dp aps concreto de alto desempenho unip

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FICHA DAS ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS - APS
NOME: Luís Fernando Valeriano da Silva TURMA: 10/TT0P18 RA: C49580-8
CURSO: Engenharia Civil CAMPUS: Ribeirão Preto – Vargas SEMESTRE: 5 TURNO: Noturno
CÓDIGO DA ATIVIDADE: 534X SEMESTRE: 10 ANO GRADE: 2015/1
Descrição da atividade: pesquisa feita sobre concreto de alto desempenho abordando os aspectos técnicos e econômicos sobre o mesmo
NOTA:______________________
DATA:_____/______/__________
ASSINATURA DO COORDENADOR DO CURSO
Estudo sobre Concreto de Alto Desempenho
RESUMO 
 
O concreto é um dos materiais mais usados no mundo todo, por sua enorme utilização, ocorreram grandes avanços tecnológicos e constantes pesquisas sobre ele. Devido a isso é que, com adição de minerais (sílica ativa, metacaulim ou casca de arroz), plastificantes, superplastificantes ou até mesmo retardadores de pega e a redução da relação água/cimento é que chegaram ao Concreto de Alto Desempenho (CAD). É um concreto que possui uma resistência mais elevada que os concretos convencionais (em torno de 40MPa) e consequentemente o seu emprego nas construções garante maior durabilidade. Reduz o peso das estruturas, dando melhor estética às obras. Em construções que estão em ambientes sujeitos a ataques de agente agressivos (cloretos, sulfatos, dióxido de carbono e maresia), seu emprego é quase que necessário. Por isso e outros fatores é que profissionais da construção civil vem adotando cada vez mais seu uso.
LISTA DE ABREVIATURAS 
a/c relação água e cimento 
a/ag Relação água e agregado 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ASTM Sociedade Americana de Testes e Materiais 
CAD Concreto de Alto Desempenho 
CAR Concreto de Alta Resistência 
CP Cimento Portland 
CC Concreto Convencional
fck Resistência do concreto à compressão 
NBR Denominação de norma da Associação Brasileira de Normas 
Técnicas (ABNT)
Sumário
1. INTRODUÇÃO	5
2. APLICAÇÕES DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO	7
2.1 Edifícios	7
2.2 Pontes	8
2.3 Plataformas de petróleo	9
2.4 Aplicações especiais	10
3. DEFINIÇÕES	11
3.1 Durabilidade	12
3.2 Vida Útil	12
3.3 Estados Limites	13
3.3.1 Estados Limites Últimos	14
3.3.2 Estados Limites de Serviço	15
4. AÇO PARA CONCRETO ARMADO	15
5.1 MATERIAIS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO	17
5.1 Cimento Portland	18
5.2 Aditivos super plastificantes	19
5.3 Escória de alto forno	21
5.4 Cinza Volante	22
5.5 Sílica Ativa	23
6. AGREGADOS	24
6.1 Agregado Graúdo	25
6.2 Agregado Miúdo	26
7. DOSAGEM	28
7.1 Métodos de Dosagem	29
8. VANTAGENS E APLICAÇÃO EM ESTRUTURAS	30
9. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO	32
9.1 Ductilidade	34
9.2 DURABILIDADE	34
9.2.1 Outras Propriedades	35
9.2.2 Retração Autógena	35
9.2.3 Retração Térmica	36
10. PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CAD	36
10.1 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO	36
10.2 Calor de hidratação	37
10.3 Retração autógena	38
10.4 Condições de cura	39
10.5 Módulo de elasticidade	39
10.6 Permeabilidade	40
10.7 Durabilidade	41
10.8 Efeito de altas temperaturas	41
11. OBRAS EMBLEMÁTICAS EM CAD	42
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	52
1. INTRODUÇÃO
O concreto é o material de construção mais utilizado pelo homem, principalmente em conjunto com o aço, formando o concreto armado. Este material é amplamente dominado e bem utilizado, tanto por projetistas, construtores, operários da construção civil quanto por outros intervenientes do processo e é uma ótima opção para construções dos mais variados tipos. Porém, cada vez exige-se mais dessa importante opção para estruturas. As notáveis evoluções do cálculo estrutural, principalmente com a disponibilização de programas computacionais, aliados ao maior conhecimento do comportamento mecânico do concreto e do aço, permitem que projetistas especifiquem estruturas cada vez mais arrojadas em concreto armado e protendido. Nessas aplicações, muitas vezes, o concreto convencional não atende aos requisitos, ou há alternativas que apresentam uma relação técnica e econômica mais favorável. Por isso, foram desenvolvidas misturas especiais, com propriedades superiores aos CC, chamadas de Concretos de Alta Resistência, Concretos de Alto Desempenho, e até, de Ultra Alto Desempenho. O desafio que se impõe à cadeia construtiva é torná-los uma opção viável economicamente para obras do cotidiano, fazendo com que o desenvolvimento que se obteve desses materiais em laboratório atravesse a barreira do mercado, tornando-se, assim, uma opção viável para as construções. Há mais de 20 anos, a primeira menção sobre o termo Concreto de Alto Desempenho CAD foi realizada por Mehta & Aïtcin (1990). Foram estabelecidos os princípios gerais que regem esse tipo especial de concreto e as principais características que o diferenciam do, até então, denominado CAR. É um artigo ícone, já que, até hoje, são empregados, com poucas modificações, os fundamentos nele indicados. A incorporação de outros elementos no concreto, como aditivos, adições minerais, pigmentos e fibras e o uso de técnicas de execução diferenciadas, como a cura a altas temperaturas e pressões, permitem a obtenção de concretos de última geração, que poderiam, teoricamente, atender a qualquer solicitação de projeto, permitindo a execução de estruturas esbeltas, duráveis e seguras para o usuário final. O uso do CAD vem suprir, também, a demanda por estruturas duráveis, e não apenas que atendam às necessidades do presente. Entende-se por estrutura durável aquela que resiste com segurança às solicitações externas na sua combinação mais desfavorável, porém com desempenho de serviço acima do mínimo. No Brasil, a ABNT NBR 6118:2007 estabelece um desempenho mínimo que deve ser seguido, representado a partir do conceito de Estado Limite de Serviço (ELS), como a especificação de limites de aberturas de fissuras, de deformações excessivas, entre outros. Para se ter ideia de prazos, a ABNT NBR 15575:2010 preconiza, de forma pioneira no país, períodos de tempo em que a construção deve atender ao desempenho mínimo para o usuário (vida útil de projeto, com manutenção preventiva e corretiva), sugerido um mínimo de 40 anos para a estrutura. Observa-se que tanto a ABNT NBR 6118:2007 quanto a ABNT NBR 15575:2010 mencionam de forma vaga a durabilidade da estrutura, tornando a questão subjetiva, a critério de interpretações dos envolvidos e tendo de recorrer-se a normas e códigos internacionais. Por essas exigências normativas e por conta das suas vantagens econômicas e sustentáveis, um concreto que garanta a durabilidade da estrutura é cada vez mais requisitado pelos profissionais envolvidos em projeto e execução. A durabilidade do concreto vem aumentando com o passar dos anos, não apenas devido à demanda do mercado, mas, também, devido ao desenvolvimento de componentes que permitem atingir as especificações sem comprometer as propriedades do concreto no estado fresco e endurecido. Pode-se dizer, então, que os aditivos químicos, principalmente os de terceira geração, e as adições minerais, como sílica ativa, metacaulim ou cinza de casca de arroz, são os responsáveis por esse desenvolvimento acelerado nos últimos tempos. Para atingir concretos duráveis, é necessário dosá-los com relação água/aglomerante (a/ag) inferior a 0,40, por exemplo, porém sem prejudicar a trabalhabilidade da mistura. Isso somente é possível quando se utilizam aditivos plastificantes e/ou superplastificantes Mas é importante ressaltar que não adianta especificar um CAD de grande qualidade e durabilidade, se o projeto arquitetônico, o projeto estrutural, os controles de qualidade e a construção propriamente dita não estiverem à altura de um material potencialmente superior aos demais, mas que isoladamente não pode resolver tudo. Ressalte-se ainda a importância de corretos procedimentos de mistura, adensamento, acabamento, cura, desforma e manutenção na estrutura, pois, não basta ter uma dosagem bem realizada se a produção não é. Por essas razões, quando se deseja projetar e construir edificações ou obras de infraestrutura dealto desempenho, devem-se planejar desde as fases iniciais do anteprojeto, projetos executivos de arquitetura, de estrutura, de instalações e outros – construção, uso e manutenção, de modo integrado para que todas essas fases estejam alinhadas no conceito de Construção de Alto Desempenho
2. APLICAÇÕES DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Em função da grande resistência e durabilidade, os concretos de alto desempenho têm sido utilizados em diferentes tipos de construções ao longo de todo mundo, como pode ser visto a seguir.
