A palavra "concreto" vem da palavra "hormigo" ('mingau de farinha'),[1]​ e esta por sua vez de "formiga",[12]​ que vem do latim formīca.[13]​.

O termo “concreto”, classificado no dicionário RAE como Americanismo,[3]​ também é originário do latim: vem da palavra concretus, que significa 'crescer juntos', ou 'unir'. Concretus é uma palavra composta: do prefixo com- ('união') e do particípio passado do verbo crĕscere ('crescer'). Seu uso na língua espanhola é transmitido através da cultura anglo-saxônica[14]​ como um anglicismo (ou calque semântico) para alguns países da América, especialmente aqueles mais próximos dos Estados Unidos, sendo a palavra original em inglês concrete.[3]​ Etimologicamente, "concreto" é sinônimo de "concreto" e "concreção", que é a união de várias partículas para formar uma massa.

Contenido

La historia del hormigón o concreto constituye un capítulo fundamental de la historia de la construcción"). Cuando se optó por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o pétreos, surgió la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran unir dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. Inicialmente se emplearon pastas elaboradas con arcilla, yeso o cal, pero se deterioraban rápidamente ante las inclemencias atmosféricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no se degradasen fácilmente. Así, en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas con mezclas de yesos y calizas disueltas en agua, para poder unir sólidamente los sillares de piedra, como las que aún perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirámide de Guiza.

Concreto de cimento natural

Na Grécia Antiga, por volta de 500 AC. C., compostos de calcário calcinado foram misturados com água e areia, acrescentando brita, telhas quebradas ou tijolos, dando origem ao primeiro concreto da história, utilizando tufos vulcânicos extraídos da ilha de Santorini. Os antigos romanos utilizavam terra ou cinza vulcânica, também conhecida como pozolana, que contém sílica e alumina, que, quando combinadas quimicamente com cal, resultavam no chamado cimento pozolânico (obtido em Pozzuoli, perto do Vesúvio). Ao adicionar pedaços de cerâmica ou outros materiais de baixa densidade (pedra-pomes) à sua massa, obtiveram o primeiro concreto leve.[15]​ Com esse material foi construído tudo, desde tubulações até instalações portuárias, cujos restos ainda existem. Destacam-se construções como os vários arcos do Coliseu Romano, as nervuras da abóbada da Basílica de Maxêncio, com vãos superiores a 25 metros,[16]​ as abóbadas das Termas de Caracalla, e a cúpula do Panteão de Agripa, com cerca de 43 metros de diâmetro, a de maior vão em séculos.[17]​.

Após a queda do Império Romano, o betão foi pouco utilizado, possivelmente devido à falta de recursos técnicos e humanos, à má qualidade da queima da cal e à falta ou afastamento de tufos vulcânicos. Não há indícios de sua utilização em grandes obras até o século XIII, quando voltou a ser utilizado nas fundações da Catedral de Salisbury, ou na famosa Torre de Londres, na Inglaterra. Durante o Renascimento a sua utilização era escassa e muito insignificante.

Em algumas cidades e grandes estruturas, construídas pelos maias e astecas no México ou pelos de Machu Picchu no Peru, foram utilizados materiais cimentícios.[15]​.

No século 20, o desejo pela pesquisa foi reavivado. John Smeaton, um engenheiro de Leeds, foi contratado para construir pela terceira vez um farol na falésia de Edystone, na costa da Cornualha, utilizando pedras unidas com uma argamassa de cal calcinada para formar uma construção monolítica que resistisse à acção constante das ondas e dos ventos húmidos; Foi concluído em 1759 e a fundação ainda permanece.

Século 19: cimento Portland e concreto armado

Joseph Aspdin e James Parker patentearam o Cimento Portland em 1824, obtido a partir de calcário argiloso e carvão calcinado em altas temperaturas - nomeado por sua cor cinza esverdeado escuro, muito semelhante à pedra Portland. Em 1845, Isaac Johnson obteve o protótipo do cimento moderno feito a partir de uma mistura de calcário e argila calcinada em alta temperatura, até a formação do clínquer; o processo de industrialização e a introdução dos fornos rotativos") levaram à sua utilização para uma ampla variedade de aplicações, no final do século XIX.[18]​.

O concreto ou concreto, pelas suas características de pedra, suporta bem as forças de compressão, mas fissura com outros tipos de tensões (flexão, tração, torção, cisalhamento); A inclusão de varetas metálicas que sustentaram estes esforços levou à otimização das suas características e à sua utilização generalizada em múltiplas obras de engenharia e arquitetura.

A invenção do concreto armado é geralmente atribuída ao construtor William Wilkinson"), que solicitou a patente em 1854 para um sistema que incluía armadura de ferro para "a melhoria da construção de casas, armazéns e outros edifícios resistentes ao fogo". Lille, em 1895.[19] Hennebique e seus contemporâneos basearam o desenho de suas patentes em resultados experimentais, através de testes de carga; as primeiras contribuições teóricas foram feitas por prestigiados pesquisadores alemães, como Wilhelm Ritter, que desenvolveu a teoria da "Rede de Ritter-Mörsch" em 1899. Estudos teóricos fundamentais foram desenvolvidos no século XX.

Século 20: ascensão da indústria do concreto

No início do século, surgiu o rápido crescimento da indústria cimenteira, devido a vários factores: as experiências dos químicos franceses Louis Vicat e Le Chatelier e do alemão Michaélis, que conseguiram produzir cimento de qualidade homogénea; a invenção do forno rotativo" para calcinação e do moinho tubular"); e os métodos de transporte de concreto fresco idealizados por Juergen Hinrich Magens, que ele patenteou entre 1903 e 1907. Com esses avanços, o cimento Portland pôde ser produzido em grandes quantidades e utilizado com vantagem na indústria da construção.[15]​.

Em 1901, Robert Maillart projetou uma ponte em arco de 38 metros de vão sobre o rio Inn, na Suíça, construída com vigas em caixa de concreto armado; entre 1904 e 1906, projetou a ponte Tavanasa sobre o rio Reno, com vão de 51 metros "Light (engenharia)"), a maior da Suíça. Claude A.P. Em 1906, Turner construiu o edifício Bovex em Minneapolis (Estados Unidos), com os primeiros pilares fungiformes (com grandes capitéis).

Na década de 1920, Le Corbusier exigiu em Vers une Architecture uma produção lógica, funcional e construtiva, despojada da retórica do passado; Em seu projeto para a Casa Domino, de 1914, a estrutura é composta por pilares e lajes de concreto armado, permitindo fachadas totalmente abertas e a livre distribuição dos espaços internos.[20]​.

Os hangares de Orly (Paris), projetados por Freyssinet entre 1921 e 1923, com 60 metros de vão, 9 de flecha e 300 de comprimento, são construídos com lâminas parabólicas de concreto armado, eliminando a divisão funcional entre paredes e cobertura. Em 1929, Frank Lloyd Wright construiu o primeiro arranha-céu de concreto.

Na década de 1960 surgiu o concreto reforçado com fibras, incorporado no momento da mistura, conferindo isotropia ao concreto e aumentando suas qualidades contra flexão, tração, impacto, fissuração, etc. Durante a década de 1970, os aditivos possibilitaram a obtenção de concretos de alta resistência, de 120 a mais de 200 MPa; A incorporação de monômeros gera um concreto quase inexpugnável por agentes químicos ou indestrutível por ciclos de congelamento e descongelamento, proporcionando múltiplas melhorias em diversas propriedades do concreto.

O grande progresso no estudo científico do comportamento do concreto armado e os avanços tecnológicos possibilitaram a construção de arranha-céus mais altos, pontes com vãos mais longos, tabuleiros largos e barragens imensas. A sua utilização será insubstituível em edifícios públicos que devem acomodar multidões: estádios, teatros, cinemas, etc. Muitas nações e cidades competirão para erguer o maior, ou mais bonito, edifício como símbolo do seu progresso, que normalmente será construído em betão armado.

Os edifícios mais altos do mundo possuem estruturas de concreto e aço, como as Torres Petronas em Kuala Lumpur, Malásia (452 ​​metros, 1998), o edifício Taipei 101 em Taiwan (509 metros, 2004), ou o Burj Khalifa na cidade de Dubai (818 metros, 2009), no século XXI.

Século 21: cultura ambiental

A utilização de materiais reciclados como ingredientes do concreto tem ganhado popularidade devido à legislação ambiental cada vez mais rigorosa, bem como à progressiva conscientização da sociedade. Os ingredientes reciclados mais comumente usados ​​são as cinzas volantes, um subproduto de usinas termelétricas a carvão. O impacto ambiental da indústria cimenteira é significativo, mas com a utilização destes novos materiais é possível a redução de pedreiras e aterros (lixo), uma vez que funcionam como substitutos do cimento), e reduzem a quantidade necessária para a obtenção de um bom betão. Dado que um dos efeitos nocivos para o ambiente é que a produção de cimento gera grandes volumes de dióxido de carbono, a tecnologia de substituição do cimento desempenha um papel importante nos esforços para reduzir as emissões de dióxido de carbono. Geralmente é incluir certos catalisadores nas misturas que permitem sua 'autolimpeza', como o dióxido de titânio.

Também é usado para confinar resíduos radioativos. Entre eles, o mais importante é o do reator nuclear que ruiu na usina de Chernobyl, que foi coberto com concreto para evitar vazamentos radioativos.

El concreto u hormigón es el material resultante de unir áridos con la pasta que se obtiene al añadir agua a un conglomerante.[21]​ El conglomerante puede ser cualquiera, pero cuando nos referimos al concreto, generalmente es un cemento artificial, y entre estos últimos, el más importante y habitual es el cemento portland.[21]​ Los áridos proceden de la desintegración o trituración, natural o artificial de rocas y, según la naturaleza de las mismas, reciben el nombre de áridos silíceos "Óxido de silicio (IV)"), calizos, graníticos, etc. El árido cuyo tamaño sea superior a 5 mm se llama árido grueso o grava, mientras que el inferior a 5 mm se llama árido fino "Arena (concreto)") o arena.[22]​ El tamaño de la grava influye en las propiedades mecánicas del concreto.

La pasta formada por cemento y agua es la que confiere al hormigón su fraguado y endurecimiento, mientras que el árido es un material inerte sin participación directa en el fraguado y endurecimiento del hormigón.[22]​ El cemento se hidrata en contacto con el agua, iniciándose diversas reacciones químicas de hidratación que lo convierten en una pasta maleable con buenas propiedades adherentes, que en el transcurso de unas horas, derivan en el fraguado y endurecimiento progresivo de la mezcla, obteniéndose un material de consistencia pétrea.

