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Universidade Estadual de Maringá

Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil

Um pouco sobre a história do concreto

João Dirceu N. Carvalho Maringá, DEC/UEM, 2008

1 A “pré-história do concreto”1
2 O cimento moderno6

Sumário 3 A descoberta do concreto armado ...................................................................................... 9

O concreto armado como o conhecemos é um material novo. Até o final do século XIX os sistemas construtivos usuais eram as estruturas em madeira e em alvenaria. Como a madeira, embora abundante na época, apresentasse os problemas de durabilidade e combustão (muitas cidades sofreram sinistros de grandes proporções) a alvenaria pedras ou de tijolos foi o sistema estrutural empregado nas obras mais importantes.

De uma maneira geral, a alvenaria pode ser definida como um sistema construtivo que consiste na moldagem de unidades (pedras, tijolos ou blocos) unidas por um ligante (a argamassa).

A alvenaria de pedras, sem dúvida, é um dos mais antigos sistemas construtivos utilizados pelo homem. Historicamente, o tijolo foi um produto de substituição, utilizado primeiramente em regiões onde havia escassez da pedra natural e da madeira. Atribui-se aos caldeus o invento do tijolo cozido, ainda que o tijolo cru já fosse empregado na alvenaria em várias regiões do Oriente. Desde as primeiras experiências com a alvenaria de pedras, estas civilizações buscaram um material que unisse e desse coesão a essas pedras. Inicialmente usaram a argamassa de barro (os assírios e babilônios usaram a argila como material ligante) e posteriormente, uma argamassa mais resistente e durável, a argamassa de cal.

É nesse contexto que se inicia a história da cal, do cimento e do concreto: como aglomerantes para argamassas de alvenarias. Guimarães (1997) observa vários indícios de que o homem conheceu a cal provavelmente nos primórdios da Idade da pedra (período Paleolítico). Malinowski, R.G, apud Guimarães (1997) refere-se a misturas de cal e pozolanas encontradas em sítios arqueológicos neolíticos (8 mil a 10 mil anos a.C.). A mais antiga aplicação da cal como aglomerante foi encontrada na Sérvia, ex-Iugoslávia, nas ruínas de uma casa datada de 5600 a.C., com o piso feito de uma cal vermelha, areia, e pedregulho, mas o produto começa a aparecer com freqüência nas construções a partir da civilização egípcia. O material de vedação da Pirâmide de Quéops (Khufu) (2.700 a.C.) demonstrou que os egípcios eram práticos na utilização de argamassa. Na pirâmide do faraó egípcio Tutancâmon (1.450 a.C.), há uma porta construída com enormes pedras rebocadas com argamassa, e na antecâmara havia um recipiente com argamassa utilizada para rebocar á porta. De certa forma a argamassa egípcia de 2500 a.C. constituída por uma mistura de gesso calcinado é a origem do cimento.

Esse conhecimento difundiu-se pelos povos do oriente e posteriormente pelo mediterrâneo, Grécia e Roma. No Palácio de Knossos (2.0 a.C.), em Creta, foram encontrados locais revestidos com duas camadas de argamassa com cal e fibras de cabelo, utilizadas como telas para afrescos. Uma extensa muralha foi construída em torno de Jericó (1000 a.C.), a 23 km de Jerusalém, para proteção da cidade. Em O Nome da Rosa, Umberto Eco, cita uma ampola com amostra de argamassa usada na construção da muralha entre as relíquias e tesouros guardados na abadia (Guimarães, 1997).

No séc. I a.C. a região do Mediterrâneo era dominada por duas cidades estado, Roma na Europa e Cartago na África. Após mais de um século de guerras (guerras púnicas, 264-146 a.C.) Roma conquistou Cartago dominando toda a região do Mediterrâneo e da península Ibérica. Assim os romanos criaram um Império que se estendia do Tamisa até o Nilo, transformando o Mediterrâneo em um grande lago romano, o Mare Nostrum.

