Origem Do Concreto

Sobre as origens e desenvolvimento do concreto About the origins and development of reinforced concrete João Dirceu Nogueira de Carvalho Prof. Dr. Departamento de Engenharia Civil Universidade Estadual de Maringá. E-mail: [email protected]

RESUMO O concreto é atualmente o material de construção mais utilizado no mundo, em função de diversos fatores, dentre eles, o principal, sua facilidade de conformação. Neste texto apresenta-se uma contextualização histórica de seu desenvolvimento, desde sua origem na Antiguidade como argamassa de assentamento de alvenarias, até sua sistematização e formalização como objeto de estudos e pesquisas, no final do século XIX. Palavras-chave: Concreto. História do concreto.

ABSTRACT Concrete is nowadays the most used building material in the world. It is due to a lot of reasons, specially by its facility of casting and molding. This paper aims at presenting an introduction about the historical contextualization and the development of reinforced concrete throught the years. The origins of reinforced concrete since the ancient times until the systematization and formalization of this material as subject of research are also discussed. Keywords: Concrete. Concrete history.

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 de 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 primeiramente em regiões onde havia escassez da pedra natural e da madeira. Os locais e épocas em que ocorreram essas descobertas são imprecisos, mas, há evidencias de que tenha sido na mesopotâmia 1. Pfeifer et al. (2001) relata a descoberta de tijolos de barro modelados manualmente na região do rio Nilo datados de 14.000 a.C., e de tijolos queimados datados de aproximadamente 5000 a.C. Desde as primeiras experiências com a alvenaria de pedras, essas civilizações buscaram um material que unisse de forma coesa 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) afirma que existem vários indícios de que o homem conheceu a cal provavelmente nos primórdios da Idade da Pedra (período Paleolítico). Malinowski (apud GUIMARÃES, 1997) refere-se a misturas de cal e pozolanas 1

Região entre os rios Tigre e Eufrates (atual Iraque). Os Sumérios são considerados como a primeira civilização a ocupar essa região, seguidos pelos Amoritas, pelos Assírios e pelos Caldeus.

Revista Tecnológica, v. 17, p. 19-28, 2008.

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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 tinham experiência na utilização da argamassa de cal. 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 a porta. Podemos então considerar que o cimento, como o conhecemos hoje, têm sua origem em 2500 a.C., com essa argamassa egípcia constituída por uma mistura de gesso calcinado. 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 antigos eram 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. Como conseqüência dessa mentalidade tem-se como resultado o surgimento de uma poderosa indústria da construção, com legislação específica para regular alguns aspectos da construção e normas de serviços obrigatórios de mão de obra (similares às do serviço militar). Eles estabeleceram também 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 como aglomerante desde 600 a.C., mas a grande descoberta que alavancou a engenharia romana e possibilitou dotar as cidades dessa infraestrutura 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. Vitruvius2 em sua obra De architectura (27 a.C.) descrevia: Há uma espécie de pó que, por sua natureza, possibilita coisas admiráveis. Ocorre na região de Baias ou nos campos das cidades ao redor do monte Vesúvio. Misturado à cal e ao pedrisco, não somente confere firmeza a todo edifício, como, também, ao se construírem diques no mar, solidificam embaixo d'água. Parece que isso acontece pelo fato de haver sob esses montes, terras e inúmeras fontes fumegantes que não poderiam existir sem que houvesse nas profundezas gigantescas fornalhas de enxofre, alúmen ou betume. 2

Marcus Vitruvius Pollio (80-70 aC a 15 aC), arquiteto e engenheiro militar romano, famoso como escritor de livros sobre a arquitetura e engenharia romana. É tido como o primeiro engenheiro conhecido do mundo.


