Historia Do Concreto

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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 i Sumário 1 A “pré-história do concreto”............................................................................................... 1 2 O cimento moderno ............................................................................................................ 6 3 A descoberta do concreto armado ...................................................................................... 9 1 1 A “pré-história do concreto” 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 2 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 (2.000 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. III 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. II 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 3 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 II, com 49 quilômetros de extensão e um declive total de 17 metros. Com um comprimento 4 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 11 arcos (242,55 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 85.000 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 5 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. 7 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. 8 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). 9 3 A descoberta do concreto armado 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. JosephLouis 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 10 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. 11 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. A importância de Louis Vicat pode ser vista através de um artigo de FELIS UHAGON publicado na Revista de Obras Públicas4 em 1854: De los efectos del agua del mar en los morteros hidraúlicos y hormigones. Nesse artigo o autor relata os problemas encontrados em obras de alvenaria e de concreto em contato com a água do mar, mostrando estudos e considerações técnicas sobre o problema, inclusive as considerações e análises feitas por Vicat, consultor e colaborador dos estudos. Observando que o artigo é de 1854, apresentase a seguir alguns trechos para exemplificar o desconhecimento sobre o novo material e as análises técnicas do problema ocorrido. Através desse artigo percebe-se que foram necessárias que muitas estruturas de concreto se deteriorassem para que se percebesse a agressividade de alguns sais e minerais sobre o concreto. Los bellos descubrimientos sobre cales hidráulicas, debidos al genio eminente de Mr. Vicat han permitido, por la notable economía que han introducido en las construcciones marítimas, desarrollar en una vasta escala esos gigantescos trabajos que el ingeniero admira en los puertos de nuestro vecino imperio. /.../ /.../ los primeros sintomas de descomposición de algunas construcciones ejecutadas hacia pocos años. Las esclusas de la Rochelle y de la isla de 4 A Revista de Obras Públicas foi criada em 1853 (e ainda existente) como uma publicação da Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid sob a responsabilidade de seu corpo docente e com a contribuição de renomados engenheiros espanhóis da época. 12 Ré; los bloques artificiales del fuerte Boyard y de la punta de Grave, en la embocadura de la Gironda: el dique de San Malo y los hormigones del puerto de Tolon, sufrieron en intervalos muy reducidos, averías de consideracion. Estando llamado Mr. Vicat, por sus servicios y esperiencias, á ser el gran centro donde se reunian las observaciones de todos los ingenieros en esta materia, de diferentes puntos de Francia le fueron dirigidas muestras de los morteros descompuestos por la accion del agua de mar. Estas mezclas hidráulicas, ejecutadas con sustancias y en dosis, sujetas á las prescripciones del célebre ingeniero, fueron sometidas al análisis químico. Los resultados de esta operación acabaron por introducir el mas completo desconcierto entre los constructores, pues el mismo Mr. Vicat se espresaba en los términos siguientes: “Estas escepciones, despojando el análisis químico de toda autoridad para fallar con certeza acerca del valor de tal ó cual puzolana, hacen indispensable un llamamiento á la esperiencia, y esta circunstancia es tanto mas sensible, cuanto