Os romanos foram um povo pragmático, com uma mentalidade aberta e receptiva. Copiavam e adaptavam às suas necessidades, melhorando seu uso, tudo que consideravam útil dos povos conquistados. Essa mentalidade teve como resultado o surgimento de uma poderosa indústria da construção, com legislação específica para regular alguns aspectos da construção, normas de serviços obrigatórios de mão de obra (similares às do serviço militar) e regulamentações específicas para o controle da qualidade dos materiais, podendo-se citar entre elas a obrigatoriedade, a partir do séc. I a.C., do uso de marcas nas unidades de alvenaria, tijolos e blocos de pedra, que identificassem o fabricante. Conseguiram, dessa forma, unificar as técnicas construtivas em todo o império, porém sempre respeitando as vantagens dos sistemas construtivos locais.

Roma, a capital do Império, chegou a ter mais de um milhão de habitantes. E existiam muitas outras grandes cidades que funcionavam como cidades de lazer para a elite romana ou como núcleos administrativos nos territórios conquistados e, assim como Roma, necessitavam de uma grande variedade de tipologias e soluções construtivas. Essas cidades precisavam de armazéns, aquedutos, portos, circos, moradias, templos, termas, pontes, acampamentos militares etc., além de estradas que as ligassem a Roma.

Os romanos já usavam a cal desde 600 a.C., mas essa revolução na construção civil romana só foi possível graças ao descobrimento de um novo material de construção: o Opus

Caementicium, cujo componente principal era uma cinza pozolânica que misturada à argamassa de cal produzia um material de características semelhantes ao cimento atual. Essa argamassa com caementum foi usada para construir o Pantheon, grande parte das construções do Fórum Romano, o Coliseu, as famosas Termas e Banhos Romanos (as Termas de Diocleciano, a maior de todas, tinha 140000 m2), a Basílica de Constantino, além de várias estradas, aquedutos e prédios. Como exemplo da engenharia dos romanos, na Figura 1.1 são apresentadas imagens do Aqueduto - Ponte du Gard e das ruínas da Basílica de Constantino e, na Figura 1.2 planta esquemática e detalhes do Pantheon Romano.

Figura 1.1 – Aqueduto - Pont du Gard e ruínas da Basílica de Constantino.

Figura 1.2 – Pantheon Romano.

A Pont du Gard é parte de um aqueduto construído na França, no segundo quarto do século I, com 49 quilômetros de extensão e um declive total de 17 metros. Com um comprimento de 275 m e 49 m de altura essa obra foi executada em três estágio, sendo o inferior composto de 6 arcos (142,35 m de comprimento, 6,36 m de espessura e 21,87 m de altura), o intermediário composto de 1 arcos (242,5 m, 4,56 m de espessura e 19,50 m de altura) e o superior com 35 arcos (275 m, 3,06 m de espessura e 7,40 m de altura).

A Basílica de Constantino (de Magêncio ou Basílica Nova - 308 - 312 d.C.) foi um dos edifícios mais impressionantes no Foro Romano. Com uma área de 100×65 m, sua planta retangular dividia-se em uma nave central, dois corredores laterais e um átrio na lateral leste onde era a entrada original. Do edifício original permanecem só os três arcos do corredor Norte (foi destruída por um terremoto em 847 d.C.), mas o piso é claramente visível, e as estruturas restantes dão uma impressão vívida da grandeza do edifício original.

O Pantheon foi construído em 27 a.C. como um templo para todos deuses Romanos (pan = todos, theos = deus), é o único edifício construído na época greco-romana que, atualmente, se encontra em perfeito estado de conservação. É famoso pela sua cúpula que está a uma altura igual ao diâmetro (43 m) de sua base cilíndrica, tornando o espaço interior virtualmente uma esfera. O interior da cúpula apresenta uma série de alvéolos em direção a um óculo central em seu topo (≈ 8,7 m de diâmetro) utilizados como elementos estéticos e para redução da espessura de concreto.

