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i UNIVERSIDADE PAULISTA ALEXANDRE MARQUES SOARES - T553BD-7 DUWYLHO MORAES GUEDES - T523DG-0 ELMAR PALES LEDO NETO – B4158H-5 JÂNIO ALMEIDA DE SOUSA – B4185C-1 JEAN ANDRADE SILVA – T541BA-4 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO: Atividade Prática Supervisionada GOIÂNIA - GO 2014 ii ALEXANDRE MARQUES SOARES - T553BD-7 DUWYLHO MORAES GUEDES - T523DG-0 ELMAR PALES LEDO NETO – B4158H-5 JÂNIO ALMEIDA DE SOUSA – B4185C-1 JEAN ANDRADE SILVA – T541BA-4 Trabalho de Atividades Práticas Supervisionadas para complementação das atividades acadêmicas de graduação em Engenharia Civil apresentado à Universidade Paulista - UNIP. Orientador: Prof. Bruno Rocha Cardoso GOIÂNIA - GO 2014 iii TERMO DE APROVAÇÃO Atividade Prática Supervisionada Atividade apresentada ao corpo docente do curso de graduação em Engenharia Civil do Departamento de Tecnologia da Universidade Paulista, como parte dos requisitos necessários à aprovação da disciplina Atividade Prática Supervisionado do Quinto Período de Engenharia Civil. Aprovado por: __________________________________ Prof. Bruno Rocha Cardoso Universidade Paulista – GO _____________________________________/____/____ iv DEDICATÓRIA À Deus e a todos os familiares. v “A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original”. Albert Einstein vi RESUMO Nas últimas décadas, os grandes avanços na tecnologia do concreto, proporcionaram o surgimento do concreto de alto desempenho (CAD), cujas características principais, são a elevada resistência mecânica e excelente durabilidade, obtidas com utilização de baixas relações água/cimento. São essas características que o diferenciam do concreto convencional. O CAD é um material que vêm sendo bastante estudado e empregado em diversos países, como Estados Unidos, França, Emirados Árabes, Malásia, entre outros. Nesse sentido, esse trabalho visa estudar e avaliar o comportamento do CAD produzido a partir dos materiais disponíveis em qualquer região. Partindo-se de levantamentos bibliográficos e de estudos acerca do assunto abordado. Com o estudo realizado, observou-se que o aumento da resistência do CAD é em função da diminuição da relação a/c e do aumento dos teores de aditivos acrescentados à mistura do concreto. Palavras-chave: Concreto de alto desempenho; CAD vii LISTA DE ABREVIATURAS a/c Água/cimento ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CAD Concreto de Alto Desempenho fck Resistência característica do concreto NBR Norma Brasileira viii LISTA DE TABELAS Tabela 3.1.1 – Tipos de Concreto.....................................................................14 Tabela 3.2.1 – Classes diferentes de CAD.......................................................20 Tabela 4.4.1 – Principais tipos de Aditivos.......................................................31 ix LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Evolução do CAD (Décadas x Mpa).............................................11 Figura 3.1.1 – E-Tower, prédio da cidade de São Paulo construído com CAD ..........................................................................................................................16 Figura 3.1.2 - Burj Khalifa, o edifício mais alto mundo.....................................17 Figura 3.1.3 - Performance do CAD nos arranha-céus dos EUA......................18 Figura 3.3.1 – Interação entre Cimento e Superplastificante.............................24 Figura 4.1.1 – Cimento CP V – ARI...................................................................26 Figura 4.2.1 – Agregado Miúdo.........................................................................27 Figura 4.2.2 – Agregado Graúdo.......................................................................28 Figura 4.5.1.1 – Sílica Ativa...............................................................................32 Figura 5.1 – Relação Água/Cimento..................................................................33 Figura 6.1.1 – Seleção dos Materiais do Concreto...........................................36 Figura 6.1.2 – Mistura dos Materiais do Concreto............................................37 Figura 6.1.3 – Ensaio com Slump Test.............................................................37 Figura 6.1.4 – Corpo de Prova do Concreto.....................................................38 Figura 6.1.5 – Rompimento do Corpo de Prova do Concreto..........................38 Figura 6.3.1 – Caminhão Betoneira..................................................................41 Figura 6.3.2 – Ensaio com Slump Test.............................................................41 Figura 8.1 – Central de Concreto......................................................................43 Figura 8.2 – Funcionamento da Central à Obra...............................................44 x SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO................................................................................................11 2 OBJETIVOS....................................................................................................13 2. 1 Objetivo Geral.............................................................................................13 2. 1 Objetivos Específicos..................................................................................13 3 DESENVOLVIMENTO.....................................................................................14 3.1 Histórico e Definições do CAD.....................................................................14 3.2 Conceito.......................................................................................................14 3.3 Adições.........................................................................................................22 4 PRINCIPAIS COMPONENTES.......................................................................26 4.1 Cimento........................................................................................................26 4.2 Agregados....................................................................................................26 4.3 Zona de Transição.......................................................................................29 4.4 Superplastificante.........................................................................................30 