A IMPORTANCIA DO CONTROLE DA TEMPERATURA DO CONCRETO

Prévia do material em texto

<p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 A IMPORTÂNCIA DO CONTROLE DA TEMPERATURA DO CONCRETO NA PREVENÇÃO DE FISSURAÇÕES E DA DEF, PARA A GARANTIA DO DESEMPENHO DAS ESTRUTURAS THE IMPORTANCE OF CONTROLLING THE TEMPERATURE OF CONCRETE IN THE PREVENTION OF CRACKING AND DEF, TO GUARANTEE THE PERFORMANCE OF STRUCTURES Patricia Gambale, Concrecon, patriciaggambale@hotmail.com; Edna Possan, edna.possan@unila.edu.br; Nicole Hasparyk, nicole@furnas.com.br; RESUMO Muitas edificações urbanas devido à altura e robustez têm exigido elementos de concreto com elevadas dimensões, assim com o uso de concretos com maior resistência mecânica. Entretanto, elementos que demandam de elevados volumes de lançamento de concreto carecem de atenção quanto às manifestações patológicas advindas do processo exotérmico de hidratação do cimento, sendo recomendado que a temperatura não ultrapasse 65 °C. cuidado na execução de estruturas com elevados volumes em concreto já bastante difundido na construção de barragens, e vem ganhando espaço na construção civil urbana devido à potencialidade de ocorrência de DEF (delayed ettringite formation), que é a consequência da inibição da reação ou decomposição térmica da etringita primária por excesso de calor, gerando fissurações no concreto endurecido. Seu controle deve ser conduzido por medidas mitigadoras, similar ao que ocorre com outras reações expansivas do concreto, como a RAA (reação álcali-agregado). Neste contexto, este trabalho objetiva apresentar os riscos associados à durabilidade destas estruturas devido às altas temperaturas que podem ser atingidas pelo concreto pelo processo de hidratação do cimento. Também são apresentadas estratégias (ou medidas mitigadoras) na fase inicial do projeto e execução para controlar a elevação de temperatura devido ao calor de hidratação, evitando fissuras de origem térmica e a ocorrência de DEF. A adoção de medidas mitigadoras é a forma mais econômica e segura para garantir a maior durabilidade do concreto e aumento da vida útil e segurança das estruturas. Palavras-chave: Calor de Hidratação. Fissuras, Concreto. Reações expansivas. Durabilidade. ABSTRACT Many urban buildings, due to their height and robustness, have required concrete elements with high dimensions, as well as the use of concrete with greater mechanical strength. However, elements that demand high volumes of concrete pouring need attention regarding the pathological manifestations arising from the exothermic process of cement hydration, and it is recommended that the temperature does not exceed 65 °C. The care in the execution of structures with high volumes of concrete is already widespread in the construction of dams and has been gaining ground in urban civil construction due to the potential for the occurrence of DEF (delayed ettringite formation), which is the consequence of the inhibition of the reaction or thermal decomposition of the primary ettringite by excess heat generating cracks in the hardened concrete. Its control must be carried out by mitigating measures, like what occurs with other expansive concrete reactions, such as AAR (alkali-aggregate reaction). In this context, this work aims to present the risks associated with the durability of these structures due to the high temperatures that can be reached by concrete by the cement hydration process. Strategies (or mitigating measures) are also presented in the initial phase of the design and execution to control the temperature rise due to the heat of hydration, avoiding thermal cracks and occurrence of DEF. The adoption of mitigating measures is the most economical and safest way to guarantee the greater durability of the concrete and the increase in the useful life and safety of the structures. Keywords: Hydration heat. Cracking. Concrete. Expansive reactions. Durability. Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 1 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN 2358-5420 1 INTRODUÇÃO Um volume de concreto com dimensões grandes o suficiente para exigir que medidas sejam tomadas para lidar com a geração de calor durante a hidratação do cimento e com variações volumétricas a fim de minimizar fissuras pode ser definido como concreto massa. ACI 207.1-21 (2022) afirma que a única característica que distingue o concreto massa de outros concretos é o seu comportamento térmico que pode causar perda da sua integridade estrutural e ação monolítica. Estruturas com essas características estão mais suscetíveis aos efeitos da hidratação do cimento Portland, uma reação de natureza exotérmica que pode alcançar temperaturas superiores a 75°C caso não tomadas medidas de controle. Segundo Mehta e Monteiro (2014) o fenômeno da hidratação do cimento Portland decorre de reações químicas entre a água e o grão de cimento, que envolvem mecanismos de dissolução-precipitação ou reações topoquímicas (hidratação no estado sólido). Durante o início da hidratação do cimento, ainda na fase aquosa, a relação sulfato/aluminato é elevada, fazendo com que a etringita se cristalize, formando a etringita primária. Com o passar do tempo, as características da solução se alteram, aumentando a solubilidade dos aluminatos. Após o sulfato da solução ser consumido, quando a concentração de aluminatos se eleva novamente, a etringita torna-se instável e é gradativamente convertida em monossulfoaluminato de cálcio. (NEVILLE, 2016). Quando