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INSTITUTO FEDERAL MINAS GERAIS CAMPUS CONGONHAS
Técnico em Edificações
MARILANA GABRIELA URZÊDO OLIVEIRA
TECNOLOGIA DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD)
CONGONHAS2012
INSTITUTO FEDERAL MINAS GERAIS CAMPUS CONGONHAS
Técnico em Edificações
TECNOLOGIA DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD)
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado ao
Curso de Edificações, do Instituto Federal Minas
Gerais – Campus Congonhas, como pré-requisito
para obtenção de título de Técnico em Edificações.
Orientador: Prof. Fernando Carlos Scheffer Machado
CONGONHAS2012
MARILANA GABRIELA URZÊDO OLIVEIRA
TECNOLOGIA DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD)
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à banca examinadora designada pela Coordenação do Curso de Edificações, do Instituto Federal Minas Gerais – Campus Congonhas, como pré-requisito para obtenção de título de Técnico em Edificações.
Aprovado em ___ de ________ de 20___.Por:
__________________________________Fernando Carlos Scheffer Machado, MSc
Professor Orientador
______________________________________Fernando Carlos Scheffer Machado, MSc
Coordenador de Área
DEDICATÓRIA
A Deus por tudo que me proporciona na vida
À meus pais pelo exemplo de vida e família
À meus professores
E aos meus verdadeiros amigos
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela presença constante em minha vida ...
Aos meus pais, por sempre me encorajarem,
Ao professor Fernando Scheffer, pelo incentivo,
A minha amiga Kátia, pela amizade sincera e companheirismo,
que mesmo nos meus momentos mais sombrios, nunca deixou
que eu perdesse a fé.
Agradeço a eles e a todos que, com muito carinho e apoio, não
mediram esforços para que eu chegasse até essa etapa da minha vida.
Muito Obrigada.
“O homem fraco espera pela oportunidade; o
homem comum agarra-a quando ela vem; o
grande cria-a como ele a quer.”
Adolf Tàrneros
RESUMO
O concreto de alto desempenho já é uma realidade no Brasil e o emprego de
concretos com resistência maiores que as usuais – de 40 a 50 MPa – tem-se
difundido muito nos últimos anos. As empresas de concreto pré-misturado, bem
como os centros de pesquisa, estão capacitados a obter esses concretos usados
principalmente em estruturas de edifícios, pontes e pré-moldados, reduzindo a seção
de pilares e cargas nas fundações e aumentando a durabilidade. Neste trabalho
procurou-se mostrar a utilização do concreto de alto desempenho em edifícios e
mostrar algumas de suas vantagens em relação à redução de custos principalmente
quando comparado ao concreto convencional. A conclusão mostrou a significativa
redução de custo, em edifícios de maior porte.
PALAVRAS-CHAVE: Concreto de alto desempenho, CAD, e-tower, sílica ativa.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 04
1. OBJETIVOS 051.1Objetivo Geral 051.2 Objetivos Específicos 05
2. MÉTODO DE TRABALHO 06
3. JUSTIFICATIVA 07
4. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO 084.1. Princípio do Concreto de Alto Desempenho 084.2. Materiais Constituíntes 09
4.2.1. Cimento Portland 094.2.2. Agregado Miúdo 124.2.3. Agregado Graúdo 134.2.4. Aditivos Químicos 164.2.5. Aditivos Superplastificantes 174.2.6. Água 20
4.3. Materiais Cimentícios Suplementares 204.3.1. Sílica Ativa 214.3.2. Escória de Alto-Forno 224.3.3. Cinza Volante 24
4.4. Classes do Concreto de Alto Desempenho 254.5. Métodos de Dosagem do CAD 26
4.5.1. Dosagem do Concreto de Alto Desempenho 264.6. Processando o Concreto de Alto Desempenho 284.7. Mistura 284.8. Transporte 284.9. Lançamento 294.10. Adensamento 294.11. Cura 30
5. ESTUDO DE CASO 315.1. Edifício e-Tower 31
5.1.1. Fôrmas 325.1.2. Concreto 335.1.3. Mistura 345.1.4. Transporte do Concreto 355.1.5. Lançamento e Adensamento 355.1.6. Cura 365.1.7. Controle da Qualidade 36
6. ANÁLISE OU COMPARAÇÃO/CRÍTICA 37
7. CONCLUSÕES 38REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 39
4
INTRODUÇÃO
Atualmente, poucos materiais têm uso tão difundido nas edificações
quanto o concreto de cimento Portland. Devido às suas excepcionais qualidades, o
concreto possibilitou ao homem moderno mudanças expressivas na construção de
edifícios de grande porte.
Os resultados são novos desafios à pesquisa do concreto, principalmente
no que diz respeito ao concreto de alto desempenho, um material com melhores
índices de resistência e durabilidade, alcançadas a partir de adições químicas e
minerais.
A presente dissertação está estruturada em cinco capítulos. O capítulo 1
e 2 compreende a introdução e o objetivo deste trabalho de pesquisa. No capítulo 4
é apresentada uma revisão bibliográfica referente ao concreto de alto desempenho,
considerando aspectos de sua aplicação, materiais constituintes e procedimentos de
produção.
Já no capítulo 5, o estudo de caso é descrito através do detalhamento do
concreto de alto desempenho utilizado no edifício e-tower.
5
1. OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo demonstrar a utilização do concreto de alto
desempenho em edifícios.
1.1. Objetivo Geral
O concreto de alto desempenho (CAD) é um material diferente do concreto
convencional, o objetivo é mostrar sua tecnologia, os tipos de materiais
usados e o estudo para a elaboração dos traços.
1.2. Objetivos Específicos
O CAD é um produto pouco difundido na construção civil, e a sua aplicação
se resume hoje, quase que somente a grandes prédios e escritórios. O
objetivo é mostrar mais esse material para poder assim contribuir para a
ampliação de sua utilização.
6
2. MÉTODO DE TRABALHO
Este trabalho foi elaborado a partir de pesquisas feitas em livros, sites da
internet, revistas técnicas e artigos publicados por profissionais da área, Instituto
Brasileiro de Concreto (IBRACON) e Associação Brasileira de Cimento Portland
(ABCP).
7
3. JUSTIFICATIVA
O concreto convencional é um dos produtos mais consumidos no mundo,
só perde para a água, por isso ele vem sendo fruto de muitos estudos pelo mundo a
fora, já o CAD vem sendo usado há muito tempo no exterior, mas no Brasil não faz
muito tempo, então é necessário por menor que seja feito um estudo sobre o CAD
até para os profissionais da área.
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4. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Segundo Amaral Filho (1992), por mais de um século, o concreto
estrutural tem sido rotineiramente produzido para a obtenção de resistência aos 28
dias de idade na faixa de 20 MPa a 30 MPa, ou até para níveis acima de 35 MPa.
Ocasionalmente, em circunstâncias especiais, obtinham-se resistências mais altas,
produzindo-se o chamado concreto de alta resistência. Há 30 anos, o termo alta
resistência era aplicado para concretos com resistências próximas ou maiores que
40 MPa. Mas recentemente têm-se alcançado resistências de 50 a 60 MPa e nos
últimos 15 anos, concretos com resistências maiores têm sido empregado na
construção de edifícios altíssimos e pontes. Resistência de 90 MPa, 100MPa,
110MPa e de até 120MPa têm sido obtidas de maneira quase rotineira.
De acordo com Amaral Filho (1992), o concreto de alto desempenho é
uma evolução dos concretos produzidos ao longo dos anos, uma das grandes
diferenças de um concreto convencional para o de alto desempenho é o maior
controle na seleção dos materiais e nas etapas de dosagem, mistura, adensamento,
transporte e cura, juntando a isso o uso preciso de aditivos químicos e minerais
permitindo-nos a produção de concretos com propriedades melhoradas.
Amaral Filho (1992) define a durabilidade de um concreto como a sua
habilidade para resistir às ações atmosféricas, ataques químicos, abrasão e outros
processos de deterioração. As ações atmosféricas referem-se aos efeitos
ambientais, tais como exposição a ciclos de molhagem, secagem, congelamento e
descongelamento. Os processos de deterioração química incluem ataque de
substâncias ácidas e reações de expansão, tais como reações de sulfatos, reações
álcali-agregado e corrosão das armaduras de aço no concreto.