2.1 Edifícios
Pode-se dizer que a maior aplicação do concreto de alto desempenho é na execução de pilares, em edifícios de grande altura. Nestes, o concreto de alto desempenho possibilita diminuir as dimensões das seções, em função do acréscimo de resistência, principalmente para os pilares dos pavimentos inferiores, onde os carregamentos são maiores, proporcionando um melhor aproveitamento do espaço útil. Outro aspecto vantajoso, na utilização do concreto de alto desempenho para os edifícios, consiste no aumento do módulo de deformação longitudinal, proporcionando maior rigidez para os pilares. E por último, cabe destacar a facilidade de colocação e de compactação do concreto, que é de fundamental importância em estruturas com elevadas taxas de abertura. No Brasil, a obra pioneira no uso de concreto de alto desempenho foi o Edifício Trianon, que abriga o Museu de Arte de São Paulo (MASP), construído em meados da década de 60. O concreto empregado apresentou uma resistência característica à compressão de 45 MPa aos 28 dias. Tem-se na tabela abaixo uma relação de edifícios construídos com concreto de alto desempenho.
2.2 Pontes
Nas pontes com grandes vãos, o concreto de alto desempenho é empregado com o objetivo de reduzir o peso próprio e aumentar a durabilidade de pilares e vigas protendidas de tabuleiros, em função da sua menor porosidade e permeabilidade, pois impede a ação de agentes químicos como sulfatos, nitratos e cloretos. Na Noruega, o ministério de transporte exige nas pontes o uso de concretos cuja relação água/(cimento + adições) seja inferior a 0,40, sendo obrigatória a incorporação de cinza volante ou de sílica ativa. Na Dinamarca, as características de durabilidade se impõem mediante a utilização de concretos com relação água/(cimento + adições) inferiores a 0,35 e resistência à compressão compreendida entre 50MPa e 60 MPa. Na tabela a seguir podemos ver uma relação de pontes, nas quais foi empregado o concreto de alto desempenho
2.3 Plataformas de petróleo
O concreto de alto desempenho tem sido utilizado nas estruturas de todas as plataformas de petróleo construídas no Mar do Norte. Essa grande utilização se dá em função da grande capacidade do material de suportar a ação de agentes agressivos, menor custo de manutenção e grande durabilidade. Convém destacar ainda a facilidade de moldagem dos elementos em função da grande fluidez do concreto, possibilitando em alguns casos a concretagem de estruturas cujas taxas de armadura em determinadas posições alcançam os 1.000 kg de aço por metro cúbico de concreto. Ainda com relação às propriedades favoráveis 9 do concreto de alto desempenho, tem-se: resistência à abrasão e resistência ao choque. Uma relação de algumas plataformas de petróleo construídas com concreto de alto desempenho estão abaixo:
2.4 Aplicações especiais
Numerosos exemplos de diversas obras encontram-se espalhados por vários países. A seguir encontram-se alguns exemplos da aplicação do concreto de alto desempenho. - Estrutura de sustentação de tubulação de gás, construída em 1982, na costa da Noruega, com um comprimento total de 590 metros, disposta em diferentes profundidades, atingindo uma profundidade máxima de 30 m. Foram empregados elementos pré-fabricados com concretos de resistência compreendida entre 65 MPa e 75 MPa. - Coberturas de um hipódromo em Doncaster (Inglaterra) e outro em Leopardstown (Irlanda), fabricadas com concreto de alto desempenho, feito a partir de agregados leves, com resistência de 52 MPa. - Estrutura de elementos pré-fabricados de concreto de alto desempenho (75 MPa) no Japão, para proteção de estradas com relação a avalanches de neve e de materiais soltos. - Depósito e caixas fortes de segurança, utilizando concretos com níveis de resistência compreendidos entre 95 MPa e 100 MPa, em Turim (Itália), em 1988. - Pavimentos de autovias foram realizados na Noruega, empregando-se concreto de alto desempenho, com a finalidade de verificar seu comportamento frente aos esforços de abrasão, impostos por condições de tráfico especialmente agressivas (pneus reforçados com cravos metálicos para melhorar sua aderência ao pavimento e baixas temperaturas 10 superficiais). Após 6 anos de análise, os resultados obtidos foram muito positivos. - Passarela pré-fabricada em tramos e protendida com pós-tensão, construída em Montreal (Canadá). A passarela foi construída com concreto de alto desempenho com resistência à compressão de 250 MPa e apresenta espessura da laje do tabuleiro do piso de apenas 3 cm. - Pátio da indústria de papel e celulose Domtar Papers, em Windsor (Canadá), construído para depósito de toras de madeira, com área de 87.000 m², equivalente a 16 campos de futebol, de concreto de alto desempenho compactado com rolo. A laje construída sem juntas, ao longo de 45 dias, é a sexta maior do mundo.
3. DEFINIÇÕES
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define desempenho, através da NBR 15.575-1 (ABNT, 2013), como o comportamento de uma edificação e seus sistemas durante o uso. Para o caso de estruturas de concreto armado, a ABNT, por meio da NBR 6.118 (ABNT, 2014, p. 13), dispõe que “desempenho em serviço é a capacidade da estrutura manter-se em condições plenas de utilização durante sua vida útil, sem apresentar danos que comprometam em parte ou totalmente o uso para o qual foi projetada. ” Borges (2008) cita que uma edificação deve possuir características que a permitam cumprir os objetivos e funções para a qual foi projetada, quando submetida a determinadas condições de exposição e uso.
É um tipo de concreto que tem resistência a compressão maior a 40Mpa. Embora mesmo com o aumento crescente da utilização ele recebe muitas críticas, por se tratar de uma pesquisa vaga, e não existir nenhuma teoria técnica sobre ele. Em sua dosagem busca atingir uma baixa relação a/c, o que irá resultar na sua alta resistência característica, sempre são utilizados aditivos e adições especiais. As principais características alcançadas pelo CAD são alta resistência a compreensão (superior aos concretos comuns), baixa permeabilidade, menor gasto de agregados e aglomerantes, entre outros. Em geral a diferença básica essencial entre o concreto comum e o de elevado desempenho está na diminuição da relação água /cimento, entre 0,25, e no máximo em torno de 0,40, o que exige a utilização de aditivos superplastificantes, para propiciar acréscimo na resistência e trabalhabilidade ao concreto. O CAD contém os seguintes materiais: agregados graúdo, agregado miúdo, água, cimento Portland comum, adição mineral (sílica ativa, cinza volante, escória granulada de alto forno).