4.5 Adições Minerais..........................................................................................31 4.5.1 Sílica Ativa.................................................................................................325 RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO NO CAD...........................................................33 6 DOSAGEM DO CAD.......................................................................................34 6.1 Ensaios em Laboratório...............................................................................36 6.2 Estudo do Traço Piloto.................................................................................39 6.3 Teste no Caminhão Betoneira.....................................................................39 7 DURABILIDADE DO CAD ............................................................................42 8 CENTRAL DE CONCRETO............................................................................42 9 CONCLUSÃO.................................................................................................45 10 REFERÊNCIAS.............................................................................................45 11 1 INTRODUÇÃO Ao longo dos anos o concreto de alto desempenho vem tendo uma grande evolução, ele surgiu por volta da década de 60 nos Estados Unidos, desde então até alguns anos atrás ele era chamado de concreto de alta resistência, pois, seu objetivo era apenas de aumentar a resistência à compressão. Com o passar dos anos foi visto que ele contribuía com outras propriedades como a durabilidade e baixa porosidade e etc. Nas últimas duas décadas foram feitos estudos aprofundados sobre o assunto a fim de informar os engenheiros sobre suas propriedades para adaptar dentro das normas de concreto as características diferentes deste novo material. A figura 1.1 mostra a evolução do concreto de alto desempenho (CAD) nas ultimas décadas: Figura 1.1 – Evolução do CAD (Décadas x MPa). Atualmente o concreto é o material mais utilizado em construções civis no mundo inteiro. A história diz que foram os romanos os primeiros a usar este tal material. Ele é feito basicamente de cimento Portland, água e agregados graúdo e miúdo, o que trás a diferença entre os tipos de concreto é o aditivo a ser utilizado. O aditivo é escolhido conforme a utilização do material na obra a ser executada. Há 12 também diferenciação do concreto conforme sua ferragem, que pode ser o concreto armado (ferragens passivas), concreto protendido (ferragens ativas). Além disso, existem vários tipos de concretos especiais, como o concreto translúcido, concreto com fibras, que são utilizados conforme necessidades especificadas pelo projeto. O concreto utilizado nos principais tipos de obras civis apresenta resistência característica, aos 28 dias, na faixa de 20 a 30 Mpa. Já o denominado Concreto de Alto Desempenho (CAD) ou Concreto de Alta Resistência (CAR) apresenta uma resistência característica à compressão, aos 28 dias, na faixa de 40 a 90 Mpa. Trata- se de material de construção recente. Os países que mais utilizam o CAD são os EUA, Noruega e Japão. O edifício em concreto armado mais alto do mundo, o Burj Kalifa, localizado em Dubai, nos Emirados Árabes teve sua construção viabilizada em função do concreto de alta resistência, o qual possibilitou a redução das seções dos pilares e do volume total de concreto e aço utilizados na obra. As propriedades do concreto, tanto no estado fresco como no estado endurecido, podem ser modificadas pela adição de certos materiais na dosagem, isso traz como consequência o enorme crescimento da indústria de aditivos e adições minerais nos últimos 40 anos. Em alguns países não é incomum o fato de que 70 a 80% de todo o concreto produzido contenha um ou mais aditivos; assim é absolutamente importante que os engenheiros civis estejam familiarizados acerca dos aditivos e adições comumente empregados, juntamente com suas aplicações e limitações. Este tipo de concreto é composto por cimento Portland comum, agregados, aditivos e minerais como: sílica, escória granulada de alto forno, etc... O cimento compõe entre 5% a 15% da mistura e os aditivos são de 5 litros a 15 litros por metros cúbicos de concreto. Uma das características de maior relevância do concreto de alto desempenho é o fato do mesmo trazer uma grande economia para a obra, pois, na sua preparação se usará menos água, menos cimento, menos agregado e também reduz o uso de outros tipos de materiais, outro fator importante para o uso deste concreto é sua alta resistência. 13 Hoje em algumas regiões brasileiras o CAD é empregado em pilares de edificações, em pontes e obras de arte especiais, peças pré- fabricadas, pisos e pavimentos ou em recuperações estruturai e estruturas pré-fabricadas as fôrmas, moldes e mesas de moldagens, podem ser reutilizados mais rapidamente. Já em peças protendidas podem receber a proteção mais cedo, trazendo benefícios para a velocidade e economia da obra. O Brasil sempre se destacou pelo seu bom uso da tecnologia em concreto em suas estruturas e com orgulho nacional, ostenta obras de grande complexibilidade e magnitude como Hidroelétrica de Itaipu, a Ponte Rio Niterói e a rodovia dos Imigrantes, entre outras. Ao final deste trabalho, concluímos que uma das maiores vantagens desse material é sua reduzida capacidade de carga por unidade de custos maior do que a obtida em concretos convencionais, compensando os custos envolvidos na sua produção. Como se relatou, o Concreto de Alto Desempenho é um material que apresenta vantagens em relação aos concretos convencionais, embora apresente comportamentos peculiares que demandam cuidado para assegurar seu desempenho. Neste trabalho encontram-se definições importantes, características, propriedades em geral, suas aplicações e outros dados necessários para melhor compreensão do CAD. 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral Realizar um estudo sobre as propriedades e aplicações do concreto de alto desempenho. 2.2 Objetivos Específicos Estudar o histórico e os ramos de uso do concreto de alto desempenho. 