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O concreto é material construtivo amplamente disseminado. Podemos encontrá-lo em nossas casas de alvenaria, em rodovias, em pontes, nos edifícios mais altos do mundo, em torres de resfriamento, em usinas hidrelétricas e nucleares, em obras de saneamento, até em plataformas de extração petrolífera móveis. Estima-se que anualmente são consumidas 11 bilhões de toneladas de concreto, o que dá, segundo a Federación Iberoamericana de Hormigón Premesclado (FIHP), aproximadamente, um consumo médio de 1,9 tonelada de concreto por habitante por ano, valor inferior apenas ao consumo de água. No Brasil, o concreto que sai de centrais dosadoras gira em torno de 30 milhões de metros cúbicos.

Por que o concreto é tão largamente empregado?

De maneira sucinta, pode-se afirmar que o concreto é uma pedra artificial que se molda à inventividade construtiva do homem. Este foi capaz de desenvolver um material que, depois de endurecido, tem resistência similar às das rochas naturais e, quando no estado fresco, é composto plástico: possibilita sua modelagem em formas e tamanhos os mais variados. Duas propriedades do concreto que o destacam como material construtivo são: sua resistência à água – diferentemente do aço e da madeira, o concreto sofre menor deterioração quando exposto à água, razão de sua utilização em estruturas de controle, armazenamento e transporte de água – e sua plasticidade – que possibilita obter formas construtivas inusitadas, como se vê nas obras arquitetô- nicas de Niemayer. Mas existem outras vantagens: a disponibilidade abundante de seus elementos constituintes e seus baixos custos. “Em termos de sustentabilidade, o concreto armado consome muito menos energia do que o alumínio, o aço, o vidro, e também emite proporcionalmente menos gases e partículas poluentes”, ressalta Arnaldo Forti Battagin, chefe dos laboratórios da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP).

A propósito, qual é a definição de concreto? Quais são seus elementos constituintes?
Segundo a ASTM (American Society for Testing and Materials), o concreto é um material compósito que consiste de um meio aglomerante no qual estão aglutinadas partículas de diferentes naturezas: O aglomerante é o cimento em presença de água; O agregado é qualquer material granular, como areia, pedregulho, seixos, rocha britada, escória de alto-forno e resíduos de construção e de demolição; se as partículas de agregado são maiores do que 4,75mm, o agregado é dito graúdo; caso contrário, o agregado é miúdo; Os aditivos e adições são substâncias químicas adicionadas ao concreto em seu estado fresco que lhe alteram algumas propriedades, adequando-as às necessidades construtivas. “O concreto é uma mistura homogê- nea de cimento, agregados miúdos e graúdos, com ou sem a incorporação de componentes minoritários (aditivos químicos e adições), que desenvolve suas propriedades pelo endurecimento da pasta de cimento”, define Inês Battagin, superintendente do CB-18 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).

O segredo para que mistura se comporte como descrito acima está justamente na presença do cimento. Este é mistura finamente moída de compósitos inorgânicos calcinados (calcário, argila) que, quando combinada com água, endurece. As reações químicas entre os minerais do cimento e a água (reações de hidratação) resultam na pasta que se solidificará com o tempo, reunindo em torno de si os agregados. Há dois tipos básicos de cimento. Os que não endurecem debaixo da água e, quando endurecidos, dissolvem-se lentamente se expostos à água. Sua origem remonta ao Egito Antigo e à Mesopotâmia. E os cimentos usados no concreto, que permanecem estáveis em ambiente aquoso – solidifica-se e mantém suas propriedades (resistência à água); por isso, dito cimento hidráulico. O cimento hidráulico largamente empregado no concreto moderno é o cimento Portland.
O que é o cimento Portland? Por que este nome?

CAL 

Os sumérios foram os primeiros povos a construírem com barro cozido, que, apesar de maleáveis, eram pouco resistentes. Os zigurates, obras representativas da construção Mesopotâmica, eram templos em forma de torres, atualmente muito desgastados pela ação do tempo.