que la esperiencia hace esperar amenudo sus decisiones por mucho tiempo. Si la causa que destruye es sencilla y bien conocida en el dia, la que conserva es por el contrario, complexa; y hasta que los agentes ausiliares que vienen en su ayuda sean definidos con toda propiedad, el problema de apreciacion esacta del valor de un compuesto hidráulico para el agua de mar independientemente de, una larga observacion, queda sin solucion.” /…/ /…/ Corriendo á la sazon á mi cargo las obras del puerto de Bilbao, procuré seguir paso á paso las diversas fases de la cuestion que presentaba la descomposicion de los morteros hidráulicos sometidos á la accion salina del agua del mar. /…/ /…/ El mar obra sobre los morteros hidráulicos dinámica y químicamente, distincion que era desconocida hasta 1843. Anteriormente su accion se consideraba limitada á la que producen la fuerza de las olas y la rapidez de las corrientes. Aun cuando se examine este elemento poderoso de destruccion esclusivamente bajo este punto de vista, se comprenderá fácilmente que todo compuesto hidráulico recibirá con el tiempo la huella de que no se halla esento el mas duro granito. La conservacion mas constante, asidua y escrupulosa, ¿constituye la verdadera garantia de duracion para las construcciones espuestas á esta causa de deterioro? ¿Cómo, de otro modo, pudiéramos lisonjearnos de oponer á los embates del mar obras indestructibles, sino luchando diariamente contra los estragos de tan temible elemento? La accion del agua de mar sobre algunos morteros hidráulicos, es ademas diferente de la del agua dulce, contrariamente á lo que se creia hasta hace pocos años, y de ello es una prueba la recomendación que se hacia de usar del agua salada para las mezclas de las construcciones espuestas al mar, como medio mas ventajoso. /…/ De los efectos del agua del mar en los morteros hidraúlicos y hormigones FELIS UHAGON, Revista de Obras Públicas, 1854, 2, tomo I (5) - 62-65 13 O desenvolvimento do concreto deve-se, sem dúvida, à sua facilidade de conformação. Em pouco tempo verificou-se que o novo material apresentava boa resistência à compressão, porém baixa resistência à tração, o que motivou a adição de aço à argamassa de concreto, originando o concreto armado. Essa “facilidade” de se trabalhar com esse novo material e sua facilidade de conformação propiciou que muitas pessoas, alheias ao meio técnico, se interessassem por ele, desenvolvessem protótipos e os patenteassem, como foi o caso de Lambot, um agricultor, e Monier, um jardineiro. E existiram muitos outros espalhados pela Europa que com a implantação das usinas de cimento e sua oferta ao mercado começaram a desenvolver e patentear elementos de concreto armado, como é o caso de Thaddeus Hyatt (1816-1901), também um dos pioneiros do concreto armado. Hyatt foi um próspero industrial de Nova Iorque que enriqueceu antes dos 40 anos de idade com o invento de um ladrilho de piso translúcido. Foi advogado, comerciante, industrial, político (presidente do Comitê Nacional do Kansas) e diplomata (cônsul americano em La Rochelle, França, de 1861 a 1865). Após o término de suas atividades diplomáticas em 1865, passou a viver nos Estados Unidos e na Europa. Estava na Inglaterra quando se interessou pelos negócios do cimento, tornando-se um dos pioneiros nessa atividade. Realizando uma série de experimentos e obteve em 1877 a patente para um sistema de execução de vigas de concreto armado que previa os efeitos de tração e cisalhamento. Em 1874 construiu em Londres aquela que é considerada a primeira casa de concreto (Kansas State Historical Society). No início houveram muitos curiosos experimentando esse novo material: agricultores, jardineiros, advogados, comerciantes, industriais, etc., Sem dúvida foram pioneiros que contribuíram para que se difundisse o concreto e suas potencialidades como material de construção. Mas também houveram os técnicos, afinal, não se pode esquecer que essa história começou com Smeaton, Aspdin, Vicat e Parker e, o concreto armado, como material compósito que é, requeria uma utilização mais racional, fundamentada em estudos teóricos e experimentais, o que era inovador para a época, como o realizado pelos empreiteiros Grisell & Peto, em 1843, para demonstrar