SILVA ESTUDO DE DOSAGEM DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO

Prévia do material em texto

ESTUDO DE DOSAGEM DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO 
 
 
 
A. B. Seitenfuss, M. S. Lima, A. W. Silva 
Universidade Federal do Tocantins, Alanbour@uft.edu.br, 
Caixa Postal 266, Palmas-TO, 77001-090. 
 
 
 
 
RESUMO 
As características principais do concreto de alto desempenho são a elevada 
resistência mecânica e excelente durabilidade, o que resulta em redução das seções 
de peças comprimidas e ganho de área útil. O Brasil ainda carece de pesquisas 
acerca dos métodos de dosagem do CAD e este ainda é subutilizado no país. Nesta 
pesquisa utilizou-se cimento CPV, areia natural, agregado granítico, 
superplastificante líquido e em pó e microssílica com base no método desenvolvido 
por Mehta & Aïtcin em diferentes traços que variaram: fator água/cimento; diferentes 
teores dos dois aditivos superplastificantes. O desempenho do concreto foi 
verificado através de teste de resistência à compressão e secundariamente 
trabalhabilidade e massa específica. Observou-se que o aumento da resistência do 
CAD é em função da diminuição da relação a/c e do aumento dos teores de 
superplastificante. No entanto os corpos de prova moldados com concreto de pouca 
trabalhabilidade apresentaram imperfeições que comprometem a resistência final. 
 
 
Palavras-chave: Dosagem, Concreto de Alto desempenho, Superplastificante, 
Sílica ativa. 
 
INTRODUÇÂO 
 
A evolução nas resistências mecânicas do concreto se deve aos avanços 
obtidos na tecnologia do concreto nas últimas décadas, destacando-se os estudos 
da estrutura interna do material e a ascensão dos novos materiais como os 
superplastificantes e adições minerais [1]. A utilização de adições como a sílica ativa 
foi possibilitada pelo uso do aditivo superplastificante e essa combinação que 
permitiu a produção do Concreto de Alto Desempenho [2]. 
O CAD se caracteriza pela baixa relação água cimento e elevado consumo de 
material cimentício e requer elevado rigor técnico e científico na sua dosagem, 
controle da qualidade do cimento e agregados, muito mais cuidado no seu preparo, 
e acompanhamento da execução na obra em que será utilizado [3]. 
Apesar de não haver uma definição única que caracterize o CAD, no Brasil os 
concretos convencionais têm resistência a compressão entre 20 e 40 MPa, portanto 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1204
concretos de resistência acima de 45 MPa já são considerados concretos especiais 
ou concreto de elevado desempenho [4]. 
A utilização de baixa relação água/aglomerante reduz a porosidade e por 
conseguinte a permeabilidade do concreto [5]. Além disso a microssílica utilizada 
produz um efeito pozolânico que consiste na rápida reação com Hidróxido de cálcio 
Ca(OH)2 que forma o gel de silicato de cálcio, o qual torna o concreto mais 
impermeável subdividindo poros capilares em poros gel [6]. Dessa forma não só as 
elevadas propriedades mecânicas justificam a utilização do CAD, mas também suas 
características que elevam a vida útil e reduzem os custos de manutenção da 
estrutura. 
 Helene [7] afirma que em breve projetar estruturas com concreto de fck ≤ 50 
Mpa será antieconômico, principalmente edifícios altos e em pontes e viadutos de 
grande vão. Isso porque a tendência é de estruturas mais altas, esbeltas, de maiores 
vãos, em ambientes urbanos ou industriais carregados de agentes agressivos. 
Mendes [8] cita como principais vantagens da utilização do CAD: 
- redução significativa nas dimensões de pilares de edifícios altos, aumentando 
a área útil, principalmente, nos andares mais sobrecarregados; 
- redução do peso próprio da estrutura e da carga nas fundações; 
- possível redução nas taxas de armadura dos pilares; 
- maior rapidez na desforma, aumentando a velocidade de execução da obra; 
- menor segregação propiciando melhor acabamento em peças pré-moldadas; 
- aumento da durabilidade das estruturas. 
- possível redução de custos devida, principalmente, à diminuição das 
dimensões dos elementos estruturais e pelo aumento da velocidade de execução. 
Os materiais componentes do concreto são heterogêneos e possuem 
características físicas e químicas diversificadas portanto a obtenção de um concreto 
homogêneo que atenda as características esperadas exige esforços para 
harmonização destes materiais[9]. O emprego do superplastificante é outro 
empecilho para a adequação dos métodos de dosagem pois a forma de atuar de 
diferentes tipos de aditivo costuma variar muito[10]. 
 
MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizados os seguintes materiais 
(cuja caracterização se encontra na Tab. 1): 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1205
- cimento Portland CPV-ARI (alta resistência inicial); 
- areia de rio; 
- brita 0 de granito; 
- pedrisco granítico; 
- aditivo superplastificante líquido polifuncional; 
- aditivo superplastificante em pó; 
- água da rede de abastecimento (SANEATINS). 
- sílica Ativa; 
Tab. 1 – Caracterização dos materiais 
 Massa específica Módulo de Finura DMC 
Areia 2610 3.3 1.2 
Brita 0 2727 8.1 12.5 
Pedrisco 2710 4.5 4.8 
Cimento 3090 
Sílica 2205 
 
Devido ao seu maior teor de C3S e superior área superficial, o cimento do tipo 
CPV é o mais adequado para a produção de CAD, pelo menos quando se está 
buscando maiores resistências à compressão [11]. É importante lembrar que apesar 
de, em geral, produzir concretos mais resistentes as características do CPV fazem 
com que este demande uma maior dosagem de superplastificante e dificulte o 
lançamento do concreto se não for utilizado retardador de pega, além de possuir 
elevado calor de hidratação [6]. 
O método de dosagem de Mehta & Aïtcin é considerado de fácil 
desenvolvimento e execução, e recomendado para resistências de 60 a 120 MPa, 
que dividem-se nos graus A, B, C, D e E, as quais equivalem a resistências médias 
de 65, 75, 90, 105 e 120 MPa, respectivamente. 
Parâmetros considerados no método de dosagem Mehta & Aïtcin [10]: 
- relação pasta de cimento/agregado: fixada em 35 e 65% do volume; 
- Consumo de água tabelado para a classe escolhida e varia no intervalo de 
120 a 160 litros por metro cúbico de concreto; 
- teor de cimento: é calculado pela diferença entre o volume de pasta de 
cimento (fixado em 35%) e o volume de água e ar incorporado (2%); 
A Tab. 2 apresenta as recomendações para dosagem de CAD pelo método 
Mehta/Aïtcin. 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1206
Tab. 2 – Dosagem de concreto de alto desempenho Mehta/Aïtcin. 
Classe Resistência 
Prevista (Mpa) 
Consumo de 
água (kg/m³) 
Material cimentício 
(m³/m³) 
Agregados graúdos: 
Agregados miúdos 
A 65 175 0,155 2,00 : 3,00 
B 75 160 0,170 1,95 : 3,05 
C 90 145 0,185 1,90 : 3,10 
D 105 135 0,195 1,85 : 3,15 
E 120 120 0,210 1,80 : 3,20 
Fonte: Adaptado de JUCÁ [0] 
 
Foram executados 4 traços diferentes: 
T1 – Dosagem conforme a classe C, e 1% de superplastificante em pó em 
relação à massa de aglomerantes. 
T2 – Dosagem conforme a classe C, e 1,25% de superplastificante líquido. 
T3 – Dosagem conforme a classe D, e 2,5% de superplastificante líquido. 
T4 – Dosagem conforme a classe D, e 3,75% de superplastificante líquido. 
Na Tab. 3 estão as frações em volume utilizadas para os quatro traços de 
concreto e a Tab. 4 apresenta a proporção em peso dos materiais utilizados na 
produção dos concretos e a relação água/aglomerante. 
Tab. 3 – Volume de materiais na composição das misturas. 
 Consumo de 
água (m³/m³)Material 
cimentício (m³/m³) 
Agregado graúdo 
(m³/m³) 
Agregado miúdo 
(m³/m³) 
T1 0,145 0,185 0,403 0,247 
T2 0,145 0,185 0,403 0,247 
T3 0,135 0,195 0,410 0,240 
T4 0,135 0,195 0,410 0,240 
 
Observações adicionais: 
- Nas misturas em que a quantidade de água dosada se apresentou insuficiente, 
utilizou-se uma quantidade extra de água que elevou o fator água aglomerante 
- A quantidade de sílica foi estabelecida em 10% da massa de cimento. 
Tab. 4 – Traço em massa das 4 dosagens utilizadas. 
 