Sobre as origens e desenvolvimento do concreto

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[...] Logo, quando três fatores formados identicamente pela violência do fogo agregam-se numa única mistura, absorvido o elemento líqüido por um deles, aglutinam-se subitamente e, enrijecidos, solidificam-se rapidamente pela umidade, de modo que nem flutuam nem podem ser dissolvidos pela água. [...] Igualmente, deve ser lembrado que outrora o fogo brotava abundantemente sob o Vesúvio que vomitava chamas pelos campos das redondezas. E, por isso mesmo, a rocha esponjosa ou, como é chamada, pedra-pomes de Pompéia parece que tem essa propriedade porque se origina da calcinação de outro tipo de rocha, e esse gênero de pedra esponjosa daí originário não ocorre em toda parte, mas apenas ao redor do Etna e nas colinas da Mísia, denominadas [...] (POLIÃO, 2002, p.76).

Essa argamassa com caementum usada para construir o aqueduto Pont du Gard, 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. A Pont du Gard (Figura 1) 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 de 275 m e 49 m de altura essa obra foi executada em três estágios. O inferior com 142,35 m de comprimento, 6,36 m de espessura e 21,87 m de altura é composto por 6 arcos; o intermediário é composto por 11 arcos e possui 242,55 m, 4,56 m de espessura e 19,50 m de altura e o superior com 275 m, 3,06 m de espessura e 7,40 m de altura é constituído por 35 arcos. A Basílica de Constantino (de Magêncio ou Basílica Nova - 308 - 312 d.C.) foi um dos edifícios mais impressionantes no Fórum Romano3. 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. A Basílica foi destruída por um terremoto em 847 d.C restando do edifício original apenas os três arcos do corredor Norte (Figura 2) e partes do piso, suficientes para se visualizar a grandiosidade do edifício original.

Figura 1. Aqueduto Pont du Gard Fonte: AQUEDUCT Pont Du Gard (2008).

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O Fórum Romano era o centro comercial da Roma Imperial. Nessa região ficavam as principais lojas, praças de mercado e de reunião, edifícios públicos, etc.


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Figura 2: Ruínas da Basílica de Constantino Fonte: BASÍLICA de Constantino (1999).

O Pantheon (Figura 3) foi construído em 27 a.C. como um templo para todos os deuses Romanos (pan = todos, theos = deus), é o único edifício construído na época greco-romana que ainda, 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) utilizado como elementos estéticos e para redução da espessura de concreto. O cimento foi fundamental para a obtenção de um material impermeável, estanque, resistente e de fácil conformação que foi muito usado pelos romanos na construção de seus aquedutos, seus banhos e termas, suas estradas, enfim, em suas obras públicas. Em alguns casos, o cimento foi usado simplesmente como aglomerante para argamassas estanques, impermeáveis e, em outros casos para a obtenção materiais resistentes (o concreto), como é o caso dos alvéolos da cúpula do Pantheon. No auge do Império Romano existiam cerca de 85.000 km de estradas 4, das quais a Via Apia, com 660 km de extensão é a mais conhecida. Sua construção foi iniciada em 312 a. C. e foi feita com uma camada (base) de pedras compactadas, uma camada de cascalhos 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), conforme Figura 4. Em vários trechos da Via Apia foi usado o caementum romano (pedra áspera, dura), um cimento pozolânico5 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.

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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 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.



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Figura 3: Planta esquemática e detalhes do Pantheon Romano Fonte: PANTHEON..., [2006, 2008a, 2008b].

Figura 4: Esquema das camadas das estradas romanas e a Via Apia Fonte: VIA APIA (1978, 2007).

Evidentemente esse concreto desenvolvido pelos romanos pouco tem a ver com os concretos atuais (simples ou armado). Sua grande utilização foi como argamassa de assentamento nas alvenarias de pedras, porém, em alguns casos como nas estradas e em algumas obras de coberturas essas pedras eram muito pequenas (assim como a brita atual) tornando essa mistura muito semelhante à argamassa de concreto atual. O desenvolvimento tecnológico do concreto 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 metálicas6. Os romanos usaram esse cimento na construção de suas pontes, estradas, docas, drenos pluviais e aquedutos; 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 ficou esquecido durante a Idade Média e somente foi resgatado em meados do século XVIII.