3.1 Durabilidade
De acordo com Araújo (2010), a durabilidade das estruturas de concreto é um dos aspectos de maior importância dentro das normas modernas de projeto. As exigências relativas a essa propriedade são cada vez mais rígidas, seja na fase de projeto ou de execução de uma estrutura, e buscam garantir a conservação das características das mesmas ao longo de toda sua vida útil. Nesse período não devem ser necessárias medidas extras de manutenção ou reparo das estruturas. A NBR 6.118 (ABNT, 2014) descreve durabilidade como a capacidade da estrutura de resistir às influências ambientais previstas e definidas em conjunto pelo autor do projeto estrutural e pelo contratante, no início dos trabalhos de elaboração do projeto. De maneira mais ampla, a NBR 15.575-1 (ABNT, 2013) elenca durabilidade como a capacidade da edificação ou de seus sistemas de desempenhar suas funções,ao longo do tempo e sob condições de uso e manutenção especificadas. Tal norma indica também que durabilidade pode ser entendida como termo qualitativo para expressar a 13 condição em que a edificação ou seus sistemas mantém seu desempenho requerido durante a vida útil. A NBR 6.118 (ABNT, 2014, p. 15) adverte ainda que “a durabilidade das estruturas de concreto requer cooperação e atitudes coordenadas de todos os envolvidos nos processos de projeto, construção e utilização”
3.2 Vida Útil
A NBR 15.575-1 (ABNT, 2013) define vida útil como período de tempo em que um edifício e/ou seus sistemas executam as atividades para as quais foram projetados e construídos, considerando a periodicidade e correta execução dos processos de manutenção especificados no respectivo Manual de Uso, Operação e Manutenção. De modo mais particular às estruturas de concreto, A NBR 6.118 (ABNT, 2014, p. 15) caracteriza vida útil de projeto da seguinte forma: Por vida útil de projeto, entende-se o período de tempo durante o qual se mantêm as características das estruturas de concreto, sem intervenções significativas, desde que atendidos os requisitos de uso e manutenção prescritos pelo projetista e pelo construtor, [. . . ] bem como de execução dos reparos necessários decorrentes de danos acidentais. [. . . ] O conceito de vida útil aplica-se à estrutura como um todo ou às suas partes. Dessa forma, determinadas partes das estruturas podem merecer consideração especial com valor de vida útil diferente do todo, como, por exemplo, aparelhos de apoio e juntas de movimentação. Assim, de acordo com Araújo (2010) não se deve confundir vida útil de projeto com vida útil total. O termo vida útil de projeto se refere ao período de tempo em que a estrutura é capaz de desempenhar bem as funções para as quais foi projetada, sem necessidade de reparos adicionais. Já o período de vida útil total corresponde ao período de tempo que vai até a ruptura total ou parcial da estrutura. O autor indica como aumentar a vida útil de projeto de estruturas de concreto armado: Geralmente, a vida útil de projeto corresponde ao tempo que vai até a despassivação da armadura, momento em que se inicia o processo de corrosão. Normalmente, esse é o tempo necessário para que a frente de carbonatação ou a frente de cloretos atinja a armadura. Logo, uma das maneiras de se aumentar a vida útil de projeto é retardar a chegada dessas frentes, o que se consegue com o aumento da espessura do cobrimento de concreto, com a redução do fator água-cimento e com o emprego de revestimentos (ARAÚJO, 2010, p. 60). É importante ressaltar, segundo Tutikian, Isaia e Helene (2011), que a diminuição do fator água/cimento é um dos requisitos fundamentais para obtenção do CAD. Dessa forma, além de ser um concreto de maior resistência, o mesmo também pode apresentar maior vida útil.
3.3 Estados Limites
Segundo Araújo (2010), as estruturas de concreto devem atender, além dos aspectos econômicos e estéticos, critérios de qualidade. São eles:
• Segurança: dentro de um nível de segurança preestabelecido, a estrutura deve suportar as ações que lhe são impostas durante a sua vida útil (incluindo a fase construtiva), sem a ocorrência de ruptura ou perda do equilíbrio estático;
• Bom desempenho em serviço: nas condições normais de utilização, as deformações da estrutura devem ser suficientemente pequenas para não provocar danos inaceitáveis em elementos não estruturais, não afetar o seu uso ou a sua aparência, nem causar desconforto aos usuários; o grau de fissuração não deve afetar o uso ou a aparência da estrutura, nem prejudicar a proteção da armadura;
• Durabilidade: a estrutura deve se manter em bom estado de conservação sob as influências ambientais previstas, sem necessidade de reparos de alto custo ao longo de sua vida útil.
Quando um dos requisitos relativos à segurança e bom desempenho em serviço não é atendido, alcançou-se um estado limite (ARAÚJO, 2010). A NBR 6.118 (ABNT, 2014) classifica os estados limites em estados limites últimos (ELU) e estados limites de serviço (ELS).
3.3.1 Estados Limites Últimos
Podem ser definidos como estados limites últimos aqueles ligados ao colapso ou a qualquer outra forma de ruína estrutural que determine a paralisação, em parte ou ao todo, do uso da estrutura (ARAÚJO, 2010). De acordo com a NBR 6.118 (ABNT, 2014), os estados limites últimos de estruturas de concreto podem ser classificados em:
• estado limite último da perda do equilíbrio da estrutura, admitida como corpo rígido;
• estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou devido às solicitações normais e tangenciais, admitindo-se a redistribuição de esforços internos, desde que seja respeitada a capacidade de adaptação plástica e admitindo-se, em geral, as verificações separadas das solicitações normais e tangenciais;
• estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, considerando os efeitos de segunda ordem; 15
• estado limite último provocado por solicitações dinâmicas;
• estado limite último de colapso progressivo;
• estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, no seu todo ou em parte, considerando exposição ao fogo;
• estado limite último de esgotamento da capacidade resistente da estrutura, considerando ações sísmicas;
• outros estados limites últimos que eventualmente possam ocorrer em casos especiais.
3.3.2 Estados Limites de Serviço
Para Araújo (2010), os estados limites de serviço, também chamados de estados limites de utilização, referem-se às situações em que a utilização da estrutura torna-se prejudicada por apresentar deformações excessivas ou um nível de fissuração que comprometa sua durabilidade. De forma mais geral, a NBR 6.118 (ABNT, 2014, p.55) identifica estados limites de serviço como “aqueles relacionados ao conforto do usuário e à durabilidade, aparência e boa utilização das estruturas, seja em relação aos usuários, seja em relação às máquinas e aos equipamentos suportados pelas estruturas”. Assim, para estruturas habituais de concreto armado costuma-se considerar principalmente o estado limite de deformações excessivas e o estado limite de abertura de fissuras. Nota-se, então, que o requisito de segurança está mais relacionado aos estados limites últimos, enquanto que os critérios de durabilidade, aparência e conforto estão ligados aos estados limites de serviço (ARAÚJO, 2010).
4. AÇO PARA CONCRETO ARMADO
Segundo a NBR 7.480 (ABNT, 2007), os aços utilizados em estruturas de concreto armado são classificados em fios e barras. Os fios são caracterizados por possuírem diâmetro nominal menor ou igual a 10 mm e fabricados a partir de fiomáquina por trefilação ou laminação a frio. Já as barras são definidas por terem diâmetro nominal maior ou igual a 6,3 mm e serem produzidas exclusivamente por laminação a quente, sem posterior processo de deformação mecânica. Ainda, de acordo com o valor característico da resistência de escoamento, as barras de aço são classificadas nas categorias CA-25 e CA-50, e os fios de aço na categoria CA-60. É interessante notar, entretanto, que assim como na realidade da execução de obras, na nomenclatura usual de projetos tanto fios trefilados quanto barras laminadas são designados simplesmente como barras de armadura (ARAÚJO, 2010). 16 As características geométricas das barras e fios também são definidas pela NBR 7.480 (ABNT, 2007):
• as barras lisas, da categoria CA-25, devem ter superfície obrigatoriamente lisa, desprovidas de quaisquer tipos de nervuras ou entalhes;
• as barras nervuradas, da categoria CA-50, obrigatoriamente possuem nervuras transversais oblíquas, que devem formar um ângulo entre 45° e 75° com a direção do eixo da barra. Além disso, as barras devem ter pelo menos duas nervuras longitudinais, contínuas e diametralmente opostas, que impeçam o giro da barra dentro do concreto, exceto no caso em que as nervuras transversais oblíquas estejam dispostas de forma a se oporem a este giro;
• os fios, dacategoria CA-60, podem ser lisos, entalhados ou nervurados, observando-se apenas que os fios de diâmetro nominal igual a 10,0 mm devem ter obrigatoriamente entalhes ou nervuras
As Tabelas 1 e 2 apresentam, de acordo com a NBR 7.480 (ABNT, 2007), características de barras e fios, respectivamente
5.1 MATERIAIS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO
É o processo fundamental na elaboração do concreto de alto desempenho, pois é a partir da utilização dos materiais adequados que se resulta num concreto de elevado performance.
Geralmente são utilizados os seguintes materiais: cimento Portland, água, aditivos superplastificantes e estabilizadores de pega, escória de alto forno, cinza volante, sílica ativa, agregados miúdo (resultante do britamento de rochas que ficam retidos em peneira de 4,8mm) e agregados graúdos (são rochas naturais, seixo rolado ou pedra britada, resultado do britamento de rochas estáveis, passando na peneira de 4,8 mm). Relação água/aglomerante entre 0,2 e 0,4.
5.1 Cimento Portland
É obtido pela pulverização do clínquer (mistura contendo quatro óxidos principais –
CaO, SiO₂, Al₂O₃ e Fe₂O₃), sendo ele o principal ingrediente básico para fabricação do cimento Portland.