Mas, cabe aos egípcios o uso, pela primeira vez, do cimento de tipo não-hidráulico: a cal e a gipsita. A cal é um aglomerante simples resultante da calcinação de rochas calcárias. A queima da rocha resulta na produção de óxido de cálcio, denominada cal virgem. Esta, na presença de água (cal hidratada), transforma-se em hidróxido de cálcio, o aglomerante que, juntamente com areia, era utilizado para assentar os tijolos feitos de barro e palha. A argamassa, mistura de areia, cimento e água, tem consistência plástica, mas, em contato com o ar, endurece pela recombina- ção do hidróxido com o gás carbônico, reconstituindo o carbonato de cálcio original (veja as equações). O endurecimento processa-se lentamente, de fora para dentro, por meio da porosidade da argamassa que possibilita, de um lado, a evaporação da água e, de outro, a penetração do ar. Por isso, a cal é denominada de aglomerante aéreo.

A gipsita é originária do sulfato bi-hidratado, acompanhado de certas impurezas; sua calcinação resulta no gesso, também um aglomerante que endurece por hidratação, mas que, como a cal, não possui a propriedade de resistência à água. 

Cimento romano 

Os romanos descobriram que, misturando-se a cinza vulcânica das proximidades do Vesúvio – chamada pozolana – com a cal hidratada, numa proporção que variava de 25 a 45%, obtinham uma cal que endurecia sob a água – cal pozolânica. Esta foi usada na construção da Via Ápia, dos banhos romanos, do Coliseu, do Panteão e dos aquedutos. Gordura animal, leite e sangue foram usados como aditivos para incorporar ar à mistura. A eles atribui-se também a descoberta da cal hidráulica, obtida pela calcinação de rochas calcárias com uma porção considerável de materiais argilosos. “Se há dúvidas de que os romanos não tenham sido os pioneiros do concreto, há unanimidade entre os pesquisadores de que eles indubitavalmente foram os primeiros que o usaram em larga escala”, acrescenta Arnaldo Battagin. A técnica de construir com concreto foi a base da ordem espacial encontrada na arquitetura romana. As abóbadas são a expressão genuína de um material plástico, maleável até desenvolver resistência suficiente para se manter por si mesmo. O Panteão, construído de 118 a 128, é estrutura formada de uma cúpula de 43m de diâmetro apoiada num cilindro de concreto pozolânico revestido com tijolos e mármore com 6m de espessura nas nervuras. Sua fundação, um anel de concreto com 4,5m de profundidade e 7m de largura, foi a solu- ção encontrada para evitar recalques diferenciais e para melhor distribuir a pressão aplicada no solo de pouca capacidade de suporte. 

Cimento natural 

Estudos experimentais sistemáticos sobre o cimento romano foram somente realizados em 1755, pelo construtor John Smeaton, encarregado da reconstrução do Farol de Eddystone, situado a 9km do Porto de Plymouth, um dos portos ingleses mais movimentados da época. Como na maré alta a rocha onde o Farol seria construído ficava submersa, a escolha da argamassa a ser utilizada era fator decisivo para o sucesso da construção e para sua durabilidade. Dois parâmetros para a escolha do cimento foram considerados: suas propriedades hidráulicas e seu custo. Smeaton descobriu que o uso da cal produzida a partir de uma queima imperfeita do calcário seria inútil, pois ela não resistia sob a água. Descobriu que a dureza da rocha a partir da qual a cal era produzida não era determinante da dureza da argamassa. Encontrou que as propriedades hidráulicas do cimento dependiam da quantidade de argila contida na rocha calcária, mas que, se essa argila fosse posteriormente adicionada, não resultaria em cimento hidráulico. Finalmente, achou que, das várias substâncias adicionadas às argamassas – pedras pomes, cinzas volantes, resí- duos de tijolos e escórias de forjas de ferreiros – as que se mostraram mais eficientes para conferir as propriedades hidráulicas foram a pozolana e uma rocha vulcânica denominada tarras. Um fator conjuntural contribuiu para a escolha da pozolana: um mercador de Plymouth, tendo importado grandes quantidades do material para construção da Ponte de Westminster, viu-se obrigado a vendê-lo a preços baixos ao ter seu plano recusado. As investigações de Smeaton resultaram num excelente aglomerante e na determinação das características fundamentais do cimento hidráulico natural.

