Projeto de Concreteria de Cimento Usinado

Projeto de Concreteria de Cimento Usinado¹

 

Eduardo C. Venâncio de Souza²

Juan Santini³

 

1. Descrição do Caso

           

            Com o aumento da demanda da construção civil um grupo de investidores de outros estados interessados nas oportunidades do mercado maranhense busca profissionais que possam auxiliar a implantar uma concreteira de cimento usinado no distrito industrial de São Luis.

Visto que não exigiram experiência, e interessado nas possibilidades de crescimento profissional você tem o objetivo com mais três colegas montar um projeto de uma usina de produção de concreto usinado.

            Sabendo do interesse e podendo cobrar honorários no projeto, você terá que realizar um resumo do projeto de um processo de produção levantando as matérias primas, equipamentos, mão de obra e custos (aproximados) para a produção de concreto que tenham viabilidade econômica no estado do Maranhão. 

 

2. Identificação e Análise do Caso

 

            Antes de iniciarmos nosso estudo, vamos identificar as etapas do processo de fabricação do cimento.

      2.1 Processos da Fabricação do Cimento

            2.1.1 Matérias-Primas

As matérias-primas utilizadas para a fabricação do cimento são: O cálcario, que representa 90% do total das matérias-primas, mas temos tambem o quartzito, filito e minério de ferro.

            2.1.2 Extração e Pré-Homogenização

Blocos de cálcario são explorados em jazidas e depositados em britadores. A pré-homogenização garante a uniformidade da matéria-prima a ser utilizada na produção de cimento. Nesta estapa, os fatores de controle são feitos em relação a granulometria, que é a distribuição dos tamanhos das partículas, a composição química do calcário é analisada em amostragens para garantir sua qualidade

            2.1.3 Dosagem de Matérias-Primas e Moagem de Cru

           

 

 

 

¹Case Apresentado a Disciplina de Química Tecnológica - UNDB

²Aluno do Curso de Engª de Produção 7º Período

³Mestre

            2.1.4 Secagem e Homogenização da Farinha Crua

Para maáximo aproveitamento das fontes energéticas, a secagem utiliza o calor residual do forno. Um separador de alta sensibilidade, envia as partículas muito grendes

de volta ao moinho de rolos. As particulas, devidamente trituradas, saem pela parte superior do moinho.

 

            2.1.5 Pré Aquecimento e Pré Calcinação

            2.1.6 Clinquerização

Processo de combinação dos componentes da farinha, formando o clínquer, principal composto do cimento.  A clinquerização ocorre a 1450° C, com o material em estado de fusão incipiente. O clínquer é resfriado bruscamente (90° C) e armazenado em forma de pequenos nódulos. 

            2.1.7 Moagem do Clínquer e Adições

Ao clínquer são adicionados: cinza pozolanica e/ou fíler calcario, de acordo com o tipo de cimento, gesso, regulador do tempo de pega,

             2.1.8 Armazenagem dos Produtos Acabados

 