A análise química do cimento Portland resulta na determinação das proporções dos óxidos inicialmente mencionados. As propriedades do cimento são, entretanto, relacionadas diretamente com a proporções dos Silicatos e Aluminatos. As propriedades físicas são consideradas sobre três aspectos distintos: propriedades do produto em sua condição natural, em pó, da mistura do a/c e proporção convenientes de pasta e da mistura da pasta com agregados padronizados (argamassas). Os cimentos foram originariamente fabricados segundo as especificações dos consumidores que encomendavam, das fábricas, o produto com certas características convenientes a um trabalho. A partir de 1904 quando as primeiras especificações da ASTM foram introduzidas, a indústria limitou-se a produzir certos tipos de cimentos.
No Brasil são produzidos vários tipos de cimentos. Fabrica -se também o cimento branco, que é um cimento Portland praticamente isento de óxido de ferro e que se consegue cuidadosamente com a escolha da matéria prima e na condução do processo de fabricação. Existem 5 tipos de cimentos. O primeiro (CPI), é bastante utilizado nos trabalhos gerais de construção, onde nenhumas características diferenciadoras dos tipos restantes são exigidas e constitui um desenvolvimento natural. O tipo 2 (CPII), é um cimento com desenvolvimento moderado de calor de hidratação. O CPIII com alta resistência inicial. O CPIV é de calor de hidratação muito baixo. O CPIV é destinado ao emprego em obras onde a resistência ao ataque às águas sulfatadas é importante. Sua fabricação é formada em instalações industriais de alto porte, localizadas junto às jazidas que se encontram em situação favorável quanto ao transporte do produto acabado aos centros consumidores. As matérias primas utilizadas na fabricação do cimento Portland são usualmente, misturadas de materiais calcários e argilosos em proporções adequadas que resultem em decomposições químicas apropriadas para o cozimento.
A seleção do cimento mais apropriado para produção do CAD é muito importante, devem-se escolher os cimentos mais puros possíveis, já que este material influência tanto a resistência da pasta quanto a aderência pasta -agregado. Além das propriedades mecânicas outras três particularidades devem ser levadas em consideração: sua finura, sua composição química e sua compatibilidade com os aditivos. Por isso, os cimentos mais indicados para a fabricação do CAD são CPV ARI Quando se tratar de finura quanto maior for a superfície específica em contato com a água mais rapidamente ocorrerá a hidratação do cimento, aumentando sua resistência e quanto mais fino o cimento maior a dosagem de superplastificantes necessária para alcançar a mesma trabalhabilidade.
5.2 Aditivos super plastificantes
São redutores de água com efeito mais intenso que os comuns, seu uso é um dos mais importantes avanços na tecnologia do concreto, pois tem permitido, entre outros a produção de concretos de alta resistência duráveis e concretos fluidos.
Foram desenvolvidos na década de 70 e já possui ampla aceitação na indústria da construção. Bem mais eficazes que os redutores de água comum, os superplastificantes podem reduzir o teor de água da mistura do concreto de 25% até 35%, bem como podem aumentar a resistência em poucas idades de 50% a 75%. Podem ser obtidos a partir de lignossulfonatos. Outro método é o que procedem de naftaleno formaldeído sulfonado ou de melamina formaldeído sulfonado e também existem outros desenvolvidos a partir de éteres poli carboxílicos. No concreto seus propósitos são: aumentar trabalhabilidade numa determinada mistura, com finalidade de melhorar características. Reduz a quantidade de água para o mesmo consumo de cimento, aumentando a resistência e melhorando a durabilidade estrutural, afim de evitar fissuras, retração e tensões térmicas causadas pelo calor de hidratação do cimento e redução da exsudação. No mecanismo do superplastificantes acontece do seguinte modo: o aditivo é absorvido pelas partículas de cimento, fazendo com que as mesmas se tornem negativamente carregadas e mutualmente repulsiva. Por esse efeito, as partículas de cimento são mais dispersas e a mistura, por conseguinte, torna-se mais fluida. Devido à variedade de marcas e tipos desses aditivos, torna -se critico na hora de escolher um bom superplastificantes na preparação do concreto de alto desempenho. Sobre tudo, a sua escolha é de terminada em função do desempenho, compatibilidade com o cimento e dosagem. O período de colocação e a maneira como o aditivo é acrescentado à mistura é fundamental para sua eficácia e melhoria de sua consistência.
5.3 Escória de alto forno
A escória é o corpo obtido da oficina do ferro -gusa no alto forno. Todas as impurezas que contém no minério de ferro e no coque passam para a escória de alto forno, juntamente com a adição de calcário, dolomita e as cinzas do coque.
Do ponto de vista químico, a escória tem uma composição mais constantes que os metalurgistas observam, pois qualquer desvio dela obtém -as demandas significativas de energia e em valores adicionais. A escória fundida é uma massa que, por sua insolubilidade e menor densidade, sobrenada no ferro-gusa e é conduzida por canais, até o lugar de resfriamento. Existem dois tipos diferentes em que a escória pode ser resfriada a esfriada ao ar ou cristalizada: são vazadas em estado líquido em pátios adequados, onde são resfriados ao ar. Por ser um método lento, os seres componentes desenvolvem diferentes fases cristalinas, e com isto não possuem capacidade de aglomerante hidráulico. Essa escória recebe o nome de escoria bruta de alto forno, podendo ser britada ou usada como material, inerte em semelhantes aplicações, substituindo materiais pétreos. Já no caso da resfriada com água ou granulada: é um tipo de escória liquida conduzida para equipamentos onde ela é resfriada bruscamente por meio de jatos de água sob alta pressão. Não possuindo tempo adequado para a formação de cristais. A escória granulada de alto forno por seu extenso potencial hidráulico, tem um comércio amplo para esse produto, especialmente para cimenteiras e concretarias onde a escória granulada de alto forno pode ser moída e empregada na fabricação do cimento e concreto.
5.4 Cinza Volante
A cinza volante é um derivado da queima de carvão em usinas que tem o uso favorável. Era depositada em aterros, pois era considerada um resto de queima. Atualmente, a cinza volante é capturada nos gases de escape de caldeiras e cedida, criando uma entrada de receita essencial para usinas de carvão que ajuda a conter seus gastos.
São vários os benefícios da utilização de cinzas volantes no concreto, um deles é que se torna mais fácil de trabalhar e concluir obras, porque ele pode ser misturado em proporções que tornam o acabamento do concreto no verão mais simples e não comprometema conclusão da obra no inverno. A mistura do concreto com as cinzas volantes necessita de menos água. E com isso há menos encolhimento e rachaduras. As cinzas volantes criam um concreto com uma resistência elevada à compressão ao decorrer do tempo que o feito com o concreto sem cinzas, porém a diferença não é significativa. Como cinzas custam menos do que cimento, o uso de cinzas volantes na mistura diminui o custo do concreto. A utilização da mesma também tem seus lados negativos, embora eles agora sejam compensados pelos benefícios. Os ganhos de resistência à compressão do concreto com cinzas volantes ocorrem lentamente durante um longo período de tempo, do que os de concreto sem cinzas.
5.5 Sílica Ativa
Melhora a trabalhabilidade do concreto devido ao pequeno diâmetro de suas partículas e reduz o volume de vazios no concreto
Material muito fino, de 10 a 100 vezes menor que o grão de cimento, melhora a trabalhabilidade, durabilidade, eleva a resistência do concreto, tanto nas primeiras idades quanto nas idades futuras, preenche os vazios entre os grãos maiores, tornando a estrutura mais densa. Reage com a cal livre. Comparado ao cimento Portland e as cinzas volantes, a sílica ativa possui distribuição granulométrica das partículas duas ordens de grandezas mais finas. O fato da aceleração rápida na hidratação do cimento Portland é que tem grande resistência nas primeiras idades da estrutura e a resistência nas idades finais é devido a reação pozolânica. A sílica ativa é quase indispensável na fabricação do concreto de alto desempenho, por causa do seu modo é possível um uso mais reduzido da quantidade de cimento. Ela atua com os compostos cimentícios de duas maneiras, a primeira é uma reação química, chamada de pozolânica. Quando a sílica ativa é adicionada no concreto fresco, ela reage quimicamente com o CaOH para produzir uma quantidade adicional de CSH, inclusive com características superiores, do ponto de vista de adesividade, àquele produzido pela simples hidratação do cimento, aumentando a resistência à compressão e química. A segunda função da sílica ativa é o efeito filer. Como a sílica ativa de FeSi é cerca de 100 vezes menor que o cimento, ela preencherá vazios criados pela água, chamado de empacotamento, refina a microestrutura do concreto, criando uma estrutura porosa bem mais densa.
