento da estaca com rapidez;. Podem ocorrer danos durante a cravação;. Não pode ser cravada com diâmetros muito grandes ou em locais onde hajalimitações de altura para equipamento;. Barulho, vibração e deslocamentos do solo podem causar dificuldades.. O maiores problemas dizem respeito à solução de fissuras (abertura inferior a1mm) e trincas (abertura superior a 1mm) pois a NBR não aborda muito sobreos critérios que devem ser adotados para aceitar e reformar, ou rejeitar essasestacas.



Estacas Moldadas in-loco

ESTACA FRANKIsolos menos compactoscargas – 500 a 1700KN

profundidade 36mdiâmetro de 30 a 60cm

cravadasexpulsão da buchabase alargadaarmadura senecessárioconcretagemretirada do tubo

Vantagens e DesvantagensVantagem-Grande área na base, fornecendo grande resistência de ponta-Superfície do fuste (lateral) muito rugosa, fornecendo resistência lateral devidoa boa ancoragem do fuste ao solo-Devido a sua execução o terreno fica fortemente comprimido-Pode ser executadas em grandes profundidades-Suporta grande capacidade de carga

Desvantagem

-Grande vibração durante a cravação-Demora no tempo da execução-Custo elevado de mão de obra



Straus

Solos CoesosCarga de 200 a 400KNProfundidade de 20 a 25m

Diâmetro de 30 a 45cm (usual)Execução-Cravação do tubo c/ coroa cortante-Retirada da coroa-Lavagem do tubo com água-lançamento da Armação (se necessária)-Lançamento concreto (até arrasamento)-Retirada do tubo paralelamente ao apilamento do concreto

Vantagens e Desvantagens

Vantagens

-Pouca vibração durante a execução-Custo relativamente baixo- fácil execução no solo acima da água

Desvantagens

-Difícil execução abaixo do nível d’água -Capacidade de carga pequena-Difícil cravação em solo resistente



Estaca RaizSolos menos coesosCargas de ate 150tdiamentos de 10 a 40cmExecução: injetadas

Execução

-Perfuração do solo por rotações-Auxílio de água-Emenda de tubos-Armadura necessária-Concretagem

Vantagens e DesvantagensVantagemO processo de perfuração não provoca vibraçãoEquipamento pequenoResiste carga de tração muito elevada

Desvantagem

Reforço de fundações passou a ser utilizada em fundações de novasestruturas. Assim, as cargas adotadas foram aumentando, ultrapassando

1000KN. Por isso, a NBR 6122 fixou a obrigatoriedade de realizar um numeromais alto de provas de carga nesse tipo de estaca.



Conclusão

Concluímos que o cimento é um dos materiais de construção mais utilizados na

construção civil, é da classe dos aglomerantes hidráulicos e que existem 11tipos diferentes de cimentos, sento cada um indicado para um tipo deconstrução. Sua composição e definida basicamente de calcário e argila, e suafabricação segue seis fatores básicos: Extração da matéria prima, britagem,moedura e mistura, queima, moedura do clínker e expedição. As jazidasconhecidas de calcário tem produção por mais 300 anos, desde que ademanda siga os padrões atuais.

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