4.1. Princípios do Concreto de Alto Desempenho
Atualmente, podem-se produzir concretos com 140MPa, mas concreto de
alto desempenho não é a mesma coisa que concreto de alta resistência. O enfoque
se deslocou da resistência muito alta para outras propriedades desejáveis em
determinadas circunstâncias. São elas: módulo de elasticidade, elevada densidade,
baixa permeabilidade e resistência a certos tipos de ataque. (Evangelista, 1996).
9
O concreto de alto desempenho contém fumo de sílica, enquanto que o
concreto comum normalmente não tem. O concreto de alto desempenho,
geralmente, embora não sempre, contém cinza volante ou escória granulada de alto
forno ou ambos os materiais. O agregado deve ser escolhido com muito cuidado e
tem um tamanho máximo menor do que o dos concretos comuns, no máximo,
geralmente, 10 mm a 14 mm, para se evitarem as tensões diferenciais na interface
agregado-pasta de cimento, que poderia resultar em microfissuração. (Evangelista,
1996).
Outro ponto a propósito dos ingredientes é este: a inclusão do fumo de
sílica na mistura necessita de um superplastificante. Não é recomendável o uso de
qualquer superplastificante com nenhum tipo de cimento Portland; o
superplastificante deve ser compatível como cimento a ser efetivamente usado.
(Evangelista, 1996).
4.2. Materiais Constituíntes
4.2.1. Cimento Portland
O cimento Portland é um material pulverulento, aglomerante hidráulico,
composto basicamente de silicatos de cálcio e aluminatos de cálcio que misturados
à água se hidratam, e depois de endurecidos, mesmo que sejam submetidos
novamente à ação da água não se decompõem mais.
Para a fabricação do cimento são empregados materiais calcários, como
rocha calcária e gesso, e alumina e sílica, encontradas facilmente em argilas e
xistos. O processo de fabricação do cimento Portland consiste essencialmente em
moer a matéria-prima, misturá-la nas proporções adequadas e queimar essa mistura
em um forno rotativo até uma temperatura de cerca de 1450°C (graus Celsius).
Nessa temperatura, o material sofre uma fusão incipiente formando pelotas,
conhecidas como clínquer. O clínquer é resfriado e moído, em um moinho de bolas
ou de rolo, até formar um pó bem fino (geralmente menor que 75 µm), com adição
de um pouco de gesso, resultando o cimento Portland largamente usado em todo o
mundo. (Neville,1997). A mistura e moagem das matérias-primas podem ser feitas
tanto em água quanto à seco, daí a denominação dos processos de via úmida e de
10
via seca. Alguns materiais com a areia, bauxita e o minério de ferro, são adicionados
como corretivos, cuja função é suprir os elementos que não se encontram nas
matérias-primas principais
Durante a queima ocorrem inúmeras reações de estado sólido entre as
fases constituintes, reações envolvendo essas fases e a parte fundida do material e,
ainda, os principais componentes do cimento (silicato tricálcio, silicato dicálcio,
aluminato tricálcio, ferroaluminato te- tracálcico), que quando hidratados fornecem
as principais propriedades deste material (Neville, 1997). A última etapa de
fabricação do cimento Portland constitui-se no resfriamento imposto aos nódulos
produzidos, sendo de grande importância para a definição da reatividade e
estabilidade das fases do clínquer.
As reações químicas entre os silicatos e aluminatos com a água são
denominados de reações de hidratação do cimento e geram uma massa firme e
resistente. Essas reações de dissolução e formação de novas fases ocorrem quase
que instantaneamente, na medida em que se adiciona água ao cimento Portland.
De acordo com Mehta e Monteiro (1994), o silicato tricálcio apresenta
rápida hidratação desprendendo uma quantidade média de calor, gerando um gel de
silicato hidratado e cristais de hidróxido de cálcio. Este composto contribui para
elevar a resistência inicial da pasta endurecida e aumentar sua resistência final. Já o
silicato dicálcio, que desprende uma quantidade pequena de calor durante sua lenta
hidratação, também é responsável pelo aumento de resistência nas idades
avançadas e produz um volume menor de hidróxido de cálcio, em comparação com
o silicato tricálcio. Responsável pelas primeiras reações de hidratação, o aluminato
tricálcio libera uma grande quantidade de calor para formar aluminatos hidratados. O
ferroaluminato tetracálcico também se hidrata rapidamente (semelhante ao
aluminato tricálcio), mas exerce pouca influência sobre a resistência mecânica da
pasta. Ressalta-se que um dos primeiros avanços no sentido de melhor
compreender o processo de hidratação do cimento Portland foi, inegavelmente, a
análise em separado do comportamento exibido pelas diversas fases do clínquer em
pastas hidratadas.
A princípio o cimento Portland pode ser constituído unicamente de
clínquer e de uma substância reguladora de pega, caracterizando o que se
11
convencionou denominar “cimento Portland comum”. Entretanto, ao longo do tempo,
outros materiais começaram a ser utilizados em conjunto com o clínquer,
constituídos os “cimentos com adições”. Desta forma, a Associação Brasileira de
Normas Técnicas (ABNT) define o cimento Portland em tipos e classes de acordo
com os seus componentes e propriedades. A classe do cimento caracteriza sua
resistência mínima potencial aos 28 dias, sendo dividida em três níveis: 25 MPa,
32 MPa e 40 MPa.
Para a aplicação em concreto de alto desempenho, Mehta e Aiticin (1990)
apud Cordeiro (2001) comentam que é possível a utilização de qualquer tipo de
cimento, sendo preferível, no entanto, o cimento Portland comum e aqueles com
elevado teor de silicato tricálcio e silicato dicálcio. Segundo Neville (1997), os dois
silicatos necessitam praticamente da mesma quantidade de água para a hidratação,
mas o silicato tricálcio produz mais que o dobro da quantidade de hidróxido de
cálcio, quando comparado com o silicato dicálcio. Isto proporciona uma menor
durabilidade quanto ao ataque de águas ácidas e/ou sulfatadas. O hidróxido de
cálcio no concreto pode reagir comum agregado ácido (calcedônia, por exemplo)
dando origem a um silicato de cálcio hidratado. Esta reação, contudo, causa um
aumento de volume indesejável.
Na opinião de Mehta e Aiticin (1990) apud Cordeiro (2001), não há
critérios científicos fixos que especifiquem o cimento mais adequado para o concreto
de alta resistência, só é necessária uma seleção criteriosa do cimento, quanto ao
tipo, para concretos com uma resistência acima de 90 MPa. O melhor cimento para
concreto de alto desempenho é o que apresenta menor variabilidade nas suas
propriedades e principalmente em sua resistência.
Segundo Vieira et al. (1997) a escolha do tipo de cimento vai ser função
não só da disponibilidade de mercado, mas, sobretudo, das propriedades que o
concreto a ser produzido deverá possuir. Os autores enfatizam que, para cada
situação específica de projeto, todas as condições deverão ser avaliadas
detalhadamente, desde as especificações de projeto, condições de cura e aplicação,
cronograma de execução, e o que mais se fizer necessário para que o cimento
escolhido seja o mais adequado, contribuindo, desta forma, para o aumento da vida
útil da estrutura de concreto.
12
Então, para a escolha satisfatória do cimento Portland utilizado na
produção do concreto de alto desempenho, exige-se conhecimento técnico e
científico deste material.
4.2.2. Agregado miúdo
A ABNT (1983) classifica os agregados miúdos em zonas (muito fina, fina,
média e grossa), de acordo com sua composição granulométrica.
De acordo com Cordeiro (2001), o principal requisito para a escolha do
agregado miúdo baseia-se na quantidade de água de mistura. Segundo o ACI 363
(1991) apud Cordeiro (2001), um agregado miúdo de partículas arredondadas e
textura lisa precisa de menor quantidade de água e, por este motivo, é indicado para
o concreto de alto desempenho. Como este concreto apresenta uma grande
quantidade de material fino, recomenda-se agregado miúdo de forma angular,
módulo de finura acima de 3,0 e diâmetro máximo de 4,8mm (ACI 363, 1991;
Canovas, 1998 apud Cordeiro, 2001). Dal Molin (1995) apud Cordeiro (2001)
comenta que a seleção do agregado miúdo está condicionada ao consumo de água,
fator essencial para garantir uma relação água/aglomerante baixa.
Segundo Amaral Filho (1989), com areia natural quartzosa, bem graduada
e dentro das especificações, é possível a obtenção de concretos com resistências
de até 170 MPa.