a superioridade o cimento Portland sobre o Romano. François Coignet (1814 – 1888) foi um dos pioneiros mais importantes para o desenvolvimento do concreto armado. Engenheiro químico e descendente de uma família 14 francesa de engenheiros, em 1851 construiu em Paris, juntamente com seus irmãos Louis e Stéphane Coignet, sua segunda fabrica usando um concreto clinker que ele patenteou em 1854 e em 1853 construiu uma casa de concreto em Saint-Denis, Paris, para mostrar que esse novo material ser usado como um substituto para pedra natural. Em seguida passou a se dedicar ao estudo de concreto para a construção de edifícios em Paris, executando uma série de grandes obras em concreto armado: Maison de garde au de de Bois Vincennes, o quebra-mar de Saint-Jean-de-Luz (1857-93), a igreja em Le Vésinet (1862-5), perto de Paris, construída juntamente com o arquiteto Louis-Charles Boileau, e o aqueduto do Vanne (1867-74), com 136 km e com alguns arcos de 40 m de altura. Coignet usou um tipo de concreto similar ao dos antigos romanos, com areia, cal, cimento, água e armadura e seu trabalho ganhou fama na França e no estrangeiro. Em 1860 um grupo de americanos treinou suas técnicas na França e levou suas patentes para os Estados Unidos onde foi criada a Coignet Agglomerate Company of the United States e, em 1872 a companhia ampliou suas instalações com um complexo industrial que ocupava cinco acres. Um artigo da Revista de Obras Públicas do ano de 1858 mostra a importância de Coignet. Nesse artigo o Eng. Sr. Constantino Saez y Montoya, professor do Instituto Industrial, escolhido para implantar em Madri uma usina de concreto usando o “sistema Coignet” fala sobre o novo material e justifica e expõe as vantagens desse empreendimento. REMITIDO. Se nos ha remitido para su insercion, el siguiente informe /…/ cuyo objeto es la fabricacion de piedra artificial. No teniendo aun conocimiento de este material no podemos manifestar nada sobre él por ahora, pero si los resultados son cuales se prometen tendremos una satisfaccion en consignarlos y dar cuenta á nuestros lectores de las ventajas de su empleo en las diferentes obras. INFORME. Encargado por la sociedad hispano-francesa, la Internacional, de pasar á Paris y examinar bajo el punto de vista técnico y económico, la fabricacion de las piedras artificiales y especialmente la del sistema Coignet,. /…/ empezaré por consignar aqui algunos datos históricos, que considero muy útiles, /…/ que es la duracion de los materiales artificiales, denominados piedra artificial, hormigon, cemento, etc. /…/ El hormigon Coignet /…/ reune condiciones de economia y de resistencia que se han manifestado por comisiones muy respetables de ingenieros y arquitectos, /…/ 15 Mr. Coignet aplica el material de su invencion, no solamente á los cimientos y muros de los edificios, sino tambien á los pisos y techos que sostiene por una ligera armazon de hierro, economizando las armaduras de madera, no solo tan costosas sino tan perjudiciales bajo distintos puntos de vista, como la putrefaccion, la combustibilidad y las variaciones que esperimentan con la sola influencia atmosférica. /…/ Estos materiales entre los que se comprende la piedra artificial ferruginosa llenan como hemos visto, una de las principales condiciones deseables y que puede calificarse de absoluta, que es la de la duracion; hemos visto tambien que posee respecto á otros materiales condiciones de economia y ventajas que no dejan ninguna duda en cuanto á la conveniencia de su aplicación. Me queda pues, presentar algunas observaciones relativas á su establecimiento ó su aplicacion en Madrid, en una palabra á realizar, para esta capital los hechos observados en una materia de suficiente analogia, como lo es el hormigon Coignet; modificando segun los datos que se me han comunicado bajo la garantia del secreto, y comparando con los elementos de que se dispone en la actualidad, su precio, las objeciones á que dá lugar su empleo, las dificultades de producir grandes cantidades, justamente en una época en que el espíritu de la especulacion se ha desarrollado en la construccion de las casas, de barrios y aun de pequeñas poblaciones, lo que unido á el abastecimiento de aguas, que ya es un hecho, está llamada á