as temperaturas internas do concreto superarem determinados limites, podendo variar de 60 a 65°C, a etringita primária se decompõe e gera uma fonte interna de íons sulfato podendo levar a formação da etringita tardia ou DEF (Delayed Ettringite Formation) que é um dos tipos de Ataque Interno por Sulfatos (ISA) que depende da composição química do cimento, tempo de manutenção do patamar de temperatura e condições de umidade no ambiente da estrutura durante a sua vida útil (MELO, 2021), e está propício a ocasionar diversos danos às estruturas de concreto, visto que a mesma se forma após o endurecimento da pasta de cimento, acarretando no desenvolvimento de manifestações patológicas devidas à sua expansão volumétrica. De acordo com ACI 301 (2020), a temperatura máxima no concreto massa não deve exceder 70°C e a diferença máxima de temperatura entre o seu núcleo e a sua superfície não deve superar 35°C. Em concreto massa as temperaturas devem ser monitoradas desde o instante do seu lançamento até o instante de equilíbrio entre a temperatura média ambiente diária e as temperaturas internas do seu núcleo. Já Bauer et al. (2006) apresenta referências variadas de outras faixas de temperatura limite, dependendo de cada país, conforme apresentado na Tabela 1. Na Alemanha e África do Sul, por exemplo, 60°C é o valor registrado e que não deve ser ultrapassado. Tabela 1 Especificações Internacionais de Cura Acelerada. Máxima Temperatura País Agência/ Especificação Temperatura aplica-se a: Canadá CSA/A23.4-94 70 °C Concreto Dinamarca DS482 (jan. 1999) 70 °C Concreto Manual de Documentos Contratuais para Inglaterra 70 °C Concreto obras rodoviárias Alemanha Comitê do Concreto Armado 60 °C Concreto África do Sul SABS/0100-2:1992 60 °C Vapor Espanha UNE/83-301-91 70 °C Não especifica Fonte: Traduzido pela autora (Bauer et al., 2006). Em função do perfil dos concretos atuais que demandam resistências características cada vez mais altas e consequente consumos elevados de cimento, somadas as dimensões Revista Técnico-Científica do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 2 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN 2358-5420 suficientemente grandes, restritas condições de dissipação de calor e com restrições à movimentação, a geração de calor pode ser preocupante (CARVALHO, 2002). Na Figura 1 são observadas fissuras ocorridas durante a construção de estrutura de uma UHE devido à queda abrupta da temperatura (Temperatura máxima registrada no centro de gravidade da peça menos a temperatura média ambiente) que ultrapassou o limite admissível de 15°C TRABOULSI, 2015). Figura 1 Fissuras observadas na UHE Santo Antônio. 0,90 1,0 1,1 1,2 Fonte: Gambale e Traboulsi (2015). A especificação de resistências com valores que variam de 50 MPa até 70 MPa pelos projetistas tem aumentado no Brasil (FUNAHASHI JR. et al., 2022). Muitos blocos de fundação vêm sendo concretados com cimentos sem adições e, quando elas são empregadas, não é feita uma análise prévia para o controle da temperatura e definições do melhor teor da adição. Ou ainda, quando o estudo térmico é feito, muitas vezes, na prática, o concreto é lançado em condições que não condizem fielmente ao recomendado (FUNAHASHI et al., 2022b). À medida que as resistências aumentam, ocorre aumento do consumo de cimento nas dosagens dos concretos, em geral. Segundo Gambale et al. (2019), o aumento do consumo de cimento em misturas de concreto testadas, aliado a uma baixa relação água/cimento, tendem a reduzir a permeabilidade, porém, ajudam na elevação da temperatura interna do concreto devido às reações exotérmicas, podendo causar fissurações de origem térmica, como pode ser observado na Figura 2. Figura 2 Detalhe de fissuração mapeadas em fundação de edificações no Brasil causada pela excessiva geração de calor a partir das reações de hidratação do cimento. 4 M 5MM Fonte: Selmo C. Kuperman (FUNAHASHI JR. et al., 2022). dano ocasionado às estruturas ou elementos de concreto devido às reações químicas do cimento Portland, pode levar a estrutura ao colapso, demandando ações de Revista Técnico-Cientifica do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 3 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 recuperação ou até a substituição do elemento fissurado. Por esse motivo a forma mais econômica para que isso seja evitado é a adoção de medidas mitigadoras. Com a preocupação em disseminar o conhecimento quanto aos riscos de elevadas temperaturas no concreto e com relação aos cuidados recomendados para se garantir a maior durabilidade e aumento da vida útil e segurança das estruturas, este trabalho foi desenvolvido. 2 CAUSAS DE ELEVADAS TEMPERATURAS 2.1 Calor de hidratação do cimento processo de fabricação do cimento consiste essencialmente na moagem da matéria-prima (maiormente calcário e argila), na sua mistura íntima em determinadas proporções e na queima (a temperaturas de até cerca de 1.450 °C) em fornos rotativos, onde o material é sinterizado e parcialmente fundido, tomando a forma de esferas conhecidas como clínqueres. clínquer é resfriado e recebe a adição de um pequeno teor de sulfato de cálcio, sendo então moído até se tornar um pó bastante fino, resultando na formação do cimento Portland. Todos os cimentos comercializados apresentam um teor de adição em sua composição e, atualmente, a NBR 16697 especifica um aumento do teor máximo de calcário em 5% para todos os tipos de cimento, exceto para o CPII-F, cujo teor máximo permitido