14 3 DESENVOLVIMENTO 3.1 Histórico e Definições do CAD O concreto convencional se comparado com o concreto de alta resistência fica bastante evidente a superioridade do segundo citado, pois, as estruturas feitas com este material tem praticamente sua área duas vezes menor do que as estruturas feitas com concreto convencional, portanto fica evidente a escolha de sempre que possível optar pelo concreto de alto desempenho, pois, com essa escolha será gerado um baixo custo para a obra, uma grande resistência e uma maior durabilidade. Nas propriedades do concreto, a resistência é umas das mais importantes. A escolha de se abordar a resistência à compressão do concreto de alto desempenho se dá ao fato de que é a propriedade imposta pelas normas técnicas. É geralmente especificada em projetos. Existem vários outros tipos de concretos, conforme demostrado na Tabela 3.1.1: Tabela 3.1.1 – Tipos de concreto. 15 No século passado, um grupo de projetistas e produtores de concreto propôs lançar o concreto de alta resistência. Naquela época o concreto que era usado pela indústria da construção tinha uma resistência à compressão de apenas 15,0MPa a 30,0MPa. Nesse período os produtores de concreto contavam apenas com aditivos redutores de água baseados em lignossulfonatos (que variavam em composição e pureza) e de adições tipo cinza volante, os quais eram utilizados na dosagem do CAD. Apesar desses inconvenientes de não dispor de materiais inovadores para a dosagem do CAD, esses tinham ganhado de resistência que variavam de 10,0MPa a 15,0MPa (AÏTCIN, 2000). O conhecimento e aplicação do concreto de elevado desempenho vem sendo progressivaatravés dos anos, apesar de, muitas vezes ser considerado um material relativamente novo. Como o seu avanço vem mantendo-se continuo, o termo concreto de elevado desempenho vem sofrendo variações em sua definição. Na década de 1950 o concreto com resistência a compressão de 34 MPa era considerado de alta resistência. Na década de 60 a resistência do concreto usado comercialmente passou para o intervale de 40 a 50 MPa. No inicio dos anos 70 o concreto de alta resistência era produzido com uma resistência em torno de 60 MPa. Mais recentemente, vem sendo usado nas construções de edifícios concretos com uma resistência a compressão de aproximadamente 140 MPa. O concreto de alto desempenho e aquele que apresenta uma resistência a compressão no intervale de 50 a 100 MPa e, por sua vez, considera como concreto de ultra-alto desempenho aquele que possui uma resistência a compressão acima de 100 MPa. De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 1996), o concreto de elevado desempenho e um concreto com propriedade superior aqueles concretos tradicionais, sobretudo quanto a durabilidade e a resistência. Considera ainda: Concreto tradicional: 15 a 35 MPa; Concreto de alto desempenho: > 35 MPa. 16 Esta faixa apresenta-se mais apropriada a nossa realidade, onde mesmo apresentando uma ênfase maior em relação a resistência, considerações já são feitas quanto a durabilidade. A escolha dos materiais utilizados, este termo era mais conhecido como concreto de alta resistência, e, há disso, era usado apenas para diferenciar um concreto comum utilizado nas construções para um concreto de alta resistência obtidas nas especificações da época. No Brasil um dos principais prédios construídos com o CAD é o E-Tower, com fck de projeto de 80,0MPa, sendo que alguns pilares atingiu-se 125,0MPA. Fica localizado na cidade de São Paulo (Figura 3.1.1). Figura 3.1.1 – E-Tower, prédio da cidade de São Paulo construído com CAD. Fonte: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/77/E- Tower2.JPG/200px-E Tower2.JPG Acesso em 15/05/2014. 17 Nos Emirados Árabes Unidos a principal aplicação do CAD, foi dado à construção do edifício Burj Khalifa, localizado na cidade de Dubai, com impressionantes 828m de altura, é o edifício mais alto do mundo, sua magnitude está representada conforme figura 3.1.2. Figura 3.1.2 – Burj Khalifa, o edifício mais alto do mundo. Fonte: http://arquitetesuasideias.files.word press.com/2013/02/burj_khalifa_predio _mais_alto_mundo_fotografia_360_arquitetura_arquitete_suas_ideias_3.png Acesso em 15/05/2014 18 Atrelado ao aumento da resistência, o CAD incorporou vantagens no seu uso, reduzindo os custos em termos de diminuição das peças concretadas e consequentemente o ganho de espaço nas edificações. Na mesma cidade de Chicago, a resistência à compressão do concreto usado em edifícios, cresceu progressivamente durante um período de 10 anos, passando de 15,0MPa a 30,0MPa para 45,0MPa a 60,0MPa (AÏTCIN, 2000). A Figura 3.1.3 mostra a altura de edifícios no mundo construídos com CAD. Figura 3.1.3 – Performance do CAD nos arranha-céus dos EUA. Fonte: Aïtcin (2000) 3.2 Conceito O CAD é o tipo de concreto que têm resistência à compressão maior que 40,0MPa (embora ainda não exista um consenso na literatura técnica). Na dosagem do CAD, procura-se atingir uma baixa relação água/cimento, o que irá resultar na sua alta resistência característica. Na obtenção de concretos de alto desempenho, sempre são utilizados aditivos e adições. 19 Algumas características são alcançadas pelo CAD, tais como: alta resistência à compressão, baixa permeabilidade, menor consumo de água, menor consumo de cimento, menor consumo de agregados, entre outras. É quase impossível, na prática, conseguir CAD sem a utilização das adições minerais, especialmente nas faixas de resistência acima de 40,0MPa. Essa discussão liga-se às peculiaridades do concreto. O CAD em geral tem como característica essencial a baixa relação água cimento, entre 0,25, e no máximo em torno de 0,40, o que exige a utilização de aditivos superplastificantes, para propiciar aumento da resistência e trabalhabilidade ao concreto (MEHTA, 1994). 