2.2 O Cimento Usinado

            Concreto usinado ou pré-misturado é um concreto pronto, que pode ser comprado ao invés de ser feito na obra. É fornecido por empresas especializadas, também chamadas centrais ou usinas de concreto, daí o nome concreto usinado. Este tipo de concreto é indicado nos casos em que o volume é maior ou não há espaço ou pessoal suficiente para fazer o concreto na obra. Deve ser lembrado que o concreto usinado tem mais controle e oferece maior segurança do que o feito na obra, pois sua dosagem é feita pelo método racional, que você já conhece. O pedido do concreto usinado deve conter: a resistência - definida no projeto da estrutura - o slump e o diâmetro máximo do agregado e outra especificação, se for necessária.  A usina define o traço de acordo com a solicitação da obra e lança no caminhão-betoneira os materiais: cimento, areia, britas e água. Pode-se lançar parte da água no caminhão, deixando-se para completá-la na obra. O caminhão-betoneira parte para a obra misturando lentamente os materiais na caçamba. A mistura é lenta somente para não deixar os materiais depositarem no fundo da caçamba. A usina deve ser próxima da obra, pois o tempo de viagem entre a usina e a obra mais o tempo de concretagem, somados, não podem ultrapassar duas horas, pois este é o tempo de pega do concreto. Tempo de pega, é o tempo para iniciar o endurecimento do concreto, a partir do qual ele começa a endurecer e não pode mais ser utilizado. Por isso, deve haver um planejamento, isto é: além de se ter a previsão do tempo de percurso, a obra tem que estar preparada para utilizar o concreto assim que o caminhão chegar, e o tempo de concretagem deve estar também previamente definido. O tempo máximo entre o início da mistura e a descarga do concreto é de duas horas. Depois disso o concreto não pode mais ser utilizado. Chegando na obra, é feita a mistura final, rotacionando a betoneira em maior velocidade, durante5 a10 minutos. Se na usina não foi colocada toda a água, adiciona-se a água restante antes da mistura, o que deve ser feito pelo técnico responsável da

usina. A obra não pode autorizar a colocação de água no concreto. Somente a usina pode fazê-lo, através de seus técnicos autorizados. 

Para a fabricação do concreto,  utlizamos a mistura de cimento, agua, agregados e aditivos, o que vamos resumir cada um destes:

Cimento

           

            É possível obter diversos tipos de cimento, a partir da variação das adições. As mais utilizadas são de materiais cimentários (proporção de 25% a 65% de escória de alto forno na mistura), pozzolânicos (10% a 40% de pozzolana) e os não-reativos (10% a 16% de filler calcário na mistura). Cada adição confere ao material diferentes características, tais como variações no tempo de pega, calor de hidratação, resistência à compressão, resistência a sulfatos etc.

A finura do cimento governa a velocidade da reação de hidratação. O aumento da finura melhora a resistência das primeiras idades, aumenta a impermeabilidade, a trabalhabilidade e a coesão dos concretos. No entanto, acarreta em uma maior retração e liberação de calor, tornando o concreto mais sensível ao fissuramento.

A hidratação do grão subdivide-se em três fases: dormência, pega e endurecimento. A mais importante é o tempo de pega onde ocorre a mudança do estado líquido para o sólido, ou seja, a pasta começa a perder a viscosidade e passa a adquirir resistência. Os tempos de pega são determinados com o aparelho de Vicat. Quando a Agulha de Vicat para a 4 ±1 mmda base, determina-se o inicio de pega. Já o fim da pega se dá quando a Agulha consegue penetrar apenas 0,5mm na pasta.

O armazenamento adequado do cimento é essencial para garantir a conservação de suas boas qualidades e evitar possíveis alterações em suas propriedades que possam ocasionar problemas nos concretos com eles fabricados. Para conservar o cimento devem ser tomadas precauções: o local deve estar completamente seco e contar com estrado de madeira feito com tábuas grossas,20 a30 cmacima do solo. A pilha não deverá ser constituída de mais de 10 sacos, salvo se o tempo de armazenamento for no máximo 15 dias, caso em que poderá atingir 15 sacos.Devem ser evitadas as correntes de ar, principalmente em climas úmidos.A característica fundamental predominantemente no momento de escolher um determinado tipo de cimento é a durabilidade do concreto fabricado com ele; isso obriga a um conhecimento do tipo de obra que vai ser realizada e do ambiente no qual exercerá sua função.