passou de 10% para 25%, e no teor máximo de escória granulada de alto-forno no CP III, que passou de 70% para 75%, mantendo-se, contudo, o teor mínimo de clínquer em 25%, como previa a norma anterior. Essa alteração visou um alinhamento com padrões normativos internacionais e atende aos direcionamentos da Agência Internacional de Energia (IEA) e da Iniciativa pela Sustentabilidade do Cimento (CSI), que incentivam a adoção de alternativas ou tecnologias mais avançadas para diminuir emissões específicas de CO2 por tonelada de cimento. Quando o cimento entra em contato com a água, reações químicas de hidratação ocorrem e os grãos anidros do cimento hidratam-se formando compostos específicos. Essas reações de hidratação são exotérmicas e, dependendo do composto formado, uma quantidade específica de calor é gerada. Os picos de temperatura que um concreto pode alcançar, em decorrência dessas reações exotérmicas, também podem variam em função de vários fatores, em especial, a o cimento e o consumo de cimento empregado (GAMBALE, 2015; et al., 2019). calor de hidratação é um problema potencial para concreto massa, já que a elevação da temperatura e sua manutenção por períodos relativamente longos pode levar à fissuração. Como o calor de hidratação do cimento é bastante influenciado pelo teor de C3A, algumas especificações prescritivas para obras limitam o teor deste constituinte de 5% a 15% variando de acordo com o tipo de cimento conforme a ASTM C150. Como alternativa, a redução do calor de hidratação pode ser conseguida com o uso de cimentos com maiores teores de adição (VIEIRA, 2020). calor de hidratação varia em função das características químicas e físicas do cimento, recomendando-se a realização de ensaios específicos no material a ser utilizado no concreto (ABCP, 2012). De acordo com Bentz (2010), os compostos presentes no cimento que irão determinar a liberação de calor de hidratação e ainda, a velocidade de hidratação inicial de cada composto é proporcional à área específica do cimento, conforme Figura 3. Os dados apresentados referem-se aos resultados de calor de hidratação para 3 e 7 dias e a temperatura máxima monitorada em calorímetro semiadiabático para três pastas de cimentos distintos. Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 4 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR 2358-5420 Figura 3 Resultados de calor de hidratação para 3 e 7 dias e temperatura máxima atingida em calorímetro semiadiabático para 3 tipos de cimentos. 44 °C 42 °C 40 °C 40,7 °C 38 °C de 36 °C 36,5 °C 34 °C 32 °C 32,1 °C 30 °C CP ARI Blaine 4980cm2/m CP II F 40 Blaine CP IV Blaine 5742cm2/m C3S(%) 61.5 61,5 C2S (%) 11.1 C3A (%) 8.8 8,0 C4AF (%) 9,1 9,2 Calor de Hidratação 3 dias Calor de Hidratação 7 dias Temperatura máxima no calorímetro semiadiabático Fonte: Gambale, 2017. Já na Figura 4 são apresentados os resultados de elevação adiabática de temperatura para concretos confeccionados com cimentos do tipo CP F-40, CP IV e CP V-ARI, referentes às primeiras 24 horas (a) e para o período de 28 dias (b). Figura 4 Resultados de elevação adiabática de temperatura de concretos com o cimento CP II F-40, CP IV e CP V ARI: a) por 24 horas; b) por 28 dias. 45 50 40 45 35 40 35 30 30 25 25 20 46°C) 20 CP IV CP 15 15 CP 10 10 5 5 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (h) Tempo (dia) Fonte: Gambale, 2017. No caso de concreto massa, para minimizar o problema da elevação de temperatura, deve-se fazer o uso de cimentos com baixo calor de hidratação, como os que contém pozolanas (cinzas volantes) ou escórias de alto forno em sua substituição. Essa prática é bastante comum em barragens, nas quais são empregados grandes volumes de concreto em estruturas massivas. No Brasil, o cimento Portland de baixo calor de hidratação deve atender aos requisitos químicos, físicos e mecânicos estabelecidos conforme seu tipo e classe originais. Na Tabela 2 apresentam-se as prescrições normativas sobre calor de hidratação para variadas normas. Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 5 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 Tabela 2 Prescrições normativas de calor de hidratação para cimento Portland de baixo calor de hidratação. Normas Tempo (h) Calor de hidratação (J/g) NBR 16697/18 41 270 72 250 ASTM C150 672 290 72 250 BS 1370:1979 672 290 EN 197:2011 41 270 Fonte: Elaborado pela autora. Uma medida comum para minimizar os efeitos do calor de hidratação do concreto é evitar uma exagerada elevação da temperatura na estrutura através de intervenções na composição do material. Assim, com esse objetivo, pode-se, por exemplo, reduzir o consumo de cimento, por meio de substituições. A substituição de clínquer por adições minerais reduz a cinética da reação de hidratação, podendo reduzir também a sua amplitude, se a pozolana for de baixa reatividade (FURNAS, 1997), conforme observado na Figura 5. Figura 5 Resultados dos estudos realizados da elevação adiabática da temperatura em concretos que utilizaram cimentos com diferentes porcentagens de escória de alto-forno. Cimento Adição 60 Dosagem a/c Tipo % 50 40 E-3778 323 Ref. de 30 20 E-3822 309 55 0,535 E-3778 E-3822 E-3882R 10 E-3882R 301 80 10 15 20 25 30 Tempo (dias) Fonte: 1997 A variação dos valores no calor de hidratação dos cimentos pode estar relacionada à grande variabilidade na quantidade de adição mineral para cada tipo de cimento, sendo a adição de escória de alto forno de 6% até 34% para os cimentos tipo CP II, e adição de 35% até 