6. AGREGADOS
São materiais minerais granulares e inertes utilizados principalmente em obras de infraestrutura e edificações. Na construção é conhecido pelo nome específico: filer, pedra britada, bica-corrida e etc. A mineração de agregados possui características típicas, como: altos volumes de produção, beneficiamento simples, baixo preço unitário e grande custo relativo de transporte. Os agregados podem ser naturais ou artificiais. Os naturais se encontram em forma particulado na natureza: areia, cascalho e pedregulho. Já os artificiais são aqueles produzidos por processos industriais, como as pedras britadas, escória de alto forno e argila. No concreto de alto desempenho o emprego dos agregados deve seguir as exigências mínimas prescritas nas normas atuais para fabricação do concreto convencionais (NBR 7211, NBR 7215, NBR 12 654). Os agregados devem ser bem avaliados, limpos e sem pó aderente, com granulometria do agregado de forma uniforme para não comprometer a resistência do concreto.
Os agregados utilizados para a fabricação do CAD são areia natural e brita. Se ele é feito utilizando a brita o seu preparo vai as partículas com menos elementos fracos.
6.1 Agregado Graúdo
Agregado cuja maior parte de suas partículas fica retida na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, ou a porção retida nessa mesma peneira. (NBR NM 53)
A escolha do agregado graúdo é fundamental na produção do concreto, pois podem afetar as propriedades do concreto tanto no estado fresco quanto no estado endurecido. Os agregados graúdos precisam ser não alongados e sua escolha deve ser uniforme, não tendo tanta separação dos elementos finos e grossos. A dimensão do agregado graúdo, alterna de 10 a 14mm. Sua seleção é preferível que seja feita depois de passar por exames da mineralogia e petrografia, para garantir que suas partículas sejam resistentes e suficientes, evitando o rompimento precoce do concreto de alto desempenho.
As principais características a serem analisadas são: boa resistência a compressão, módulo de elasticidade maior que a da pasta de cimento, mineralogia, 100% britado e com mínimo de partículas alongadas, granulometria que reduza o consumo de água, composição granulométrica, dimensão máxima, forma e textura superficial, resistência mecânica e reatividade química. A influência dos agregados graúdos no CAD está diretamente voltada para as propriedades mecânicas pela relação como sua porosidade e a permeabilidade do agregado que afeta na resistência e na durabilidade do concreto
6.2 Agregado Miúdo
Agregado que passa na peneira com abertura de malha de 9,5mm, que passa quase totalmente na peneira 4,75mm e fica retido, em sua maior parte, na peneira 75 mm; ou se define como a porção que passa na peneira de 4,75mm e fica retida quase totalmente na peneira 75 μm (NBR NM 52)
A escolha do agregado miúdo é determinada tanto pelo seu efeito na demanda de água como pelo seu empacotamento físico. No concreto de alto desempenho a boa granulometria dos agregados miúdos está relacionado a quantidade de água utilizada na mistura e com intuito de diminuir esse fator. Como é adicionado em sua mistura a sílica ativa é aconselhável a redução do uso de areias ou a utilização de areia com módulo de finura maior. O uso de areia mais grossa exige menos água no amassamento o que proporciona a obtenção de uma dada trabalhabilidade com relação a/a g menor, o que dá vantagem em termos de economia e resistência. O módulo de finura do agregado miúdo precisa ser de 2,7 a 3,0. Pelo fato do pouco quantidade de material fino na mistura, não é necessário que a areia seja tão fina. Agregados miúdos podem ser encontrados de maneira natural (nos rios) ou artificial (britamento de rocha)
7. DOSAGEM
Os estudos da dosagem de alto desempenho dependem da particularidade de cada projeto. Levando em conta as características básicas do concreto tais como resistência, estanqueidade, trabalhabilidade, retração mínima. Aqueles que possuem o mínimo de vazios e resistências superiores a 40MPa podem ser considerados concreto do alto desempenho.
Devido ao fato de que até hoje foram poucas as construções com CAD. Ainda não existe um procedimento único da dosagem do concreto de alto desempenho. Mesmo que utilizem os mesmos componentes básicos, mais alguns complementares (superplastificantes, sílica ativa e aditivos retardadores de pega), o CAD exige uma produção e execução rigorosa. Quaisquer faltas de qualidade em sua mistura podem causar problemas, pois a margem de segurança do preparo do concreto de alto desempenho é baixa. O excesso de impurezas na água pode causar problemas na resistência, ou o uso equívoco de aditivos. O CAD deve ser produzido, transportado e lançado da mesma maneira que os concretos comuns, a única mudança é quantidade da relação água e cimento e a adição de determinados ingredientes.
O que, principalmente, deve ser levado em conta é a necessidade de 28 dias para medição da resistência. E um elevado módulo de deformação, sendo essencial o uso de um agregado, com um elevado módulo de deformação e também um cimento que resulte boa aderência entre as partículas de agregados. Recomenda-se que ele seja produzido em centrais de concreto.
Além do controle da qualidade do cimento, da dosagem dos aditivos e dos agregados é importante o acompanhamento da execução na obra em que será utilizado.
Os superplastificantes, à base de lignossulfonatos, naftalenos, sulfonados ou melamina, são as alternativas mais recentes. O traço do CAD varia em função das especificações, resistência, do tipo de armadura, da dimensão dos agregados, entre outros detalhes.
7.1 Métodos de Dosagem
Há vários autores que realizaram trabalhos sobreos métodos para dosagens de CAD. Os mais utilizados são o Mehta -Aïtcin (1990), o de Aïtcin (2000), Nawy (1996), Método de O´Reilly (1998) e o método IBRACON. O Método Mehta/Aïtcin (1990) é consagrado internacionalmente, possui um fácil desenvolvimento e execução; especialmente na praticidade de definição dos traços. Seu intervalo de relação água/aglomerante é entre 0,2 e 0,4. A única adição química utilizada é a sílica ativa, é adaptada em 10% do consumo de cimento Segundo Aïtcin (2000), o primeiro passo é determinar a relação a/ag para alcançar a resistência dentro das normas que especifica o Concreto de Alto Desempenho, o autor fornece uma curva teórica para medir a relação. Segundo passo é a quantidade de consumo de água necessário. Sabe-se que quanto maior a quantidade de água utilizada, menor a resistência a compressão do concreto. Quando não se conhece o ponto de saturação do aditivo, esse método especifica que pode ser realizado uma mistura experimental partindo de 1% de aditivo, com 145kg/m³ de água.
Determinar o teor de saturação do aditivo é o terceiro passo, deve ser iniciado com uma mistura de experimental de 1% e ir ajustando até atingir um resultado satisfatório. O quarto passo é a quantidade ideal de agregado graúdos, sugere começar o experimento 1000kg/m³, para depois consertar, se necessário. Quinto passo é a determinação do ar incorporado da mistura, o autor sugere o valor de 1,5% como iniciação.
Depois de calcular todos os materiais, tira -se 1m ³ da soma de todos, em volume, para encontrar a quantidade de agregado miúdo. Depois faz a mistura do traço experimental para averiguar a trabalhabilidade do concreto. Adicionar água e aditivos para o caso de haver necessidade de reajustes, ou seja, se o concreto não tiver dentro dos parâmetros desejados. Quando tiver atingido o traço esperado, realiza o experimento de rompimento do corpo de prova, nas idades determina das e analisam as propriedades alcançadas. Esse será o traço definitivo.
A dosagem proposta pelo Método de O´Reilly (1998) pode ser dividido em duas partes: a primeira é a experiência para determinar a proporção entre os agregados e a segunda é calculada por meio de tabelas e aproximações de outros materiais necessários para mistura do concreto.
Primeira parte: por um experimento determina a melhor composição entre os agregados, do de maior granulometria para o de menor. O autor desse método destaca que o fator de forma dos agregados é contundente e mais preponderante que a granulometria. A técnica mais precisa é experimental, que é baseado na determinação da porcentagem de vazios da mistura entre os agregados. Faz-se ensaios com diversas porcentagens entre dois componentes (agregados).