Cimento Sílica Água 
Agregado 
graúdo 
Agregado 
miúdo 
Super-
plastificante 
Relação 
água/aglom. 
T1 1 0,1 0,305 2,31 1,35 0,011* 0,277 
T2 1 0,1 0,367 2,31 1,35 0,0138 0,334 
T3 1 0,1 0,305 2,22 1,24 0,0275 0,277 
T4 1 0,1 0,290 2,22 ** 1,24 0,0413 0,264 
(*) Superplastificante em pó (**) Utilização do pedrisco e não brita 0. 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1207
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Para melhor avaliar a eficiência dos aditivos superplastificantes, relacionar a 
trabalhabilidade do concreto com seu desempenho mecânico e julgar a 
aplicabilidade dos concretos dosados realizou-se o ensaio de abatimento para cada 
um dos traços antes da concretagem dos corpos de prova. O resultado destes 
ensaios assim como do ensaio de massa específica está na Tab. 5. 
Tab. 5 – Valores de Abatimento (slump test) e massa específica 
 Abatimento Massa específica aparente 
T1 6,5 cm 2380 
T2 1,5 cm 2413 
T3 7 cm 2422 
T4 2,4 cm 2377 
 
Antes da ruptura dos corpos de prova, realizaram-se as seguintes inferências 
através de análise visual: 
- Pelo fato de os corpos de prova não terem sido capeados, detectou-se 
irregularidades na superfície de alguns deles, em especial naqueles oriundos dos 
traços T2 e T4 que apresentaram menor trabalhabilidade (slump < 3 cm). Essas 
falhas podem ocasionar redução sensível da resistência do corpo de prova. 
- Alguns corpos de prova dos traços T2 e T4 apresentaram heterogeneidade 
das seções. Isso evidencia os problemas de se trabalhar com concreto de baixa 
trabalhabilidade. 
- O aspecto da pasta de cimento nos corpos de prova do traço T4 demonstrou 
que o aglomerante não reagiu como deveria, indicando que a água da mistura era 
insuficiente. 
Para cada traço de concreto foram ensaiados à compressão 3 corpos de prova 
com idade de 7 dias e 3 com idade de 14 dias. Na Tab. 6 pode-se visualizar os 
valores de resistência à compressão obtidos nos ensaios. 
Tab. 6 – Valores de resistência à compressão aos 7 e 14 dias. 
 7 dias 14 dias 
T1 41 44 47 40 40 45 
T2 26 17 48 29 40 41 
T3 51 54 58 46 47 50 
T4 2 2 2 6 5 5 
 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1208
Não considerando os corpos de prova com valores discrepantes, a resistência 
aos 7 dias para o concreto dos traços T1, T2 e T3 variaram de 50 a 64 % dos 
valores que poderia esperar-se em função da relação água aglomerante obtida. Em 
relação à composição da pasta é possível afirmar que o que influencia os resultados 
é o não conhecimento das interações entre os materiais utilizados, devido ao fato de 
o método não especificar o tipo de cimento a ser utilizado, o tipo do 
superplastificante, e não poder prever como será a reação com a sílica e com 
diferentes tipos de areia e pedra. 
Em relação a geometria do corpo de prova, a não execução do capeamento e 
as imperfeições influenciadas pela pouca trabalhabilidade do concreto também 
podem ter reduzido os valores finais de resistência. Apesar disso os resultados 
obtidos são superiores aos concretos convencionais (até 40 Mpa). 
A análise comparativa entre os valores de resistência à compressão dos traços 
T1, T2 e T3 mostra que o melhor desempenho foi obtido pelo terceiro, sendo este 
dosado com o maior teor de superplastificante. O valor de 2,5% de superplastificante 
em relação à massa de aglomerante se mostrou compatível para os outros 
parâmetros deste traço, mesmo assim a eficácia do aditivo não foi ideal pois o fator 
água/aglomerante inicial precisou ser incrementado e o abatimento ainda ficou 
abaixo de um concreto de alta trabalhabilidade. 
A execução do traço T2 com o teor de 1,25%, que é o recomendado pelo 
fabricante para utilização com CPV, mostrou que este deve ser aplicado para 
misturas com fator água/aglomerante maior que 0,35. Apesar de atingir resistência 
razoável, a trabalhabilidade alcançada para a pasta foi muita baixa e comprometeu 
alguns corpos de prova. 
Por sua vez, o traço T1, que utilizou 1% de superplastificante em pó (para o 
qual a dosagem recomendada pelo fabricante é de até 0,5%) apresentou no ato da 
concretagem desempenho semelhante ao traço T3 em se tratando de 
trabalhabilidade e fator água aglomerante. No entanto o desempenho mecânico foi 
consideravelmente inferior. 
Por fim o traço T4 mostrou que a alta dosagem de superplastificante (3,75%) 
não trouxe melhoria no desempenho, o que indica que o ponto de saturação do 
aditivo está bem abaixo deste teor. Além disso a utilização do pedrisco destoou a 
interação entre a água, os aglomerantes e os agregados. 
 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1209
 