70% de adição de material pozolânico para os cimentos tipo CP III, além das características da solubilidade e reatividade das adições minerais e fases do clínquer e área específica destes materiais (FUNAHASHI JR., 2018). A ASTM C150 (2012) descreve cinco tipos de cimentos principais para uso em fábricas de pré-moldados e a Figura 6 ilustra o aumento da temperatura adiabática de concreto com os cimentos tipo I, considerado um cimento geral para todos os fins e usado quando as propriedades especiais dos outros tipos de cimento não são necessárias, e o tipo II. especificado em cenários em que o produto de concreto deve exibir maior resistência aos sulfatos, e o efeito das cinzas volantes no aumento da temperatura adiabática de concreto. Este é o aumento teórico da temperatura se o concreto não for Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 6 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 Figura 6 - Efeito das cinzas volantes e diferentes tipos de cimento no aumento da temperatura adiabática de concreto. 100 80 60 de 40 Cimento Tipo Cimento Tipo II 20 75% Cimento Tipo + 25% Cinza Volante F 75% Cimento Tipo + 25% Cinza Volante F 0 0 5 10 15 20 25 30 Tempo (dias) Fonte: Traduzido pela autora (GADJA; VANGEEM, 2002). A temperatura do concreto varia com a espessura da camada e com o tempo. Quanto mais espessa a camada, maior será a temperatura máxima atingida na reação de hidratação do cimento, até um certo valor que deverá ser próximo da temperatura de lançamento mais a adiabática. Para evitar regiões centrais muito afastadas da atmosfera, o que aprisionará o calor na estrutura por mais tempo, define-se número de camadas e altura delas para que o calor de cada camada possa ser dissipado em grande parte antes de vir mais concreto em cima para atrapalhar essa perda de calor interno. Na Figura 7 é observado a influência do consumo de cimento no fenômeno térmico e influência significativa da altura da camada de concretagem. Figura 7 - Influência do consumo de cimento e altura da camada de concreto no fenômeno térmico. 100 C=550 90 C=500 C=400 C=450 80 C=350 C=300 C=250 70 C=150 C=200 C=100 60 50 40 30 20 0 0,5 1 2 2,5 3 3,5 Altura da Camada (m) Fonte: Gambale e Traboulsi (2015). Todos os empreendimentos devem contemplar um adequado controle tecnológico do concreto, e que leve em conta potenciais riscos térmicos e manifestações patológicas. Quando existem riscos de patologias de cunho térmico, além de cuidados para controlar o Revista do CREA-PR - ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 - página 7 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN 2358-5420 calor de hidratação do cimento, deve-se levar em conta também a geometria da estrutura, a fim de evitar fissuras que possam ser potencializadas pelo efeito térmico (GAMBALE, 2017). A variação de temperatura também muda com a região do concreto analisada, como pode ser notado na Figura 8. Para o centro da estrutura têm-se as maiores temperaturas atingidas, enquanto no topo acontece o inverso. Isso resulta num gradiente de temperatura para o concreto que é o responsável pela fissuração, por isso o isolamento térmico da superfície no processo de cura é importante. Figura 8 Vista superior (a) e corte (b) da localização dos termopares utilizados para o monitoramento da temperatura nos blocos e temperaturas máximas e mínimas. 90,0 70,0 °C 50,0 40,0 (a) 30,0 20,0 Local de medição de temperatura 10,0 0.45m 0,0 °C TR TR TR TR TR TR01 00 01 02 03 04 0.45m (b) T Máx 81,1 42,3 T Min 30,8 30,0 20,9 . ** ** 0.50m 0.50m 0.50m 0.50m Fonte: Gambale, 2017. 2.2 Cura térmica A cura do concreto pode ser entendida como o conjunto de medidas que tem por finalidade evitar a evaporação prematura da água necessária para a hidratação do cimento, que é responsável pela pega e endurecimento do concreto. A finalidade da cura é manter o concreto saturado, ou o mais próximo possível dessa condição até que os espaços inicialmente ocupados pela água sejam ocupados pelos produtos da hidratação do aglomerante empregado. A cura adequada é fundamental para que o concreto alcance o seu melhor desempenho, resultando em uma redução de porosidade e, por conseguinte ganho de durabilidade das estruturas (BARDELLA et al., 2005). De acordo com a NBR 9062 (2017), o processo de cura térmica deve ser bem controlado, pois a grande perda de água em altas temperaturas podem influenciar negativamente na resistência e causar danos nas peças. Portanto deve-se levar em conta as fases de tempo de espera entre o fim da concretagem e o início da aplicação do calor, velocidade máxima da elevação da temperatura, temperatura máxima, tempo de aplicação do calor e esfriamento. Ao se utilizar a cura a vapor deve-se estabelecer a curva de temperatura em função do tempo mais conveniente para o processo de produção. Devem ser respeitados os seguintes parâmetros: a) incremento máximo na elevação de temperatura: 20°C/h; b) temperatura máxima no elemento submetido a tratamento de vapor sob pressão atmosférica: 70°C; c) decréscimo de temperatura no resfriamento de no máximo 30°C/h. Revista Técnico-Científica do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 8 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 O aumento da temperatura na cura do concreto conduz ao aumento da taxa de hidratação do cimento Portland e, por conseguinte, ao aumento da resistência à compressão nas primeiras idades (DESCHNER et al., 2013). Este método de cura funciona como um acelerador das reações