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 desempenho inigualável na 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 performace. O Concreto de Alto Desempenho é um material entendido como uma evolução tecnológica dos concretos tradicionais, fruto da pesquisa aplicada e resultado da introdução conjunta, no elenco das matérias primas básicas do concreto, de adições minerais e aditivos químicos. O desenvolvimento destes materiais, principalmente a descoberta da extraordinária ação de dispersão dos aditivos superplastificantes, que permitem a redução de água em relação à quantidade de cimento, é diretamente responsável pelo espetacular aumento da resistência à compressão dos concretos (AÏTCIN, 1995). Os concretos de alto desempenho contêm os seguintes materiais: agregados comuns, cimento Portland comum, adição mineral (sílica ativa, fumo de sílica, cinza volante, escória granulada de alto forno), geralmente entre 5% a 15% da massa de 20 cimento, e sempre um superplastificante. O teor de superplastificante é alto, 5 a 15 l/m³ de concreto. Segundo Neville (1997), esse teor de aditivo permite a redução do teor de água de 45 l/m³ a 75 l/m³ de concreto. O autor considera concretos de alto desempenho aqueles cuja relação água/cimento seja inferior a 0,35. O emprego de aditivos como superplastificantes, combina-se às vantagens da sílica ativa para propiciar concretos cujas características vão além da elevada resistência; na verdade, o CAD pode agregar durabilidade, esbeltez e menor custo às obras, que são motivos suficientes para que se descubram as vantagens técnicas do material, contribuindo na economia e racionalidade das obras. As vantagens do CAD com relação ao concreto convencional são bastante visíveis. As estruturas de concreto produzidas com concreto convencional têm área em torno de duas vezes maior que a das estruturas, executadas com CAD. Ou seja, a opção gera ganhos econômicos significativos. A Tabela 3.2.1 classifica os concretos de alto desempenho suficientes para que se descubram as vantagens técnicas do material, contribuindo na economia e racionalidade das obras. Para se ter o máximo de aproveitamento do concreto de alto desempenho é preciso controlar a entrada de água na sua produção também o transporte dele para o local onde será usado pois se o transporte não for adequado ele perderá grande parte de suas propriedades. A escolha do material é fundamental na produção do concreto para o cimento é preciso ter conhecimento da sua finura, composição química e compatibilidade com os agregados, na escolha do agregado miúdo é relevante que seja natural ou 21 artificial com módulo de finura entre 2,7 e 3,2 e totalmente puro sem impurezas orgânicas, argila e silte, os agregados graúdos é preciso terboa resistência a compressão propriedades químicas que não ajudam na deterioração do concreto e o mínimo possível de pó no agregado. Quando ocorre o endurecimento total do cimento sua estrutura fica dividida em três fases; pasta de cimento, agregado e zona de transição. O agregado é inteiramente responsável pela massa unitária, módulo de deformação, durabilidade, estabilidade dimensional do concreto endurecido e também resistência à abrasão, mas ele não tem uma forte influência na resistência do concreto, ele exerce um papel secundário nos casos que tenham agregados porosos e fracos, a sua composição de minérios e porosidade afeta na resistência a compressão, dureza módulo de deformação que influenciam muitas propriedades do concreto endurecido contendo o agregado (Metha1994). Se preparar um concreto com agregados diferentes independente da proporção da mistura, observa-se através de ensaios que a influência sobre a resistência do concreto é igual. É provável que na resistência do concreto a influência do agregado não seja somente sua resistência mecânica, mas também e bastante significativa, sua absorção e características da aderência. Quando se tem uma melhora na zona de transição do agregado a transferência de tensões se torna mas eficaz, mas as propriedades mecânicas do agregado se torna mais frágeis tendo como resultado a diminuição da resistência do concreto. A reação química dos minerais do cimento com água forma a pasta de cimento, que tem como importância na dosagem do concreto agir como aglomerante. Esta pasta influência na durabilidade e na estabilidade dimensional por sua vez é influenciada não só pela proporção da pasta, mas, também pelos aspectos microestruturais (Mehta, 1994). A porosidade da relação água cimento acaba diminuindo sua resistência, para melhorar a resistência deve-se diminuir o máximo possível de poros (Price2003). Localizado no contato das partículas do agregado graúdo com a pasta de cimento está a zona de transição, ela possui em sua estrutura propriedades 22 diferenciada e mais frágil que acaba ocorrendo a ruptura do concreto, nesta faze se tem alto nível de porosidade. Para se desenvolver um concreto de alto desempenho o primeiro material a ser escolhido é o cimento, a escolha do cimento mais adequado para esta produção influência na resistência e na aderência pasta e agregado. É recomendável que se use um cimento que tenha um maior teor de C3S e C2S, esses componentes ajudam na resistência do concreto. Outro fator importante na produção do concreto de alto desempenho é a escolha do agregado graúdo, essa escolha é bem mais influenciável neste concreto do que no concreto comum, se não escolhido corretamente a pasta e a zona de transição podem ser resistentes tanto quanto o agregado graúdo, obtendo-se uma ligação enfraquecida dentro do concreto. As dimensões ideais para o agregado graúdo é entre 10,0mm e 19,0mm Neville (1997). A porosidade e a permeabilidade do agrado graúdo influência na resistência e durabilidade do concreto é indispensável à observação de alguns fatores na escolha do agregado. 3.3 Adições Os aditivos usados no concreto são produtos químicos adicionados na dosagem do concreto para melhoras algumas características econômicas e físicas do concreto, são adicionadas por volta de 5% de aditivos em relação à massa do cimento, suas melhorias são; a economia na dosagem (menos cimento), durabilidade e redução de peças de concreto. Quando adicionado, o aditivo pode modificar propriedades importantes do concreto, com isso houve um alavancamento das indústrias de aditivo com aproximadamente 200 tipos de produtos vendidos na Europa, nos dias atuais a grande maioria do concreto produzido em alguns países possui no mínimo um aditivo (Mehta1994). O uso de aditivo não é a solução para falta de qualidade dos outros ingredientes do concreto. Também são usados aditivos que reduzem a relação água cimento aumentando a trabalhabilidade e a resistência do concreto. Ele melhora a hidratação do cimento, com isso o cimento é distribuído de maneira uniforme no concreto obtendo uma maior resistência. A redução de água que esses aditivos 23 proporcionam é de 5,0% a 10,0% podendo chegar até 15,0% em concreto de alta trabalhabilidade. Existe um tipo de aditivo que reduz água do concreto de maneira mais intensa do que os