O CIMENTO MODERNO Em 1758 o engenheiro inglês John Smeaton, investigando materiais aglomerantes para a 6

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


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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 5: Eng. John Smeaton

Em 1791, o engenheiro 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. Vicat publicou, em 1817, o trabalho Recherches expérimentales sur les chaux de construction, les bétons et les mortiers ordinaires no qual apresentava resultados de uma pesquisa em que obtinha um cimento com a queima de uma mistura de calcário e argila.

Figura 6: Eng. Louis Vicat

Em 1818 a Academia das Ciências de Paris aprovou sua descoberta e o autorizou a aplicá-la na construção da ponte de Souillac (Figura 7). O cimento inventado por Vicat se tornou muito popular, mas foi substituído pelo cimento Portland, inventado e patenteado por Aspdin.



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Figura 7. Pont de Souillac - 1812 a 1824 por Louis Vicat Fonte: STRUCTURAE (2008).

Em 1824 Joseph Aspdin solicitou e obteve a Patente para um aperfeiçoamento no método de produzir a 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, a Aspdin & Beverly Patent Portland Cement Manufacturers.

Figura 8: Joseph Aspdin

O sucesso imediato do cimento Portland produzido por Aspdin deveu-se em grande parte a um acidente ocorrido em uma obra importante e complexa. Em 1825 o engenheiro francês Marc Isambard Brunel, iniciou a construção de um túnel sob o rio Tamisa (Figura 9), 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 (BRUNEL ..., 2007).


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Figura 9. Túnel sob o rio Tamisa: imagens da época e atual Fonte: BRUNEL..., ( 2007).

Em 1843, Grisell e 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 trouxe dúvidas quanto à 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 e Demarle começou a operar uma fábrica com uma produção verdadeiramente significativa. Nesse mesmo ano de 1850, a empresa de Vicat fundou outra fábrica em Grenoble, França, onde se usou pela primeira vez a tecnologia por via seca em fornos cíclicos verticais e em 1855, Hermann Bleibtreu montou a primeira fábrica de cimento na Alemanha. Assim o cimento Portland começou a se popularizar e a 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 (BATTAGIN, 2009).

A DESCOBERTA DO CONCRETO ARMADO Com a redescoberta do cimento em 1758 por John Smeaton e sua industrialização iniciada por James Parker em 1791, com o cimento romano e Joseph Aspdin, em 1828, com o cimento Portland, o produto estava à disposição dos engenheiros e vinha sendo usado em 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, foi apresentado na Feira Mundial de Paris (o protótipo original é preservado no Museu de Brignoles, França – Figura 10). Observa-se, porém, que o tipo de concreto usado nesse barco, no início do século 20 passou a ser denominado ferro-cimento ou cimento armado, que no Brasil conhecemos como argamassa armada.



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Figura 10. Joseph-Louis Lambot e o protótipo original de seu barco. Fonte: LAMBOT (2008).

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 11) e passarelas (1873 e 1875) e de vigas de concreto armado (1878). 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 7, foram pontes em arcos sucessivos usando a pedra artificial, ou seja, o concreto simples trabalhando à compressão. A ponte de Monier apresentada na Figura 11 é a primeira ponte em concreto armado, ou seja, 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.


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Figura 11. (a) Joseph Monier (1823 – 1906) e (b) primeira ponte em concreto armado por Monier, em 1875 Fonte: Walter (apud APPLETON, 2005).

Em 1886 o engenheiro alemão Gustav Adolf Wayss (1851-1917) comprou as patentes de Monier para desenvolvê-las. Ele conduziu suas pesquisas em sua empresa, a Wayss & Freytag e posteriormente, projetou e executou a construção de vários edifícios na Alemanha, Áustria e na França, promovendo e difundindo o uso do concreto armado como material de construção. 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 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 (1854) publicado na Revista de Obras Públicas7 em 1854 onde o autor relata os problemas encontrados em obras de alvenaria e de concreto em contato com a água do mar, apresentando as considerações e análises feitas por Vicat, consultor e colaborador de suas pesquisas. 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 a menudo 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 (VICAT apud UHAGON, 1854, p. 63).