de hidratação do cimento. Uma temperatura mais alta durante e depois do contato inicial do cimento com a água, a extensão do período de latência é reduzida de modo que a estrutura total da pasta de cimento hidratada se define mais cedo (NEVILLE, 2016). Além disso, com a elevação da temperatura aumenta-se a velocidade de dissolução dos constituintes anidros do clínquer. Sendo assim, a cura térmica deve ser criteriosamente avaliada, levando-se em consideração todas as variáveis intervenientes, para que os resultados esperados sejam alcançados e os efeitos colaterais indesejados evitados, como a queda de resistência em idades mais avançadas e perda de desempenho, tendo em vista a ocorrência do desenvolvimento de uma microestrutura mais porosa ou ainda pela formação tardia de etringita TOHUMCU, 2013; BRITO, 2013). De acordo com Taylor, Famy e Scrivener (2001), ao final da cura térmica, uma grande quantidade de e SO3 se encontra no C-S-H (silicato de cálcio hidratado), sendo que o alumínio se apresenta fortemente ligado neste produto, substituindo a sílica e fixando-se nos espaços entre as suas camadas. O alumínio poderá também estar combinado nas fases aluminatos hidratados como a hidrogranada (C3AH6). Por sua vez, os sulfatos podem estar presentes na solução dos poros, no monossulfato ou adsorvido no C-S-H. Quando o material é armazenado sob condições de temperatura ambiente e alta umidade, a maior parte do alumínio que se fixou ao C-S-H permanece nesta fase, o que está presente na hidrogranada se encontra fortemente ligado. A disponibilização do alumínio para a reação poderá ocorrer a partir da hidratação contínua do clínquer, mas a sua concentração na solução dos poros é extremamente baixa. Logo, a maior fonte do passa a ser o monossulfato, o que torna mais provável formação da etringita. Desta maneira, os principais reagentes para a formação da etringita tardia são C-S-H, solução dos poros e monossulfato (MELO, 2010). Na Figura 9 é possível verificar a diferença entre calor de hidratação acumulado para cimento composto com 6% e 70% de escória de alto forno para diferentes temperaturas de cura térmica. Figura 9 Valores comparativos de calor de hidratação acumulado para cimento composto com 6% (a) e 70% (b) de escória de alto forno. CP E6 (CI) CP E70 (CI) CP II E6 (23°C) CP II E6 (44°C) CP II E6 (65°C) CP II E70 (23°C) CP II E70 (44°C) CP II E70 (65°C) 301 271 284 362 371 362 385 319 334 333 351 224 230 243 298 206 174 133 41h 72h 168h 41h 72h 168h Fonte: FUNAHASHI JR., 2018. 3 RISCOS POTENCIAIS AO CONCRETO 3.1 Riscos de fissuração Segundo Fairbairn et al. (2003) e Carvalho (2002), grandes estruturas de concreto, tais como barragens, blocos de fundação e lajes de pontes, podem estar sujeitas a fissurações, principalmente nas primeiras idades de maturação do cimento Portland devido às tensões Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 9 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN 2358-5420 térmicas e a indução da retração autógena. Por isso é importante assegurar que a evolução de calor seja controlada, permitindo assim que a mistura desenvolva uma microestrutura densa, homogênea e livre de fissuras. As variações de temperatura ambiente e no concreto endurecido originam mudanças de forma e volume, provocando movimentação de contração e dilatação. Se tais mudanças são impedidas pela vinculação da estrutura da obra, tensões que podem produzir a fissuração do concreto são geradas (CASTRO; MARTINS, 2006). A diferença entre as temperaturas internas e externas do concreto massa, ou seja, o gradiente de temperatura, faz com que o concreto se deforme ocasionando as fissuras. Quanto maior o gradiente de temperatura, maior a possibilidade do surgimento de fissuras, e maior também as aberturas dessas fissuras devido ao aumento das tensões (COELHO, 2012). De acordo com o ACI 301 (2020), a temperatura máxima atingida no concreto massa não deve ultrapassar 70°C e a diferença de temperatura máxima entre o centro e a superfície de colocação não deve ultrapassar 19°C, podendo variar de acordo com a litologia do agregado. Essas temperaturas devem ser medidas de acordo com plano de controle térmico para se evitar problemas como fissuras no concreto. A fluência no concreto massa pode ser decisiva na atuação sobre o problema térmico, pois é capaz de contribuir para redução da probabilidade de fissuras, quando for possível reduzi-la nas primeiras idades e aumentá-la em idades mais avançadas, incrementando a capacidade deformacional da estrutura. Pode ainda potencializar o aparecimento de fissuras de origem térmica quando à magnitude da fluência for aumentada nas primeiras idades e reduzida com o passar do tempo, amenizando o acúmulo de tensão de compressão na fase de aquecimento da estrutura e posteriormente contribuindo para o aumento das tensões de tração na fase de resfriamento (SANTOS, 2011). O concreto, quando submetido a elevadas temperaturas, tende a expandir proporcionalmente ao seu coeficiente de dilatação térmica. Nas idades iniciais o concreto se apresenta no estado plástico, portanto, não apresenta restrições consideráveis, porém à medida que as reações de endurecimento vão ocorrendo e o concreto passa para o estado viscoelástico, as restrições à expansão do concreto aumentam, submetendo-o a tensões de compressão, as quais são de pequena magnitude devido aos efeitos de fluência nas idades iniciais (GAMBALE, 2017). Gambale (2017), realizou uma análise de tensão de protótipos de blocos de fundação de volume de 3,6 por meio de um método simplificado, em que se analisou a tensão instalada em comparação à tração na flexão e à tração direta em que foi possível prever a probabilidade de fissuração do bloco que atingiu temperatura máxima de 100,76°C com cimento CP V ARI e consumo visto que a tensão de tração instalada ultrapassou ambas as resistências à tração. 