Conforme Vieira et al. (1997), afirmam que os agregados miúdos exercem
maior influência na mistura que os agregados graúdos. Isto se deve ao fato de que a
superfície específica dos agregados finos é bem maior e, portanto, necessitam de
mais pasta para envolver seus grãos. Teores elevados de agregados miúdos
produzirão concretos mais plásticos. Por outro lado, a diminuição da quantidade de
agregado miúdo acarreta um decréscimo no teor de pasta necessário, reduzindo o
custo final do concreto.
Segundo Cordeiro (2001), é imprescindível após a escolha adequada do
agregado miúdo, que haja um rigoroso controle de qualidade, pois pequenas
variações no teor de umidade e/ou granulometria podem ocasionar mudanças
13
significativas nas propriedades do concreto fresco e endurecido. Neville (1997)
sugere que o teor de umidade seja verificado freqüentemente numa obra de
concreto, pois seu valor varia conforme o clima e posição de uma amostra no monte
de agregado em estoque.
Ainda de acordo com Neville (1997), quando não for possível a utilização
de agregados naturais, deve-se atentar para a granulometria do material britado.
Neste caso, obtém-se mais material menor de 75 µm que gera, perda de
trabalhabilidade e um pequeno decréscimo na resistência à compressão do
concreto.
De acordo com Cordeiro (2001), deve-se procurar uma proporção ótima
de agregados miúdos e graúdos, de acordo com suas características de
granulometria e forma, a fim de que uma mistura mais compacta seja obtida, ao
menor consumo de pasta possível, e como resultado um menor custo.
4.2.3. Agregado Graúdo
Segundo Cordeiro (2001), o termo agregado graúdo descreve partículas
maiores que 4,8 mm, responsáveis por uma fração considerável do volume do
concreto. Desta forma, os efeitos que este material pode gerar no concreto fresco e
endurecido devem ser estudados com atenção.
Ainda conforme Cordeiro (2001), em geral estes agregados são
procedentes de jazidas naturais, seja na forma de pedregulhos, seixos ou pedra
britada. Rochas ígneas, como o granito e basalto, metamórficas como gnaise e
leptinto e sedimentares, como arenitos e calcários, são utilizadas em todo mundo.
Também podem ser empregados em concretos, agregados de escória de alto-forno,
de cinza volante e agregados reciclados (rejeitos de construção e resíduos
cerâmicos, por exemplo).
De acordo com Mehta e Monteiro (1994) as características mais
significativas dos agregados graúdos são:
Resistência à compressão;
Resistência à abrasão;
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Módulo de Elasticidade;
Massa específica e massa unitária compactada;
Absorção;
Porosidade;
Composição granulométrica, módulo de finura e dimensão máxima;
Forma e textura superficial;
Presença de substâncias deletérias.
Segundo Cordeiro (2001), a escolha do agregado graúdo é mais
complexa que a do agregado miúdo, pois suas propriedades físicas, químicas e
minerológicas afetam consideravelmente a obtenção das propriedades de
resistência e durabilidade no concreto.
Estudos realizados por Helland (1988) apud Cordeiro (2001), com
concretos de várias classes de resistência, utilizando um agregado graúdo de boa
qualidade (seixo britado), verificaram que para resistências menores que 80 MPa o
concreto se comporta como um material composto. Isto porque as fissuras se
desenvolvem na pasta e na interface agregado-pasta. Para resistências entre 80
MPa e 100 MPa a capacidade de carga do agregado e da pasta tem a mesma
ordem de grandeza.
Desta forma, as fissuras “penetram” também nos agregados e o material
têm um comportamento homogêneo. Com valores de resistência acima de 100 MPa,
o concreto adquire novamente um comportamento típico de compósitos, sendo o
agregado o componente mais frágil.
Gonçalves et al. (1994), verificaram em um estudo realizado com
agregados rochosos da cidade do Rio de Janeiro que o agregado graúdo pode vir
até mesmo a restringir as propriedades do concreto. Constataram, usando gnaisse e
granito, que a existência de concretos de resistências menores que as da
argamassa e a ocorrência exclusiva de fraturas intergranulares eram indicativos de
que os agregados graúdos foram os limitadores das resistências do concreto.
Segundo Aitcin e Neville (1993) apud Cordeiro (2001) os agregados
graúdos menores são geralmente mais resistentes que os agregados maiores. Isto
se deve ao processo de britagem, que ocorre preferencialmente em zonas
potencialmente fracas na rocha matriz. Assim, quanto menor o agregado utilizado,
menor a superfície capaz de reter água durante a exsudação do concreto fresco, o
15
que propicia uma zona de transição de menor espessura e, conseqüentemente,
mais resistente.
Almeida (1994) diz que a alta resistência do agregado é uma condição
necessária, mas não suficiente, para a produção de concreto de alto desempenho e
ressalta a fragilidade da interface agregado-pasta. Mesmo com agregados de
grande resistência à compressão, atinge-se um limite acima do qual não é possível
elevar a resistência do concreto com o fortalecimento da pasta: o concreto rompe na
ligação agregado-pasta.
Nos concretos de alto desempenho, comenta Nuñez (1992) apud
Cordeiro (2001), há uma transferência direta de tensões entre a pasta e o agregado
graúdo a cargas relativamente baixas. Assim, o módulo de elasticidade do concreto
é fortemente influenciado pelas propriedades elásticas do agregado graúdo.
Segundo Cordeiro (2001) a distribuição granulométrica de um agregado é
um fator muito importante, pois altera a demanda de água de um concreto. O fator
água/aglomerante no concreto de alto desempenho deve ser o menor possível,
desta forma a quantidade de água deve ser minimizada, para um determinado
abatimento.
De acordo com Neville ( 1997) um agregado inadequado quanto a sua
forma pode influenciar a trabalhabilidade da mistura e o acabamento superficial dos
elementos do concreto e demonstra que, embora agregados com formas angulares
possam produzir concretos com resistências mecânicas superiores, efeitos opostos
podem surgir na demanda de água e trabalhabilidade se a angulosidade for muito
acentuada.
Gomes et al. (1995) sugerem uma relação inversa entre a resistência à
compressão do concreto e a abrasão “Los Angeles” do agregado graúdo. Segundo
autores, quanto menor for o percentual de abrasão obtido no ensaio, maior será a
resistência alcançada pelo concreto. Tal fato evidencia a influência do agregado
graúdo na resistência do concreto.
Gomes et al. (1995) recomendam uma análise petrográfica do agregado
graúdo para identificação dos tipos de minerais que possam vir a comprometer a
durabilidade do concreto.
Estudos realizados por Almeida (1994), utilizando agregados de granito,
calcário e seixos rolados, indicam um aumento de 5% a 10% na resistência à
16
compressão de concretos em virtude da lavagem dos agregados antes da confecção
do concreto.
4.2.4. Aditivos Químicos
A NBR 11768 (EB – 1763/1992) define os aditivos químicos como sendo
produtos que adicionados ao concreto de cimento Portland em pequenas
quantidades modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor
adequá-las a determinadas condições. De acordo com Neville (1997), o motivo do
grande uso de aditivos químicos é a capacidade de proporcionar ao concreto
consideráveis melhorias em suas propriedades. Essas melhorias incluem o uso do
concreto em condições nas quais seria difícil ou até mesmo impossível utilizá-lo sem
aditivos.
O Comitê ACI 212 (1991) apud Cordeiro (2001) lista algumas finalidades
importantes para as quais os aditivos químicos são empregados:
Aumentar a plasticidade do concreto mantendo constante o teor
de água;
Reduzir a exsudação e a segregação;
Retardar ou acelerar o tempo de pega do concreto;
Acelerar a velocidade de desenvolvimento da resistência
mecânica das primeiras idades;
Retardar a taxa de evolução de calor durante a hidratação do
cimento;
Aumentar a resistência a ciclos de congelamento e
descongelamento;
Aumentar a durabilidade do concreto em condições extremas de
exposição.
De acordo com Cordeiro (2001) os aditivos químicos são classificados em
virtude das alterações que causam nas propriedades do concreto fresco e/ou
endurecido. Segundo Mehta (1996) apud Cordeiro (2001), os aditivos variam
17
amplamente quanto à composição química e muitos desempenham mais de uma
função; conseqüentemente, é difícil classificá-los de acordo com as suas funções.