Então calcula-se para cada uma das misturas a massa especifica compactada. Nota -se que a massa unitária é, a massa da mistura compactada, com vazios, dividida pelo volume do recipiente. É necessário que os materiais encontrem -se secos e bem misturados. Depois achasse a massa especifica dos agregados miúdos e agregados graúdos, por meio da NBR. Com as massas específicas de cada material e a massa unitária da mistura compactada já calculadas, é possível definir a porcentagem de volume dos vazios
Segunda Parte: O consumo de água e cimento do traço se decide com base no experimento anterior. Com isso, se mistura um traço experimental, e com os valores de resistência à compressão média do concreto, do cimento utilizado e de constantes tabeladas pelo autor, se encontra a característica ‘A’ do agregado
8. VANTAGENS E APLICAÇÃO EM ESTRUTURAS
Os Concretos de Alto Desempenho se sobressaem com por inúmeras vantagens. Eleva a resistência e aumenta a durabilidade tanto nos primeiros anos como nos seguintes, diminui os pesos das estruturas, excelente aderência e tantos outros citados anteriormente. Os arquitetos o utilizam em edifícios altos com a intenção de projetar lajes cada vez menos espessas, além de possuir uma estética mais interessante.
Edifício E-Tower: construção referência no Brasil no quesito concreto de alto desempenho
Empreiteiros gostam de seu uso devido a rápida desmontagem dos elementos estruturais. Em geral, sua utilização é como concreto Impermeável (devido a adição da sílica ativa o u Metacaulim, pode -se garantir uma impermeabilidade de 10 a 20 vezes superior ao concreto usual), alta resistência ao ataque de cloretos e sulfatos (exemplos: estações de tratamento de esgoto, coletores de esgoto, estações de tratamento de água, obras marítimas, instalações portuárias, fábrica de adubo e etc.), alta resistência inicial (normalmente utilizadas em obras emergenciais ou até em estruturas que necessitam d e um andamento acelerado . Também em pré-moldados, pois pode -se tirar as fôrmas rapidamente), alta resistência (é possível obter resistências acima de fck 40MPa, pode -se projetar prédios bem mais altos, reduz as seções das estruturas, ganhando espaço interno, reduz a quantidade de concreto, fôrmas e armaduras. Aumento dos vãos, da durabilidade e diminui o peso nas fundações).
O Concreto de Alto Desempenho transforma a estrutura convencional em um projeto bem mais duradouro. Assim sendo, também pode ser aplicado em vários tipos de obras (Paulo Helene, Prof. Titular, USP, 1987), sendo elas:
· Grandes edifícios com poucos pilares e com pilares de menor dimensão;
· Estruturas de concreto aparente em ambientes agressivos e em locais onde se requer elevada durabilidade;
· Estruturas de concreto nas quais se deseja desforma precoce;
· Pontes e viadutos de grandes vãos, protendidos e dos quais se requer vida útil longa;
· Soleiras de vertedouros de barragens onde se requer reduzido desgaste por abrasão;
· Pisos industriais onde se deseja reduzida o desgaste por atrito ou fricção e elevada resistência química;
· Obras marítimas devido à excelente proteção que confere as armaduras contra a corrosão eletroquímica;
· Obras de reparo e reforços estruturais devido à excelente aderência ao concreto já endurecido;
· Estruturas protendidas e as pré-fabricadas devido à durabilidade, permitir protensão precoce, reduzida deformação e permitir desforma também precoce.
· Obras de reparo e reforços estruturais devido à excelente aderência ao concreto já endurecido;
· Estruturas protendidas e as pré-fabricadas devido à durabilidade, permitir protensão precoce, reduzida deformação e permitir desforma também precoce.
9. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
O CAD deve ter uma melhor performance quando comparado a concretos convencionais. Büyüköztürk e Lau (2007, tradução nossa) indicam que resistência, ductilidade e durabilidade são os principais atributos relacionados a um concreto de alto desempenho, uma vez que essas são as características mais importantes que um material de construção deve possuir. Laskar (2011, tradução nossa) ressalta que ainda que concretos de alto desempenho requeiram uma pasta cimentícia densa e sem vazios, a trabalhabilidade da mistura não pode ser prejudicada, de forma que ela possa ser facilmente vibrada e fluida o suficiente para ser lançada em peças com alta taxa de armaduras. O autor elenca como características principais de um CAD a alta resistência, a alta durabilidade e alta trabalhabilidade, indicando um slump mínimo de 100 mm. Já os conceitos de durabilidade e alta resistência estão intimamente ligados à baixa porosidade. 2.3.6.1 Resistência Na prática, concretos com menos de 50 MPa de resistência à compressão são considerados concretos de resistência normal, enquanto que aqueles com resistência maior que 50 MPa são considerados de alta resistência. Em geral, o uso de adições químicas e minerais melhoram não apenas a resistência, mas também a ductilidade e a durabilidade e por isso concretos de alta resistência também podem ser considerados de alto desempenho (RANA; TIWARI; SRIVASTAVA, 2016, tradução nossa). A Tabela a seguir identifica as características de diferentes tipos de concreto de alta resistência com composiçõesvariadas:
Um estudo realizado por Singla (2012, tradução nossa) demonstrou que traços de concreto em que 15% da massa de cimento é substituída por 10% de cinzas volantes e 5% de sílica ativa possuem a melhor performance em termos de resistência. Nos traços analisados pela autora, visando-se uma resistência à compressão de 80 MPa aos 28 dias, tal combinação já apresentava resistência de 85 MPa nesse período, enquanto outras amostras com diferentes aditivos apresentavam, em média, 80 MPa. O ganho de resistência ao longo de sua idade, porém, foi ainda maior: após um ano, enquanto outros traços tinham resistências em torno de 84 MPa, o mesmo já possuía 90 MPa de resistência à compressão.
9.1 Ductilidade
Geralmente concretos de alto desempenho são mais frágeis que concretos normais, principalmente quando alta resistência à compressão é o foco principal da performance. Sabe-se que a ductilidade pode ser melhorada através da aplicação de uma pressão confinante durante a produção do CAD ou através da introdução de fibras no traço da mistura. Tais concretos são conhecidos como concretos reforçados com fibras (CRF) (RANA; TIWARI; SRIVASTAVA, 2016, tradução nossa).
9.2 DURABILIDADE
Tratando-se de concreto, a permeabilidade é o fator chave na durabilidade. A permeabilidade do concreto depende daquela de cada material que o constitui, bem como de seu arranjo geométrico. A permeabilidade da pasta de cimento está essencialmente relacionada com a estrutura dos poros, que inclui porosidade, tamanho dos poros e sua conectividade, e é uma função da proporção de água/cimento e do grau de hidratação. Já os agregados têm uma permeabilidade muito mais baixa do que a pasta. Para se obter um concreto durável, três critérios devem ser considerados durante o desenvolvimento do seu traço: resistência à compressão, permeabilidade e resistência à fissuração. O critério de resistência à compressão deve garantir que o concreto possa resistir às tensões de projeto de maneira adequada. O critério de permeabilidade exige que o material tenha um índice de penetração de fluidos baixo, de modo a minimizar a vulnerabilidade à água e ataques químicos de íons durante a vida útil de projeto. Já o critério de resistência à fissuração deve garantir que o concreto tenha uma capacidade mínima de resistir a fissuras causadas por condições ambientais, como dilatação e expansão térmicas, por exemplo (RANA; TIWARI; SRIVASTAVA, 2016, tradução nossa). Já Büyüköztürk e Lau (2007, tradução nossa) elencam que ainda que a diminuição da relação a/c e o uso de aditivos minerais, como sílica ativa, diminuam drasticamente a permeabilidade do concreto, existe a possibilidade do CAD não ser tão durável devido ao aparecimento de trincas por retração, por exemplo. Assim, além de um bom traço e um bom processo de mistura, boas práticas construtivas devem ser adotadas para a produção de um concreto durável.
9.2.1 Outras Propriedades
Consistência
De acordo com Mehta e Monteiro (2008), usando-se uma alta dosagem de superplastificante, é possível obter concretos com slump da ordem de 200 a 500 mm com um teor muito baixo de água e um alto consumo de cimento e adições minerais. A presença de grandes quantidades de agregado miúdo ajuda a reduzir a tendência à exsudação e à segregação nessas dosagens de alta fluidez. A construção in loco de elementos estruturais densamente armados e de alta resistência seria difícil sem a existência de concretos com alta trabalhabilidade.
9.2.2 Retração Autógena
A deformação medida na pasta de cimento em um sistema fechado é chamada de retração autógena, que pode ser definida como a redução macroscópica do volume de materiais cimentícios quando o cimento hidrata após a pega inicial. A retração 36 autógena não inclui alteração de volume devido à perda ou ao ingresso de substâncias, variação de temperatura e aplicação de uma resistência externa e restrição. Essa retração se desenvolve internamente no volume total do concreto e, às vezes, é denominada retração de auto dessecação. Há uma certa retração autógena em todos os tipos de concreto, no entanto, é muito alta para se ignorar no caso do concreto de alta resistência que tipicamente possui um consumo alto de cimento e baixa relação água/cimento. A magnitude dessa retração aumenta ainda mais se sílica ativa for adicionada à mistura (MEHTA; MONTEIRO, 2008).