3.2 Riscos de reações expansivas Além do disposto em 3.1 relacionado às elevadas temperaturas, ainda, acima de 60-65°C ocorre alteração química interna no concreto, modificando o processo de hidratação normal do cimento (MELO, 2010; HASPARYK, KUPERMAN, 2021). O produto de hidratação denominado etringita primária (trissulfoaluminato de cálcio hidratado), responsável em especial pela pega do cimento, se torna instável ou não se forma nas idades iniciais da forma como era esperado. Assim, os íons sulfatos ficarão disponíveis tanto na solução dos poros do concreto, adsorvidos no C-S-H quanto na forma de outros compostos, como por exemplo o monossulfoaluminato de cálcio hidratado. Após o resfriamento do concreto, o meio volta a trazer estabilidade a esse composto etringita, ao longo do tempo, e isso se dá com aqueles íons sulfatos disponíveis, que reagem quimicamente para formá-la. O problema é que isso ocorre quando o concreto já se encontra endurecido, e nessa etapa os produtos que são Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 10 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN 2358-5420 formados ocupam os espaços a ponto de preenchê-los e gerar pressões internas. Essas novas formações (muitas vezes chamadas de neoformações de etringita) são capazes de o concreto, o deteriorando, segundo Hasparyk e Kuperman (2021), sendo o fenômeno conhecido por DEF (Delayed Ettringite Formation) ou formação de etringita tardia, que é um dos tipos de Ataque Interno por Sulfatos (ISA). Gambale et al. (2019) extraiu amostras a partir de um bloco de concreto com cimento CP V ARI e consumo de que atingiu temperatura máxima de 100,76°C, com aproximadamente 2 anos e foram observados, produtos característicos da etringita, tanto pela morfologia como pelo seu quimismo (por microanálise EDS). Essas formações se encontravam de forma importante tanto dispersas na pasta como depositadas nos poros, além de estarem presentes também em algumas zonas de transição entre a pasta e o agregado na forma massiva, sugerindo a DEF, conforme observado na Figura 10. Figura 10 Concreto com CP V (500 a) Grande concentração de cristais de etringita preenchendo o poro; b) Formações de etringita massiva na interface pasta/agregado. Det SEM TESCAN Det SEM HV VEGAS TESCAN WD WD SEM a) View field: 191 NPHA ELETROBRAS FURNAS b) View field NPHA FURNAS Fonte: Gambale et al., 2019. A DEF é influenciada por vários fatores, incluindo as características dos cimentos, a dosagem, a temperatura de lançamento, o patamar de temperatura atingido pelo concreto, mas também pelo tempo de manutenção nesse patamar, além da condição de exposição ao meio (umidade, temperatura, intempéries, etc.) durante a vida útil da estrutura (MELO, 2010; BRONHOLO, 2020). Ainda não existe normalização nacional que trata desse assunto e o único método existente no Brasil para avaliar o potencial de desenvolvimento da DEF foi publicado por FURNAS em 2020, compondo uma instrução técnica com método de em prismas de concreto (IT.GSTE004), em que se sugere um limite de 0,04% para concretos com DEF, já que resultados médios de expansão acima de 0,04% indicaram reduções expressivas nas propriedades mecânicas dos concretos testados até 1 ano de idade. uso de adições minerais pozolânicas em substituição parcial ao cimento pode ter efeitos positivos na minimização do ataque interno por sulfatos, do tipo DEF. Silva et al. (2021) monitoraram concretos com diferentes adições por um período de 8 anos e concluíram que algumas adições minerais, como o fíler calcário e cinza de biomassa, não são eficientes na inibição de expansão frente ao processo de DEF enquanto a sílica ativa, metacaulim e a cinza volante podem ser eficientes, nos percentuais de 10%, 15% e respectivamente. No estudo de Funahashi et al. (2022) é possível verificar que na presença do metacaulim em maiores percentuais, os valores de expansão medidos foram menores, conforme observado na Figura 11. Para as amostras com 12 e 14% de metacaulim, não foram identificadas expansões e sim retrações, porém, ao longo do tempo, é notado um crescimento Revista Técnico-Científica do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 11 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 lento e gradativo das expansões para todas as condições principalmente, para as argamassas contendo 4 e 8% desta pozolana. Figura 11 Dados de expansão por DEF ao longo do tempo amostras contendo metacaulim (MTC). 