convencionais, este é mais conhecido como superplastificantes, que são polímeros orgânicos hidrossolúveis, obtido sinteticamente através de um processo de polimerização. Também são aniônicos com vários grupos polares na cadeia de hidrocarboneto, forma-se longas moléculas que unem-se com as partículas de cimento com carga negativa, e também causam uma dispersão. Com isso partículas com cargas opostas em vez de atrair-se acabam se repelindo gerando uma hidratação mais rápida e melhor, e o resultado final é um concreto de alta trabalhabilidade e alta resistência. Abaixo encontra-se algumas categorias do superplastificantes. Condensados sulfonados de melamina-formaldeídos Condensados sulfonados de naftaleno-formaldeídos Condensados de lignosulfonados modificados Ésteres de ácido sulfônicos(sendo utilizado de menor escala). Os superplastificantes são capazes de reduzir o teor de água de 3 a 4 vezes em um traço de concreto, quando comparado com aditivos comuns, ele foi desenvolvido nos anos 70 e tem uma excelente aceitação na indústria da construção. Existem inúmeras pesquisas sobre a reação de hidratação de cimento com superplastificantes alguns pesquisadores estudam aspectos físicos, outros aspectos químicos e também um estudo mais aprofundado para o cimento verificando os efeitos do superplastificantes nas partes do concreto, mas ainda não existe uma teoria explicando os efeitos dos superplastificantes sobre as partículas de cimento durante a mistura e hidratação inicial. A figura 3.3.1 representa uma ilustração da interação entre o cimento e o superplastificante. 24 Figura 3.3.1 – Interação entre cimento e superplastificante Fonte: Complexidade das interações entre cimento Portland, sulfato de cálcio e aditivos segundo C. Jolicoeur e P.C. Aïtcin. Os aditivos minerais tem em sua composição pozolanas no estado natural ou artificial que são produzidos em usinas termelétricas e metalúrgicas. Alguns aditivos minerais mais comuns são; sílica fume ou microssílica e as cinzas volantes, esse aditivo é usado para dar uma melhoria generalizada nas propriedades do concreto eles diminuem os vazios no concreto melhorando a trabalhabilidade, estabiliza a temperatura do concreto para que a temperatura não haja elevação térmica com isso evita fissuras na estrutura, aumenta a resistência mecânica, tem uma maior 25 permeabilização do concreto, pois suas partículas muito finas cerca de 100 vezes menor do que as partículas de cimento preenchem os vazios da pasta diminuindo a porosidade do concreto. A sílica fume é um mineral obtido na fabricação do ferro silico, quando a sílica entra em contato com o hidróxido de cálcio que é liberado pela hidratação do cimento resulta na formação silicato de cálcio hidratado. Por causa da ação pozolânica o tamanho dos poros é reduzido deixando eles incomunicáveis entre si, com isso impede a passagem de líquidos e agentes agressivos. A figura 3.3.2 representa uma visualização do efeito da sílica no concreto. Figura 3.3.2 – Efeito da Sílica no concreto Fonte: http://cimentoitambe.com.br/wp-content/uploads/2009/08/cura-interna1.jpg Acesso em 15/05/2014. No concreto de alto desempenho a sílica é quase indispensável, pois, ela tem uma eficiênciacimentícia três vezes mais do que o cimento Portland, com isso tem- se uma alta resistência com quantidade menor de cimento. Para que se tenha uma melhor eficiência é importante sempre ser usado juntamente com superplastificantes. Essa combinação faz com que sílicia aja de duas maneiras a primeira reação é a reação pozolânica, a segunda é o efeito fíler, ela preenche os vazios criados pela água criando uma estrutura porosa muito mais densa. 26 4 PRINCIPAIS COMPONENTES 4.1 Cimento O cimento quando misturado com a água, forma a pasta de cimento, que tem muita importância na dosagem do concreto, agindo como aglomerante. Esta pasta influência na durabilidade e na estabilidade dimensional, que por sua vez é influenciada não só pela proporção da pasta, mas, também pelos aspectos microestruturas (Mehta, 1994). Vale lembrar, que a proporção água/cimento tem que ser adequada, pois a água em excesso acaba diminuindo sua resistência final. Outro aspecto relevante na constituição de uma pasta, e que também influencia na resistência final do concreto, são os poros, que podem surgir em decorrência de eventuais má execução ou aplicação dos materiais, além das fissuras, que pode surgir durante o processo de pega, provocado pela liberação do calor de hidratação. Portanto, para melhorar a qualidade e a resistência da pasta ou concreto é preciso reduzir os poros ao máximo possível (Price2003). A figura 4.1.1 mostra um tipo de cimento utilizado na fabricação do CAD. Figura 4.1.1 – Cimento CP V - ARI Fonte: http://www.queroquero.com.br/sites/default/files/imagecache/product_full/21150.jpg Acesso em 15/05/2014. 27 4.2 Agregados Os agregados para concreto e argamassa podem ser definidos como materiais de forma granular, de origem natural ou artificial, relativamente inertes, classificados em função das dimensões de suas partículas e que, ao serem misturados com cimento Portland, em presença de água, adquirem um aspecto compacto. O volume de agregados existente no concreto varia de 70% a 80% do volume total, portanto é inegável a sua importância e influência nas propriedades e características do mesmo. É ele o responsável pela massa unitária, módulo de deformação, durabilidade, estabilidade dimensional do concreto endurecido, e também a resistência à abrasão, mas ele não tem uma forte influência na resistência do concreto, ele exerce um papel secundário nos casos que tenham agregados porosos e fracos, a sua composição de minérios e porosidade afeta na resistência a compressão, dureza e módulo de deformação, que influenciam muitas propriedades do concreto endurecido, contendo agregado inadequado (Metha1994). Se preparar um concreto com agregados diferentes independente da proporção da mistura, observa-se através de ensaios que a influência sobre a resistência do concreto é igual. É provável que na resistência do concreto a influência do agregado não seja somente sua resistência mecânica, mas também e bastante significativa, sua absorção e características da aderência. Quando se tem uma melhora na zona de transição do agregado a transferência de tensões se torna mais eficaz, mas as propriedades mecânicas do agregado se tornam mais frágeis tendo como resultado a diminuição da resistência do concreto. Figura 4.2.1 – Agregado Miúdo. Fonte: http://www.google.com.br/Agregado_miudo.jpg Acesso em 15/05/2014. 