O artigo de Uhagon (1854) evidencia que foram necessárias a deterioração e o colapso de muitas estruturas em concreto para que se percebesse a agressividade de alguns sais e minerais e, atingir o estágio atual de padronização relativo à agressividade do meio ambiente e à durabilidade. El mar obra sobre los morteros hidráulicos dinámica y químicamente, distincion que era desconocida hasta 1845. 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, 7

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.



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¿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 (UHAGON, 1854, p. 63).

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 casos 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 considerado 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, 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 (THADEUS..., 2008). No início houve muitos curiosos experimentando esse novo material, como agricultores, jardineiros, advogados, comerciantes, industriais, os quais, sem dúvida, foram pioneiros que contribuíram efetivamente para que se difundisse o concreto e suas potencialidades como material de construção. Mas também houve os técnicos, afinal, não se pode esquecer das contribuições fundamentais de Smeaton, Vicat e Parker (engenheiros) e de Aspdin (construtor e químico amador). 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 exemplo pode-se citar o estudo realizado em 1843 pelos empreiteiros Grisell & Peto, 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 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 (em 1853 construiu uma casa de concreto em Saint-Denis, Paris, para mostrar que esse novo material poderia ser usado como um substituto para a pedra natural). Em seguida passou a se dedicar ao estudo do concreto para a construção de edifícios em Paris, executando uma série de grandes obras em concreto armado, entre elas, a Maison de Garde au de Bois Vincennes, o quebra-mar de Saint-Jeande-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. Seu trabalho também ganhou fama fora da França e, em 1860 um grupo de


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americanos aprendeu suas técnicas e levou suas patentes para os Estados Unidos onde foi criada a Coignet Agglomerate Company of the United States (em 1872 esse complexo industrial ocupava uma área pouco superior a 20000 m2). Um artigo da Revista de Obras Públicas do ano de 1858 mostra a importância de Coignet, as expectativas em relação a esse novo material e o desconhecimento dos técnicos sobre o assunto. Nesse artigo o Eng. 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. Inicialmente, na admissão do artigo, os editores informam que o objeto é a fabricação da “pedra artificial” e que "[…] 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”. Saez y Montoya inicia sua exposição citando como principais características desse novo material, a economia, a resistência, a durabilidade, e a diversidade de aplicações. […] 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. […] 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. [...] 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. [...] 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. [...] 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 (SAEZ Y MONTOYA, 1858, p. 271).

Assim como Coignet muitos outros técnicos 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 (Figura 12), 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 (SHAEFFER, 1992).



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Figura 12. Wards castle (1871/75) Fonte:.WARD’S castle (2009).

François Hennébique (1842 - 1921) foi um engenheiro francês que se notabilizou na experimentação das formas de reforçar o concreto com ferragens. Na Exposição de Paris de 1867, Hennebique viu os tubos e tanques construídos de concreto reforçado com malha de arame de Joseph Monier, e iniciou experimentos para aplicar este novo material na construção de edifícios, montando sua própria empresa em 1867. Em 1879 desenvolveu lajes de piso de concreto armado e, em 1892 patenteou um sistema de edificação completo. Em 1898 terminou a construção de um moinho de farinha em Swansea, sendo essa obra o primeiro edifício de múltiplos pavimentos em concreto armado na Inglaterra. 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 final do século XIX o concreto alcança grande aceitação tanto no mercado consumidor quanto no meio técnico, em detrimento da alvenaria e do aço. Na década de 1850 foram inventados os elevadores de edifícios possibilitando a construção dos grandes prédios. Em 1885, em Chicago, foi construído o Home Insurance Building, um edifício de 10 pavimentos (adicionados dois novos pavimentos em 1890), primeiro edifício alto suportado por uma estrutura em aço. Em 1889, também em Chicago, foi construído o Monadnock Building (1889/91) com 16 pavimentos e 65 metros de altura, um marco na história da alvenaria, mas seu projeto e execução delinearam os limites para a construção em alvenaria, pois suas paredes externas ao nível do solo tinham 1,80 metros de espessura. O Monadnock Building foi construído em duas etapas, sendo a metade norte construída em alvenaria e a metade sul, dois anos após, em estruturas de aço, evidenciando para os incorporadores o ganho na área útil e a 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. Em 1898 um artigo publicado na Revista de Obras Públicas (BIBLIOGRAFIA..., 1898), relaciona 96 trabalhos científicos sobre concreto e argamassas de cimento, produzidos entre 1850 e 1898, envolvendo aproximadamente 40 autores. O desenvolvimento desses estudos e pesquisas levou ao aprimoramento contínuo desse material e à construção de estruturas em concreto, mais leves, esbeltas, resistentes e mais bem 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 de seus mais importantes pesquisadores foi o engenheiro alemão Emil Mörsch. Formado em engenharia civil pela Universidade de Stuttgart em 1894, iniciou sua vida profissional como superintendente do Ministerial Department for Highways & Waterways e, em seguida, no Revista Tecnológica, v. 17, p. 19-28, 2008.