4MTC 8MTC 12MTC 14MTC 0.015 0.010 0.005 0.000 0 2 4 6 8 12 Idade (mês) Fonte: Funahashi Jr. et al., 2022. Os estudos de DEF, quando envolvem avaliação de adições pozolânicas, mostram a necessidade de análises em idades mais avançadas, como é o caso do método desenvolvido para concreto (HASPARYK et al., 2020) e nos em argamassas o mesmo comportamento tem sido notado (OLIVEIRA et al., 2021). A DEF pode provocar reflexos negativos expressivos às propriedades dos concretos, tanto ao módulo de elasticidade quanto às resistências à compressão e tração (SCHOVANZ et al., 2021). Os estudos mostraram graves consequências da DEF nas propriedades do concreto com um cimento de alta resistência, com reduções da ordem de 55% tanto para a resistência à compressão quanto à tração, e de 72% para o módulo de elasticidade 4 CONSIDERAÇÕES E CUIDADOS RECOMENDADOS Com os avanços tecnológicos para as análises estruturais e melhoria contínua das modelagens matemáticas por meio de softwares, estão sendo observados projetos estruturais de edifícios cada vez mais arrojados. Com o aumento das alturas das edificações e exigências de desempenho de durabilidade, resistências características à compressão (fck) bastante elevadas (superiores à 50 MPa) têm sido especificadas. Inevitavelmente, isto resulta no aumento do consumo de cimento das dosagens e, no caso do concreto massa, aumentam os riscos de fissuração de origem térmica e da DEF já que o aumento da temperatura é iminente. Quando existem riscos que o concreto atinja elevadas temperaturas é de extrema importância a realização de estudos térmicos prévios e que cuidados sejam tomados a fim de mitigar possíveis expansões internas e evitar deterioração precoce do concreto e prejuízos às suas propriedades, afetando a durabilidade e vida útil das estruturas. O controle da elevação da temperatura interna do concreto deve ser feito com um estudo prévio de dosagem do concreto e escolha dos materiais, além de um planejamento de concretagem preliminar e acompanhamento e monitoramento durante a execução da obra. Esses processos devem mobilizar todos os presentes durante o processo produtivo, ou o projetista, a fornecedora de concreto, o tecnologista/laboratório responsável pelo controle tecnológico do concreto e a construtora. Alguns procedimentos podem ser adotados para evitar o atingimento de altas temperaturas, a saber: seleção dos materiais contituintes do concreto com base em modelagens matemáticas, dosagens experimentais e testes em campo; uso de cimentos pozolânicos ou a substituição parcial do cimento por material Revista Técnico-Científica do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 12 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR 2358-5420 pozolânico; seleção de cimentos com baixos teores de C3A; evitar uso de cimentos com elevada área superficial (finura Blaine ou BET); redução do consumo de cimento através do uso de aditivos químicos superplasticantes que ajudam na redução da demanda de água e aumentam a fluidez do concreto, contribuindo dessa forma para redução das máximas temperaturas no interior do concreto; utilização de aditivos estabilizadores de hidratação quando o pico da hidratação é controlado para ocorrer em períodos do dia de menor temperatura ambiente. lançamento do concreto a uma temperatura mais baixa por meio de pré-refrigeração dos materiais e uso de gelo como forma de substituição parcial ou total da água do traço; execução da concretagem em camadas de menores espessuras e com intervalo de no mínimo 48 horas, sendo que o aumento do intervalo possibilita o decréscimo da temperatura máxima atingida; pós refrigeração por meio de serpentinas, que devem ser previstos antes da execução. Isolados ou combinados as estratégias mitigatoras supracitadas visam garantir que a temperatura do concreto não ultrapasse 65 evitando manifestações patológicas advindas do processo exotérmico de hidratação do cimento, especialmente DEF (delayed ettringite formation). A DEF após ocorrência é de díficil controle e correção sendo primordial a adoção de medidas mitigadoras para a garantia da durabilidade de estruturas de concreto sugeitas a sua ocorrência (grandes volumes de concreto, altos consumos de cimento, cimento com elevada finura, entre REFERÊNCIAS ABCP: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND Levantamento de resultados de ensaios de calor de hidratação em diferentes tipos de cimento. São Paulo, 2012. AMERICAN CONCRETE ACI 301-20: Specifications for Concrete Construction. ACI Commitee 301. 69 p., 2020. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE ACI 207.1-21: Mass Concrete Guide. ACI Commitee 207. 34 p., 2022. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, ASTM C 150-07, Standard Specification for Portland Cement, 2012. ABNT: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9062: Projeto e execução de estruturas de concreto pré-moldado. Rio de Janeiro, 2017. 85p. ABNT: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 12006: Cimento Determinação do calor de hidratação pelo método de garrafa de Langavant Método de Rio de Janeiro, 1990. 12p. ABNT: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 16697: Cimento Portland Requisitos. Rio de Janeiro, 2018. 16p. BAUER, S. et. al. Alkali-Silica Reaction and Delayed Ettringite Formation in Concrete: A Literature Review. 2006. BARDELLA, P. S. et. al. Sistemas de Cura em Concretos Produzidos com Cimento Portland de Alto-Forno com Utilização de Sílica Ativa. 1° Encontro Nacional de Pesquisa-Projeto Produção em Concreto Pré-Moldado. São Carlos (SP), 2005. Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 13 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN 2358-5420 BENTZ, D. P. Blending different fineness cements to engineer the properties of cement-based materials. Magazine of Concrete Research, DOI 10.1680/macr.2008.62.5.327, 2010. A. TOHUMCU, i. Effects of different curing regimes on the compressive strength properties of self-compacting concrete incorporating fly ash and silica fume. Materials & Design, V. 51, p. 12-18, 2013. BRITISH STANDARDS INSTITUTION [BSI] BS EN 197, Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements, 2011. BRITISH STANDARDS INSTITUTION [BSI] BS 1370, Specification For Low Heat Portland Cement, 1979. BRITO, M. H. G. Influência da cura térmica a vapor sob pressão atmosférica em características e propriedades de blocos de concreto. Dissertação de Mestrado Universidade Federal de Goiânia 2013. BRONHOLO, J. L. Estudo do ataque individual e misto de DEF e RAA e de seus efeitos deletérios nas propriedades físico-químicas e mecânicas de concretos e argamassas de cimento Portland pozolânico e de alta resistência. Dissertação de Mestrado, LACTEC/IEP, Curitiba, PR, Brasil, 2020. Disponível em: https://lactec.org.br/dissertações. CARVALHO, A. dos G. de. Energia de Ativação dos Concretos: Experimentação e Modelagem. Rio de Janeiro, 2002, Tese (Doutorado). Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE. CASTRO, J.; MARTINS, J. G. Reabilitação: Patologia do Betão Reparação e Reforço de Estruturas. ed., Universidade do Porto, Portugal, 2006. COELHO, N. de A. Um estudo numérico do efeito térmico em concreto massa. Distrito Federal, 2012. Dissertação (Mestrado). Universidade de Brasília. UnB. DESCHNER, F. et al. Effect of temperature on the hydration of Portland cement blended with siliceous fly ash. Cement and concrete research, V. 52, p. 169-181, 2013. FAIRBAIRN, E. M. R, TOLÊDO FILHO, R. D., SILVOSO, M. M., GUERRA, E. A. Modelagem do concreto a poucas idades com aplicações a barragens: novos paradigmas e suas soluções. Projeto P&D ANEEL/FURNAS/COPPE, 2003. FUNAHASHI JR., E. I. Influência do tipo de cimento Portland no desempenho de pastas e argamassas a partir de medidas calorimétricas: uma contribuição ao estudo de desempenho do concreto. Dissertação de Mestrado, IPT, São Paulo, SP, Brasil, 2018. Disponível FUNAHASHI, E.I., OLIVEIRA, S., P.G., HASPARYK, N.P. Estudos de caso de elementos de concreto com altas temperaturas em campo com a incorporação do metacaulim e avaliação da DEF em laboratório, Revista Matéria, v.27, n.2, 2022. FUNAHASHI, E.I., P.G., CONTROLE DA TEMPERATURA DO CONCRETO MASSA DE ELEVADA In: 5° Congresso Brasileiro de Patologia das Construções. Anais [...]. Gramado, RS: Associação Brasileira de Patologia das Construções, 2022. FURNAS, EQUIPE DE. Concretos massa, estrutural, projetado e compactado com rolo- e propriedades. São Paulo: PINI, 1997. Laboratório de Concreto. GADJA, J.; VANGEEM M. Controlling Temperatures in Mass Concrete. Concrete Janeiro, 2002. Revista do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 14 de 15</p><p>REVISTA DO CREA-PR ISSN: 2358-5420 E. A.; TRABOULSI, M. A. "Avaliação da temperatura máxima em estruturas executadas com concreto massa", In: Congresso Brasileiro de Concreto, Bonito, MS, 2015. P. G. Estudo do calor de hidratação do concreto massa e contribuição ao cálculo térmico e à previsão de fissuras de retração. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Goiás UFG, Goiânia, GO, Brasil, 2017. Disponível em: https://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/8037. P. G.; E. A.; HASPARYK, N. P.; et al. Análises térmicas em blocos de concretos e avaliação da presença de DEF. In: 61° Congresso Brasileiro de Concreto, Fortaleza, Ceará, 2019. HASPARYK, N. P., SCHOVANZ, D., KUPERMAN, S. C. Instrução Técnica GSTE004R0 Método de Ensaio para a Avaliação do Potencial de Ocorrência da Etringita Tardia (DEF) em concreto, 2020. Disponível em: HASPARYK, N. P., KUPERMAN, S. C., Reações expansivas deletérias no concreto, Revista Concreto & Construções, vol. 102, pp. 60-66, 2021. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. ed. HASPARYK, N. P. (Ed.). São Paulo: IBRACON, 2014. MELO, R. H. R. Q. Avaliação da formação da etringita tardia (DEF) em laboratório e monitoramento de concretos no tempo. Dissertação de Mestrado Faculdade IMED, Passo fundo 2021. MELO, S. K. Estudo da formação da etringita tardia em concreto por calor de hidratação do cimento. Dissertação de Mestrado Universidade Federal de Goiás 2010. NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto, 5 Ed. Bookman Editora, 2016. OLIVEIRA, OLIVEIRA, A.M.; HASPARYK, N. P. DEF Induction in the Laboratory and Effect of Silica Fume on the Expansions of Mortars", In: XVI CONGRESO LATINOAMERICANO DE PATOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN Y XVIII DE CONTROL DE CALIDAD EM LA CONSTRUCCIÓN CONPAT, Brasil, 2021. SANTOS, S. B. dos. Análise da Fluência do concreto massa nas primeiras idades de carregamento: influência de aditivos plastificantes e adições mineirais. Porto Alegre, 2011, Tese (Doutorado). Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Civil. SILVA, A. S., RIBEIRO, A. LOIC DIVET. Prevention of internal sulfate reaction in concrete. Long-term results of the effect of mineral additions. In: Proceeding of 15° International Conference on Alkali Aggregate Reaction in Concrete 15th ICAAR, Lisboa, 2021. SCHOVANZ, D., TIECHER, F., HASPARYK, N. P., et al. Evaluation of Delayed Ettringite Formation through Physical, Mechanical, and Microstructural Assays, ACI Materials Journal, v.118, pp. 101-109, 2021. H. F. FAMY, C.; SCRIVENER, K. L. Delayed ettringite formation. Cement and concrete research, V. 31, p. 683-693, 2001. VIEIRA, S. Especificando cimentos para concretos duráveis, Revista Concreto & Construções, vol. 99, pp. 96-98, 2020São os documentos efetivamente citados no texto e devem ser apresentados no final do artigo em ordem alfabética. Revista Técnico-Científica do CREA-PR ISSN 2358-5420 edição Abril de 2023 página 15 de 15</p>