9.2.3 Retração Térmica
De acordo com Mehta e Monteiro (2008, p. 483): Além da retração autógena, membros estruturais de grande porte feitos de concreto de alta resistência geralmente são vulneráveis a fissuras nas primeiras idades resultantes da retração térmica, que pode ser muito alta quando o concreto fresco lançado é exposto a um ambiente com temperatura baixa poucos dias após a moldagem. Devido ao alto consumo de cimento, o aumento da temperatura é considerável no caso de misturas de concretos de alta resistência. Ainda segundo os autores, experiências relatam um aumento de 50 a 58° C em pares térmicos instalados no centro de corpos de prova cúbicos de 1220 mm dentro de um período de 30 a 50 horas após a moldagem.
10. PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CAD
As propriedades do Concreto de Alto Desempenho não são do mesmo tipo que do concreto convencional. Os concretos com altas resistências atuam como materiais compostos não isotrópicos, construídos da pasta de cimento hidratado e agregados que tem propriedades dos agregados utilizados nos concretos usuais. Sua microestrutura é comportada, incluindo a zona de transição com o agregado graúdo. Por isso é que as propriedades mecânicas do agregado graúdo tem tanta influência no fim do concreto.
O que mais diferencia o CAD do concreto comum são suas propriedades: permeabilidade; resistência a compressão, calor de hidratação, retração autógena, condições de cura, módulo de elasticidade, permeabilidade, durabilidade e efeito de altas temperaturas.
10.1 RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO
É um dos fatores mais importantes do concreto de alto desempenho, sua elevada resistência é a principal característica. É a resistência que diferencia o CAD dos concretos convencionais. Sendo geralmente especificada nos projetos de estrutura, além de servir de referência.
Seu ensaio, através da moldagem e dos corpos de prova e da ruptura aos 28 dias, é realizado de acordo com as normas da NBR. A determinação da resistência à compressão pode ser uma medida de qualidade. Pode -se dizer que conhecendo seu valor, sabe-se a estimativa do desempenho do concreto em termos mecânicos, e indiretamente sua durabilidade. O aumento da resistência irá depender da dosagem dos materiais e adição dos plastificantes e superplastificantes. Devido ao tempo de início da reação de hidratação do cimento, que é um pouco mais demorada pelo fato do uso de plastificantes e retardadores, a resistência inicial à
Compressão do CAD pode demorar mais para se ampliar do que os concretos normais.
Mas a partir do momento que começa a hidratação do cimento, a reação desenvolve rapidamente. Para os que estudam o concreto de alto desempenho, os fatores que mais influenciam à resistência à compressão são: relação água/cimento; ar incorporado; tipo de cimento; agregados; água de amassamento e aditivos; condições de cura; e parâmetros de ensaio
10.2 Calor de hidratação
Calor de hidratação é sempre proporcional a quantidade de cimento em hidratação e não o conteúdo total do cimento utilizado. A adição de aditivos retardadores, superplastificantes ou menor quantidade de água no concreto, pode afetar a emanação do calor de hidratação. A influência do calor de hidratação na questão térmica está diretamente relacionada com o maior consumo de cimento do concreto e o tipo de cimento. Para reduzir a porosidade da pasta de cimento, e em consequência aumentar a resistência, é preciso reduzir a água e o ar de dentro na mistura. A resistência mecânica da pasta depende de relação a/c ou a/ag que controla a porosidade e, consequentemente, a compacidade e o número d e compostos hidratados no tempo, que é função da idade e do histórico da temperatura ambienteÉ analisado também que a resistência da pasta depende do grau d e hidratação dos compostos do cimento (C-S-H primário) e do avanço das reações pozolânicas com o hidróxido de cálcio para formação de silicatos de cálcio secundários. Para obter pastas de cimento hidratas para o CAD, pode-se trabalhar apenas na relação a/a g. Para conter o calor de hidratação no período da concretagem, têm determinadas medidas preventivas, sendo elas: seleção do tipo de cimento mais conveniente, utilização de aditivos retardadores de pega, emprego de aditivos plastificantes ou superplastificantes que permitam a diminuição do gasto de cimento e redução do consumo de cimento com o uso de materiais pozolânicos, como sílica ativa, casca de arroz, metacaulim, dentre outros. Pode-se, também, empregar armadura específica para ater ou evitar a formação de fissuras por retração térmica; utilizar agregados que atribuem maior capacidade de deformação ao concreto, além de menor módulo de deformação; aumentar a dimensão máxima do agregado; entre outras medidas preventivas.
10.3 Retração autógena
Existe dois tipos de retração no concreto, a autógena e por secagem. A rede de poros existentes no concreto tem sua água drenada para o exterior ou para poros menores durante a hidratação, e se não repor a água mediante cura, ou se o concreto for muito compactado a ponto de retardar a entrada de água na mesma velocidade de seu consumo interno, inicia-se o processe de autos secagem que provoca a retração autógena. A retração autógena do concreto pode ser considerada como uma das causas das fissuras em concretos de alto desempenho em poucas idades, causando redução na durabilidade. Ela pode ser influenciada por vários fatores: dimensões da peça, teor da água de amassamento, dosagem do cimento, natureza do inerte, granulometria, cura, umidade ambiente, composição do cimento, etc.
10.4 Condições de cura
É um dos procedimentos mais críticos e importantes na fabricação do concreto, um concreto que não passa pelo processo de cura, não terá a mesma qualidade, mesmo que tenha tido cuidado com o preparo, transporte, lançamento e adensamento. Sua principal função é manter a umidade da mistura durante o período de hidratação do cimento e reduzir ao máximo a retração do concreto. Os concretos com cura úmida apresentam melhores resultados de resistência à compressão, permeabilidade e penetração de cloretos. É feito a cura do concreto depois do lançamento. É muito importante o controle da temperatura nas primeiras horas após o lançamento, sendo que a alta temperatura não é função do teor de cimento, mas sim, da quantidade de cimento que está sendo hidratada. Como na mistura do CAD a relação a/c é baixa, a falta de água é um fator limitante na hidratação dos cimentícios.
10.5 Módulo de elasticidade
Sua determinação é feita através da NBR 8522/84 – Determinação do módulo de deformação estática e diagrama de tensão deformação. Seu conhecimento é necessário porque o cálculo do módulo de elasticidade é que define a elasticidade da estrutura. Quanto maior a resistência do concreto, menos ele deforma, e maior será o seu módulo de elasticidade. Portanto como o CAD é um concreto que possui alto valor de resistência, logo também possui um grande módulo de elasticidade Mesmo com diversos estudos já existentes, a grande importância de verificar -se a abordagem teórica do módulo de deformação é a real compreensão dos principais fatores que o afetam, sendo eles: agregado graúdo (sua forma, tamanho e porosidade), porosidade (quanto menor a porosidade, maior será a capacidade de restringir deformações). No Concreto de Alto Desempenho seu cálculo deve ser abordado com maior atenção. Como o módulo de deformação representa declividade da curva de tensão x deformação, e sabendo-se que tal curva para o concreto apresenta um comportamento não linear, existem diferentes métodos para obtenção de seu valor:
1º Módulo de deformação tangencial inicial estático e instantâneo: Este valor pode ser obtido através de métodos de ensaio já determinados.
2º Módulo de deformação secante estático: Este valor de módulo de elasticidade é de grande importância pois trata-se da tensão de serviço normalmente recomendada nos códigos e normas de projeto
3º Módulo de deformação corda: declividade da reta entre dois pontos da curva, representado pela reta genérica OM, que representam uma tensão ou uma deformação específica. É pouco utiliza do para projetos.