Segundo Cordeiro (2001), uma vez que a redução da relação
água/aglomerante é primordial para obtenção do concreto de alto desempenho a
utilização de aditivos redutores de água faz-se imprescindível. O uso de aditivos
superplastificantes é preponderante, uma vez que aumenta a fluidez do concreto a
níveis muito elevados, sem alterar outras característricas, permitindo produzir,
através da redução da relação água/aglomerante, concretos com alta resistência e
maior durabilidade.
4.2.5. Aditivos Superplastificantes
Os superplastificantes, também chamados de redutores de água de alta
eficiência ou superfluidificantes, consistem de tensoativos aniônicos de cadeia longa
e massa molecular elevada (20000 a 30000). Quando absorvido pelas partículas de
cimento, o tensoativo confere uma forte carga negativa, a qual auxilia a reduzir
consideravelmente a tensão superficial da água circundante e aumentar
acentuadamente a fluidez do sistema. (Mehta e Monteiro, 1994)
Os superplastificantes podem ser agrupados em quatro grandes
categorias, de acordo com sua composição química (Aiticin et al, 1994 apud
Cordeiro,2001):
Condensados sulfonados de melamina-formaldeído;
Condensados sulfonados de formaldeído-naftaleno;
Condensados de lignossulfonatos modificados;
Outros, como ésteres de ácido sulfônico e ésteres de carboidratos.
Atualmente as duas primeiras categorias mencionadas são mais
largamente utilizadas, pois apresentam maior eficiência como redutores de água e
menor incidência de efeitos secundários.
O principal efeito das cadeias longas do superplastificante, segundo
Neville (1997), é o de ficarem absorvidas nas partículas de cimento, conferindo-lhes
18
uma carga altamente negativa de modo que elas passam a se repetir. Isso provoca
defloculação e dispersão das partículas de cimento. A melhoria resultante da ação
do superplastificante pode ser aproveitada de dois modos distintos. Permite para a
mesma relação água/aglomerante e o mesmo teor de água na mistura um aumento
considerável da trabalhabilidade do concreto, mantendo a mistura coesiva. Outra
forma seria para obter concretos com trabalhabilidade normal, mas com uma
resistência extremamente alta, devido a uma substancial redução da relação
água/aglomerante.
A defloculação se deve à redução das forças de atração entre partículas
com cargas opostas. Já a dispersão ocorre pela introdução da força repulsiva entre
partículas, devido à alta carga negativa conferida às partículas de cimento pela
absorção do aditivo. Quanto maior a absorção melhor será a dispersão das
partículas de cimento e mais homogenia será a microestrutura da pasta.
A reologia do concreto de alto desempenho pode ser afetada por
parâmetros relativos ao cimento, ao superplastificante e a interação entre eles,
dentre os quais os mais significativos são (Aiticin et al, 1994 apud Cordeiro,2001):
Composição química do cimento, especialmente a quantidade e
aluminato tricálcio e álcalis;
Finura do cimento Portland;
Quantidade e tipo de sulfato de cálcio no cimento;
Natureza química e massa molecular do superplastificante;
Grau de sulfonatação do superplastificante;
Dosagem e método de adição à mistura do superplastificante.
Os aditivos superplastificantes interagem com o aluminato tricálcio, que é
o primeiro componente do cimento a hidratar-se, e sua reação é controlada pelo
sulfato de cálcio, produto adicionado ao clínquer para controlar o tempo de pega do
cimento. Uma certa quantidade é necessária durante a mistura para obter a
trabalhabilidade desejada, no entanto, é imprescindível que o superpalstificante não
seja totalmente fixado pelo aluminato tricálcio. Se a fixação ocorrer é porque íons
sulfatados não foram liberados a tempo de reagirem com o aluminato tricálcio.
Quando os íons sulfatados são liberados vagarosamente, o cimento e o aditivo
superplastificante são ditos incompatíveis. (Aiticin et al, 1994 apud Cordeiro, 2001).
19
O problema da incompatibilidade entre cimento e superplastificante pode
também existir no concreto convencional, mas é muito mais acentuado no concreto
de alto desempenho. Isto é devido à menor quantidade de água para receber os
íons sulfatados no concreto de alto desempenho e a alta dosagem de cimento,
proporcionando mais aluminato tricálcio à mistura. (Aiticin et al, 1994 apud Cordeiro,
2001).
A quantidade de superplastificante necessária para obtenção de uma
pasta com fluidez definida aumenta com a área específica do cimento Portland.
Quanto mais fino o cimento, mais superplastificante é requerido para obter a
trabalhabilidade (Cordeiro, 2001).
As moléculas do superplastificantes podem ser absorvidas no silicato
tricálcio. Com um aumento na dosagem do superplastificante, o desenvolvimento do
calor de hidratação é retardado. Este fenômeno de absorção foi demonstrado pela
observação direta de um superplastificante marcado com enxofre através de
estudos.
Um estudo realizado por Chan et al. (1996) apud Cordeiro (2001), mostra
a variação no comportamento de quatro superplastificantes em concretos com
abatimento entre 150 e 200 mm em função da redução da relação água/cimento.
Geralmente, a consistência do concreto diminui com o aumento da dosagem de
superplastificante até um valor, além do qual, passa a ser pequeno o efeito.
Estudos revelam que o uso de superplastificantes em pastas de cimento
sujeitas a diferentes métodos de cura leva a um decréscimo do volume total de
poros e ao refinamento da estrutura de poros de pastas hidratadas. O refinamento
dos poros, além da redução de seu volume, diminui a permeabilidade e aumenta a
resistência, permitindo a obtenção de concretos muito mais duráveis. O refinamento
dos poros, além da redução de seu volume, diminui a permeabilidade e aumenta a
resistência, permitindo a obtenção de concretos muito mais duráveis. Vale ressaltar,
que o processo denominado refinamento dos poros é a transformação de um
sistema contendo grandes vazios capilares em um sistema composto de numerosos
poros mais finos. (Neville, 1997)
O comportamento reológico em traços com baixa relação
água/aglomerante não é definido pelas especificações do superplastificante e do tipo
20
de cimento Portland. Faz-se, portanto, necessário experimentá-los e verificar como
se comportam frente aos complexos fenômenos químicos envolvidos. Vários
métodos são empregados para avaliar a compatibilidade aditivo-cimento e a
dosagem ótima de superplastificante. Dentre os mais utilizados estão: método de
Kantro ou miniabatimento e método do cone de Marsh. (Neville,1997)
1. Água
Segundo Cordeiro (2001), a água introduzida no concreto como um de
seus componentes tem duas funções. Uma parte denominada de amassamento,
contricui para garantir uma trabalhabilidade adequada. A outra permite o
desenvolvimento das reações químicas no concreto, tanto de hidratação do cimento
Portland, quanto reações pozolânicas com os aditivos minerais e/ou constituintes do
cimento empregado. Segundo o ACI 363 (1991) apud Cordeiro (2001), os mesmos
requisitos de qualidade exigidos para água de concretos convencionais devem ser
cumpridos no concreto de alto desempenho. De acordo com Neville (1997), águas
potáveis, ligeiramente ácidas, não são prejudiciais ao concreto.
4.3 Materiais Cimentícios Suplementares
O concreto de alto desempenho pode ser feito usando-se apenas o
cimento Portland como material cimentício. Entretanto, uma substituição parcial do
cimento Portland por um, ou uma combinação de dois ou três materiais cimentícios,
quando disponíveis a preços competitivos, pode ser vantajosa, não apenas do ponto
de vista econômico, mas também do ponto de vista reológico, e, algumas vezes, do
ponto de vista da resistência (Aiticin, 2000).
O uso de materiais cimentícios suplementares, quando disponíveis a
preços competitivos, é benefício para a produção do concreto de alto desempenho,
pois pode trazer diminuição de custo. A sua dosagem no traço final depende da
resistência inicial desejada para o concreto de alto desempenho, levando em conta a
temperatura ambiente (Aiticin, 2000).
21
O uso de uma combinação de dois materiais cimentícios, escória e sílica
ativa, ou cinza volante e sílica ativa é benefício, pois a reatividade da sílica pode
compensar a reatividade mais lenta da escória ou da cinza volante. Dos três
materiais a seguir, as cinzas volantes são as mais variáveis e menos reativas. Isso
não significa que elas não sejam usadas para fazer o concreto de alto desempenho,
mas que elas deveriam ser usadas com cuidado e não com base em qualquer
generalização (Aiticin, 2000).