Una característica importante del hormigón es poder adoptar formas distintas, a voluntad del proyectista. Al colocarse en obra es una masa plástica que permite rellenar un molde, previamente construido con una forma establecida, que recibe el nombre de encofrado.[21]​.

Características mecânicas

A principal característica estrutural do concreto é resistir muito bem às forças de compressão. No entanto, tanto a sua resistência à tracção como ao cisalhamento são relativamente baixas, razão pela qual deve ser utilizado em situações onde as tensões de tracção ou de cisalhamento são muito baixas. Para determinar a resistência, são preparados ensaios mecânicos (testes de ruptura) em corpos de prova de concreto.

Para superar este inconveniente, o concreto é “armado” com a introdução de barras de aço, conhecidas como concreto armado, ou concreto armado, permitindo que as forças de cisalhamento e tração sejam suportadas pelas barras de aço. Também é comum haver barras de aço reforçando áreas ou elementos fundamentalmente comprimidos, como é o caso dos pilares. As tentativas de compensar as deficiências do concreto em tração e cisalhamento levaram ao desenvolvimento de uma nova técnica construtiva no início do século XX, a do concreto armado. Assim, ao introduzir fios de alta resistência esticados no concreto antes da pega, este é comprimido na pega, com o que as trações que surgiriam para resistir às ações externas tornam-se descompressões das partes anteriormente comprimidas, resultando em muitos casos muito vantajosos. Para a protensão são utilizados aços com limite elástico muito elevado, pois o fenômeno denominado fluência anularia as vantagens da protensão. Posteriormente, investigou-se a conveniência de introduzir tensões no aço de forma deliberada e prévia à pega do concreto da peça estrutural, desenvolvendo as técnicas de “concreto protendido” e “concreto protendido”).

Os aditivos permitem obter concretos de alta resistência; A inclusão de monômeros e adições ao concreto proporcionam múltiplas melhorias nas propriedades do concreto.

Quando se projeta um elemento de concreto armado, as dimensões, tipo de concreto, quantidade, qualidade, aditivos, adições e disposição do aço que deve ser fornecido são estabelecidas com base nas forças que cada elemento deve resistir. Um projeto racional, dosagem adequada, mistura, colocação, consolidação, acabamento e cura, fazem do concreto um material ideal para ser utilizado na construção civil, pois é resistente, durável, incombustível, quase impermeável e requer pouca manutenção. Por poder ser facilmente moldado em diversos formatos e adquirir diversas texturas e cores, é utilizado em diversas aplicações.

As principais características físicas do concreto, em valores aproximados, são:.

Configuração e endurecimento

A pasta de concreto é formada pela mistura de cimento artificial e água e deve absorver completamente os agregados. A principal qualidade desta pasta é que ela endurece e endurece progressivamente, tanto ao ar quanto debaixo d'água.[23]​.

O processo de presa e endurecimento é o resultado de reações químicas de hidratação entre os componentes do cimento. A fase inicial de hidratação é chamada de pega e é caracterizada pela passagem da pasta do estado fluido para o estado sólido. Isto é facilmente observado simplesmente pressionando um dedo na superfície do concreto. Posteriormente, as reações de hidratação continuam, atingindo todos os constituintes do cimento, o que provoca o endurecimento da massa e se caracteriza por um desenvolvimento progressivo da resistência mecânica.[23]​.

A presa e o endurecimento nada mais são do que dois estados convencionalmente separados; Na realidade, existe apenas um único processo de hidratação contínuo.[23]​.

No cimento Portland, o mais utilizado no concreto, o primeiro componente a reagir é o aluminato tricálcico com duração rápida e curta (até 7-28 dias). Depois vem o silicato tricálcico, com contribuição inicial importante e contínua por bastante tempo. Em seguida vem o silicato dicálcico com uma contribuição inicial fraca e muito importante após 28 dias.[23]​.

O fenômeno físico do endurecimento não possui fases definidas. O cimento apresenta-se na forma de pó e suas partículas ou grãos são progressivamente hidratados, inicialmente pelo contato da água com a superfície dos grãos, formando alguns compostos cristalinos e grande parte de compostos microcristalinos comparáveis ​​a colóides que formam uma película na superfície do grão. A partir daí, o endurecimento continua a ser dominado por essas estruturas coloidais que circundam os grãos de cimento e através das quais a hidratação progride para o núcleo do grão.[23]​.

O facto de poder ser regulada a velocidade com que o cimento misturado perde a fluidez e endurece torna-o um produto muito útil na construção. Uma reação rápida de hidratação e endurecimento dificultaria o transporte e facilitaria a instalação, preenchendo todas as lacunas da fôrma. Uma reação lenta adiaria significativamente o desenvolvimento da resistência mecânica. Nas fábricas de cimento isso é conseguido controlando a quantidade de gesso adicionado ao clínquer de cimento. Na central de concreto, onde a pasta de cimento e água é misturada aos agregados, também podem ser adicionados produtos que regulam o tempo de pega.[23]​.

Em condições normais, o concreto normal ou concreto Portland começa a endurecer entre 30 e 45 minutos após ter descansado nos moldes e termina a pega após cerca de 10 ou 12 horas. Começa então o endurecimento, que toma um ritmo rápido nos primeiros dias até chegar ao primeiro mês, e depois aumenta mais lentamente até chegar ao ano em que praticamente se estabiliza.[24]​ A tabela a seguir mostra a evolução da resistência à compressão de um concreto tomando como unidade a resistência de 28 dias, sendo os valores indicativos:[25]​.

Resistência

No dimensionamento anterior dos elementos, a resistência característica (f) do concreto é aquela que é adotada em todos os cálculos como sua resistência à compressão, e assumindo que o concreto a ser executado resistirá a esse valor, são dimensionadas as medidas de todos os elementos estruturais.[26]​.

A resistência característica de projeto (f) estabelece, portanto, o limite inferior, devendo-se garantir que cada lote de concreto colocado tenha essa resistência no mínimo. Na prática, são realizados testes estatísticos de resistência no concreto que é colocado e 95% deles devem ser maiores que f, considerando que com o nível atual de tecnologia do concreto, uma fração defeituosa de 5% é perfeitamente aceitável.

A resistência à compressão do concreto é obtida em ensaios de fratura por compressão de corpos de prova cilíndricos normalizados "Modelo (mecânico)" realizados aos 28 dias de idade e fabricados com os mesmos lotes colocados em trabalho.[26]​ A Instrução Espanhola (EHE) recomenda a utilização da seguinte série de resistências características à compressão aos 28 dias (medidas em Newton/mm²): 20; 25; 30, 35; 40; 45 e 50.[26]​ Portanto, as fábricas de concreto costumam fornecer concreto que garanta essas resistências.

Consistência do concreto fresco

Consistência é a maior ou menor facilidade que o concreto fresco tem para se deformar e consequentemente ocupar todos os vãos do molde ou fôrma. Diferentes fatores influenciam, especialmente a quantidade de água de mistura, mas também o tamanho máximo do agregado, a forma do agregado e a sua granulometria.[27]​.

A consistência é definida antes da instalação, analisando qual a mais adequada para colocação de acordo com os meios de compactação disponíveis. Este é um parâmetro fundamental no concreto fresco.

Dentre os testes que existem para determinar a consistência, o mais utilizado é o cone de Abrams. Consiste no preenchimento de um molde cônico truncado de 30 cm de altura com concreto fresco. A perda de altura que ocorre quando o molde é removido é a medida que define a consistência.[27]​.

Os concretos são classificados pela sua consistência em seco, plástico, macio e fluido conforme indicado na tabela a seguir:[28]​.

Durabilidade

A durabilidade do concreto é definida na Instrução EHE espanhola como a capacidade de se comportar satisfatoriamente contra ações físicas e químicas agressivas ao longo da vida útil da estrutura, protegendo também as armaduras e os elementos metálicos nela incorporados.[29]​.

Portanto, não devemos considerar apenas os efeitos causados ​​pelas cargas e tensões, mas também as condições físicas e químicas a que está exposto. Por este motivo, considera-se o tipo de ambiente em que a estrutura será encontrada e que pode afetar a corrosão da armadura, ambientes químicos agressivos, áreas afetadas por ciclos de gelo-degelo, etc.[29]​.

Para garantir a durabilidade do concreto e a proteção da armadura contra a corrosão, é importante realizar um concreto com permeabilidade reduzida, realizando uma mistura com baixa relação água/cimento, compactação ideal, peso de cimento adequado e hidratação suficiente do cimento, acrescentando água de cura para completar. Desta forma, há o menor número possível de poros e uma rede capilar interna mal comunicada, reduzindo assim os ataques ao concreto.[29]​.

Em casos de presença de sulfatos no solo ou na água do mar, devem ser utilizados cimentos especiais. Para evitar a corrosão da armadura, é necessário cuidar do revestimento mínimo da mesma.[29]​.

Na Instrução Espanhola (EHE), publicada em 1998, o concreto é classificado de acordo com o seguinte formato, tornando obrigatória sua referência desta forma em planos e outros documentos de projeto, bem como na fabricação e instalação:[30]​.

T: será denominado HM quando for concreto massa, HA quando for concreto armado e HP quando for concreto protendido.

R: resistência característica do concreto expressa em N/mm².

C: letra inicial do tipo de consistência: S Seca, P plástica, B Suave, F Fluida e L Líquida.

TM: tamanho máximo do agregado expresso em milímetros.

A: designação do ambiente ao qual o concreto ficará exposto.

Cimento

Os cimentos são produtos que, quando misturados com água, pegam e endurecem, formando novos compostos resultantes de reações de hidratação que são estáveis ​​tanto ao ar quanto submersos em água.[32]​.

Existem vários tipos de cimentos. As propriedades de cada um deles estão intimamente associadas à composição química de seus componentes iniciais, que se expressa na forma de seus óxidos, e dependendo de quais sejam, formarão diferentes compostos resultantes nas reações de hidratação.[32]​.

Cada tipo de cimento é indicado para determinados usos; As condições ambientais também determinam o tipo e a classe do cimento, afetando a durabilidade do concreto. Os tipos e nomes dos cimentos e seus componentes são padronizados e sujeitos a condições rigorosas. A norma espanhola estabelece os seguintes tipos: cimentos comuns, aqueles resistentes aos sulfatos, aqueles resistentes à água do mar, aqueles com baixo calor de hidratação, cimentos brancos, aqueles para usos especiais e aqueles feitos de aluminato de cálcio. Os cimentos comuns são o grupo mais importante e entre eles o Portland é o habitual. Em Espanha, apenas os cimentos comercializados legalmente na União Europeia podem ser utilizados e estão sujeitos às disposições de leis específicas.[33]​.