28 Outro fator importante na produção do concreto de alto desempenho é a escolha do agregado graúdo, essa escolha é bem mais influenciável neste concreto do que no concreto comum, se não escolhido corretamente a pasta e a zona de transição podem ser resistentes tanto quanto o agregado graúdo, obtendo-se uma ligação enfraquecida dentro do concreto. As dimensões ideais para o agregado graúdo é entre 10 mm e 19 mm. Neville (1997). A porosidade e a permeabilidade do agregado graúdo, influência na resistência e durabilidade do concreto. Figura 4.2.2 – Agregado Graúdo. Fonte: http://www.google.com.br/Agregado_graudo.jpg Acesso em 15/05/2014. É indispensável a observação de alguns fatores na escolha dos agregado, pois sendo eles os responsáveis por: . Trabalhabilidade; . Resistência mecânica; . Módulo de deformação; . Massa específica; . Características térmicas; . Variações volumétricas; 29 . Exsudação; . Durabilidade. Portanto, é primordial que a qualidades destes seja inquestionável, entretanto nem sempre é possível encontra-los na região onde se deseja produzir um concreto de alto desempenho. E apesar deles terem aspectos muito positivos, também possuem os aspectos negativos, tais como: . Excesso ou deficiência de partículas finas; . Grãos de formato lamelar; . Excesso de impurezas orgânicas; . Excesso de torrões de argila; . Agregados potencialmente reativos; . Agregados em decomposição; . Baixa resistência mecânica dos grãos. O que inviabiliza a produção de um concreto de alto desempenho. 4.3 Zona de Transição Localizado entre as partículas do agregado graúdo e a pasta de cimento, está à zona de transição, ela possui em sua estrutura propriedades diferenciada e mais frágil, onde acaba ocorrendo a ruptura do concreto, em razão do alto nível de porosidade existente nesta zona. Para se desenvolver um concreto de alto desempenho, o primeiro material a ser escolhido é o cimento, a escolha do cimento mais adequado para esta produção, influência diretamente na resistência e na aderência da pasta ao agregado. É recomendável o uso de cimento, que tenha um maior teor de C3S e C2S, pois esses componentes ajudam na resistência do concreto. 30 4.4 Superplastificantes Os superplastificantes são aditivos redutores de água especiais com efeitos mais intensos do que os comuns. Seu uso é considerado um dos mais importantes avanços na tecnologia do concreto, pois tem permitido, entre outros, a produção de concretos de alta resistência, duráveis e de concretos fluidos. Define os superplastificantes como sendo aditivos redutores de água de alta eficiência por serem capazes de reduzir o teor de água de 3 a 4 vezes em um dado traço de concreto, quando comparados a aditivos redutores de água normais. Foram desenvolvidos nos anos 70 e têm já ampla aceitação na indústria da construção em concreto. Mais eficazes que os redutores de água comuns, os superplastificantes podem reduzir o teor de água da mistura do concreto de 25,0% a 35,0%, bem como podem aumentar a resistência em poucas idades de 50,0% a 75,0%. Na mistura seu principal efeito é melhorar a distribuição das partículas de cimento, consequentemente melhora a hidratação resultando no aumento da resistência do concreto para uma mesma relação água/cimento. Quando os superplastificantes são usados para reduzir o teor de água da mistura, a dosagem é de 5 a 20 l/m³ de concreto. O aumento da r e sistência geralmente proporcional à diminuição na relação água/cimento. Com consumos de cimento maiores e relações água/cimento muito menores do que 0,45 é possível atingir taxas ainda maiores de desenvolvimento da resistência. 31 Tabela 4.4.1 – Principais tipos de aditivos Fonte: www.clubedoconcreto.com.br - 2014 Acesso em 15/05/2014. 4.5 Adições Minerais São materiais silicosos finamente moídos, adicionados ao concreto em quantidades relativamente grandes, geralmente na faixa de 20,0 a 100,0% da massa de cimento Portland. Os benefícios derivados do emprego de adições minerais no concreto incluem melhora da resistência à fissuração térmica devido ao calor de32 hidratação mais baixo, aumento das resistências e da impermeabilidade por refinamento dos poros, e uma durabilidade maior ataques químicos (expansão álcali-agregado). 4.5.1 Sílica ativa A sílica ativa (ou microssílica) é um subproduto de fornos a arco e de indução das indústrias de silício metálico e ligas de ferro-silício. Comparando ao cimento Portland comum e as cinzas volantes, a sílica ativa apresenta distribuição granulométrica das partículas duas ordens de grandeza mais finas. Com isso, devido ao pequeno diâmetro de suas partículas (1,0 micrômetro) possui grande superfície específica, o que justifica alta demanda de água e exigência de plastificante; ainda que, melhora a trabalhabilidade por reduzir o tamanho e volume de vazios no concreto. de areias mais grossas leva a um pequeno decréscimo na quantidade de água na mistura, o que é vantajoso tanto do ponto de vista da resistência, como do ponto de vista econômico. Figura 4.5.1.1 – Sílica Ativa Fonte:www.google.com/Silica_Ativa.jpg Acesso em 15/05/2014. 33 5 RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO NO CAD É a relação entre a quantidade de água usada na mistura do concreto com a massa de cimento. A resistência à compressão, do concreto, depende do fator água/cimento, que, por sua vez, depende da distribuição granulométrica do agregado. A distribuição granulométrica deverá ser tal que permita uma mistura de máxima compacidade, compatível com a peça a concretar. A relação água/cimento determina a porosidade da pasta de cimento endurecida em qualquer estágio de hidratação. Sendo assim, tanto o grau de adensamento como a relação água/cimento influenciam no volume de vazios do concreto, misturas com relação água/cimento muito baixa e um teor de cimento muito alto, exibem uma redução de resistência quando se usam agregados com grande tamanho. Assim, as idades mais avançadas, nesse tipo de mistura, uma relação água/cimento menor pode não resultar uma resistência alta. Figura 5.1 – Relação Água/Cimento Fonte:www.google.com/Relacao_A/C.jpg Acesso em 15/05/2014. 