O cimento foi muito usado pelos romanos como aglomerante para argamassas (nos aquedutos, nos banhos romanos etc.) e em muitos casos como aglomerante para concreto, como no caso da cúpula do Pantheon (os alvéolos) e nas estradas Romanas.

No auge do Império existiam cerca de 85.0 km de estradas1, sendo a via Ápia, que se estendia por 660 km, a mais conhecida. A famosa Via Ápia, iniciada em 312 a. C., foi feita com uma camada (base) de pedras compactadas, uma camada de cascalho misturados com cal hidratada, outra camada de cascalho e areia grosseira, misturados com cal e cimento e, sobre essa argamassa, uma capa ou camada de rolamento (com altura variando entre 90 e 150 cm). Em vários trechos foi usado o caementum romano (pedra áspera, dura), um

1 A largura de uma estrada comum variava entre 2,5 e 4,0 m (em alguns trechos a via Ápia chega a ter dez metros de largura) e a espessura do revestimento ficava entre 1 e 1,5m, com camadas superpostas de pedra. Empregavam pedras largas e chatas na camada inferior e outras cada vez menores nas camadas subseqüentes, unidas por argamassa. Após 2000 anos, muitos trechos das estradas romanas continuam transitáveis. http://www.cepa.if.usp.br/energia/energia1999/Grupo4A/rodovias.htm cimento pozolânico2 que proporcionava materiais mais resistentes e com maior resistência à ação da água. Às pedras ligadas por esse caementum os romanos deram o nome de concretus ou concretum (composto, solidificado, compacto) que foi o concreto romano.

Figura 1.3 – Via Apia e esquema das camadas das estradas romanas.

Evidentemente esse concreto desenvolvido pelos romanos pouco tem a ver com os concretos simples ou armado atuais, pois sua grande utilização foi como argamassa de assentamento nas alvenarias de pedras, mas nas estradas e em algumas obras de coberturas o tamanho dessas pedras foi sensivelmente reduzido tornando-as muito semelhantes à argamassa de concreto atual.

O desenvolvimento tecnológico desses materiais durante o Império Romano foi notável. Desenvolveram o concreto com o uso de agregados leves como o usado na cobertura do Pantheon, e o concreto reforçado com barras metálicas3. Os romanos usaram esse cimento na construção de suas pontes, estradas, docas, drenos pluviais e aquedutos. Os romanos edificaram aquedutos que levavam água limpa até as cidades e também desenvolveram complexos sistemas de esgoto para dar vazão à água servida e aos dejetos das casas.

Mas esse conhecimento romano perdeu-se durante a Idade Média e somente foi resgatado em meados do século XVIII.

2 A Pozzolana é um material com grandes concentrações de sílica e alumínio sem propriedades aglomerantes, porém quando moído (pulverizado) e hidratado reage com o hidróxido de cálcio (da argamassa de cal) para formar um composto com propriedades cimentícias.

3 Esse concreto “armado” romano apresentou muitos problemas de fissuração, pois usaram barras de bronze, ou seja, materiais com propriedades térmicas muito diferentes.

6 2 O cimento moderno

Em 1758 o engenheiro inglês John Smeaton, investigando materiais aglomerantes para a construção de um farol próximo a Plymouth, concluiu que o cimento hidráulico obtido de uma mistura de calcário e argilas era muito superior ao calcário puro.

Figura 2.1 – Eng. John Smeaton

Em 1791 James Parker descobriu um cimento (patenteado em 1796 com o nome de Cimento Romano) que teve uma grande aceitação por suas excelentes qualidades. Expirada a patente (na época válida por 14 anos) químicos e engenheiros chegaram à conclusão de que com a mistura de pedras calcárias com aproximadamente um terço de argila e uma pequena quantidade de óxido de ferro, se conseguia um cimento similar ao cimento de Parker.