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setor de pontes da Württemberg State Railways. Contratado pela companhia Wayss & Freytag, desenvolveu os estudos de Koenen e embasou seus resultados em ensaios laboratoriais. No início de 1901 publicou a primeira edição de seu livro Der Betoneisenbau: Seine Anwendung und Theorie que teve numerosas reimpressões sob o título de Der Eisenbeton: Seine Theorie und Anwendung. Esse livro estabeleceu as bases científicas do concreto armado e suas teorias tornaram-se referência na área por mais de meio século. Em 1904, Mörsch tornou-se professor da Universidade de Zurique, retornando após quatro anos à diretoria da Wayss & Freytag. Em 1916 tornou-se professor da Universidade de Stuttgart (teoria de estruturas,, construções em concreto armado e pontes em arco de alvenaria) onde permaneceu até sua morte em 1950. Entre as numerosas honrarias recebidas estão a de sócio honorário do Concrete Institute (hoje Institution of structural Engineers) em 1913 e a de honorary doctorates das Universidades de Stuttgart em 1912 e de Zurique em 1929 (KURRER, 2008. p.751-2).

Figura 13: Emil Mörsch – (1872–1950)

Seu modelo de treliça (treliça clássica de Mörsch) ainda é utilizado para a compreensão e fundamentação do comportamento de vigas de concreto armado submetidas à flexão e torção, sendo considerado um método prático e confiável para a analise, dimensionamento e detalhamento de elementos de concreto armado. Esse método é 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 bielatirante e recomenda o seu uso na análise e dimensionamento de elementos especiais. Construído em 1902/03 o Ingalls Building (Figura 14) é reconhecido como o primeiro edifício comercial de grande altura, em concreto armado no mundo; recorde mantido até 1923, com a construção do Medical Arts Building em Dallas, Texas, com 85,6 m de altura. À época de sua construção, seus dezesseis pavimentos, totalizando 64 m de altura (210 pés), geraram polemica face aos comentários de que o edifício poderia não resistir às ações do vento e à retração do concreto. Em 1975 foi declarado patrimônio histórico nacional, estando em uso até hoje.



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Figura 14. Ingalls Building: primeiro edifício comercial em concreto armado Fonte: INGALLS ..., (2008).