34 6 DOSAGEM DO CAD Após a decisão sobre o tipo de concreto a ser utilizado, iniciaram-se os trabalhos de confecção do CAD, através do uso das mais avançadas tecnologias de concreto. O CAD exige condições de produção e execução rigorosas, que deveriam ser padrão também para concretos convencionais, o que pouco ocorre, na prática. Conhecer as características de aditivos e adições ajuda a entender porque tanta preocupação. A sílica ativa propicia maior compacidade ao concreto, melhorando a aderência entre a pasta e os agregados graúdos devido à sua extrema finura, com diâmetro médio em torno de 19 mm. O excesso de impurezas na água pode provocar problemas na resistência, assim como o uso inadequado de aditivos. A seleção dos materiais que vão ser usados na mistura deve ser bem cuidadosa, haja vista que os ingredientes adicionados de forma inadequada levam a perder o objetivo da dosagem, que é obter o concreto de alto desempenho. O concreto de alto desempenho deve ser produzido, transportado e lançado da mesma forma que o concreto usual. Quando as qualidades do cimento e do superplastificante estão sobre controle, os demais parâmetros críticos que devem ser verificados são a granulometria e a forma do agregado graúdo, assim como a granulometria da areia e seu teor de umidade. Os materiais cimentícios também deverão ser cuidadosamente controlados com a mesma atenção dispensada aos outros materiais mencionados. Qualquer falta de qualidade num dos insumos usados causará problemas, pois, no preparo do concreto de alto desempenho a margem de segurança não é grande. Dois pontos são importantes a serem levados em consideração. Em primeiro lugar, com concreto de alto desempenho a resistência muitas vezes é necessária após 28 dias de idade; isso deve ser levado em conta na consideração do critério de resistência. Em segundo lugar, o que se necessita 35 em um concreto de alto desempenho é um elevado módulo de deformação. Para esse fim, é essencial que se use um agregado com elevado módulo de deformação, mas também é importante que se escolha um material cimentício que resulte uma aderência particularmente boa entre as partículas de agregado graúdo e a matriz. Os especialistas recomendam que o CAD seja produzido em centrais de concreto, pois exige controle rigoroso da massa dos materiais. Se a central estiver fora do canteiro, a mistura pode ser feita com todos os componentes exceto o superplastificante, que deve ser adicionado na última hora por ter efeito por tempo limitado. Por isso, deve-se dedicar especial atenção ao tempo de transporte desde a saída da usina até o local de aplicação. As vantagens técnicas e econômicas do CAD não diminuem o fato de que esse tipo de concreto precisa de cuidados bastante precisos e requer projetos específicos para sua dosagem. Exige, além do controle da qualidade do cimento, dos agregados e da dosagem dos aditivos; acompanhamento da execução na obra em que será utilizado. Como a necessidade de baixa relação água/cimento e o elevado consumo de cimento tenderiam a produzir uma mistura desuniforme, caso não fossem empregados aditivos redutores de água, esse balanceamento necessita de alguns cuidados prévios. Os superplastificantes, à base de lignossulfonatos, naftalenos sulfonados ou melamina, são a alternativa mais recente para r eduzir em mais de 30% a quantidade de água. O traço do CAD varia em função das especificações, da resistência, do tipo de armaduras, da dimensão dos agregados, entre outros detalhes. A qualidade do produto entregue às obras exige, por isso, controle bastante preciso dos seus componentes e ensaios laboratoriais, haja vista que cada obra exige um traço específico que irá depender da sua aplicabilidade. Para uma boa dosagem de CAD é necessário manter uma consistente e baixa relação a/c juntamente com uma mistura eficaz. O controle rigoroso de todas as fontes de água na mistura é crítica. Para se chegar a um bom desempenho do concreto estes incluem: 36 Ensaios em laboratório; Estudo do traço piloto; Teste em caminhão betoneira; Concretagem de pilares da periferia. 6.1 Ensaios em Laboratório Definidos quais materiais para ser utilizados no traço do concreto para o procedimentos de ensaio de resistência à compressão, os parâmetros essenciais para determinação da resistência do concreto são: as dimensões do corpo de prova, idade do corpo de prova e modalidade de aplicação de carga, isto é, se a taxa do materiais definido é constante ou caso seja modificado qualquer material o ciclo de ensaio deverá se realizado tudo novamente, para se ter um procedimento real dos novos materiais conforme a seguir: Colocação de aditivo no concreto; Homogeneiza ao para ensaio de abatimento; Medida da consistência, ensaio de "slump test"; Corpos de prova já moldados, ainda no estado fresco. Figura 6.1.1 – Seleção dos Materiais do Concreto Fonte:www.google.com/Concreto_selecao.jpg Acesso em 15/05/2014. 37 Figura 6.1.2 – Mistura dos Materiais do Concreto Fonte:www.google.com/Betoneira.jpg Acesso em 15/05/2014. Figura 6.1.3 – Ensaio com Slump Test. Fonte:www.google.com/Slup_test.jpg Acesso em 15/05/2014. 38 Figura 6.1.4 – Corpo de Prova do Concreto Fonte:www.google.com/Corpo_de_Prova.jpg Acesso em 15/05/2014. Figura 6.1.5– Rompimento do Corpo de Prova do Concreto Fonte:www.google.com/Corpo_de_Prova.jpg Acesso em 15/05/2014. 39 6.2 Estudo do Traço Piloto Antes de pensar na concretagem da obra e bom fazer um planejamento de concreto que será aplicada na futura estrutura. Com a definir; ao dos materiais, seria necessária a partir de então, a divisão de algumas responsabilidades em relação ao controle dos materiais, onde presença de um líder na Central de concreto era indispensável, pois os materiais empregados no CAD não eram materiais de uso comum/diário e por isso teria que ter muito cuidado quando da dosagem do concreto, foi necessária também a presença de um técnico laboratorista para a dosagem dos aditivos e das adição, bem como o controle da temperatura dos materiais na usina. Na obra sempre tem que ter um técnico responsável pelo controle de recebimento e aceita ao do concreto, preparado e consciente de que, aquele concreto era diferente, pois, devido ao uso do aditivo hiperplastificante, a varia ao de slump seria maior, conforme descrição na nota fiscal remessa (14+6 em), um pouco diferente das especificações normais entrega de