Mas, sua patente foi somente obtida por James Parker, em 1796, na Inglaterra. Parker fundou uma fábrica de cimento, onde os nódulos de calcário impuro contendo argila eram despedaçados e queimados em fornos em forma de garrafa com capacidade para até 30t. Após três dias, o calcário suficientemente calcinado era retirado por uma abertura na parte inferior do forno e mais rocha e carvão adicionados no topo. A rocha calcinada era moída e peneirada antes de ser acondicionada em barris para expedição. A fábrica prosperou até 1810, quando a patente expirou. Cabe, porém, a Louis Vicat, construtor francês, a teoria explicativa para o comportamento e as propriedades físicas do cimento. Sua principal descoberta foi de que as propriedades cimentíceas dependiam da proporção das misturas, que poderiam resultar em tipos diferentes de cimentos, inclusive mais resistentes do que os naturalmente encontrados. 

Cimento Portland

O cimento Portland surgiu, porém, da queima de calcário e argila, finamente moídos e misturados, sob altas temperaturas, promovida pelo inglês Joseph Aspdin, em 1824. Ele estabeleceu uma fábrica de cimento em Leeds, em 1825, e denominou seu cimento de Portland, em menção às rochas da ilha britânica de Portland, material de construção muito conhecido e utilizado na época. “O cimento Portland obtido apresentava cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha”, explica Arnaldo. Apesar do nome, o cimento hoje conhecido como Portland não é o mesmo material patenteado por Aspdin. Isso porque o cimento moderno é obtido pela queima de uma mistura definida de rocha calcária e argila, finamente moídas, até sua fusão incipiente, resultando numa substância denominada clínquer. Os fornos de Aspdin eram precários demais para conseguirem obter clínquer, além da proporção da mistura não ser definida na patente. Construídos em alvenaria com forma de garrafa, com aproximadamente 12m de altura e 5,6m de diâmetro, os fornos queimavam a mistura imperfeitamente, o que requeria um custoso trabalho de inspeção e classificação manual, sendo processo bastante anti-econômico (o consumo de coque podia atingir mais da metade do peso de cimento produzido). Por causa dos fornos, o uso do concreto foi incipiente na década de 30 dos anos 1800. Ele foi usado principalmente em fundações. Mas, o termo concreto ficou estabelecido para designar uma massa sólida resultante da combinação de cimento, areia, água e pedras. Seu desenvolvimento ganhou impulso a partir da segunda metade do século XIX, principalmente na Alemanha, com avanços no projeto de fornos, que aumentaram a uniformidade do clínquer, e dos estudos sobre a melhor proporção da mistura para a obtenção de um clínquer mais duro.

Tipos de cimento e de concreto

As dosagens do cimento e do concreto, ou seja, as proporções dessas misturas, são tão importantes para a obtenção de um produto de qualidade que são normalizadas. Cada país possui normas técnicas que recomendam como obter diferentes cimentos e concretos para diferentes aplicações. No Brasil, o mercado da construção civil dispõe de 8 opções de cimentos: 

a) Cimento Portland Comum (CP I) É o cimento Portland sem quaisquer adi- ções, exceto gesso, usado para controlar a pega (o tempo necessário para o endurecimento parcial do composto). É recomendado para o uso em construções de concreto em geral, quando não são exigidas propriedades especiais do cimento. É normalizado pela ABNT NBR 5732. 

b) Cimento Portland Composto (CP II) Tem adições de escória, pozolana ou fíler em pequenas proporções. Sua composição segue a norma ABNT NBR 11578. Devido ao desempenho equivalente ao CP I, o cimento composto atende plenamente às necessidades da maioria das aplicações usuais, apresentando, em muitos casos, vantagens adicionais. 