Além do tipo de cimento, o segundo fator que determina a qualidade do cimento é a sua classe ou resistência à compressão aos 28 dias. Esta é determinada em argamassa padronizada e expressa a resistência mínima, que deve ser sempre ultrapassada na fabricação do cimento. Não é a mesma coisa, nem se deve confundir a resistência do cimento com a do betão, pois a do cimento corresponde a componentes normalizados e a do betão dependerá de cada um dos seus componentes. Mas se o concreto for bem dosado, quanto maior a resistência do cimento, maior será a resistência do concreto.[32]​ A norma espanhola estabelece as seguintes classes de resistência:[33]​.

O cimento apresenta-se em pó e a finura da sua moagem é decisiva nas suas propriedades de ligação, influenciando decisivamente a velocidade das reações químicas da sua pega e primeiro endurecimento. Quando misturados com água, os grãos de cimento são hidratados apenas até uma profundidade de 0,01 mm, portanto, se os grãos fossem muito grossos, o desempenho de hidratação seria pequeno, pois um núcleo inerte permaneceria no seu interior. Entretanto, a finura excessiva causa alto encolhimento e calor de hidratação. Além disso, uma vez que a resistência aumenta com a finura, deve ser alcançada uma solução de compromisso; o cimento deve ser finamente moído, mas não excessivamente.[32]​.

O armazenamento do cimento a granel é realizado em silos estanques que não permitem a contaminação do cimento e devem ser protegidos da umidade. Para os cimentos fornecidos em sacos, o armazenamento deve ser realizado em locais cobertos, ventilados, protegidos da chuva e do sol.[33]​ O armazenamento prolongado pode causar a hidratação das partículas mais finas devido ao intemperismo, perdendo seu valor hidráulico e resultando em atraso na pega e diminuição da resistência.[34]​.

O cimento Portland é obtido pela calcinação de misturas de calcário e argila preparadas artificialmente a cerca de 1500 °C. O produto resultante, denominado clínquer, é moído pela adição de uma quantidade adequada de regulador de presa, que geralmente é pedra de gesso natural.[35]​.

A composição química média de um portland, segundo Calleja, é composta por 62,5% de CaO (cal combinada), 21% de SiO (sílica), 6,5% de AlO (alumina), 2,5% de FeO (ferro) e outras minorias. Esses quatro componentes são os principais do cimento, a cal é básica e os outros três são ácidos. Esses componentes não estão livres no cimento, mas combinados formando silicatos, aluminatos e ferritas de cálcio, que são seus componentes hidráulicos ou componentes potenciais. Um clínquer de cimento Portland de tipo médio contém:[35]​.

As duas principais reações de hidratação que causam o processo de pega e endurecimento são:

O silicato tricálcico é o composto ativo por excelência do cimento, pois desenvolve uma elevada resistência inicial e um elevado calor de hidratação. Ele endurece lentamente e endurece rapidamente. Em cimentos de endurecimento rápido e de alta resistência aparece em maior proporção do que o habitual.[35]​.

O silicato dicálcico é o que desenvolve resistência a longo prazo no cimento, é lento na pega e no endurecimento. Sua estabilidade química é maior que a do silicato tricálcico, razão pela qual os cimentos resistentes ao sulfato apresentam alto teor de silicato dicálcico.[35]​.

O aluminato tricálcico é o composto que rege a presa e a resistência a curto prazo. Sua estabilidade química é boa contra água do mar, mas muito fraca contra sulfatos. Para interromper a rápida reação do aluminato tricálcico com a água e regular o tempo de pega do cimento, adiciona-se pedra de gesso ao clínquer.[35]​.

Aluminatoferrita tetracálcica") não participa da resistência mecânica, sua presença é necessária devido à contribuição dos fluxos de ferro na fabricação do clínquer.[35]​.

Em Espanha existem os chamados "cimentos Portland com adições ativas" que, além dos componentes principais do clínquer e da pedra de gesso, contêm um destes componentes adicionais até 35% do peso do cimento: escória de aço "Escória (metalurgia)"), sílica ativa, pozolana natural, pozolana natural calcinada, cinza volante siliciosa, cinza volante calcária, xisto calcinado ou calcário.[33]​.

Cimentos de alta resistência inicial, aqueles resistentes a sulfatos, aqueles com baixo calor de hidratação ou brancos são geralmente cimentos Portland especiais e para eles alguns dos quatro componentes básicos do clínquer são limitados ou melhorados.[36]​.

O cimento de aço é obtido pela moagem conjunta de clínquer Portland e ajuste do regulador na proporção de 5-64% com escória de aço na proporção de 36-95%.[33] Constitui a família dos cimentos frios. A escória é obtida pelo resfriamento repentino da ganga fundida dos processos de fabricação de aço em água; Neste resfriamento a escória vitrifica e torna-se hidraulicamente ativa devido ao seu teor combinado de cal. A escória por si só endurece e endurece lentamente, então o clínquer Portland é adicionado para acelerá-la.[36]​.

O cimento pozolânico é uma mistura de clínquer Portland e regulador de pega na proporção de 45-89% com pozolana na proporção de 11-55%.[33] A pozolana natural tem origem vulcânica e embora não possua propriedades ligantes, contém sílica e alumina capazes de fixar cal na presença de água, formando compostos com propriedades hidráulicas. A pozolana artificial tem propriedades análogas e é encontrada em cinzas volantes, terra diatomácea ou argilas ativas.[36]​.

O cimento aluminoso é obtido pela fusão de calcário e bauxita. O principal constituinte deste cimento é o aluminato monocálcico.[36]​.

Árido

Os agregados devem ter pelo menos a mesma resistência e durabilidade exigidas para o concreto. Não devem ser utilizados calcários moles, feldspatos, gesso, piritas ou rochas friáveis ​​ou porosas. Para durabilidade em ambientes agressivos, agregados siliciosos, provenientes da trituração de rochas vulcânicas ou calcários densos e saudáveis, serão melhores.[37]​.

O agregado que tem maior responsabilidade no todo é a areia. Segundo Jiménez Montoya, não é possível fazer um bom concreto sem uma boa areia. As melhores areias são as de rio, que normalmente são quartzo puro, o que garante sua resistência e durabilidade.[37]​.

Com agregados laminados naturais, o betão é mais trabalhável e necessita de menos água de mistura do que os agregados britados, tendo ainda a garantia de serem pedras duras e limpas. Os agregados britados por britagem, com mais faces de fratura, custam mais para serem colocados em uso, mas travam melhor e isso se reflete em maior resistência.[37]​.

Se os agregados laminados estiverem contaminados ou misturados com argila, é imprescindível lavá-los para retirar a camisa que envolve os grãos e que reduziria sua aderência à pasta de concreto. Da mesma forma, os agregados de britagem geralmente são cercados por pó de britagem, o que aumenta os finos do concreto, requer mais água de mistura e dará menor resistência, por isso geralmente são lavados.[37]​.

Os agregados utilizados no concreto são obtidos pela mistura de três ou quatro grupos de tamanhos diferentes para obter uma granulometria ideal. Três fatores intervêm numa granulometria adequada: o tamanho máximo do agregado, a compactação e o teor de grãos finos. Quanto maior o tamanho máximo do agregado, menores serão as necessidades de cimento e água, mas o tamanho máximo é limitado pelas dimensões mínimas do elemento a construir ou pela separação entre armaduras, uma vez que estas lacunas devem ser preenchidas por betão e, portanto, por agregados maiores. Numa mistura de agregados, uma elevada compactação é aquela que deixa poucos vazios; Consegue-se com misturas com baixo teor de areia e grande proporção de agregados graúdos, necessitando de pouca água de mistura; Sua grande dificuldade é compactar o concreto, mas se houver meios suficientes para isso, o resultado é um concreto muito resistente. Quanto ao teor de grãos finos, estes tornam a mistura mais trabalhável, mas requerem mais água de mistura e cimento. Em cada caso, deverá ser encontrada uma fórmula de compromisso tendo em conta os diferentes factores. As parábolas de Fuller e Bolomey fornecem duas famílias de curvas granulométricas amplamente utilizadas para obter dosagens adequadas de agregados.[37]​.

Água

A água de mistura intervém nas reações de hidratação do cimento. A quantidade deve ser estritamente necessária, pois o excesso que não intervém na hidratação do cimento irá evaporar e criar vazios no concreto, reduzindo sua resistência. Pode-se estimar que cada litro de água de amassamento em excesso significa a anulação de dois quilos de cimento na mistura. No entanto, uma redução excessiva de água causaria uma mistura seca, pesada e muito difícil de colocar no local. Portanto, é muito importante definir corretamente a quantidade de água.[38]​.

As características da água para concreto devem ser avaliadas para que não produza reações adversas na mistura, por isso devem ser realizadas análises físico-químicas para garantir sua qualidade. Na prática, um indicador simples é a potabilidade da água, com isso podemos determinar se a água é adequada para uso na mistura ou não.

Durante a presa e primeiro endurecimento do concreto, é adicionada água de cura para evitar a dessecação e melhorar a hidratação do cimento.[38]​.

Tanto a água destinada à amassadura como a destinada à cura devem ser adequadas para cumprir a sua função. É muito importante que a água de cura seja adequada, pois pode afetar mais negativamente as reações químicas durante o endurecimento do concreto. Normalmente, a água adequada costuma coincidir com a água potável e uma série de parâmetros que devem ser atendidos são padronizados. Assim, os regulamentos limitam o pH, o conteúdo de sulfatos, íons cloro e carboidratos.[38]​.

Quando uma massa é excessivamente fluida ou muito seca, existe o perigo de ocorrer o fenómeno de segregação (separação do betão nos seus componentes: agregados, cimento e água). Geralmente ocorre quando o concreto é vazado com quedas de material superiores a 2 metros.[28]​.

Outros componentes minoritários

Os componentes básicos do concreto são cimento, água e agregados; Outros componentes menores que podem ser incorporados são: adições, aditivos, fibras, cargas e pigmentos.

Aditivos e adições podem ser utilizados como componentes do concreto, desde que através dos ensaios apropriados, se justifique que a substância adicionada nas proporções e condições previstas produz o efeito desejado sem perturbar excessivamente as características remanescentes do concreto ou representar perigo à durabilidade do concreto ou à corrosão da armadura.[39]​.

As adições são materiais hidráulicos inorgânicos, pozolânicos ou latentes que, finamente moídos, podem ser adicionados ao concreto no momento de sua fabricação, a fim de melhorar algumas de suas propriedades ou conferir-lhe propriedades especiais. O EHE inclui apenas a utilização de cinzas volantes e sílica ativa, determinando suas limitações. É composto por calcário triturado em pedaços muito pequenos, como pó, e outros materiais, como produtos químicos HQR (herqiros), entre outros.