concreto, sem se preocupar com este fato, pois o controle rigoroso da água do traço já estava sendo feito na usina, e o mesmo deveria se preocupar mais com a temperatura de aumento e com a moldagem dos corpos de prova. Devido a importância desta concretagem, todos estes serviços deve ser supervisionados pelo Consultor contratado, pelo departamento técnico da empresa e o controle de qualidade da obra. 6.3 Teste no Caminhão Betoneira Quando do recebimento do caminhão betoneira na obra, através do teste de consistência, também conhecido como ensaio de abatimento ou slump test (NBR 7223). O resultado deste teste deve ser menor ou igual ao valor máximo admitido na nota fiscal de entrega do concreto. Se o resultado for superior, demonstrará que o concreto está com excesso de água em sua composição, o que implica em uma 40 alteração do fator água/cimento e na possível queda de sua resistência. Neste caso o caminhão pode ser rejeitado. Independentemente da realização do teste de slump, devem ser colhidas amostras do concreto (corpos de prova), que no estado endurecido servirão para a realização de ensaios de resistência à compressão. Estas amostras devem ser em quantidade suficiente para a determinação do Fck estimado, através de fórmulas e parâmetros existentes na NBR 6118. A aceitação, neste caso, será automática se o fck estimado for maior ou igual ao fck solicitado. Caso contrário poderão ainda ser feitos: Ensaios especiais no concreto, gerando novos resultados de fck para comparação. Uma análise do projeto, para verificar se o fck estimado é aceitável. Ensaios da estrutura. Se mesmo assim o concreto for rejeitado, poderemos ter: Um reforço na estrutura. O aproveitamento da estrutura, com restrições quanto ao seu uso. A demolição da parte afetada. Como vimos, o controle tecnológico é de grande importância para quem quer executar uma obra com qualidade e fundamental para quem não quer assumir os riscos de uma obra sem controle. 41 Figura 6.3.1 – Caminhão Betoneira. Fonte:www.google.com/Betoneira.jpg Acesso em 15/05/2014. Figura 6.3.2 – Ensaio de Slump Test. Fonte:www.google.com/Slump_Test.jpg Acesso em 15/05/2014 42 7 DURABILIDADE DO CAD A durabilidade e a resistência tem o mesmo principio, ou seja, ambas dependem muito da porosidade do concreto. Portanto se a porosidade for reduzida e o concreto bem compacta, tanto a resistência quanta a durabilidade devem aumentar. A diferença em MPa entre a resistência especificada fck e a resistência efetiva em obra e muito maior no caso do emprego de CAD, o que reduz o risco e a consequências de uma eventual entrega de concreto de baixa espeficação. Por essas razoes os concretos de elevadas resistência - CAR são também denominados de concretos de alto desempenho – CAD, apropriados para os tempos atuais de tendência nítida de crescimento vertical das edificações, localizadas cada vez mais em atmosferas densamente urbanas ou industriais carregadas de agentes agressivos. O alto desempenho desses concretos abre também novas perspectivas de uso em obras industriais, tanques, reservat6rios, obras enterradas em sol agressivo, caneletas e pisos sujeitos a produtos químicos ou a elevada abrasão, conforme e também na figura a seguir, onde a penetração dos cloretos, e o índice de ataques de agentes agressivos ao concreto variam de acordo com a resistência do concreto, ou seja, um concreto de resistência mais elevada por ter a estrutura mais compacta, menos porosa dificulta e aumenta a r es i s t ê nc i a pelo ingresso destes cloretos. 8 CENTRAL DE CONCRETO As centrais de concreto são basicamente compostas de Silos de Agregados, Silo e Balança de Cimento, Esteira de Pesagem, Esteira Transportadora, e Dosadores de Água/Aditivo. Com projetos desenvolvidos de forma customizada, a automação da Central pode ser total ou parcial. Como item opcional, toda a 43 produção de concreto pode ainda ser monitorada por um Software Supervisório, para o gerenciamento da produção. Os concreto de Centrais de Concreto são desenvolvidos para garantir alta produtividade, funcionalidade, e grande durabilidade de seus componentes nos ambientes de trabalho mais adversos da construção. Figura 8.1 – Central de Concreto. Fonte:www.google.com/Central_De_Concreto.jpg Acesso em 15/05/2014. 44 Figura 8.2 – Funcionamento da Central à Obra. Fonte:www.google.com/Central_De_Concreto.jpg Acesso em 15/05/2014. 45 9 CONCLUSÃO Através desta pesquisa, foi possível fazer uma avaliação do concreto de alto desempenho de, que é o estudo de caso deste trabalho. O objetivo proposto neste trabalho servirá como base para futuros entendimentos, quanto e resistência do concreto de alto desempenho. De acordo com o estudo realizado, foi possível concluir que é necessário o conhecimento básico das misturas que agrupa o concreto e seus aditivos para o desenvolvimento e a execução um concreto de alto desempenho. Portanto cabe a cada profissional entender as características básicas, para uma futura tomada de decisão a respeito da elaboração de um concreto de alto desempenho. Por fim, que este trabalho seja o início para que outros pesquisadores possam explorar mais a respeito do concreto de alto desempenho. Trata-se de um assunto que deve ser atualizado sempre, na medida em que as necessidades surgem a cada dia. 10 REFERÊNCIAS AITCIN, Pierre-Claude. Concreto de Alto Desempenho. Trad. Geraldo G. Serra. São Paulo: Pini, 2000. AITCIN, Pierre-Claude. High Performance Concrete. p. 199. London: E&F N Spon, 1998. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregados – Amostragem: NBR NM 26. Rio de Janeiro, 2001. 46 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 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Departamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/151, 20p. São Paulo: EPUSP, 1995. MEHTA, Povindar Kumar; Monteiro, Paulo J.M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Pini, 1994. NEVILLE, Adan Matthew. Propriedades do Concreto. 2. ed. São Paulo. Pini, 1997. PETRUCCI, E. G. R. Concreto de cimento Portland. Porto Alegre: Globo, 1980. PRICE, B. Advanced Concrete Technology. Cap 3. Processes. Edited by NEWMAN, J and CHOO B. S. Amsterdam: Boston: Elsevier Butterworth Heinemann, 2003. TÉCHNE, Revista. São Paulo, ed. PINI, n. 63, p. 36-43, junho, 2002. 47 COMPROVANTE DE POSTAGEM
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