10.6 Permeabilidade
Nas estruturas de concreto é fundamental o estudo do transporte dos fluidos em seu interior. Dessa maneira é possível avaliar a durabilidade da estrutura. Um concreto durável é aquele que conserva, ao longo do tempo, sua forma original, mas nenhum material é inerente as interações ambientais, desta forma o fim da vida útil ocorre no momento em que as propriedades deterioram-se. Segundo estudos, hoje em dia é enorme o crescimento nos custos de manutenção e recuperação estruturais, por isso é que ao estudar a permeabilidade e seus fatores relevantes determina-se uma maior durabilidade na vida do concreto, pois a água é um agente principal, tanto para sua criação, quanto para sua destruição. A água é um material com moléculas pequenas capazes de penetrar em cavidades e poros pequenos, quando se trata de sólidos como o concreto a água tem inúmeros processos físicos de degradação e processos químicos de deterioração. A medição de permeabilidade à água, para o CAD, é um estudo complexo, devido à esbelta estrutura de poros existentes. É realiza da com equipamentos sofisticados, tanto para execução do ensaio, quanto para aquisição de dados.
10.7 Durabilidade
É a propriedade que faz com que o concreto tenha a capacidade de resistir a ações do intemperismo, como ataques físicos, químicos e a qualquer outro processo de deterioração, durante sua vida útil para a qual foi projetado com um mínimo de manutenção possível (MEHTA, 1994). A durabilidade é a principal responsável pelo crescimento no uso do CAD em todo o mundo. À medida que se reduz a permeabilidade o concreto se torna mais resistente e consequentemente mais durável. Não existe método padrão para determinar a durabilidade do concreto, pois ele está relacionado a fabricação do concreto e seu desempenho ao longo da vida útil da estrutura, sem contar que diversos fatores (ambientais, materiais e condições de serviços) influenciam. E como a utilização do Concreto de Alto Desempenho ainda é recente, ainda não se pode afirmar com certa precisão sua durabilidade, pois o mesmo é um produto novo no mercado. O que se pode afirmar que será durável é a elevada resistência que ele atinge.
10.8 Efeito de altas temperaturas
No meio técnico, prevalece a teoria de que as altas temperaturas são mais perigosas nos Concretos de Alto Desempenho do que em Concretos Convencionais, devido ao desplacamento que ocorre entre as camadas externas, aquecidas, e as internas, ainda resfriadas, por causa da eficiência térmica dos concretos. No CAD esse fenômeno seria mais pronunciado, devido à evaporação das moléculas de água sob altas temperaturas, as quais passariam a ocupar mais espaço, o que não é possível pela densidade da estrutura dos CAD. Por isso, o desplacamento passaria a ser explosivo, também conhecido como efeito spalling. Porém, ao seguir essa linha, desconsidera-se a resistência à tração dos concretos, como se faz nos cálculos estruturais modernos, por normalmente ser desprezível em relação às resistências conferidas pela armadura de aço. Porém, em CAD, essas resistências podem chegar a mais de 8 MPa, passando a ser importantes para absorver tensões de tração que surgem nos concretos, tanto a partir de retrações no estado fresco, por exemplo, como após uma pressão exercida pelo vapor de água sob o efeito de altas temperaturas, no estado endurecido.
11. OBRAS EMBLEMÁTICAS EM CAD
O CAD é um concreto de avançada tecnologia e com suas características de alta resistência mecânica, elevada durabilidade e resistência química, baixa deformabilidade que possibilita performance inigualávelna redução das seções de peças comprimidas e ganho de área útil. Reduz o peso próprio das estruturas, reduz a taxa de armadura, reduz a área de fôrmas e reduz os custos de uma estrutura. É utilizado por arquitetos e engenheiros que buscam avançar no conceito de sustentabilidade da construção civil, priorizar o aumento significativo da área útil das edificações, reduzir o consumo de materiais como o aço, aumentar a durabilidade, reduzir o consumo de energia e atingir alta performance.
O emprego do CAD, tanto no Brasil quanto no mundo, vem aumentando cada vez mais. Neste tópico serão mostrados algumas das obras que foi utilizado Concretos de Altos Desempenho.
O Scotia Plaza é um dos arranha-céus mais altos do mundo, com 275 metros de altura. Construído na cidade de Toronto, Canadá, foi concluído em 1988 com 68 andares.
O Lake Point Tower é um arranha-céu residencial de 70 andares e 197 m de altura, fck= 50Mpa, localizado em Chicago, Illinois. O edifício foi concluído em 1968, e foi o edifício de apartamentos mais alto do mundo naquela época
Two Union Square, atualmente é o 173º arranha-céu mais alto do mundo, com 226 metros. Edificado na cidade de Seattle, Estados Unidos. Tem como principais apoios quatro tubos de aço preenchidos com concreto com módulo de elasticidade de 50 GPa. Com revestimento de alumínio de 139 m. O edifício foi concluído em 1988, e possui, em média, fck = 130MPa.
Water Tower Place, com 262m de altura, fica na cidade de Chicago (EUA), sua construção foi em meados de 1970, possui fck = 60MPa.
191 Peachtree Tower, 235m de altura. Construído em 1991. Possui, aproximadamente, fck = 83Mpa
As Petronas Twin Towers são edifícios gêmeos com 88 andares e 452 metros de altura. Inauguradas em 1998, elas já foram o edifício mais alto do mundo, fck= 80 Mpa
Pont de la Confédération. Situada no Canadá. A construção durou entre 1993 e 1997, ponte de 12,9 quilômetros foi inaugurada em 1997. Possui fck = 72MPa.
Burj Khalifa. Localizado em Dubai, sendo a maior estrutura, até hoje, já construído pelo ser humano, com 828 metros de altura. Sua construção começou em 2004 e teve fim em 2009. Possui fck = 80MPa.
Ponte sobre o rio Maranhão, com 585 m de extensão e 10,40 m de largura, a ponte tem duas faixas de tráfego com pavimento rígido de 30 MPa (com fibras de polipropileno para combater a retração da cura) e liga os municípios goianos de Niquelândia e Uruaçu, na altura do km 980 da Belém -Brasília. O que faz da ponte uma obra diferente das demais é o fato de ela ser a primeira do País a empregar concreto de fck superior a 50 Mpa.
Edifício do Supremo Tribunal Federal foi projetado por Oscar Niemeyer, em 1958. Possui fck = 72MPa.
Centro Empresarial PREVINOR, localizado em Salvador, na Bahia. Formado por dois blocos de 18 pavimentos, onde foram usados concretos com resistências características à compressão de 60 Mpa
Suarez Trade Center. Durante sua edificação, foram utilizados métodos construtivos revolucionários como, por exemplo, o assentamento de granito, esquadrias e vidros simultaneamente à estrutura de concreto armado. O total da área construída é de 43.000m². Possui fck = 60Mpa
Pavimento da ponte Rio Niterói. Situada no Rio de Janeiro, no ano de 2000. Possui resistência à compressão em torno de 65MPa.
Museu Oscar Niemeyer localizado na a cidade de Curitiba, Paraná. O complexo de dois prédios, instalado em uma área de 35.000 m². O primeiro prédio foi projetado por Oscar Niemeyer em 1967. Possui resistência à compressão em torno de 35MPa.
Edificio Evolution Tower, localiza-se em Curitiba, Paraná. Construído em meados de 2000. Possui fck = 60MPa
Museu de Arte de São Paulo. Foi uma construção recorde na época, com 4 vigas protendidas de 74 metros de vão livre. Possui fck = 45MPa.
CONCLUSÃO
A construção civil, no mundo todo, tem alto custo econômico, principalmente com restauração e reparos de estruturas e devido a isso está sempre em busca de obras que tenham a vida útil mais longa e resistentes a todo tipo de agressão física ou química. A partir deste trabalho foi possível concluir o quanto o Concreto de Alto Desempenho é vantajoso, quando se trata de vitalidade. Mesmo sendo uma tecnologia nova no mercado, seu emprego é cada dia maior. É um material que, cada dia mais, se desenvolve. Nos últimos anos surgiram constantes pesquisas relacionadas ao CAD que possibilita a evolução da qualidade do concreto O CAD supera o concreto convencional em diversos fatores – resistência à compressão, maior durabilidade, melhor módulo de deformação, melhores propriedades mecânicas, reduz o consumo de relação água/cimento, reduz a área das fôrmas, é possível uma menor quantidade em volume de concreto, tem melhor trabalhabilidade que o concreto convencional, baixa permeabilidade, diminui o peso das estruturas e entre outros – isso tudo graças a adição de minerais (sílica ativa, metacaulim ou casca de arroz), de plastificantes, superplastificantes e em alguns casos utilizam até retardadores de pega. Devido a essas características é que em locais com maior índice de agressividade, o uso do CAD é quase que indispensável. Pode-se afirmar que o Concreto de Alto Desempenho é um expoente quando se fala de construção civil.
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Foto solicitada nas orientações de APS