Os aditivos são substâncias ou produtos que se incorporam ao betão, antes ou durante a mistura, produzindo a modificação de algumas das suas características, das suas propriedades habituais ou do seu comportamento. A EHE estabelece proporção não superior a 5% do peso do cimento e dá outras condições.

Regulamentos

No século XIX, a resistência dos elementos estruturais de concreto armado foi calculada experimentalmente. Navier, no início do século XIX, levantou a necessidade de conhecer e estabelecer os limites até aos quais as estruturas se comportavam elasticamente, sem deformações permanentes, de forma a obter modelos físico-matemáticos fiáveis ​​e fórmulas coerentes. Posteriormente, dada a complexidade do comportamento concreto, foi necessária a utilização de métodos baseados no cálculo de probabilidades para obter resultados mais realistas. Durante a primeira metade do século XX, os elementos estruturais foram calculados utilizando o método das tensões admissíveis.

Durante a década de 1960, a teoria da segurança estrutural começou a ser desenvolvida no que diz respeito aos Estados Limites, estabelecendo valores máximos nas flechas e na fissuração dos elementos estruturais, limitando os riscos.

O conceito de Estado Limite surgiu na década de 1970, como um conjunto de requisitos que um elemento estrutural deveria satisfazer para ser considerado adequado. Os regulamentos centraram-se em dois tipos: Estados limites de serviço e Estados limites de solicitação.

As regulamentações da década de 1970, para simplificar os complexos cálculos de probabilidades, estabeleceram Coeficientes de segurança, dependendo da qualidade dos materiais, do controle da execução da obra e da dificuldade do projeto. Os coeficientes de aumento de carga ou ações e os coeficientes de diminuição de resistência dos componentes do material foram introduzidos.[40]​.

Em meados do século os regulamentos tinham dezenas de páginas, no século têm centenas. A introdução de programas de computador possibilita cálculos muito complexos e rápidos e soluções mais precisas. Os regulamentos dão ênfase especial aos estados finais de serviço (fissuras, deformações), comportamento (detalhes de construção) e durabilidade (revestimentos, qualidades), limitando a resolução experimental com múltiplas condições. Assim, o Eurocódigo 1 estabelece situações usuais e acidentais (como terremotos), que implicam em Coeficientes de segurança parciais para as mais variadas tensões e resistências. Algumas regulamentações específicas por área geográfica são EHE (Espanha), Eurocódigo 2 (Europa), ASCE/SEI (Estados Unidos).

Cálculo e projeto

Antes de construir qualquer elemento de concreto, devem ser calculadas as cargas às quais ele será submetido e, a partir delas, serão determinadas as dimensões dos elementos e a qualidade do concreto, a disposição e a quantidade de armaduras nos mesmos.

O cálculo de uma estrutura de concreto consiste em várias etapas. Primeiramente, são feitas uma série de simplificações na estrutura real, transformando-a em uma estrutura de cálculo ideal. Posteriormente, são determinadas as cargas que a estrutura suportará, considerando em cada ponto a combinação de cargas que produz o efeito mais desfavorável. Finalmente, cada uma das seções é dimensionada para suportar as tensões mais desfavoráveis.

Calculada a estrutura, é elaborado o projeto, que é o conjunto de documentos que serve para a execução da obra e detalha os elementos a serem construídos. Os cálculos realizados estão incluídos no projeto. Inclui também as plantas que mostram as dimensões dos elementos a serem executados, a classificação dos concretos planejados e as características resistentes dos aços a serem utilizados.

Fabricação

É muito importante conseguir a mistura ideal nas proporções precisas de agregados de diferentes tamanhos, cimento e água. Não existe uma mistura ideal que funcione para todos os casos.[41]​ Para estabelecer a dosagem adequada em cada caso, deve-se levar em consideração a resistência mecânica, fatores associados à fabricação e instalação, bem como o tipo de ambiente ao qual será submetido.[42]​.

Existem muitos métodos para pré-medição de concreto, mas são apenas indicativos. As proporções finais de cada um dos componentes são normalmente estabelecidas através de testes laboratoriais, fazendo correções ao que foi obtido nos métodos teóricos.[43]​.

Os aspectos básicos que devem ser determinados são brevemente anotados:

Uma vez determinada a dosagem mais adequada, na planta de concreto os componentes, água em volume, devem ser medidos, enquanto cimento e agregados são medidos em peso.[45]​.

Os materiais são misturados em betoneira ou betoneira para obter uma mistura homogênea de todos os componentes. O agregado deve estar bem envolvido pela pasta de cimento. Para conseguir esta homogeneidade, primeiro é despejada metade da água, depois o cimento e a areia simultaneamente, depois o agregado graúdo e finalmente o resto da água.[45]​.

Para o transporte até o local de utilização devem ser utilizados procedimentos que não variem a qualidade do material, normalmente caminhões betoneira. O tempo decorrido não deve ser superior a uma hora e meia desde a sua mistura.[46]​ Se ao chegar ao local onde o concreto será colocado, ele já começou a endurecer, deve ser descartado.[45]​.

Colocando em prática

As armaduras devem estar limpas e fixadas à fôrma e entre si para que mantenham a posição planejada sem se moverem durante a concretagem e compactação do concreto. Para isso, calços ou espaçadores são colocados em número suficiente para manter a rigidez da montagem.[47]​.

As distâncias entre as diversas armaduras devem manter uma separação mínima e padronizada para permitir a correta colocação do concreto entre as barras para que não haja vãos ou vãos durante a compactação do concreto.[47]​.

Da mesma forma, o espaço livre entre as barras de aço e a fôrma, denominado revestimento, deve manter uma separação mínima, também padronizada, que permita o preenchimento deste espaço com concreto. Este espaço é controlado por meio de separadores que são colocados entre a armadura e a fôrma.[47]​.

A fôrma deve conter e suportar o concreto fresco durante o seu endurecimento, mantendo a forma desejada sem deformar. Geralmente são feitos de madeira ou metal e devem ser rígidos, resistentes, estanques e limpos. Durante a montagem, devem estar bem fixados para que não ocorram movimentos durante a posterior consolidação do concreto.[48]​.

Antes de reutilizar uma fôrma, deve-se limpá-la bem com escovas de aço, retirando quaisquer restos de argamassa que possam ter aderido à superfície. Para facilitar a decapagem, geralmente são aplicados produtos desmoldantes na fôrma; Estes devem estar isentos de substâncias nocivas ao concreto.[48]​.

A concretagem do concreto fresco no interior da fôrma deve ser realizada evitando a segregação da mistura. Para isso, deve-se evitar despejá-la de grandes alturas, até no máximo dois metros de queda livre, e não deve movimentar a massa horizontalmente.[49]​.

É colocado em camadas ou camadas horizontais de espessura reduzida para permitir uma boa compactação (até 40 cm em concreto maciço e 60 cm em concreto armado). As diferentes camadas ou camadas são consolidadas sucessivamente, cada camada travando com a anterior com o meio de compactação utilizado e sem que a camada anterior tenha começado a endurecer.[49]​.

Para conseguir um betão compacto, eliminando os seus vazios e obter um fecho completo da massa, existem vários sistemas de consolidação. O corte com barra, que se realiza introduzindo-a sucessivamente, requer betão de consistência macia e fluida e realiza-se em obras de pouca resistência. A compactação por batidas repetidas com socador é utilizada em camadas de 15 ou 20 cm de espessura e com muita superfície horizontal. A compactação por vibração é comum em concretos resistentes e é apropriada em consistências secas.[49]​.

O vibrador mais utilizado é o vibrador de agulha, um cilindro metálico com diâmetro de 35 a 125 mm cuja frequência varia entre 3.000 e 12.000 ciclos por minuto. A agulha é colocada verticalmente na massa de concreto fresco, introduzida em cada camada até que a ponta penetre na camada anterior e tomando cuidado para não tocar na armadura, pois a vibração pode separar a massa de concreto da armadura. Através da vibração, o ar contido no concreto não compactado é reduzido, o que se estima ser da ordem de 15 a 20% a 2-3% após a vibração.[49]​.

A produção mundial de cimento foi superior a 2,5 mil milhões de toneladas em 2007. Estimando uma dosagem de cimento entre 250 e 300 kg de cimento por metro cúbico de betão, isto significa que poderiam ser produzidos 8.000 a 10.000 milhões de metros cúbicos, o que equivale a 1,5 metros cúbicos de betão por pessoa. Nenhum material de construção foi utilizado em tais quantidades e no futuro não parece haver outro material de construção que possa competir com o concreto em magnitude de volume.[50]​.

Esta produção massiva de betão significa que a maioria das estruturas e edifícios do mundo são parcialmente feitos deste material. Respeito ao meio ambiente, o concreto é 100% reciclável e possui “efeito sumidouro de CO”, ou seja, tem a capacidade de absorver o dióxido de carbono da atmosfera, reduzindo assim sua quantidade no ar, o que o torna um recurso estrela em termos de sustentabilidade. A qualidade de ser um isolante térmico permite reduzir o consumo global de energia em consequência dos picos de temperatura, minimizando o custo energético dos edifícios, bem como colaborar na redução dos gases com efeito de estufa envolvidos na produção de energia. A sua elevada resistência confere aos edifícios e pontes muita resistência contra incêndios ou fenómenos naturais como sismos, melhorando o serviço das estruturas e infraestruturas e o seu nível de segurança social, o que lhes confere uma durabilidade prolongada, permitindo a sua conservação com poucos custos de manutenção e, portanto, a sua viabilidade económica.[52]​.

O filósofo alemão Anselm Jappe critica o uso massivo de concreto em seu livro de 2020 "Concreto. Arma de construção em massa do capitalismo". Revisa os seus problemas de deterioração, a excessiva extensão da sua utilização, devido ao seu baixo preço, em todos os sectores da engenharia e da arquitectura, o abandono de outros materiais tradicionais, a perda de profissões e conhecimentos relacionados com a alvenaria. Ele inicia seu livro com o capítulo "Uma ponte desmorona" sobre o colapso da Ponte Morandi em 2018 em Gênova.[53]​ Ele menciona, entre outros, o que considera o desastre da cidade planejada de Chandigarh, na Índia, devido à deterioração do concreto, projetada por Le Corbusier, a quem considera um arquiteto desastroso.[54][55]​.

A palavra "concreto" vem da palavra "hormigo" ('mingau de farinha'),[1]​ e esta por sua vez de "formiga",[12]​ que vem do latim formīca.[13]​.