CONSIDERAÇÕES FINAIS A primeira referência sobre concreto no Brasil é de 1904. Antonio de Paula Freitas, professor da Escola Politécnica do Rio de Janeiro publica um trabalho no qual cita a execução de seis prédios projetados e um reservatório de água em Petrópolis, no Rio de Janeiro (MARCOLIN, 2006). Neste texto, tratamos da origem do concreto e de seu desenvolvimento inicial, anteriores, portanto, ao início do século XX, razão pela qual não abordamos a trajetória das pesquisas e da aplicação do concreto no Brasil, as quais são apresentadas e discutidas, com bastante propriedade, pelos eminentes professores engenheiros Augusto Carlos de Vasconcelos8 e Milton Vargas9. Várias outras obras10 abordam o assunto tratado neste texto e, por não terem sido usadas de forma específica, não constam das referências bibliográficas, porem, pela qualidade e importância das mesmas, sem dúvida, embasaram o conhecimento básico sobre o tema aqui discutido. Vasconcelos, A. C. O Concreto no Brasil: Recordes - Realizações - História. São Paulo: Pini, 1992. Vasconcelos, A. C. e Carrieri Jr, R. A Escola Brasileira do Concreto. Axis Mundi, SP. 2005. 9 Vargas, M. (org.). História da Técnica e da Tecnologia no Brasil. São Paulo: Ed. UNESP, Centro de Educação Tecnológica Paula Souza, 1994. Vargas, M. (coord.). Contribuições para a História da Engenharia no Brasil. São Paulo: EPUSP, 1994. 10 ADAM, Jean-Pierre. Roman building, materials and techniques. London:, UK: Routledge – Taylor & Francis e-Library, 2005. Edição eletrônica ISBN 0-203-98436-6. KAEFER, L. F. A evolução do concreto armado. (PEF 5707 – Concepção, Projeto e Realização das estruturas: aspectos históricos – 1998.3). São Paulo: 1998. LEVY, S. M.; HELENE, P.R.L. Evolução histórica da utilização do concreto como material. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP. São Paulo, BT/PCC/318, 2002: -12p. LIMA, E. L., et al. Hormigon Armado: notas sobre su evolución y la de su teoría. Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de La Plata; Buenos Aires; Argentina: Seminário sobre fundamentos de La resistência de materiales. MACAULAY, David. A cidade - Planificação e construção de uma cidade romana. Lisboa: 1978. Publicações Dom Quixote. McNEIL, Ian. (Org.) An encyclopaedia of the history of technology. London, UK: 2002. Routledge - Taylor & Francis eLibrary, 2002. Edição eletrônica ISBN 0-203-19211-7. SHAEFFER, R. E. History of Concrete Building Construction. In: ______. Reinforced Concrete : Preliminary Design for Architects and Builders. New York: McGraw-Hill, 1992. Disponível em: 8


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Atualmente a indústria do cimento esta instalada em quase todos os países do mundo, com uma produção da ordem de 2.542 milhões de toneladas anuais, considerados dados de 2006. A China é o maior produtor e consumidor mundial de cimento com uma produção de aproximadamente 1.220,8 milhões de toneladas em 2006 (48,0%). Os Estados Unidos apesar de ser o terceiro maior produtor de cimento do mundo, importa quase 30% de seu consumo, tornando-os o maior importador mundial de cimento (CIMENTO MUNDO, 2009). Em 2006 o Brasil ocupou a décima posição com uma produção em torno de 42,4 milhões de toneladas (1,7%), e as vendas acumuladas nos últimos doze meses (jun/08 a mai/09) atingiram 51,1 milhões de toneladas, apresentando incremento de 8,3% sobre o período anterior, de junho de 2007 a maio de 2008 (CIMENTO, 2009). Quadro 1: Maiores Produtores de Cimento (em milhões de toneladas / ano de 2006) 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º

China Índia EUA Japão Espanha Rússia Coréia Sul Itália Turquia Brasil Tailândia México Total Mundial Fonte: (CIMENTO MUNDO, 2009)

1.220,8 161,7 99,5 73,2 54,0 53,9 51,4 49,0 47,9 42,4 41,3 38,6 2.542

48,0% 6,4% 3,9% 2,9% 2,1% 2,1% 2,0% 1,9% 1,9% 1,7% 1,6% 1,5% 100,00%

As maiores companhias produtoras de cimento são a Lafarge (França), com uma capacidade instalada de 144 milhões de toneladas, a Holcim (Suíça) com 95 milhões de toneladas e a Cemex (México) com 77 milhões de toneladas (CIMENTO, 2009). A Votorantim, maior indústria brasileira de cimento, ocupa a sétima posição com uma capacidade instalada de 28 milhões de toneladas. No Brasil 14 grandes grupos operam cerca de 62 unidades industriais para a produção de cimento, porém, esta produção é extremamente concentrada. A Votorantim responde por aproximadamente 40% da produção nacional e os dois outros maiores grupos, o João Santos (cimento Nassau) e o CIMPOR, respondem por cerca de 20% da produção brasileira (TEIXEIRA, 2005).

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Origem Do Concreto

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