trasformar nuestros áridos alrededores en preciosas posesiones, en donde saldrán construcciones tan elegantes y caprichosas como la imaginacion que estén destinadas á recrear. /…/ los materiales que se emplean hoy dia, además de su escasez y mala calidad son costosos, efecto de la misma escasez, cuya circunstancia por sí sola es un inconveniente para la tendencia que se observa á construir; á lo cual si se añaden las dificultades y el tiempo indispensable que se emplea con el método actual, será un motivo mas de retraimiento para los capitalistas. Asi pues, /…/. La piedra artificial ferruginosa corresponde por su composicion á todas las condiciones de dureza, resistencia y economia con una superioridad respecto á los demás materiales empleados hasta aqui, que la esperiencia solo demostrará. Empleada segun mi opinion en sillares de poca altura, y en la forma que se quiera, producirá en las construcciones una economia que en Madrid no será menos del 40 por 100. Además la facilidad de ensayar su resistencia en todos sentidos antes de colocarla, es una garantia de que el material corresponde bajo esta relacion á las mayores exigencias; los ensayos que he hecho con un sillar fabricado hace seis meses ha dado por resultado una resistencia absoluta de 4,53 kilógramos por centímetro cuadrado, resistencia que aumentará á medida que trascurra mas tiempo. El sistema adoptado por la empresa posee las ventajas de prestarse mas fácilmente á la construccion que el ladrillo, ser conocido de nuestros albañiles y producir gran economia en la mano de obra. El material que nos ocupa se presta á la construccion de los edificios bajo todas las formas y condiciones, á los pisos, techos etc., y por su propiedad hidráulica, á los revestimientos y construcciones completamente hidráulicas. 16 /…/ El material que va á esplotar la Internacional, está por su economia al alcance de todas las fortunas y por la elegancia que permite dar á las construcciones y á su decoracion, satisface las mas caprichosas exigencias del lujo. Madrid, el dia que cuente con agua suficiente que no está lejano, cambiará de carácter y de indefinible que es hoy dia, llegará á ser industrial y manufacturero, porque aqui terminarán las grandes vias de comunicacion que se están construyendo, y Madrid manufacturero reclama fábricas, talleres y operarios, estos y sus familias necesitan habitaciones; este dia llegará, y con los materiales que posee, es fácil que sobreviniese una crisis grave, pero si entonces la compañia la Internacional ha desarrollado su fabricacion y sus talleres, llegará á obtener resultados que no es posible preveer. Madrid 24 de setiembre de 1858., Constantino Saez y Montoya. Fabricación de piedras artificiales - REVISTA DE OBRAS PÚBLICAS, 1858, 6, tomo I (22) - 269-271. Assim como Coignet muitos outros técnicos do “ramo” participaram e contribuíram decisivamente para o desenvolvimento do concreto armado. Na mesma época que o advogado Thaddeus Hyatt construiu sua casa em concreto, William E. Ward, um engenheiro mecânico também americano, construiu o primeiro “edifício” em concreto armado, no estado de Nova Iorque (1871 – 1875). Em realidade foi uma residência para sua família, com três pavimentos e uma grande torre com quatro a cinco pavimentos. Essa casa ficou famosa por Ward ter feito o projeto, administrado a construção e documentando varias pesquisas, inclusive de provas de carga. Em 1883 apresentou o trabalho Concreto em combinação com ferro como material de construção à American Society of Mechanical Engineers (History of Concrete Building Construction). Figura 3.3 – Wards castle (1871/75). 