4.3.1. Sílica Ativa
A sílica ativa é um subproduto da fabricação do silício metálico, das ligas
de ferro-silício e de outras ligas de silício. O silício e as sua liga são produzidos emm
fornos de arco elétrico imerso onde o quartzo é reduzido na presença de carvão ( e
ferro durante a produção das ligas ferro-silício). Durante a redução da sílica, dentro
do arco elétrico, um subóxido de silício, é produzido. Como esse gás escapa para a
parte superior da carga, ele se resfria, condensa e oxida na forma de partículas
finíssimas de sílica. Essas partículas são coletadas por um sistema de eliminação de
pó (Aiticin, 2000).
A sílica é disponível atualmente em quatro diferentes formas: em bruto,
como produzida, em forma de nata de sílica ativa, em forma densificada e misturada
como cimento Portland (Aiticin, 2000).
Comparada com outros materiais cimentícios suplementares, as
características peculiares que tornam a sílica ativa um material pozolânico muito
reativo são o seu teor muito alto de dióxido de silício, os eu estado amorfo e a sua
extrema finura (Aiticin, 2000).
Os efeitos benéficos da sílica ativa na microestrutura e nos propriedades
mecânicas do concreto são devidos não apenas à rápida reação pozolânica, mas
também ao efeito físico das partículas da sílica ativa, o qual é conhecido como
“efeito filer”. Além disso, a sílica ativa tem um efeito químico relacionado com a
germinação de cristais de portlandita, hidróxido de cálcio (Aiticin, 2000).
22
Devido à sua finura, as partículas de sílica ativa podem preencher os
vazios entre as partículas maiores do cimento, quando elas estão bem desfloculadas
na presença de uma dosagem adequada de superplastificante. Diz-se que o efeito
filer é também responsável pelo aumento na fluidez dos concretos com uma relação
água/aglomerante muito baixa. Por conseguinte, devido às suas características
físicas únicas, a matriz sólida resultante que inclui sílica ativa é densa ainda antes
que quaisquer ligações químicas entre as partículas do cimento tenham se
desenvolvido (Aiticin, 2000).
Devido ao tamanho extremamente reduzido de suas partículas, a adição
de sílica ativa reduz drasticamente tanto a exsudação interna como superficial da
mistura. Essa exsudação reduzida é muito importante do ponto de vista
microestrutural, porque transforma radicalmente as características microestruturais
da zona de transição entre a pasta de cimento e os agregados e entre a pasta de
cimento e o aço da armadura. Essas zonas de transição são as mais compactas do
que a relativamente porosa geralmente obtida quando o concreto não contém
qualquer sílica ativa (Aiticin, 2000).
4.3.2. Escória de Alto-Forno
A escória ou a escória de alto-forno finamente granulada, é o subproduto
da manufatura do ferro-gusa num alto-forno. Todas as impurezas contidas no
minério de ferro e no coque passam para a escória de alto-forno. Como todas essas
impurezas poderiam resultar numa mistura com um ponto de fusão muito alto, o que
poderia ser antieconômico, agentes fundentes são adicionados à carga do alto-forno
de modo que a composição química resultante das impurezas fique dentro de uma
região muito bem definida do diagrama de fases.
A escória fundida tem uma massa específica muito mais baixa, cerca de
2,8g/cm³, do que o ferro-gusa, que está acima dos 7,0g/cm³, e assim a escória
derretida flutua no topo do ferro-gusa derretido e pode ser drenada separadamente
(Aiticin, 2000).
A escória pode ser resfriada de duas maneiras diferentes. Na primeira, ela
pode ser deixada resfriar lentamente de tal maneira que ela se cristaliza
23
principalmente na forma de melilita, uma solução sólida de ackermanita e gelenita.
Quando resfriada dessa maneira, a escória de alto-forno é cristalizada e pode ser
usada como agregado no concreto, no asfalto e como lastro de cobertura ou para
construir estradas e embarcadouros, mas ela não tem praticamente valor hidráulico
e não usada como material cimentício suplementar, mesmo que finamente moída
(Aiticin, 2000).
Contudo, se a escória é resfriada rapidamente quando sai do alto-forno,
ela solidifica numa forma vítrea e pode então desenvolver propriedades cimentícias,
se adequadamente moída e ativada. O resfriamento da escória pode ser realizado
de três diferentes modos> A escória fundente pode ser (Aiticin, 2000):
1. Lançada em um grande recipiente de água onde ela se desintegra
em pequenas partículas como uma areia grossa, também
denominada “escória granulada”;
2. Resfriada rapidamente por um forte jato de água assim que ela
escorre do alto-forno em calhas metálicas. Aqui, ela também é
transformada numa areia, que também é chamada de “escória
granulada”;
3. Projetada através de ar por uma roda especial, de tal forma que o
resfriamento rápido se dá pela combinação da ação da água e do
ar. Neste caso, a escória resfriada tem a forma de “pelletes” mais
ou menos esféricas e porosas, é chamada de “escória peletizada”.
Esse “pelletes” podem ser usados como agregado leve na
fabricação de blocos de concreto ou podem ser moídos para fazer
um pó cimentício.
Assim, como um material cimentício suplementar, a escória possui
algumas características úteis: ela tem uma composição química que não varia
demais. A característica crítica que deve ser checada cuidadosamente quando se
usa escória é sua vitrificação, pois as suas propriedades hidráulicas estão
estreitamente ligadas a essa característica. Se a temperatura da escória estiver um
pouco baixa, significando que alguns cristais poderiam estar presentes na fase
fundente, quando o resfriamento rápido, a escória pode tornar-se menos reativa do
que outra mais quente que seria mais vitrificada. Escórias bem resfriadas podem ter
24
uma cor amarela pálida, bege ou cinza, enquanto escórias frias têm uma cor mais
escura variando do cinza escura até o marrom escuro (Aiticin, 2000).
Um modo fácil de verificar se a escória foi bem resfriada é obter
difratogramas de raios X. (Aiticin, 2000)
A escória pode ser misturada com o cimento depois da moagem do
clínquer ou junto com o clínquer, ou então ser vendida separadamente aos
produtores de concreto, como material cimentício suplementar. Materiais misturados
são mais comuns na Europa, enquanto o uso de escória como um ingrediente à
parte prevalece na América do Norte (Aiticin, 2000).
A adição de escória em misturas de cimento Portland geralmente reduz a
demanda de água e melhora a trabalhabilidade do concreto. Os grãos de escória
apresentam superfície limpa e lisa, apesar da forma angulosa, com planos de
deslizamento que favorecem a trabalhabilidade, auxiliada também pela menor
velocidade de hidratação. A exsudação do concreto é reduzida com o emprego de
escória com elevada finura. O calor de hidratação diminui com o aumento do teor de
escória, sendo significativo o decréscimo para 70% da adição. Para outros teores de
adição (85%), o calor aumenta com o aumento da relação água/aglomerante e com
a finura da escória parece não influenciar significativamente na elevação adiabática
da temperatura do concreto.
4.3.3. Cinza Volante
Cinzas volantes são partículas coletadas pelos sistemas antipó das
usinas de energia que queimam carvão. Cinzas volantes podem ter composição
química e de fases diferentes, pois estão relacionadas exclusivamente com a
quantidade de impurezas contidas na queima de carvão na usina de energia. O
carvão da mesma jazida usado na mesma usina produzirá quase a mesma cinza
volante. Todavia, a composição química das cinzas volantes de diferentes usinas
pode variar (Aiticin, 2000).
Do ponto de vista físico, as cinzas volantes podem também ser muito
diferentes umas das outras. Elas podem aparecer como partículas esféricas simples,
com uma distribuição granulométrica similar à do cimento Portland, ou podem conter
25
algumas esferas ocas. Em alguns casos, elas podem também conter partículas
angulosas (Aiticin, 2000).
Do ponto de vista químico, as diferentes cinzas volantes disponíveis
podem ser classificadas em grandes famílias; por exemplo, a ASTM reconhece dois
tipos de cinzas volantes na sua Especificação C618-94ª para as Cinzas Volantes de
Carvão e Pozolana Crua ou Calcinada para Uso como Adições Minerais em
Concreto de Cimento Portland: Cinza Volante Classe F e Classe C. A cinza volante
Classe F é usualmente produzida em usinas de energia queimando antracito ou
carvão sub-betuminoso extraído, por exemplo, da parte leste dos EUA. De outro
lado, a cinza volante Classe C é produzida pela queima da lignita ou de carvão
betuminoso, por exemplo, das regiões sul e oeste dos EUA. Essas cinzas volantes
são características por um teor elevado de cálcio (Aiticin,2000).