O termo “concreto”, classificado no dicionário RAE como Americanismo,[3]​ também é originário do latim: vem da palavra concretus, que significa 'crescer juntos', ou 'unir'. Concretus é uma palavra composta: do prefixo com- ('união') e do particípio passado do verbo crĕscere ('crescer'). Seu uso na língua espanhola é transmitido através da cultura anglo-saxônica[14]​ como um anglicismo (ou calque semântico) para alguns países da América, especialmente aqueles mais próximos dos Estados Unidos, sendo a palavra original em inglês concrete.[3]​ Etimologicamente, "concreto" é sinônimo de "concreto" e "concreção", que é a união de várias partículas para formar uma massa.

Contenido

La historia del hormigón o concreto constituye un capítulo fundamental de la historia de la construcción"). Cuando se optó por levantar edificaciones utilizando materiales arcillosos o pétreos, surgió la necesidad de obtener pastas o morteros que permitieran unir dichos mampuestos para poder conformar estructuras estables. Inicialmente se emplearon pastas elaboradas con arcilla, yeso o cal, pero se deterioraban rápidamente ante las inclemencias atmosféricas. Se idearon diversas soluciones, mezclando agua con rocas y minerales triturados, para conseguir pastas que no se degradasen fácilmente. Así, en el Antiguo Egipto se utilizaron diversas pastas obtenidas con mezclas de yesos y calizas disueltas en agua, para poder unir sólidamente los sillares de piedra, como las que aún perduran entre los bloques calizos del revestimiento de la Gran Pirámide de Guiza.

Concreto de cimento natural

Na Grécia Antiga, por volta de 500 AC. C., compostos de calcário calcinado foram misturados com água e areia, acrescentando brita, telhas quebradas ou tijolos, dando origem ao primeiro concreto da história, utilizando tufos vulcânicos extraídos da ilha de Santorini. Os antigos romanos utilizavam terra ou cinza vulcânica, também conhecida como pozolana, que contém sílica e alumina, que, quando combinadas quimicamente com cal, resultavam no chamado cimento pozolânico (obtido em Pozzuoli, perto do Vesúvio). Ao adicionar pedaços de cerâmica ou outros materiais de baixa densidade (pedra-pomes) à sua massa, obtiveram o primeiro concreto leve.[15]​ Com esse material foi construído tudo, desde tubulações até instalações portuárias, cujos restos ainda existem. Destacam-se construções como os vários arcos do Coliseu Romano, as nervuras da abóbada da Basílica de Maxêncio, com vãos superiores a 25 metros,[16]​ as abóbadas das Termas de Caracalla, e a cúpula do Panteão de Agripa, com cerca de 43 metros de diâmetro, a de maior vão em séculos.[17]​.

Após a queda do Império Romano, o betão foi pouco utilizado, possivelmente devido à falta de recursos técnicos e humanos, à má qualidade da queima da cal e à falta ou afastamento de tufos vulcânicos. Não há indícios de sua utilização em grandes obras até o século XIII, quando voltou a ser utilizado nas fundações da Catedral de Salisbury, ou na famosa Torre de Londres, na Inglaterra. Durante o Renascimento a sua utilização era escassa e muito insignificante.

Em algumas cidades e grandes estruturas, construídas pelos maias e astecas no México ou pelos de Machu Picchu no Peru, foram utilizados materiais cimentícios.[15]​.

No século 20, o desejo pela pesquisa foi reavivado. John Smeaton, um engenheiro de Leeds, foi contratado para construir pela terceira vez um farol na falésia de Edystone, na costa da Cornualha, utilizando pedras unidas com uma argamassa de cal calcinada para formar uma construção monolítica que resistisse à acção constante das ondas e dos ventos húmidos; Foi concluído em 1759 e a fundação ainda permanece.

Século 19: cimento Portland e concreto armado

Joseph Aspdin e James Parker patentearam o Cimento Portland em 1824, obtido a partir de calcário argiloso e carvão calcinado em altas temperaturas - nomeado por sua cor cinza esverdeado escuro, muito semelhante à pedra Portland. Em 1845, Isaac Johnson obteve o protótipo do cimento moderno feito a partir de uma mistura de calcário e argila calcinada em alta temperatura, até a formação do clínquer; o processo de industrialização e a introdução dos fornos rotativos") levaram à sua utilização para uma ampla variedade de aplicações, no final do século XIX.[18]​.

O concreto ou concreto, pelas suas características de pedra, suporta bem as forças de compressão, mas fissura com outros tipos de tensões (flexão, tração, torção, cisalhamento); A inclusão de varetas metálicas que sustentaram estes esforços levou à otimização das suas características e à sua utilização generalizada em múltiplas obras de engenharia e arquitetura.

A invenção do concreto armado é geralmente atribuída ao construtor William Wilkinson"), que solicitou a patente em 1854 para um sistema que incluía armadura de ferro para "a melhoria da construção de casas, armazéns e outros edifícios resistentes ao fogo". Lille, em 1895.[19] Hennebique e seus contemporâneos basearam o desenho de suas patentes em resultados experimentais, através de testes de carga; as primeiras contribuições teóricas foram feitas por prestigiados pesquisadores alemães, como Wilhelm Ritter, que desenvolveu a teoria da "Rede de Ritter-Mörsch" em 1899. Estudos teóricos fundamentais foram desenvolvidos no século XX.

Século 20: ascensão da indústria do concreto

No início do século, surgiu o rápido crescimento da indústria cimenteira, devido a vários factores: as experiências dos químicos franceses Louis Vicat e Le Chatelier e do alemão Michaélis, que conseguiram produzir cimento de qualidade homogénea; a invenção do forno rotativo" para calcinação e do moinho tubular"); e os métodos de transporte de concreto fresco idealizados por Juergen Hinrich Magens, que ele patenteou entre 1903 e 1907. Com esses avanços, o cimento Portland pôde ser produzido em grandes quantidades e utilizado com vantagem na indústria da construção.[15]​.

Em 1901, Robert Maillart projetou uma ponte em arco de 38 metros de vão sobre o rio Inn, na Suíça, construída com vigas em caixa de concreto armado; entre 1904 e 1906, projetou a ponte Tavanasa sobre o rio Reno, com vão de 51 metros "Light (engenharia)"), a maior da Suíça. Claude A.P. Em 1906, Turner construiu o edifício Bovex em Minneapolis (Estados Unidos), com os primeiros pilares fungiformes (com grandes capitéis).

Na década de 1920, Le Corbusier exigiu em Vers une Architecture uma produção lógica, funcional e construtiva, despojada da retórica do passado; Em seu projeto para a Casa Domino, de 1914, a estrutura é composta por pilares e lajes de concreto armado, permitindo fachadas totalmente abertas e a livre distribuição dos espaços internos.[20]​.

Os hangares de Orly (Paris), projetados por Freyssinet entre 1921 e 1923, com 60 metros de vão, 9 de flecha e 300 de comprimento, são construídos com lâminas parabólicas de concreto armado, eliminando a divisão funcional entre paredes e cobertura. Em 1929, Frank Lloyd Wright construiu o primeiro arranha-céu de concreto.

Na década de 1960 surgiu o concreto reforçado com fibras, incorporado no momento da mistura, conferindo isotropia ao concreto e aumentando suas qualidades contra flexão, tração, impacto, fissuração, etc. Durante a década de 1970, os aditivos possibilitaram a obtenção de concretos de alta resistência, de 120 a mais de 200 MPa; A incorporação de monômeros gera um concreto quase inexpugnável por agentes químicos ou indestrutível por ciclos de congelamento e descongelamento, proporcionando múltiplas melhorias em diversas propriedades do concreto.

O grande progresso no estudo científico do comportamento do concreto armado e os avanços tecnológicos possibilitaram a construção de arranha-céus mais altos, pontes com vãos mais longos, tabuleiros largos e barragens imensas. A sua utilização será insubstituível em edifícios públicos que devem acomodar multidões: estádios, teatros, cinemas, etc. Muitas nações e cidades competirão para erguer o maior, ou mais bonito, edifício como símbolo do seu progresso, que normalmente será construído em betão armado.

Os edifícios mais altos do mundo possuem estruturas de concreto e aço, como as Torres Petronas em Kuala Lumpur, Malásia (452 ​​metros, 1998), o edifício Taipei 101 em Taiwan (509 metros, 2004), ou o Burj Khalifa na cidade de Dubai (818 metros, 2009), no século XXI.

Século 21: cultura ambiental

A utilização de materiais reciclados como ingredientes do concreto tem ganhado popularidade devido à legislação ambiental cada vez mais rigorosa, bem como à progressiva conscientização da sociedade. Os ingredientes reciclados mais comumente usados ​​são as cinzas volantes, um subproduto de usinas termelétricas a carvão. O impacto ambiental da indústria cimenteira é significativo, mas com a utilização destes novos materiais é possível a redução de pedreiras e aterros (lixo), uma vez que funcionam como substitutos do cimento), e reduzem a quantidade necessária para a obtenção de um bom betão. Dado que um dos efeitos nocivos para o ambiente é que a produção de cimento gera grandes volumes de dióxido de carbono, a tecnologia de substituição do cimento desempenha um papel importante nos esforços para reduzir as emissões de dióxido de carbono. Geralmente é incluir certos catalisadores nas misturas que permitem sua 'autolimpeza', como o dióxido de titânio.

Também é usado para confinar resíduos radioativos. Entre eles, o mais importante é o do reator nuclear que ruiu na usina de Chernobyl, que foi coberto com concreto para evitar vazamentos radioativos.

El concreto u hormigón es el material resultante de unir áridos con la pasta que se obtiene al añadir agua a un conglomerante.[21]​ El conglomerante puede ser cualquiera, pero cuando nos referimos al concreto, generalmente es un cemento artificial, y entre estos últimos, el más importante y habitual es el cemento portland.[21]​ Los áridos proceden de la desintegración o trituración, natural o artificial de rocas y, según la naturaleza de las mismas, reciben el nombre de áridos silíceos "Óxido de silicio (IV)"), calizos, graníticos, etc. El árido cuyo tamaño sea superior a 5 mm se llama árido grueso o grava, mientras que el inferior a 5 mm se llama árido fino "Arena (concreto)") o arena.[22]​ El tamaño de la grava influye en las propiedades mecánicas del concreto.

La pasta formada por cemento y agua es la que confiere al hormigón su fraguado y endurecimiento, mientras que el árido es un material inerte sin participación directa en el fraguado y endurecimiento del hormigón.[22]​ El cemento se hidrata en contacto con el agua, iniciándose diversas reacciones químicas de hidratación que lo convierten en una pasta maleable con buenas propiedades adherentes, que en el transcurso de unas horas, derivan en el fraguado y endurecimiento progresivo de la mezcla, obteniéndose un material de consistencia pétrea.