17 François Hennébique (1842 - 1921) foi um engenheiro francês que se notabilizou na experimentação das formas de reforçar o concreto com ferro e aço. Na Exposição de Paris de 1867, Hennebique viu os tubos e tanques construídos de concreto reforçado com malha de arame de Joseph Monier, e começou a experimentar maneiras para aplicar este novo material na construção de edifícios, montando sua própria empresa (1867). Inicialmente fez as lajes de piso de concreto armado (1879), para em seguida avançar para um sistema de edificação completo, patenteado em 1892, usando um método que usava conexões curvas nas barras da armadura. Hennébique introduziu suas técnicas na Inglaterra quando foi contratado para construir um novo moinho de farinha em Swansea. Terminado em 1898 esse foi o primeiro edifício de vários pavimentos em concreto armado na Inglaterra. O engenheiro alemão Gustav Adolf Wayss que em 1886 havia comprado as patentes de Monier, desenvolveu-as em sua empresa, a Wayss & Freytag, promovendo e difundindo o uso do concreto armado com a construção de vários edifícios na Alemanha, Áustria e na França. Em 1886 Koenen escreve a primeira publicação sobre o cálculo de concreto armado na Alemanha e em 1897, Rabut, na França, ministra a primeira disciplina de concreto armado, na “École National des Ponts et Chaussées” em Paris. Ao término do século XIX o sistema estrutural em alvenaria entrou em declínio. Na década de 1850 foram inventados os elevadores de edifícios o que possibilitou a construção dos grandes prédios, os skyscrapers, e o Monadnock Building construído em Chicago entre 1889 e 1891 com 16 pavimentos e 65 metros de altura, com paredes de 1,80 metros de espessura ao nível do solo, foi um marco na história da alvenaria, mas; seu projeto e execução delinearam os limites para a construção em alvenaria na época. O aço foi usado na construção de edifícios a partir do final do século XIX. O Home Insurance Building, um edifício construído em 1885 com 10 pavimentos (adicionados dois novos pavimentos em 1890), em Chicago, foi o primeiro edifício alto suportado por uma estrutura em aço. O Monadnock Building, construído em duas etapas, teve a metade norte construída em alvenaria e a metade sul em estruturas de aço e, ficou evidente para os incorporadores o ganho na área útil, na redução de peso do edifício com a estrutura em aço. Mas Chicago ainda tinha lembranças muito vivas do grande incêndio de 1871 que a devastou, e as estruturas metálicas alem das limitações quando à forma e quanto ao custo, entravam em colapso sob a ação do fogo. 18 Foi nesse ambiente que o concreto começou a ser aplicado na construção civil e logo conquistou ampla aceitação pelo mercado consumidor e pelo meio técnico. Em 1898 é apresentado na Revista de Obras Públicas (1898, 45, tomo I - 1167 – 91/92), o artigo Bibliografía - obras y memorias sobre cales, cementos, morteros y hormigones, onde se relaciona os trabalhos científicos e textos de aproximadamente 70 autores. Foi o desenvolvimento desses estudos e pesquisas que levou a um aprimoramento contínuo desse material e à construção de grandes estruturas em concreto a partir do início do século 20, mais leves, mais esbeltas, mais resistentes e melhor compreendidas tecnicamente, tornando esse material o mais utilizado nas estruturas em todo o mundo. Muitos foram os pioneiros no estudo desse novo material, o concreto armado, mas, sem dúvida, um dos mais importantes pesquisadores do concreto armado foi o engenheiro alemão Emil Mörsch. Professor da Universidade de Stuttgart de 1916 a 1948 seu modelo de treliça têm sido utilizado para a compreensão do comportamento de vigas de concreto armado submetidas à flexão e torção. Figura 3.4 – Emil Mörsch – (1872–1950) O modelo de treliça proposto por Mörsch ainda é considerado um método prático e confiável para a analise, dimensionamento e detalhamento de elementos de concreto armado. È previsto pelas principais normas de projeto de estruturas de concreto do mundo (MC CEB-FIP de 1990, Eurocode 2 de 1992, DIN 1045-1 de 2003, ACI 318-02) e pela NBR 6118 (2003), que em seu item 22 o denomina como modelos biela-tirante e recomenda o seu uso na análise e dimensionamento de elementos especiais. O Ingalls Building é reconhecido como o primeiro edifício comercial de grande altura de concreto armado no mundo. Construído em 1902/03, seus dezesseis pavimentos totalizando 64 m de altura (210 pés) geraram polemica à época face aos comentários de 19 que o edifício poderia não resistir às ações do vento e às devidas à retração do concreto. Foi o edifício em concreto armado mais alto do mundo até a construção do Medical Arts Building em Dallas, Texas, em 1923 com 85,6 m de altura (281 pés). Em 1975 foi declarado patrimonio histórico nacional, estando em uso até hoje. Figura 3.5 Primeiro edifício comercial em concreto armado: Ingalls Building (1902/03)