Na França, as cinzas volantes são classificadas em três grupos: as sílico-
aluminosas, que correspondem basicamente à classe F da ASTM, as sílico-cálcicas,
que correspondem basicamente à Classe C e as sulfo-cálcicas, que têm ao mesmo
tempo um alto teor de cálcio e um alto teor de enxofre (Aiticin,2000).
A despeito dos méritos dessas diferentes classificações, não é sempre
fácil classificar uma dada cinza volante numa particular categoria e predizer o seu
comportamento pozolânico. Descobriu-se que a maioria das cinzas volantes são
materiais pozolânicos, mas que algumas podem não ser, enquanto outras são
autocimentícias (Aiticin, 2000).
Em todo caso, para participar em qualquer reação pozolânica, uma
determinada cinza volante deve conter uma quantidade significativa de material
vítreo e a melhor maneira de verificar isso é fazer um difatograma de raios X (Aiticin,
2000).
4.4. Classes do Concreto de Alto Desempenho
A divisão dos concretos de alto desempenho em cinco classes não é tão
arbitrária como parece à primeira vista, mas deriva de uma combinação da
experiência com o atual estado da arte. Essa classificação pode converter-se e
norma em futuro próximo, à medida que se desenvolve a nossa compressão dos
26
diferentes fenômenos envolvidos na produção do concreto de alto desempenho. A
faixa de alta resistência tem sido dividida em cinco classes correspondendo a
incrementos de 25 MPa (Aiticin, 2000).
Para ser um pouco mais preciso, essas resistências à compressão
correspondem a valores médios obtidos aos 28 dias, em corpos-de-prova cilíndricos
de 100x200 mm, curados sob as condições de norma usadas para concretos usuais.
Essas não são resistências especificadas ou de projeto, pois o desvio padrão da
produção do concreto tem que ser levado em consideração (Aiticin, 2000).
4.5. Métodos de Dosagem do CAD
De acordo com Aiticin (2000), diversos métodos têm sido propostos para
calcular as proporções de uma mistura de concreto de alto desempenho. Os três
abordados são o proposto pela Comissão ACI 363 para concretos de alta
resistência, o proposto PR de Lerrard em 1990 e o método simplificado apresentado
por Mehta and Aiticin (1990).
4.5.1. Dosagem de Concreto de Alto Desempenho
A dosagem é a forma utilizada para se determinar as proporções dos
materiais necessários para a produção de um concreto que atenda a determinadas
propriedades pré-fixadas. Estas propriedades são, em geral, resistência mecânica,
durabilidade e trabalhabilidade (Cordeiro, 2001).
Segundo Helene e Terzian (1992) a dosagem pode ser entendida como o
proporcionamento adequado dos materiais constituintes, como o atendimento das
seguintes condições principais:
Exigências de projeto;
Condições de exposição e operação;
Tipo de agregado disponível economicamente;
Técnicas de execução;
Custo;
27
Para Mehta e Monteiro (1994) o posicionamento de materiais é mais uma
arte que uma ciência, tendo em vista a complexidade de fatores envolvidos, os quais
exigem um amplo conhecimento das propriedades do concreto. Rougeron e Aiticin
(1994) apud Cordeiro (2001) compartilham desta opinião, porém destacam que os
princípios básicos para o proporcionamento do concreto devem ser bem conhecidos,
e a tecnologia atual oferece muitos meios para a sua obtenção.
Segundo Cordeiro (2001), diversos métodos têm sido propostos e
utilizados na dosagem e na quantificação do concreto de alto desempenho, dentre
os quais destacam-se os sugeridos por: de Lerrard (1990); Mehta e Aiticin (1990);
ACI 363 (1993); Rougeron e Aiticin (1994); Domone e Soutsos (1994); Day (1996); O
Reilly (1998); Bharatkumar et al. (2001). Aiticin (1998) apud Cordeiro (2001)
comenta que a diversidade de trabalhos sobre dosagem resulta do fato do concreto
estar se tornando um material mais complexo do que uma simples mistura de
cimento, agregados e água, e é cada vez mais difícil predizer suas propriedades
teoricamente.
Carino e Clifton (1991) apud Cordeiro (2001) enfatizam a maior
complexidade no proporcionamento de materiais para o concreto de alto
desempenho, quando comparado com métodos tradicionais de dosagem de
concretos convencionais (20 MPa a 40 MPa). Conforme Cordeiro (2001), o uso de
materiais pozolânicos em combinação com o cimento Portland é freqüente. Os
agregados devem ser cuidadosamente selecionados para a obtenção de alta
resistência e/ou alto módulo de elasticidade. Aditivos químicos são necessários para
garantir a trabalhabilidade do concreto e elevar sua durabilidade.
O´Reilly (1998) apud Cordeiro (2001), comenta que um dos objetivos
fundamentais de um processo de dosagem é criar uma metodologia que considere
as condições próprias de cada lugar e os recursos materiais disponíveis, para
atingir características pré-definidas, sem, obviamente, elaborar regras gerais de
aplicação do concreto.
28
4.6. Processando o Concreto de Alto Desempenho
De acordo com o ACI 363 (1991) apud Cordeiro (2001) os meios
normalmente utilizados para a produção do concreto de alto desempenho são
semelhantes aos utilizados nos concretos usuais. Entretanto, a escolha e o controle
dos materiais mais críticos para o concreto de alto desempenho, na medida em que
a relação água/aglomerante é baixa. Aiticin (1998) apud Cordeiro (2001) comenta
que a participação do concreto de alto desempenho no mercado ainda é muito
pequena, razão pela qual não se justifica o uso de técnicas diferenciadas para a
produção, o transporte e o seu lançamento, exceto em aplicações especiais.
4.7. Mistura
O concreto de alto desempenho pode ser produzido tanto na obra quanto
em usinas concreteiras. Devem ser observadas, no entanto: o tipo de balança
utilizada para cada material, a umidade dos agregados, as condições climáticas do
local de concretagem, o tipo de misturador e o tempo de mistura (AIC 363, 1991
apud Cordeiro, 2001).
De acordo com Aiticin (1998) apud Cordeiro (2001), o tempo de mistura é
usualmente maior para o concreto de alto desempenho do que para concretos
usuais. Devido a diversidade dos materiais empregados na confecção de um
concreto é difícil formular regras específicas para a mistura. A introdução do
superplastificante na mistura deve ser também avaliada para obter a maior
eficiência.
4.8. Transporte
O transporte do concreto deve ser efetuado o mais rápido possível a fim
de minimizar os efeitos de enrijecimento e perda de trabalhabilidade. O método e
equipamento utilizados devem levar em conta aspectos econômicos e técnicos de
forma a assegurar que o concreto não irá segregar-se. As condições de uso, os
materiais utilizados, o acesso a obra, a capacidade requerida, o tempo de entrega e
29
as condições climáticas, são alguns fatores que interferem na escolha do método e
equipamento adotado para o transporte (Cordeiro, 2001).
Segundo Mehta e Monteiro (1994) o principal problema enfrentado
durante o transporte do concreto de alto desempenho é a perda de consistência ou
fluidez com o tempo. Isto é resolvido com dosagens repetidas de aditivos
superplastificantes ou com o uso de aditivo retardador de pega. A utilização de
dosagens sucessivas de superplastificantes deve ser utilizada com cautela com
relaçãoa segregação do concreto. Testes de compatibilidade entre o aditivo
retardador e o superplastificante devem ser efetuados para assegurar o máximo
tempo possível da trabalhabilidade requerida em projeto.
4.9. Lançamento
O lançamento do concreto de alto desempenho pode ser realizado
segundo os métodos tradicionalmente usados como linhas de bombeamento,
guindastes, caçambas e correias transportadoras. O lançamento, em geral, é mais
simples quando comparado com concretos usuais, devido a maior trabalhabilidade
do concreto de alto desempenho, promovida pelo uso de superplastificantes e
aditivos minerais (Cordeiro, 2001).
4.10. Adensamento
Segundo Cordeiro (2001) a finalidade do adensamento é alcançar a maior
compacidade possível da massa do concreto. O ACI 363 (1991) apud Cordeiro
(2001) recomenda que a vibração mecânica interna seja utilizada para concreto de
alto desempenho. Usualmente o concreto de alto desempenho apresenta um
abatimento alto. Acredita-se então que não há necessidade de vibração intensa.