Agregados

            O estudo dos agregados na fabricação do concreto e das argamassas é de grande importância, uma vez que é o material menos homogêneo utilizado,  constitui de70 a80% do volume do concreto e representam cerca de 20% do custo do concreto estrutural. Agregado é um material particulado, incoesivo, de atividade química praticamente nula, constituído de mistura de partículas de diversos tamanhos. Classificam-se segundo a origem, as dimensões das partículas e o peso específico aparente. Quanto à origem, dividem-se em naturais, já encontrados em forma particulada na natureza, como areia e cascalho; e industrializados, cuja composição particulada é obtida por processos industriais, como rocha e escória de alto forno. Segundo as dimensões das partículas o agregado é dividido em miúdo, como por exemplo, as areias, e graúdo, como os cascalhos e as britas. De acordo com o peso específico aparente, os agregados são classificados em leves, médios e pesados. Os

agregados são aplicados principalmente na fabricação de concretos e argamassas, e quando em conjunto com um aglomerante, constituído por uma pasta de cimento portland e água, formam uma rocha artificial, vastamente utilizado na construção civil como, por exemplo, em lajes, vigas, pilares e sapatas. Os agregados empregados na fabricação de concreto não devem ser reativos com o cimento e ser suficientemente estáveis diante da ação dos agentes externos com os quais vão estar em contato na obra. Os agregados devem estar isentos de substâncias prejudiciais, como corrosões, argila, matéria orgânica etc., que diminuam sua aderência à pasta de cimento ou que prejudiquem as reações de pega e endurecimento do concreto. Os agregados não devem reagir com o cimento dando lugar a produtos expansivos que possam criar tensões internas na massa de concreto, que alterem ou diminuam as resistências mecânicas ou durabilidade dos mesmos. Os agregados diferentes deverão ser depositados em plataformas separadas, de modo que não haja possibilidade de se misturarem com outros agregados ou com materiais estranhos que venham prejudicar sua qualidade; também no manuseio deverão ser tomadas precauções para evitar essa mistura.Outro ponto importante é a granulometria. A composição granulométrica dos agregados é a proporção relativa aos diversos tamanhos de grãos, geralmente expressa em porcentagem. Esta influencia diretamente na compacidade do concreto, resultando em menor ou maior índice de vazios, o que implica na variação da quantidade de aglomerantes. A granulometria do material é obtida por peneiramento manual ou mecânico, a partir da utilização de peneiras de malhas quadradas. Na série de peneiras normais, os lados de cada abertura têm sempre o dobro dos lados da abertura da malha da peneira anterior, iniciando com 0,15mm. Há também uma série de peneiras, chamada de intermediária, que auxilia na fixação do diâmetro máximo do agregado, mas não interfere no cálculo do módulo de finura. A partir de um ensaio de granulometria, pode-se determinar o diâmetro máximo e mínimo característico, e o módulo de finura do agregado. O diâmetro máximo característico corresponde à abertura da malha da peneira, em milímetros, na qual fica retida e acumulada uma porcentagem igual ou imediatamente inferior a 5 % da massa total. Já o diâmetro mínimo característico, corresponde à abertura que retém e acumula uma porcentagem igual ou imediatamente superior a 95 % da massa total. O módulo de finura, por sua vez, é determinado pelo somatório das porcentagens retida e acumulada da série normal de peneiras, dividido por 100. Quanto maior o módulo de finura, mais graúdo é o agregado.Os agregados são classificados de acordo com as dimensões do grão. Conforme a NBR-7211, quando ao menos 95% de sua massa é retida na peneira de malha 4,8mm e passa na peneira 152mm, o agregado é classificado como graúdo. A seguir consta a tabela de classificação do agregado graúdo segundo a sua dimensão.

Número	Mínima	Máxima
Brita 0	2,4	9,5
Brita 1	4,8	19,0
Brita 2	9,5	25,0
Brita 3	19,0	50,0
Brita 4	32,0	76,0
Brita 5	-	-
Obs:  para efeito de dosagem pode-se utilizar dmax=25mm para uma mistura de brita1+brita2

Tabela 1- Classificação do agregado graúdo quanto à dimensão

 

 

Figura 1- Agregado Graúdo

Água

            A água a ser adicionada no concreto tem como principal função permitir o endurecimento da pasta do cimento e proporcionar trabalhabilidade para o concreto fresco. Deve se apresentar límpida e pura, preferencialmente potável, não devendo conter substâncias químicas ou orgânicas.