Louis Vicat (1786 - 1861) engenheiro francês formado pela École Polytechnique (1804) e pela École des Ponts et Chaussées (1806) é considerado o inventor do cimento artificial. Em 1817 publicou o trabalho Recherches expérimentales sur les chaux de construction, les bétons et les mortiers ordinaires onde mostrava que com a queima de uma mistura de calcário e argila obtinha-se um cimento. Em 1818 a Academia das Ciências de Paris aprovou sua descoberta e o autorizou a aplicá-la na construção da ponte de Souil-lac. Seu se tornou muito popular, mas foi substituído pelo cimento Portland, inventado e patenteado por Aspdin.

Figura 2.2 – Louis Vicat (1786 - 1861), Pont de Souillac (1812 a 1824). Fonte: Structurae.

Em 1824 Joseph Aspdin solicitou e obteve a Patente para um aperfeiçoamento no método de produzir pedra artificial. Aspdin deu-lhe o nome de Cimento Portland por sua semelhança, com a famosa pedra calcária branco-prateada que se extraía há mais de três séculos de algumas pedreiras existentes na pequena península de Portland no Condado de Dorset. Com a patente, associou-se com William Beverly e montaram em 1828 uma fábrica em Wakefield, próxima de Leeds, Aspdin & Beverly Patent Portland Cement Manufacturers.

Figura 2.3 – Joseph Aspdin

O sucesso imediato do cimento Portland produzido por Aspdin deveu-se em grande parte a um acidente em uma obra importante e complexa. Em 1825 o engenheiro francês Marc Isambard Brunel, iniciou a construção de um túnel sob o rio Tamisa, em Londres, com 406 m de comprimento. Esse foi o primeiro túnel construído sob um rio navegável e o primeiro a usar paredes com revestimento de proteção (patente de Brunel). Durante a construção houve um acidente quando parte do teto desabou, matando trabalhadores e inundando o túnel. Após a drenagem do túnel, Brunel substituiu o cimento romano que estava usando pelo cimento Portland produzido por Aspdin para refazer a parte danificada e vedar a entrada de água, conseguindo concluir a obra com sucesso em 1843. Na época foi saudado como a oitava maravilha do mundo e encontra-se em uso até hoje (The Brunel Museum).

Figura 2.4 – Túnel sob o rio Tamisa - 1825 a 1843 – eng. Marc I. Brunel.

Em 1843, Grisell & Peto, empreiteiros ingleses, fizeram as primeiras análises comparativas entre o cimento Portland e o Romano e ficou demonstrada a superioridade do primeiro. Em 1850 oito fábricas o produziam na Inglaterra, porém a variação na qualidade do produto trousse dúvidas quanto a sua eficácia. Nos anos subseqüentes várias fábricas começaram a produzir o cimento Portland em pequenas quantidades na Inglaterra e em 1850, na França, a Dupont começou a operar uma fábrica com uma produção verdadeiramente significativa. Nesse mesmo ano de 1850, Vicat e Companhia fundaram outra fábrica em Grenoble, França, que foi a primeira a usar tecnologia por via seca em fornos cíclicos verticais e em 1855, foi montada a primeira na Alemanha. Assim o cimento Portland começou a se popularizar expandir-se pelos países europeus (Toraya, 1999).

No Brasil, a fabricação do cimento Portland foi iniciada em 1888, quando o comendador Antônio Proost Rodovalho instalou uma usina em Sorocaba-SP, operando de forma intermitente até 1907 e extinguindo-se definitivamente em 1918. Posteriormente, várias iniciativas esporádicas de fabricação de cimento foram desenvolvidas. Em Cachoeiro do Itapemirim, o governo do Espírito Santo fundou, em 1912, uma fábrica que funcionou até 1924, sendo então paralisada, voltando a funcionar em 1936, após modernização. Em 1924 a Companhia Brasileira de Cimento Portland instalou uma fábrica em Perus, SP, cuja construção pode ser considerada como o marco da implantação da indústria brasileira de cimento (ABCP).

Com a redescoberta do cimento em 1758 por John Smeaton e sua industrialização iniciada por James Parker com o cimento romano e Joseph Aspdin com o cimento Portland, o produto estava a disposição dos engenheiros e vinha sendo usado para argamassas e peças de “concreto simples”, como utilizado por Marc I. Brunel em 1825 na construção de um túnel sob o rio Tamisa, em Londres.