Porém devido à sua consistência viscosa e alta coesão, grandes bolsas de ar e
bolhas ficam aprisionadas e devem ser eliminadas pelo abatimento (Aiticin, 1998
apud Cordeiro, 2001). Mehta (1996) apud Cordeiro (2001) destaca que a vibração
adequada faz com que o excesso de água na mistura seja levado para a superfície
onde é perdido por evaporação.
30
4.11. Cura
A cura, um dos procedimentos mais críticos na confecção de um
concreto, tem como função principal manter a umidade da mistura durante o período
de hidratação dos materiais cimentícios, além de minimizar a retração. A cura em
concreto de alto desempenho é altamente recomendada em função da baixa relação
água/aglomerante e alto teor de materiais cimentícios, sendo essencial para garantir
a durabilidade adequada de superfícies expostas, desenvolvimento das resistências
mecânicas e controle da fluência e retração. Sabe-se que a falta de uma cura
adequada pode influenciar negativamente na qualidade final do concreto,
independente dos cuidados com preparo, transporte, lançamento e adensamento
(Cordeiro, 2001).
As adições minerais trazem como conseqüência o refinamento dos poros
da pasta de cimento e da zona de transição por meio de suas ações de densificação
e de atividade pozolânica (Mehta e Monteiro, 1994). Desta forma, o concreto de alto
desempenho pode alcançar uma estrutura porosa descontínua e de baixa
permeabilidade com poucos dias de hidratação, reduzindo o tempo de cura quando
comparado com o concreto convencional (Cordeiro, 2001). Aiticin (1998) apud
Cordeiro (2001) considera 7 dias como um período longo para reduzir drasticamente
a retração do concreto. Em todo caso Cordeiro (2001) conclui que a cura com água
nunca deve ser inferior a 3 dias.
Ramezanianpour e Malhotra (1995) apud Cordeiro (2001) estudaram o
comportamento de diferentes concretos com adições minerais (escória de alto-forno,
cinza volante e sílica ativa), com relação água/aglomerante de 0,50 em diferentes
tipos de cura: cura úmida após desmoldagem; cura a temperatura ambiente; cura a
temperatura ambiente após 2 dias de cura úmida; e cura com a temperatura de 38°
C (Celsius) com umidade relativa do ar de 65%. Os concretos com cura úmida
apresentam, após 180 dias, melhores resultados de resistência à compressão,
permeabilidade e penetração de cloretos. Já os concretos que não receberam cura
após desmoldagem foram os que mostraram piores desempenhos nas propriedades.
31
5. ESTUDO DE CASO
5.1. Edifício E-Tower
Dados:
Proprietário: Incorporadora Munir Abbub
Construção: Tecnum Construtora
Tecnologia do Concreto: Eng. Paulo Helene e Concreto Engemix
Projeto Estrutural: França & Associados
Arquitetura: Afalo & Gaspeerine
O E-tower possui 162 m de altura (do piso do 4° subsolo à cobertura) com
42 pavimentos onde são instalados escritórios de altíssimo padrão, 800 vagas de
garagem, auditório, heliponto, dois restaurantes, academia de ginástica, piscina
semi-olímpica aquecida na cobertura, 15 elevadores, 2 escadas rolantes, geradores
para suprimento de 100% de energia do prédio, ar condicionado central com volume
de ar variável (VAV), piso elevado nas áreas de escritório, sistemas inteligentes de
automação e supervisão predial, totalizando 52.000 m² de área construída (Hartman
e Helene, 2005).
As dimensões deste projeto oferecem uma idéia dos esforços que os
pilares e fundação estariam submetidos: a sapata principal do edifício possui área de
392 m², consumindo um volume de concreto de 805 m³, suficiente para executar um
edifício de 4.000 m². Os pilares que se apóiam nesta sapata gigante possuem carga
total de 27.000 toneladas. Na fachada norte, o arquiteto criou uma malha em que os
pilares aparecem a cada 5 m, tomando esta medida como múltiplo de 1,25 m, a
cada quatro módulos. Estes pilares suportam cargas bastante altas, que oscilam
entre 1380 e 1820 toneladas, as quais exigem seções resistentes próximas a
0,9 m x 0,9 m, para concreto de fck 40 MPa, valor que foi empregado para todo
edifício (Hartmann e Helene, 2005).
32
No entanto, por especificações de projeto, nas vagas de estacionamento
era indispensável que as dimensões máximas destes elementos estruturais não
ultrapassem a 0,7 m x 0,6 m, devido a uma grande razão:
As distâncias entre pilares não podiam ser inferiores a 4,2 m, para permitir
a existência de 2 espaços de estacionamento entre eles, sendo a distância de 4,40
m o mais aconselhável. Cabe lembrar que nessa região da cidade (Vila Olímpia) a
questão estacionamento á essencial (Hartmann e Helene, 2005).
Concretagem da “super” sapata com concreto gelo
(Hartmann e Helene)
5.1.1. Fôrmas
A obra foi subdividida nos setores A, B e C. O setor B primeiro a ser
executado, composto de 3 lajes de Sub-Solos, Térreo, Mezanino, 1° e 2° Pavimento
com fornecimento de aproximadamente 3.500 m² de painéis para formas. O estudo e
detalhamento dos projetos específicos foram realizados visando não apenas o
aproveitamento vertical das fôrmas no setor B, como também o aproveitamento
futuro no setor C, bloco com características estruturais, semelhantes ao setor B e
33
em fase de execução. Além de todo o detalhamento dos projetos, a obra teve
acompanhamento permanente de técnicos, durante as montagens, concretagens e
desformas, buscando garantir além do concreto aproveitamento dos painéis, o
cumprimento do cronograma imposto pela obra. (Hartmann e Helene, 2005).
Nos setores B e C, adotou-se o procedimento de montagem total das
fôrmas, para concretagem inicialmente dos pilares e numa segunda etapa das vigas
e lajes (Hartmann e Helene, 2005).
Apesar da existência de grua, os painéis foram dimensionados de modo a
permitir o manuseio sem dificuldades (Hartmann e Helene, 2005).
No setor A, bloco principal composto de torre com 42 pavimentos, da
mesma maneira que nos 2 outros setores, houve a preocupação de um estudo de
fôrmas, visando o maior número possível de utilizações, tendo sido fornecidos
aproximadamente 7.500 m² (Hartmann e Helene, 2005).
Em função das características estruturais e, praticamente, às dimensões
dos pilares, principalmente daqueles do núcleo, optou-se pela concretagem dos
pilares “solteiros” e posterior montagem e concretagem das vigas e lajes. Os painéis
foram dimensionados e estruturados de tal forma a permitir sua fácil montagem e
desforma com a utilização da grua (Hartmann e Helene, 2005).
5.1.2. Concreto
O concreto de mais alta resistência já empregada em obra no Brasil foi
empregado na concretagem de 5 (cinco) pilares de 7 pavimentos com uma
resistência média a compressão de 125 MPa. O concreto de altíssimo desempenho
empregado foi pigmentado na cor terracota. Adotar uma resistência maior permitiu a
redução da seção dos pilares contribuindo para o cumprimento das exigências
arquitetônicas (Hartmann e Helene, 2005).
34
Pilar de alto desempenho do subsolo comparado com pilar com
fck 40 MPa também do subsolo. (Hartmann e Helene)
Para a obtenção de uma resistência tão alta como a alcançada, é
necessário um controle rigoroso desde a seleção dos materiais a serem
empregados, passando pela cuidadosa proporção dos materiais (dosagem de
cimento, areia, pedra, água e aditivos), até a chegada do concreto na obra e seu
lançamento e adensamento nas formas. No que diz respeito aos materiais
empregados deve-se verificar a compatibilidade entre o tipo de cimento e os aditivos
empregados e a qualidade dos agregados. Na obra, os cuidados são referentes aos
processos de lançamento, de adensamento (vibração do concreto), de cura e de
desforma. No caso da obra do edifício e-Tower, toda a água da mistura foi
substituída por gelo para garantir a temperatura ideal de lançamento e evitar
superaquecimento e fissuração posterior devido ao calor liberado pela reação
química entre o cimento e a água. Para viabilizar técnica e economicamente a
execução de tal concreto, foram empregados aditivos superplastificantes de última
geração que garantiram a plasticidade do concreto com baixos consumos de água
(relação água/cimento torno de 0,20) (Hartmann e Helene, 2005).