O fator água/cimento é de extrema importância, pois determina a presença de poros na pasta de cimento endurecida. Ou seja, tem relação direta com a resistência â compressão do material, uma vez que a água evapora, deixando assim os poros vazios.

Do ponto de vista patológico, o emprego no amassamento do concreto de águas não potáveis e não recomendadas pela prática, pode criar problemas a curto e longo prazos. Embora possam provocar efeitos patológicos no concreto massa, as águas que contêm impurezas, dentro de certos limites, não têm importância e inclusive podem nem aparecer; não acontece o mesmo com as águas utilizadas no concreto armado, onde a existência de cloretos pode provocar corrosões importantes de armaduras além de manchas e eflorescências superficiais. Se o emprego de águas não adequadas no amassamento de concretos é prejudicial, o problema se torna mais grave na cura dos concretos, em virtude de sua mais ou menos constante renovação. As águas devem ser analisadas quando não se conheçam antecedentes de sua utilização e bom comportamento e no caso de haver dúvidas quanto à sua idoneidade. A qualidade da água tem um papel importante: impurezas contidas na água podem influenciar negativamente a resistência do concreto ou causar manchas na sua superfície, ou, também, resultar em corrosão da armadura. Por essas razões, deve-se dar atenção à qualidade da água para amassamento e para cura do concreto. A água de amassamento não deve conter matérias orgânicas indesejáveis nem substâncias inorgânicas em teores excessivos.

Aditivos

            Um aditivo pode ser definido com um produto químico que, exceto em casos especiais, é adicionado à mistura de concreto em teores não maiores do que 5 % em relação à massa de cimento durante a mistura ou durante uma mistura complementar antes do lançamento do concreto, com a finalidade de se obterem modificações específicas, ou modificações das propriedades normais do concreto. O motivo do grande crescimento do uso dos aditivos é a capacidade de proporcionar ao concreto consideráveis melhorias físicas e econômicas. Essas melhorias incluem o uso em condições nas quais seria difícil ou até impossível usar concreto sem aditivos. Eles também tornam possível o uso de uma grande variedade de componentes na mistura. Os aditivos embora nem sempre baratos, não representam necessariamente um custo adicional porque podem resultar economias, como, por exemplo, no custo do trabalho necessário para o adensamento, na possibilidade de redução do teor de cimento ou na melhoria da durabilidade sem outras providências. Deve se lembrar que, embora usados corretamente, sejam benéficos para o concreto, os aditivos não são um remédio para a falta de qualidade dos ingredientes do concreto, para proporções não adequadas da mistura, ou para despreparo da mão de obra para transporte, lançamento e adensamento.Os aditivos podem ser classificados de diversas maneiras.

Como normas gerais no emprego de aditivos podemos salientar as seguintes:

• Sempre que possível deve-se evitar o emprego de aditivos, recorrendo ao uso de materiais, dosagem, fabricação, posta em obra e cura corretas para conseguir concretos com as propriedades desejadas.
• Quando seja necessário empregar aditivos por motivos particulares, nunca utilizá-los sem realizar ensaios prévios e sem um controle rigoroso de sua dosagem:
• É preciso procurar aditivos de boa qualidade e dos quais se tenham referências, ou seja, que estejam provados na prática, desconfiando dos fabricantes que fornecem aditivos que só possuem vantagens e servem para tudo. Os aditivos costumam apresentar efeitos secundários que é preciso conhecer e controlar, pois os prejuízos que possam ocasionar talvez sejam maiores que as vantagens que podem trazer.
• Os aditivos escolhidos devem ser protegidos adequadamente. Se em forma de pó devem ser conservados em lugares secos evitando a possível formação de torrões por efeito da umidade, bem como a alteração de suas propriedades; quando em estado líquido devem ser protegidos do calor e agitados antes de usar para evitar que as sedimentações produzidas tirem a uniformidade do aditivo.
• É preciso, ao empregá-los, assegurar-se de que estão dentro de seu prazo de validade.
• É preciso tomar as precauções indicadas pelo fabricante no caso, pouco freqüente, de serem tóxicos.
• É preciso evitar os erros que possam ter origem na confusão de tanto por cento a tanto por mil, por exemplo.