Una característica importante del hormigón es poder adoptar formas distintas, a voluntad del proyectista. Al colocarse en obra es una masa plástica que permite rellenar un molde, previamente construido con una forma establecida, que recibe el nombre de encofrado.[21]​.

Características mecânicas

A principal característica estrutural do concreto é resistir muito bem às forças de compressão. No entanto, tanto a sua resistência à tracção como ao cisalhamento são relativamente baixas, razão pela qual deve ser utilizado em situações onde as tensões de tracção ou de cisalhamento são muito baixas. Para determinar a resistência, são preparados ensaios mecânicos (testes de ruptura) em corpos de prova de concreto.

Para superar este inconveniente, o concreto é “armado” com a introdução de barras de aço, conhecidas como concreto armado, ou concreto armado, permitindo que as forças de cisalhamento e tração sejam suportadas pelas barras de aço. Também é comum haver barras de aço reforçando áreas ou elementos fundamentalmente comprimidos, como é o caso dos pilares. As tentativas de compensar as deficiências do concreto em tração e cisalhamento levaram ao desenvolvimento de uma nova técnica construtiva no início do século XX, a do concreto armado. Assim, ao introduzir fios de alta resistência esticados no concreto antes da pega, este é comprimido na pega, com o que as trações que surgiriam para resistir às ações externas tornam-se descompressões das partes anteriormente comprimidas, resultando em muitos casos muito vantajosos. Para a protensão são utilizados aços com limite elástico muito elevado, pois o fenômeno denominado fluência anularia as vantagens da protensão. Posteriormente, investigou-se a conveniência de introduzir tensões no aço de forma deliberada e prévia à pega do concreto da peça estrutural, desenvolvendo as técnicas de “concreto protendido” e “concreto protendido”).

Os aditivos permitem obter concretos de alta resistência; A inclusão de monômeros e adições ao concreto proporcionam múltiplas melhorias nas propriedades do concreto.

Quando se projeta um elemento de concreto armado, as dimensões, tipo de concreto, quantidade, qualidade, aditivos, adições e disposição do aço que deve ser fornecido são estabelecidas com base nas forças que cada elemento deve resistir. Um projeto racional, dosagem adequada, mistura, colocação, consolidação, acabamento e cura, fazem do concreto um material ideal para ser utilizado na construção civil, pois é resistente, durável, incombustível, quase impermeável e requer pouca manutenção. Por poder ser facilmente moldado em diversos formatos e adquirir diversas texturas e cores, é utilizado em diversas aplicações.

As principais características físicas do concreto, em valores aproximados, são:.

Configuração e endurecimento

A pasta de concreto é formada pela mistura de cimento artificial e água e deve absorver completamente os agregados. A principal qualidade desta pasta é que ela endurece e endurece progressivamente, tanto ao ar quanto debaixo d'água.[23]​.

O processo de presa e endurecimento é o resultado de reações químicas de hidratação entre os componentes do cimento. A fase inicial de hidratação é chamada de pega e é caracterizada pela passagem da pasta do estado fluido para o estado sólido. Isto é facilmente observado simplesmente pressionando um dedo na superfície do concreto. Posteriormente, as reações de hidratação continuam, atingindo todos os constituintes do cimento, o que provoca o endurecimento da massa e se caracteriza por um desenvolvimento progressivo da resistência mecânica.[23]​.

A presa e o endurecimento nada mais são do que dois estados convencionalmente separados; Na realidade, existe apenas um único processo de hidratação contínuo.[23]​.

No cimento Portland, o mais utilizado no concreto, o primeiro componente a reagir é o aluminato tricálcico com duração rápida e curta (até 7-28 dias). Depois vem o silicato tricálcico, com contribuição inicial importante e contínua por bastante tempo. Em seguida vem o silicato dicálcico com uma contribuição inicial fraca e muito importante após 28 dias.[23]​.

O fenômeno físico do endurecimento não possui fases definidas. O cimento apresenta-se na forma de pó e suas partículas ou grãos são progressivamente hidratados, inicialmente pelo contato da água com a superfície dos grãos, formando alguns compostos cristalinos e grande parte de compostos microcristalinos comparáveis ​​a colóides que formam uma película na superfície do grão. A partir daí, o endurecimento continua a ser dominado por essas estruturas coloidais que circundam os grãos de cimento e através das quais a hidratação progride para o núcleo do grão.[23]​.

O facto de poder ser regulada a velocidade com que o cimento misturado perde a fluidez e endurece torna-o um produto muito útil na construção. Uma reação rápida de hidratação e endurecimento dificultaria o transporte e facilitaria a instalação, preenchendo todas as lacunas da fôrma. Uma reação lenta adiaria significativamente o desenvolvimento da resistência mecânica. Nas fábricas de cimento isso é conseguido controlando a quantidade de gesso adicionado ao clínquer de cimento. Na central de concreto, onde a pasta de cimento e água é misturada aos agregados, também podem ser adicionados produtos que regulam o tempo de pega.[23]​.

Em condições normais, o concreto normal ou concreto Portland começa a endurecer entre 30 e 45 minutos após ter descansado nos moldes e termina a pega após cerca de 10 ou 12 horas. Começa então o endurecimento, que toma um ritmo rápido nos primeiros dias até chegar ao primeiro mês, e depois aumenta mais lentamente até chegar ao ano em que praticamente se estabiliza.[24]​ A tabela a seguir mostra a evolução da resistência à compressão de um concreto tomando como unidade a resistência de 28 dias, sendo os valores indicativos:[25]​.

Resistência

No dimensionamento anterior dos elementos, a resistência característica (f) do concreto é aquela que é adotada em todos os cálculos como sua resistência à compressão, e assumindo que o concreto a ser executado resistirá a esse valor, são dimensionadas as medidas de todos os elementos estruturais.[26]​.

A resistência característica de projeto (f) estabelece, portanto, o limite inferior, devendo-se garantir que cada lote de concreto colocado tenha essa resistência no mínimo. Na prática, são realizados testes estatísticos de resistência no concreto que é colocado e 95% deles devem ser maiores que f, considerando que com o nível atual de tecnologia do concreto, uma fração defeituosa de 5% é perfeitamente aceitável.

A resistência à compressão do concreto é obtida em ensaios de fratura por compressão de corpos de prova cilíndricos normalizados "Modelo (mecânico)" realizados aos 28 dias de idade e fabricados com os mesmos lotes colocados em trabalho.[26]​ A Instrução Espanhola (EHE) recomenda a utilização da seguinte série de resistências características à compressão aos 28 dias (medidas em Newton/mm²): 20; 25; 30, 35; 40; 45 e 50.[26]​ Portanto, as fábricas de concreto costumam fornecer concreto que garanta essas resistências.

Consistência do concreto fresco

Consistência é a maior ou menor facilidade que o concreto fresco tem para se deformar e consequentemente ocupar todos os vãos do molde ou fôrma. Diferentes fatores influenciam, especialmente a quantidade de água de mistura, mas também o tamanho máximo do agregado, a forma do agregado e a sua granulometria.[27]​.

A consistência é definida antes da instalação, analisando qual a mais adequada para colocação de acordo com os meios de compactação disponíveis. Este é um parâmetro fundamental no concreto fresco.

Dentre os testes que existem para determinar a consistência, o mais utilizado é o cone de Abrams. Consiste no preenchimento de um molde cônico truncado de 30 cm de altura com concreto fresco. A perda de altura que ocorre quando o molde é removido é a medida que define a consistência.[27]​.

Os concretos são classificados pela sua consistência em seco, plástico, macio e fluido conforme indicado na tabela a seguir:[28]​.

Durabilidade

A durabilidade do concreto é definida na Instrução EHE espanhola como a capacidade de se comportar satisfatoriamente contra ações físicas e químicas agressivas ao longo da vida útil da estrutura, protegendo também as armaduras e os elementos metálicos nela incorporados.[29]​.

Portanto, não devemos considerar apenas os efeitos causados ​​pelas cargas e tensões, mas também as condições físicas e químicas a que está exposto. Por este motivo, considera-se o tipo de ambiente em que a estrutura será encontrada e que pode afetar a corrosão da armadura, ambientes químicos agressivos, áreas afetadas por ciclos de gelo-degelo, etc.[29]​.

Para garantir a durabilidade do concreto e a proteção da armadura contra a corrosão, é importante realizar um concreto com permeabilidade reduzida, realizando uma mistura com baixa relação água/cimento, compactação ideal, peso de cimento adequado e hidratação suficiente do cimento, acrescentando água de cura para completar. Desta forma, há o menor número possível de poros e uma rede capilar interna mal comunicada, reduzindo assim os ataques ao concreto.[29]​.

Em casos de presença de sulfatos no solo ou na água do mar, devem ser utilizados cimentos especiais. Para evitar a corrosão da armadura, é necessário cuidar do revestimento mínimo da mesma.[29]​.

Na Instrução Espanhola (EHE), publicada em 1998, o concreto é classificado de acordo com o seguinte formato, tornando obrigatória sua referência desta forma em planos e outros documentos de projeto, bem como na fabricação e instalação:[30]​.

T: será denominado HM quando for concreto massa, HA quando for concreto armado e HP quando for concreto protendido.

R: resistência característica do concreto expressa em N/mm².

C: letra inicial do tipo de consistência: S Seca, P plástica, B Suave, F Fluida e L Líquida.

TM: tamanho máximo do agregado expresso em milímetros.

A: designação do ambiente ao qual o concreto ficará exposto.

Cimento

Os cimentos são produtos que, quando misturados com água, pegam e endurecem, formando novos compostos resultantes de reações de hidratação que são estáveis ​​tanto ao ar quanto submersos em água.[32]​.

Existem vários tipos de cimentos. As propriedades de cada um deles estão intimamente associadas à composição química de seus componentes iniciais, que se expressa na forma de seus óxidos, e dependendo de quais sejam, formarão diferentes compostos resultantes nas reações de hidratação.[32]​.

Cada tipo de cimento é indicado para determinados usos; As condições ambientais também determinam o tipo e a classe do cimento, afetando a durabilidade do concreto. Os tipos e nomes dos cimentos e seus componentes são padronizados e sujeitos a condições rigorosas. A norma espanhola estabelece os seguintes tipos: cimentos comuns, aqueles resistentes aos sulfatos, aqueles resistentes à água do mar, aqueles com baixo calor de hidratação, cimentos brancos, aqueles para usos especiais e aqueles feitos de aluminato de cálcio. Os cimentos comuns são o grupo mais importante e entre eles o Portland é o habitual. Em Espanha, apenas os cimentos comercializados legalmente na União Europeia podem ser utilizados e estão sujeitos às disposições de leis específicas.[33]​.