O ano de 1849 é considerado como a data do descobrimento do concreto armado. Joseph- Louis Lambot (1814-1887) um agricultor francês que construía tanques de cimento reforçado com ferros, construiu um barco usando o mesmo sistema e o testou em lagoas de sua propriedade agrícola. Esse barco foi patenteado em 1855 e, no mesmo ano, apresentado na Feira Mundial de Paris (o protótipo original é preservado no Museu de Brignoles, França – Figura 1.8). Observa-se que esse barco não foi feito em concreto armado, mas em ferro-cimento ou cimento armado, que no Brasil conhecemos como argamassa armada.

Figura 3.1 – Joseph-Louis Lambot, descobridor do concreto armado e o protótipo original de seu barco, preservado no Museu de Brignoles, França.

O barco de cimento armado apresentado por Lambot na Feira Mundial de Paris não causou o impacto esperado mas chamou a atenção de Joseph Monier, um rico comerciante de plantas ornamentais, que vislumbrou a possibilidade de substituir seus vasos de madeira ou cerâmica, que apodreciam ou quebravam com muita facilidade, por vasos feitos com aquele novo material, mais resistente e durável. Com o sucesso obtido iniciou a produção de vários artefatos e estruturas de concreto armado, registrando varias patentes de cimento armados com ferro: de vasos de cimento para horticultura e jardinagem (1867), de tubos e tanques (1868), de painéis decorativos para fachadas de edifícios (1869), de reservatório de 130 m3 (1872), de construção de pontes (Figura 1.9) e passarelas (1873 e 1875) e de vigas de concreto armado (1878).

Figura 3.2 – Joseph Monier (1823 – 1906) e a primeira Ponte em concreto Armado (Monier, 1875). (Fonte: Walter, R, Apud Appleton, J., 2005)

A ponte de Souillac feita por Vicat entre 1812 e 1824, assim como muitas outras do mesmo tipo feitas antes da ponte de Monier, como se pode observar na Figura 1.5, foram pontes em arcos sucessivos usando a pedra artificial, ou seja, em concreto simples trabalhando à compressão. A ponte de Monier apresentada na Figura 1.9 é a primeira ponte em concreto armado, com o concreto trabalhando à compressão e a armadura à tração.

A grande importância de Monier foi entender as características, as vantagens e desvantagens dos materiais para combiná-los adequadamente, aproveitando as melhores características de cada material. Monier percebeu que o concreto era facilmente obtido e moldado, e tinha considerável resistência à compressão e ao esmagamento, porém apresentava deficiências em relação ao cisalhamento e à tração; por outro lado o aço era extremamente resistente à tração e era facilmente encontrado em formas simples como barras longas. Dessa forma, a grande colaboração de Monier ao concreto armado foi, mesmo que de forma empírica e intuitiva, dispor as armaduras corretamente de forma que seus elementos de concreto armado tivessem resistência à compressão, à tração e ao cisalhamento.

Em 1886 engenheiro alemão Gustav Adolf Wayss (1851-1917) comprou as patentes de Monier para desenvolvê-las. Ele conduziu suas pesquisas para o uso do concreto armado como material de construção em sua empresa, a Wayss & Freytag.

Louis Vicat, citado anteriormente como o inventor do cimento, com sua formação em engenharia e sua afinidade com a ciência e a pesquisa, teve grande participação no desenvolvimento do concreto armado. Até sua morte em 1861 foi o responsável pela execução de várias pontes e canais em concreto e pelo desenvolvimento de várias pesquisas relativas a ao cimento, às argamassas e ao concreto. Em 1856 publicou o livro Traité pratique et théorique de la composition des mortiers, ciments et gangues à pouzzolanes et de leur emploi dans toutes sortes de travaux, suivi des moyens d'en apprécier la durée dans les constructions à la mer e em 1857, Recherches sur les causes physiques de la destruction des composés hydrauliques par l'eau de mer.

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