• Serão tomadas precauções para que a repartição do aditivo em toda a massa de concreto seja uniforme pois a falta de homogeneidade pode ocasionar efeitos indesejáveis.
• Pode existir incompatibilidade de alguns tipos de aditivos com o aglomerado empregado; assim, um aditivo que dá bom resultado com determinado tipo de cimento, não o dá com outro, isso reforça a necessidade de realizar ensaios prévios em laboratório antes de optar pelo emprego de um determinado aditivo.

Não esquecer que um mau concreto não pode converter-se em bom, pelo emprego de aditivos. O emprego de vários aditivos num mesmo concreto pode ocasionar também importantes problemas devido as incompatibilidades em sua mistura.

Dosagem

            A dosagem é a seleção e mistura dos componentes do concreto, tendo como finalidade a obtenção de propriedades previamente estabelecidas. Consiste em definir o traço ou

seja, a quantidade de cada componente do concreto (cimento, água, agregado miúdo, agregado graúdo e aditivo) visando obter características para efetuar o trabalho adequada, enquanto fresco, e de resistência e durabilidade quando endurecido.

O traço pode ser em peso ou em volume. Há mais precisão quando se adota o traço em peso, no entanto é mais prático se trabalhar com volume.

Uma das fases mais importantes é a determinação do teor de argamassa, pois é esta quem determina a adequabilidade do concreto quando lançado na fôrma. A flata de argamassa na mistura ocasiona porosidade ou falhas de concretagem. Já o excesso proporciona melhor aparência, no entanto aumenta o risco de fissuração como também eleva o custo da obra por m³.

Quanto maior o fator a\c mais trabalhável será o concreto, no entanto será menos resistente.

Tabela 2. Cálculo de dimensionamento para concreto com 15Mpa de resistência a compressão

Exemplo de Dosagem

Características da Dosagem de Concreto

• Cimento CP II E-32

            γ = 3100 kg/m³

• Areia

            MF =2,60 Inch. 30% c/ 6% de umid.

            γ = 2650 kg/m³

            δ =1470 kg/m3 (solta)

• Brita

            γ = 2700 kg/m³

            δ = 1500 kg/m³ (compac.)

            δ = 1430 kg/m3 (b1 solta)

            δ = 1400 kg/m³ (b2 solta)

            Dmax =25 mm

• Concreto

            . fck = 25,O MPa

.           Abat. = 90±10 mm

.           sd = 5,5 MPa

• Proporção das britas

            B1 = 80%

            B2 = 20%

Solução

Etapa 1: Determinar relação a/c

 

fc28 = 25,0 + 1,65 x 5,5                   f c28 = 34,0 MPa

Res. do cimento = 32,0 MPa                       

Res. do concreto = 34,0 MPa                        a/c=0,475

 

 

 

 

 

 

Etapa 2: Determinar consumo dos materiais

 

Consumo de água

            Abat.=90 mm              

            Dmáx=25 mm                       Cons.água =200 l

 

Consumo de Cimento

            200/0,475 = 421                    Cons.Cim = 421 kg/m³

Consumo de Agregado Graúdo

            MF= 2,60

            Dmáx= 25 mm                         Vc =0,715 m³(quadro 3)                       

Cb = 0,715x 1500 = 1072 kg/m³              Cb1 = 858 kg/m³

Cb1 = 1072x0,80                                      Cb2 = 214 kg/m³

Cb2 = 1072x0,20

Consumo de Agregado Miúdo

Vareia= 1- (cim/γcim+brita/ γbrita + água/γágua)

Vareia= 1- (421/3100 + 1072/2700 + 200/1000)

Vareia= 1- (0,732)

                                                                                   Vareia =0,268 m³

Careia = Vareia x γareia                                            Careia= 710 kg/m³