Além do tipo de cimento, o segundo fator que determina a qualidade do cimento é a sua classe ou resistência à compressão aos 28 dias. Esta é determinada em argamassa padronizada e expressa a resistência mínima, que deve ser sempre ultrapassada na fabricação do cimento. Não é a mesma coisa, nem se deve confundir a resistência do cimento com a do betão, pois a do cimento corresponde a componentes normalizados e a do betão dependerá de cada um dos seus componentes. Mas se o concreto for bem dosado, quanto maior a resistência do cimento, maior será a resistência do concreto.[32]​ A norma espanhola estabelece as seguintes classes de resistência:[33]​.

O cimento apresenta-se em pó e a finura da sua moagem é decisiva nas suas propriedades de ligação, influenciando decisivamente a velocidade das reações químicas da sua pega e primeiro endurecimento. Quando misturados com água, os grãos de cimento são hidratados apenas até uma profundidade de 0,01 mm, portanto, se os grãos fossem muito grossos, o desempenho de hidratação seria pequeno, pois um núcleo inerte permaneceria no seu interior. Entretanto, a finura excessiva causa alto encolhimento e calor de hidratação. Além disso, uma vez que a resistência aumenta com a finura, deve ser alcançada uma solução de compromisso; o cimento deve ser finamente moído, mas não excessivamente.[32]​.

O armazenamento do cimento a granel é realizado em silos estanques que não permitem a contaminação do cimento e devem ser protegidos da umidade. Para os cimentos fornecidos em sacos, o armazenamento deve ser realizado em locais cobertos, ventilados, protegidos da chuva e do sol.[33]​ O armazenamento prolongado pode causar a hidratação das partículas mais finas devido ao intemperismo, perdendo seu valor hidráulico e resultando em atraso na pega e diminuição da resistência.[34]​.

O cimento Portland é obtido pela calcinação de misturas de calcário e argila preparadas artificialmente a cerca de 1500 °C. O produto resultante, denominado clínquer, é moído pela adição de uma quantidade adequada de regulador de presa, que geralmente é pedra de gesso natural.[35]​.

A composição química média de um portland, segundo Calleja, é composta por 62,5% de CaO (cal combinada), 21% de SiO (sílica), 6,5% de AlO (alumina), 2,5% de FeO (ferro) e outras minorias. Esses quatro componentes são os principais do cimento, a cal é básica e os outros três são ácidos. Esses componentes não estão livres no cimento, mas combinados formando silicatos, aluminatos e ferritas de cálcio, que são seus componentes hidráulicos ou componentes potenciais. Um clínquer de cimento Portland de tipo médio contém:[35]​.

As duas principais reações de hidratação que causam o processo de pega e endurecimento são:

O silicato tricálcico é o composto ativo por excelência do cimento, pois desenvolve uma elevada resistência inicial e um elevado calor de hidratação. Ele endurece lentamente e endurece rapidamente. Em cimentos de endurecimento rápido e de alta resistência aparece em maior proporção do que o habitual.[35]​.

O silicato dicálcico é o que desenvolve resistência a longo prazo no cimento, é lento na pega e no endurecimento. Sua estabilidade química é maior que a do silicato tricálcico, razão pela qual os cimentos resistentes ao sulfato apresentam alto teor de silicato dicálcico.[35]​.

O aluminato tricálcico é o composto que rege a presa e a resistência a curto prazo. Sua estabilidade química é boa contra água do mar, mas muito fraca contra sulfatos. Para interromper a rápida reação do aluminato tricálcico com a água e regular o tempo de pega do cimento, adiciona-se pedra de gesso ao clínquer.[35]​.

Aluminatoferrita tetracálcica") não participa da resistência mecânica, sua presença é necessária devido à contribuição dos fluxos de ferro na fabricação do clínquer.[35]​.

Em Espanha existem os chamados "cimentos Portland com adições ativas" que, além dos componentes principais do clínquer e da pedra de gesso, contêm um destes componentes adicionais até 35% do peso do cimento: escória de aço "Escória (metalurgia)"), sílica ativa, pozolana natural, pozolana natural calcinada, cinza volante siliciosa, cinza volante calcária, xisto calcinado ou calcário.[33]​.

Cimentos de alta resistência inicial, aqueles resistentes a sulfatos, aqueles com baixo calor de hidratação ou brancos são geralmente cimentos Portland especiais e para eles alguns dos quatro componentes básicos do clínquer são limitados ou melhorados.[36]​.

O cimento de aço é obtido pela moagem conjunta de clínquer Portland e ajuste do regulador na proporção de 5-64% com escória de aço na proporção de 36-95%.[33] Constitui a família dos cimentos frios. A escória é obtida pelo resfriamento repentino da ganga fundida dos processos de fabricação de aço em água; Neste resfriamento a escória vitrifica e torna-se hidraulicamente ativa devido ao seu teor combinado de cal. A escória por si só endurece e endurece lentamente, então o clínquer Portland é adicionado para acelerá-la.[36]​.

O cimento pozolânico é uma mistura de clínquer Portland e regulador de pega na proporção de 45-89% com pozolana na proporção de 11-55%.[33] A pozolana natural tem origem vulcânica e embora não possua propriedades ligantes, contém sílica e alumina capazes de fixar cal na presença de água, formando compostos com propriedades hidráulicas. A pozolana artificial tem propriedades análogas e é encontrada em cinzas volantes, terra diatomácea ou argilas ativas.[36]​.

O cimento aluminoso é obtido pela fusão de calcário e bauxita. O principal constituinte deste cimento é o aluminato monocálcico.[36]​.

Árido

Os agregados devem ter pelo menos a mesma resistência e durabilidade exigidas para o concreto. Não devem ser utilizados calcários moles, feldspatos, gesso, piritas ou rochas friáveis ​​ou porosas. Para durabilidade em ambientes agressivos, agregados siliciosos, provenientes da trituração de rochas vulcânicas ou calcários densos e saudáveis, serão melhores.[37]​.

O agregado que tem maior responsabilidade no todo é a areia. Segundo Jiménez Montoya, não é possível fazer um bom concreto sem uma boa areia. As melhores areias são as de rio, que normalmente são quartzo puro, o que garante sua resistência e durabilidade.[37]​.

Com agregados laminados naturais, o betão é mais trabalhável e necessita de menos água de mistura do que os agregados britados, tendo ainda a garantia de serem pedras duras e limpas. Os agregados britados por britagem, com mais faces de fratura, custam mais para serem colocados em uso, mas travam melhor e isso se reflete em maior resistência.[37]​.

Se os agregados laminados estiverem contaminados ou misturados com argila, é imprescindível lavá-los para retirar a camisa que envolve os grãos e que reduziria sua aderência à pasta de concreto. Da mesma forma, os agregados de britagem geralmente são cercados por pó de britagem, o que aumenta os finos do concreto, requer mais água de mistura e dará menor resistência, por isso geralmente são lavados.[37]​.

Os agregados utilizados no concreto são obtidos pela mistura de três ou quatro grupos de tamanhos diferentes para obter uma granulometria ideal. Três fatores intervêm numa granulometria adequada: o tamanho máximo do agregado, a compactação e o teor de grãos finos. Quanto maior o tamanho máximo do agregado, menores serão as necessidades de cimento e água, mas o tamanho máximo é limitado pelas dimensões mínimas do elemento a construir ou pela separação entre armaduras, uma vez que estas lacunas devem ser preenchidas por betão e, portanto, por agregados maiores. Numa mistura de agregados, uma elevada compactação é aquela que deixa poucos vazios; Consegue-se com misturas com baixo teor de areia e grande proporção de agregados graúdos, necessitando de pouca água de mistura; Sua grande dificuldade é compactar o concreto, mas se houver meios suficientes para isso, o resultado é um concreto muito resistente. Quanto ao teor de grãos finos, estes tornam a mistura mais trabalhável, mas requerem mais água de mistura e cimento. Em cada caso, deverá ser encontrada uma fórmula de compromisso tendo em conta os diferentes factores. As parábolas de Fuller e Bolomey fornecem duas famílias de curvas granulométricas amplamente utilizadas para obter dosagens adequadas de agregados.[37]​.

Água

A água de mistura intervém nas reações de hidratação do cimento. A quantidade deve ser estritamente necessária, pois o excesso que não intervém na hidratação do cimento irá evaporar e criar vazios no concreto, reduzindo sua resistência. Pode-se estimar que cada litro de água de amassamento em excesso significa a anulação de dois quilos de cimento na mistura. No entanto, uma redução excessiva de água causaria uma mistura seca, pesada e muito difícil de colocar no local. Portanto, é muito importante definir corretamente a quantidade de água.[38]​.

As características da água para concreto devem ser avaliadas para que não produza reações adversas na mistura, por isso devem ser realizadas análises físico-químicas para garantir sua qualidade. Na prática, um indicador simples é a potabilidade da água, com isso podemos determinar se a água é adequada para uso na mistura ou não.

Durante a presa e primeiro endurecimento do concreto, é adicionada água de cura para evitar a dessecação e melhorar a hidratação do cimento.[38]​.

Tanto a água destinada à amassadura como a destinada à cura devem ser adequadas para cumprir a sua função. É muito importante que a água de cura seja adequada, pois pode afetar mais negativamente as reações químicas durante o endurecimento do concreto. Normalmente, a água adequada costuma coincidir com a água potável e uma série de parâmetros que devem ser atendidos são padronizados. Assim, os regulamentos limitam o pH, o conteúdo de sulfatos, íons cloro e carboidratos.[38]​.

Quando uma massa é excessivamente fluida ou muito seca, existe o perigo de ocorrer o fenómeno de segregação (separação do betão nos seus componentes: agregados, cimento e água). Geralmente ocorre quando o concreto é vazado com quedas de material superiores a 2 metros.[28]​.

Outros componentes minoritários

Os componentes básicos do concreto são cimento, água e agregados; Outros componentes menores que podem ser incorporados são: adições, aditivos, fibras, cargas e pigmentos.

Aditivos e adições podem ser utilizados como componentes do concreto, desde que através dos ensaios apropriados, se justifique que a substância adicionada nas proporções e condições previstas produz o efeito desejado sem perturbar excessivamente as características remanescentes do concreto ou representar perigo à durabilidade do concreto ou à corrosão da armadura.[39]​.