CONCLUSÕES 
 
Neste trabalho experimental exemplificou-se a obtenção de concreto de alto 
desempenho através do método Mehta & Aïtcin. Indica-se como recomendações 
para que se atinja os valores de resistência mecânica prescritos pelo método: um 
maior estudo da interação entre os materiais que permita, por exemplo, selecionar 
um aditivo mais eficaz para cada situação; seleção de agregado graúdo de 
resistência superior; pasta mais trabalhável para evitar falhas de concretagem; e 
execução do recapeamento dos corpos de prova. 
Para os materiais utilizados observou-se que utilização de teor de aditivo até 
duas vezes maior que o recomendado pelo fabricante resultou na pasta com maior 
trabalhabilidade, menor fator água/aglomerante e melhor desempenho mecânico. 
 
AGRADECIMENTOS 
 
À Impercia Atacadista Ltda pelo fornecimento dos aditivos químicos e minerais. 
Ao prof. Bruno Carrilho de Castro pela orientação. 
Aos técnicos Miller Almeida e Fernanda Brito, responsáveis pelos laboratórios 
de materiais do CEULP-ULBRA e da UFT, respectivamente, pela colaboração. 
 
REFERÊNCIAS 
 
1. AÏTCIN, P. C.; NEVILLE, A. 120 MPa sem mistério. Revista Téchne, São Paulo, 
v. 3, n. 19, p. 29-33, 1995. 
 
2. AÏTCIN, P. C. Concreto de alto desempenho. São Paulo: Editora Pini, 2000. 
 
3. SILVA, R. N. Um estudo sobre o concreto de alto desempenho. Monografia 
(Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Estadual de Feira de Santana, 
Feira de Santana - BA. 
 
4. SILVA, I. J. Contribuição ao estudo dos concretos de elevado desempenho: 
propriedades mecânicas, durabilidade e microestrutura. 2000. 279 p. Tese 
(Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade de São Paulo, 
São Carlos. 
 
5. MEHTA, P. K Advancements in concrete technology. Concrete International, p. 
69-76, 1999. 
 
6. FERRARI, A. A. Propriedades mecânicas do concreto de elevado 
desempenho fabricado com diversos materiais. 1995. 167 p. Dissertação 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1210
(Mestrado em Engenharia de Estruturas) – Universidade Federal de Minas Gerais, 
Belo Horizonte. 
 
7. MENDES, S. E. S. Estudo Experimental de Concreto de Alto Desempenho 
Utilizando Agregados Graúdos disponíveis na regiãoMetropolitana de Curitiba. 
2002. 146 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do 
Paraná, Curitiba. 
 
8. HELENE, P. R. L. Concreto de elevado desempenho: O material para construção 
das obras nos anos 2000. CD-ROM: Concreto de Alto Desempenho, versão 1.0. 
Produzido por NUTAU/USP. 1997. 
 
9. NEVILLE, A. M. Propriedade do Concreto. São Paulo: Editora Pini, 1997 
 
10. JUCÁ, T. P., et al. Estudo da Dosagem de Concreto de Alto Desempenho: 
comparativo de custos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO, 43, 2001, 
Foz do Iguaçu. Anais... São Paulo: IBRACON, 2001. p. 1-11. 
 
11. CASTRO, A. L. de; LIBORIO, J. B. L.; PANDOLFELLI, V. C. A influência do 
tipo de cimento no desempenho de concretos avançados formulados a partir 
do método de dosagem computacional. Cerâmica, São Paulo, v. 57, n. 341, p. 10-
21, 2011. 
 
 
 
STUDY OF MIX-PROPORTIONING OF HIGH PERFORMANCE CONCRETE 
 
ABSTRACT 
 
 
The main characteristics of the high performance concrete (HPC) are high 
mechanical strength and excellent durability, which results in reduction of 
compressed parts section and gain of useful area. Brazil still lacks research on the 
methods of dosage of HPC and it is still underutilized in the country. In this research 
were used CPV cement, natural sand, granitic aggregate, liquid and powder 
superplasticizer and microsilica based on the method developed by Mehta & Aïtcin in 
different mix-proportions ranging: water/cement ratio and different levels of the two 
superplasticizers additives. The performance of the concrete was checked by 
compression test and, secondarily, workability and density. It was observed that the 
increase in resistance of the HPC is due to the decrease of the w/c ratio and 
increasing amounts of superplasticizer. However the specimens molded whith low 
workability concrete showed imperfections that impair the final strength. 
 
 
 
Key-words: mix-proportioning, high performance concrete, superplasticizers, 
silica fume. 
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
1211