Careia = 0,268 x 2650

Etapa 3: Apresentação do traço

cim : areia : brita 1 : brita 2 : água/cim

          710       858      214           200

     1:          :            :             :

          421      421       421           421

 

1,0 : 1,686 : 2,038 : 0,508 : 0,475

 

Ccim = 421kg/m³

 

Figura 2- Fluxograma do balanço global

3 Usina de Concreto

            3.1 Equipamentos    

            Para a fabricação de concreto usinado com capacidade de 100 m³/ dia, serão necessários os seguintes equipamentos:

• Recepção de Matéria Prima (concreto e aditivos)
• Depósito de Matéria Prima (concreto e aditivos)
• Fabricação de Concreto
• Mesa Vibratória
• Sala de Cura úmida
• Depósito de Produtos Acabados
• Expedição
• Escritório
• Vestiários
• Refeitório

Com o crescimento do mercado imobiliário e com a chegada já anunciada de grandes industrias no Estado do Maranhão, a probabilidade de sucesso da usina de concreto, torna-se factível o investimento. Como o tempo máximo de entrega do concreto é de no máximo 02 horas, o local a ser instalada a usina tem de ser avaliado a fim de facilitar a logística.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Foto 1- vista geral de uma usina de concreto

 Foto 2- vista detalhada da usina de concreto

 

3.2 Investimento

            O valor estimado para construção dessa usina é de R$ 1.970.000,00,segundo os cálculos da empresa ENGTECNO,  e o prazo estimado é de 12 meses.

3.3 Mão de Obra

Para a operação da usina com capacidade de produção diária de100 m³, é previsto a contratação de 20 funcionários para as atividades.

3.3 Cálculo de Fabricação do Concreto (Venda)

            Para ilustrar nosso cálculo, faremos uma comparação entre o concreto feito diretamenta na rente de seviço e o  valor do concreto usinado.

Base de cálculo-300 m³

Concreto feito na obra:

MATERIAL	VOLUME	CUSTO UNITÁRIO(R$)	VALOR TOTAL(R$)
Cimento	2193 sacos	20,00( saco de 50Kg)	43.860,00
Areia	109 m3	55,00	5.995,00
Brita	196 m3	38,00	7.448,00
Água	58 m3	2,10	121,80
Total	---	---	57.424,80

Concreto Usinado (por fabricante)

4. Conclusão

            Assim sendo, o preço mais viável é R$220,00 por metro cúbico de concreto usinado. Como o necessário para a produção desta obra São 300m³ do material, logo o valor total para a concretagem de vigas com este tipo de concreto, é R$66.000,00.

Também deve-se considerar, além do preço total, o tempo gasto para execução e lançamento do concreto nas fôrmas e a mão-de-obra utilizada.

Através de uma pesquisa feita para verificar o tempo de concretagem, foi obtido que para um dia de 8 horas de trabalho, concreta-se cerca de 7m3 em uma betoneira de capacidade nominal igual a450 Litros. Logo para 300m3 necessita-se de 43 dias de serviço.

Tem-se como vantagens para a utilização do concreto usinado:

• Economia de materiais, menor perda de areia, brita e cimento;
• Maior controle tecnológico dos materiais, dosagem, resistência e consistência, com melhoria da qualidade;
• Racionalização do número de ajudantes na obra, com a conseqüente redução dos encargos trabalhistas;
• Melhor produtividade da equipe;
• Redução no controle de suprimentos e eliminação de áreas de estoque no canteiro;

Apesar da diferença de preço entre o concreto usinado e o produzido em canteiro de R$ 8.575,20 e da dificuldade de transporte que pode ocorrer devido a localização da obra ainda considera-se favorável o uso do concreto usinado, devido a produção em um determinado tempo menor e as vantagens citadas acima.

REFERENCIAS

Sites:

engetecno.com.br

consultoira PROGER

cimento Itambé

construfacil

NBR

12655

12317