As adições são materiais hidráulicos inorgânicos, pozolânicos ou latentes que, finamente moídos, podem ser adicionados ao concreto no momento de sua fabricação, a fim de melhorar algumas de suas propriedades ou conferir-lhe propriedades especiais. O EHE inclui apenas a utilização de cinzas volantes e sílica ativa, determinando suas limitações. É composto por calcário triturado em pedaços muito pequenos, como pó, e outros materiais, como produtos químicos HQR (herqiros), entre outros.

Os aditivos são substâncias ou produtos que se incorporam ao betão, antes ou durante a mistura, produzindo a modificação de algumas das suas características, das suas propriedades habituais ou do seu comportamento. A EHE estabelece proporção não superior a 5% do peso do cimento e dá outras condições.

Regulamentos

No século XIX, a resistência dos elementos estruturais de concreto armado foi calculada experimentalmente. Navier, no início do século XIX, levantou a necessidade de conhecer e estabelecer os limites até aos quais as estruturas se comportavam elasticamente, sem deformações permanentes, de forma a obter modelos físico-matemáticos fiáveis ​​e fórmulas coerentes. Posteriormente, dada a complexidade do comportamento concreto, foi necessária a utilização de métodos baseados no cálculo de probabilidades para obter resultados mais realistas. Durante a primeira metade do século XX, os elementos estruturais foram calculados utilizando o método das tensões admissíveis.

Durante a década de 1960, a teoria da segurança estrutural começou a ser desenvolvida no que diz respeito aos Estados Limites, estabelecendo valores máximos nas flechas e na fissuração dos elementos estruturais, limitando os riscos.

O conceito de Estado Limite surgiu na década de 1970, como um conjunto de requisitos que um elemento estrutural deveria satisfazer para ser considerado adequado. Os regulamentos centraram-se em dois tipos: Estados limites de serviço e Estados limites de solicitação.

As regulamentações da década de 1970, para simplificar os complexos cálculos de probabilidades, estabeleceram Coeficientes de segurança, dependendo da qualidade dos materiais, do controle da execução da obra e da dificuldade do projeto. Os coeficientes de aumento de carga ou ações e os coeficientes de diminuição de resistência dos componentes do material foram introduzidos.[40]​.

Em meados do século os regulamentos tinham dezenas de páginas, no século têm centenas. A introdução de programas de computador possibilita cálculos muito complexos e rápidos e soluções mais precisas. Os regulamentos dão ênfase especial aos estados finais de serviço (fissuras, deformações), comportamento (detalhes de construção) e durabilidade (revestimentos, qualidades), limitando a resolução experimental com múltiplas condições. Assim, o Eurocódigo 1 estabelece situações usuais e acidentais (como terremotos), que implicam em Coeficientes de segurança parciais para as mais variadas tensões e resistências. Algumas regulamentações específicas por área geográfica são EHE (Espanha), Eurocódigo 2 (Europa), ASCE/SEI (Estados Unidos).

Cálculo e projeto

Antes de construir qualquer elemento de concreto, devem ser calculadas as cargas às quais ele será submetido e, a partir delas, serão determinadas as dimensões dos elementos e a qualidade do concreto, a disposição e a quantidade de armaduras nos mesmos.

O cálculo de uma estrutura de concreto consiste em várias etapas. Primeiramente, são feitas uma série de simplificações na estrutura real, transformando-a em uma estrutura de cálculo ideal. Posteriormente, são determinadas as cargas que a estrutura suportará, considerando em cada ponto a combinação de cargas que produz o efeito mais desfavorável. Finalmente, cada uma das seções é dimensionada para suportar as tensões mais desfavoráveis.

Calculada a estrutura, é elaborado o projeto, que é o conjunto de documentos que serve para a execução da obra e detalha os elementos a serem construídos. Os cálculos realizados estão incluídos no projeto. Inclui também as plantas que mostram as dimensões dos elementos a serem executados, a classificação dos concretos planejados e as características resistentes dos aços a serem utilizados.

Fabricação

É muito importante conseguir a mistura ideal nas proporções precisas de agregados de diferentes tamanhos, cimento e água. Não existe uma mistura ideal que funcione para todos os casos.[41]​ Para estabelecer a dosagem adequada em cada caso, deve-se levar em consideração a resistência mecânica, fatores associados à fabricação e instalação, bem como o tipo de ambiente ao qual será submetido.[42]​.

Existem muitos métodos para pré-medição de concreto, mas são apenas indicativos. As proporções finais de cada um dos componentes são normalmente estabelecidas através de testes laboratoriais, fazendo correções ao que foi obtido nos métodos teóricos.[43]​.

Os aspectos básicos que devem ser determinados são brevemente anotados:

Uma vez determinada a dosagem mais adequada, na planta de concreto os componentes, água em volume, devem ser medidos, enquanto cimento e agregados são medidos em peso.[45]​.

Os materiais são misturados em betoneira ou betoneira para obter uma mistura homogênea de todos os componentes. O agregado deve estar bem envolvido pela pasta de cimento. Para conseguir esta homogeneidade, primeiro é despejada metade da água, depois o cimento e a areia simultaneamente, depois o agregado graúdo e finalmente o resto da água.[45]​.

Para o transporte até o local de utilização devem ser utilizados procedimentos que não variem a qualidade do material, normalmente caminhões betoneira. O tempo decorrido não deve ser superior a uma hora e meia desde a sua mistura.[46]​ Se ao chegar ao local onde o concreto será colocado, ele já começou a endurecer, deve ser descartado.[45]​.

Colocando em prática

As armaduras devem estar limpas e fixadas à fôrma e entre si para que mantenham a posição planejada sem se moverem durante a concretagem e compactação do concreto. Para isso, calços ou espaçadores são colocados em número suficiente para manter a rigidez da montagem.[47]​.

As distâncias entre as diversas armaduras devem manter uma separação mínima e padronizada para permitir a correta colocação do concreto entre as barras para que não haja vãos ou vãos durante a compactação do concreto.[47]​.

Da mesma forma, o espaço livre entre as barras de aço e a fôrma, denominado revestimento, deve manter uma separação mínima, também padronizada, que permita o preenchimento deste espaço com concreto. Este espaço é controlado por meio de separadores que são colocados entre a armadura e a fôrma.[47]​.

A fôrma deve conter e suportar o concreto fresco durante o seu endurecimento, mantendo a forma desejada sem deformar. Geralmente são feitos de madeira ou metal e devem ser rígidos, resistentes, estanques e limpos. Durante a montagem, devem estar bem fixados para que não ocorram movimentos durante a posterior consolidação do concreto.[48]​.

Antes de reutilizar uma fôrma, deve-se limpá-la bem com escovas de aço, retirando quaisquer restos de argamassa que possam ter aderido à superfície. Para facilitar a decapagem, geralmente são aplicados produtos desmoldantes na fôrma; Estes devem estar isentos de substâncias nocivas ao concreto.[48]​.

A concretagem do concreto fresco no interior da fôrma deve ser realizada evitando a segregação da mistura. Para isso, deve-se evitar despejá-la de grandes alturas, até no máximo dois metros de queda livre, e não deve movimentar a massa horizontalmente.[49]​.

É colocado em camadas ou camadas horizontais de espessura reduzida para permitir uma boa compactação (até 40 cm em concreto maciço e 60 cm em concreto armado). As diferentes camadas ou camadas são consolidadas sucessivamente, cada camada travando com a anterior com o meio de compactação utilizado e sem que a camada anterior tenha começado a endurecer.[49]​.

Para conseguir um betão compacto, eliminando os seus vazios e obter um fecho completo da massa, existem vários sistemas de consolidação. O corte com barra, que se realiza introduzindo-a sucessivamente, requer betão de consistência macia e fluida e realiza-se em obras de pouca resistência. A compactação por batidas repetidas com socador é utilizada em camadas de 15 ou 20 cm de espessura e com muita superfície horizontal. A compactação por vibração é comum em concretos resistentes e é apropriada em consistências secas.[49]​.

O vibrador mais utilizado é o vibrador de agulha, um cilindro metálico com diâmetro de 35 a 125 mm cuja frequência varia entre 3.000 e 12.000 ciclos por minuto. A agulha é colocada verticalmente na massa de concreto fresco, introduzida em cada camada até que a ponta penetre na camada anterior e tomando cuidado para não tocar na armadura, pois a vibração pode separar a massa de concreto da armadura. Através da vibração, o ar contido no concreto não compactado é reduzido, o que se estima ser da ordem de 15 a 20% a 2-3% após a vibração.[49]​.

A produção mundial de cimento foi superior a 2,5 mil milhões de toneladas em 2007. Estimando uma dosagem de cimento entre 250 e 300 kg de cimento por metro cúbico de betão, isto significa que poderiam ser produzidos 8.000 a 10.000 milhões de metros cúbicos, o que equivale a 1,5 metros cúbicos de betão por pessoa. Nenhum material de construção foi utilizado em tais quantidades e no futuro não parece haver outro material de construção que possa competir com o concreto em magnitude de volume.[50]​.

Esta produção massiva de betão significa que a maioria das estruturas e edifícios do mundo são parcialmente feitos deste material. Respeito ao meio ambiente, o concreto é 100% reciclável e possui “efeito sumidouro de CO”, ou seja, tem a capacidade de absorver o dióxido de carbono da atmosfera, reduzindo assim sua quantidade no ar, o que o torna um recurso estrela em termos de sustentabilidade. A qualidade de ser um isolante térmico permite reduzir o consumo global de energia em consequência dos picos de temperatura, minimizando o custo energético dos edifícios, bem como colaborar na redução dos gases com efeito de estufa envolvidos na produção de energia. A sua elevada resistência confere aos edifícios e pontes muita resistência contra incêndios ou fenómenos naturais como sismos, melhorando o serviço das estruturas e infraestruturas e o seu nível de segurança social, o que lhes confere uma durabilidade prolongada, permitindo a sua conservação com poucos custos de manutenção e, portanto, a sua viabilidade económica.[52]​.

O filósofo alemão Anselm Jappe critica o uso massivo de concreto em seu livro de 2020 "Concreto. Arma de construção em massa do capitalismo". Revisa os seus problemas de deterioração, a excessiva extensão da sua utilização, devido ao seu baixo preço, em todos os sectores da engenharia e da arquitectura, o abandono de outros materiais tradicionais, a perda de profissões e conhecimentos relacionados com a alvenaria. Ele inicia seu livro com o capítulo "Uma ponte desmorona" sobre o colapso da Ponte Morandi em 2018 em Gênova.[53]​ Ele menciona, entre outros, o que considera o desastre da cidade planejada de Chandigarh, na Índia, devido à deterioração do concreto, projetada por Le Corbusier, a quem considera um arquiteto desastroso.[54][55]​.