c) Cimento Portland de Alto-Forno (CP III) Normalizado pela ABNT NBR 5735, este cimento pode conter escória de alto-forno variando de 35 a 70% de sua massa. Por apresentar maior impermeabilidade e durabilidade, baixo calor de hidratação e alta resistência à expansão e a sulfatos (reações álcali-agregado), este cimento é vantajoso em obras de concretomassa, tais como a construção de barragens.

d) Cimento Portland Pozolânico (CP IV) Possui pozolana em quantidade que varia de 15 a 50% de sua massa. É normalizado pela ABNT NBR 5736. Recomendado para obras expostas à ação de água corrente e para ambientes agressivos por suas propriedades de baixa permeabilidade, alta durabilidade, alta resistência à compressão a idades avançadas. 

e) Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V – ARI) Por atingir altas resistências já nos primeiros dias de aplicação, este cimento é usado por fábricas Peça de concreto pré-fabricado REVISTA CONCRETO 19 ENTENDA O CONCRETO de blocos para alvenaria, blocos para pavimentação, de tubos, lajes, meio-fio, mourões, postos e de elementos arquitetônicos pré-moldados, que necessitam de um cimento de elevada resistência inicial para a rápida desforma. O desenvolvimento dessa propriedade é obtido pela utilização de uma dosagem específica de calcário e argila na produção de clínquer e pela moagem mais fina do cimento, normalizados pela ABNT NBR 5733. 

f) Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS) Normalizado pela ABNT NBR 5737 e recomendado para obras em ambientes agressivos, tais como: redes de esgotos e obras em regiões litorâneas, subterrâneas e marítimas. Os cinco tipos de cimento expostos anteriormente podem ser resistentes a sulfatos, caso observarem os parâmetros para essa propriedade. 

g) Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) Da mesma forma, é considerado cimento de baixo calor de hidratação os tipos anteriores que demonstrem uma dissipação mais prolongada do calor gerado durante a hidratação do cimento. Definido pela ABNT NBR 13116, é recomendado para grandes concretagens onde é indispensável o controle de fissuras de origem térmica, como em obras hidráulicas. 

h) Cimento Portland Branco (CPB) É o cimento de coloração diferenciada da coloração natural cinza. Sua obtenção ocorre a partir de matérias-primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês e em condições mais severas de resfriamento. Ao cimento branco assim obtido, pode-se adicionar pigmentos coloridos para cimentos de diferentes cores. Segundo a NBR 12989, este cimento deve ter índice de brancura maior do que 78%. É um cimento adequado aos projetos arquitetônicos de concreto aparente e para composição de argamassas para rejunte de azulejos e outras aplicações não-estruturais. 

Com relação ao concreto, em função de suas massas específicas, obtidas pelas diferentes dosagens da mistura – também chamadas de traços – temos três classes básicas de classificação: 

a) Concreto de densidade normal: massa específica no intervalo de 2000 a 2800kg/m3 (comumente encontrado em obras em geral) 

b) Concreto leve: densidade abaixo do intervalo estabelecido para o concreto normal, obtida com o uso de agregados com menor massa específica 

c) Concreto pesado: massa específica acima do intervalo estabelecido para o concreto normal, devido ao uso de agregados de alta densidade (usado em blindagem contra radiação) 

Os concretos podem também ser classificados em relação à sua resistência à compressão aos 28 dias, conforme a ABNT NBR 8953: 

a) Concreto de baixa resistência: menos de 20MPa (não adequado à finalidade estrutural, segundo a NBR 6118) 

b) Concreto de resistência normal: de 20 a 50MPa 

c) Concreto de alta resistência: mais de 50Mpa

Concreto: microestrutura, propriedades e materiais – Kumar Mehta e Paulo Monteiro A evolução do concreto armado – Luís Fernando Kaefer Sites: Associação Brasileira de Cimento Portland (www.abcp.org.br) e Instituto Brasileiro do Concreto (www.ibracon.org.br)


Fonte: Ibracon

Artigo escrito por Fábio Luís Pedroso

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