5.1.3. Mistura
A mistura do concreto era realizada na Engemix de Taboão da Serra
(SP), por ser um local de menor movimento de caminhões betoneira o que
possibilitava um controle mais rigoroso dos materiais empregados. Eram controladas
35
as temperaturas dos materiais e a umidade dos agregados em todas as
concretagens.
O aditivo superplastificante e o aditivo estabilizador de hidratação eram
dosados na central de concreto e toda a água do traço foi substituída por gelo, o que
permitiu que a temperatura ambiente estivesse entre 25° C e 32° C (a maioria das
concretagens foi executada no verão) (Hartmann e Helene, 2005).
Colocação do aditivo e colocação do gelo
(Hartmann e Helene)
5.1.4. Transporte do Concreto
O transporte da central até a obra durava em torno de 50 minutos. Na
maioria das concretagens foram empregados dois caminhões betoneira, cada um
com 4 metros cúbicos de concreto, o que possibilitava a concretagem dos cinco
pilares (Hartmann e Helene, 2005).
5.1.5. Lançamento e Adensamento
A concretagem dos pilares foi realizada com caçambas e gruas, o
adensamento feito com vibrador mecânico de imersão e com martelos de borracha
nas faces das formas. Devido ao alto consumo de cimento, uso de sílica ativa,
pigmento e aditivo superplastificante e ainda de uma baixíssima relação
36
água/cimento este concreto apresentou alto grau de coesão e em nenhum momento
foi observada a segregação da mistura, permitindo assim, a descarga do concreto
sem interrupções (Hartmann e Helene, 2005).
5.1.6. Cura
As fôrmas permaneceram por aproximadamente 72 horas, e quando
foram retiradas observou-se que nenhum pilar apresentou falhas de concretagem
tais como “bicheiras” ou ninhos. (Hartmann e Helene, 2005).
5.1.7. Controle da Qualidade
Um controle tecnológico rigoroso foi conduzido em obra e em laboratório
para garantir que as exigências de projeto fossem atingidas. O controle de qualidade
foi realizado pela Testin e confirmado esporadicamente pela ABCP e pelo IPT
(Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A.).
Para o controle da qualidade realizado pela ABCP foram moldados
corpos-de-prova para a realização de ensaios nos concretos de alta resistência (fck
125 MPa) e nos concretos de fck igual a 35 MPa (também empregados na obra e-
Tower).
37
6. ANÁLISE OU COMPARAÇÃO/CRÍTICA
São muitas as vantagens práticas do uso do CAD: a redução da área da
seção dos pilares e conseqüente ganho de área útil nos pavimentos (no caso do
CAD do e-Tower, uma vaga de estacionamento tem um custo aproximado de
U$5.000. Com o emprego do CAD nesta obra foi possível um ganho de 16 vagas a
mais, o que equivale a quase U$80.000, de acordo com os dados fornecidos pela
Tecnum).
Com as peças estruturais de menores dimensões, economiza-se no
volume do concreto, na área de fôrma e na mão-de-obra de execução (redução de
52% do volume de concreto a ser empregado nos pilares, representando uma
economia de aproximadamente 7%, quando comparado ao uso de um concreto de
fck 40 MPa).
Concretos de alto desempenho apresentam reduzida relação
água/cimento (relação entre a massa de água e a massa de cimento do concreto),
proporcionando a obtenção de concretos mais duráveis, menos permeáveis e menos
porosos. Com a redução da relação água/cimento, as resistências são maiores e o
prazo de desforma da estrutura pode ser menor.
O CAD empregado no e-Tower além de todas as características citadas
ainda garantiu a facilidade de execução apesar de reduzida relação água/cimento, o
uso de aditivos superplastificantes de última geração permitiu ao concreto elevada
trabalhabilidade, e o uso de aditivo estabilizador de hidratação e de gelo
contribuíram para a manutenção desta trabalhabilidade, facilitando a descarga em
obra, o lançamento do concreto nos pilares (com caçamba) e resultando em um
perfeito acabamento (não foram observados ninhos de concretagem nos pés dos
pilares decorrente de má compactação).
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7. CONCLUSÕES
O CAD tem se desenvolvido muito nos últimos anos no Brasil e no
exterior. O seu crescente uso se deve às excelentes características que superam as
dos concretos convencionais, entre as quais podem ser citadas no concreto no
estado endurecido: resistências elevadas (inicial e final), elevada durabilidade devido
a redução da permeabilidade e ainda excelentes características apresentadas no
concreto o seu estado fresco tais como baixa segregação e exsudação,
trabalhabilidade elevada e manutenção da trabalhabilidade.
No estudo de caso foi concluído que a utilização do CAD foi de muita
importância para o aumento da área útil do estacionamento e consequentemente
com o ganho de vagas, vale concluir que o CAD tem um valor muito elevado em
relação a concretos convencionais sendo que seu uso só terá vantagens em obras
que a relação custo x benefício valerá a pena.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Aiticin, P. R., (2000) Concreto de Alto Desempenho, Trad. Giammusso, S. E. 1ª
Ed., São Paulo: Editora Pini.
Almeida, I. R., (1994) A Influência dos Agregados na Qualidade dos Concretos
de Alto Desempenho. Revista IBRACON, N. 9, Agosto, pp. 36 – 41
Amaral Filho, E. M. – Concreto de Alta Resistência. Revista IBRACON, n.4, Ano 2,
Abril/Maio/Junho/1992, pp. 40 -49.
Amaral Filho, E. M. (1989) Concretos de Alta Resistência: o futuro das estruturas.
11° Simpósio de Aplicação da Tecnologia do Concreto, São Paulo, 50 p.
Associação Brasileira de Cimento Portland (1989) Guia Básico de Utilização do
Cimento Portland – BT – 106. 5ª ed., São Paulo, 28 p.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1991) Cimento Portland Composto:
NBR 11578. Rio de Janeiro.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1993) Agregados para Concreto: NBR
7211. Rio de Janeiro.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1992) Aditivos para Cxoncreto de
Cimento Portland: NBR 11768 – EB-1763. Rio de Janeiro.
Associação Brasileira de Normas Técnicas (1996) Concreto – Preparo Controle e
Recebimento: NBR 12655. Rio de Janeiro.
Bucher, H. R. E. (1988) Desempenho de Aditivos Redutores de Água de Alta
Eficiência em Pastas, Argamassas ou Concretos. In: Anais da 30ª Reunião
do Instituto Brasileiro de Concreto – REIBRAC, Rio de Janeiro, pp. 609 – 625.
Cordeiro, G. (2001) Concreto de Alto Desempenho com Metacaulinita.
Dissertação (mestrado) M. Sc. Em Ciências de Engenharia. Universidade
Estadual do Norte Fluminense. Campos dos Goytacazes, RJ, 2001.
Evangelista, A. C. J. (1996) Produção e Propriedades de Concretos Leves de
Alta Resistência, Tese de Mestrado, COPPE-UFRJ.
40
Gomes, P. C. C., Shehata, L. C. D., Almeida, I. R. (1995) Estudo Comparativo de
Materiais para Produção de Concreto de Alta Resistência. In: Anais da 37ª
Reunião do Instituto Brasileiro de Concreto – REIBRAC, Goiânia, pp. 401 –
413.
Gonçalves, J. R. A., Almeida, I. R., Shehata, L. C. D. (1994) Influência do Tipo de
Agregado Graúdo nas Propriedades do Concreto de Alta Resistência. In:
Anais da 36ª Reunião do Instituto Brasileiro de Concreto – REIBRAC, Porto
Alegre, pp.
339 – 352.
Hartmann, C. T., Helene, P., (2005) Estudo de Caso Concreto de Alto
Desempenho do Edifício E-Tower.
Helene, P. R. L., Terzian, P. (1992) Manual de Dosagem e Controle do concreto.
São Paulo: Editora Pini, 349 p.
Mehta.P. K., Monteiro, P. J. M. (1994) Concreto: estrutura, propriedades e
materiais. 1ª ed., São Paulo: Editora Pini, 616 p.
Neville, A. M. (1997) Propriedades do Concreto. Trad. Giammusso, S. E. 2ª ed.,
São Paulo: Editora Pini, 828 p.
Vieira, S. R. S. S., Regattieri, C. E., Baalbaki, M. (1997) Estudo sobre Concreto de
Alto Desempenho com Cimento CP II – 40 Votoran, São Paulo: Associação
Brasileira de Cimento Portland, 72 p.
