Concreto Leve Estrutural

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Concreto Leve Estrutural
‹nº›
1
Introdução 
O Concreto Leve é um tipo de concreto em que são substituídos agregados comuns por agregados mais leves, resultando na diminuição da massa específica e consequentemente diminuindo os esforços.
Podem ser classificados em concreto com agregados leves, concreto celular e concreto sem finos.
Concreto Leve
Rossignolo, 2009
‹nº›
2
História
O primeiro relato da utilização do concreto leve é datado de 1100 a.C. na região do México, em que foram utilizadas pedra-pomes com um ligante à base de cinzas vulcânicas e cal para a construção de elementos estruturais.
As aplicações mais conhecidas foram em construções romanas como como o Porto de Cosa, a cobertura do Panteão e o Coliseu de Roma.
Interior do Coliseu de Roma
Toda Matéria, 2011
Cobertura Panteão de Roma
Janela Itália, 2015
‹nº›
História
A primeira aplicação em edifícios de múltiplos pavimentos construído ocorreu em 1929, na cidade do Kansas na expansão do edifício de escritórios da Southwestern Bell Telephone Company.
‹nº›
História – No Brasil
A primeira empresa a utilizar o concreto leve no Brasil foi a Cinasa, junção do Grupo Rabello com a Compact Engenharia Ltda., com o objetivo de fazerem estruturas Pré-fabricadas. 
Utilizaram o concreto leve estrutural para melhorar o desempenho produtivo facilitando o transporte e a montagem das peças.
Sequência de fotos das estruturas pré-fabricadas da Cinasa
Rossignolo,2009
‹nº›
Agregado leve
A norma NM 35 (1995) apresenta especificações de análises de composição granulométrica, massa específica aparente, teor de substâncias nocivas e retração por secagem que devem ser feitas para aprovar a utilização de um agregado no concreto leve estrutural.
De acordo com a origem os agregados leves podem ser classificados em:
Naturais: obtidos por meio de extração de jazidas. Não são muito utilizados em concretos estruturais devido a variabilidade de suas propriedades, localização e disponibilidade. Ex: pedra-pomes e tufo vulcânico.
Artificiais: obtidos através de processos industriais e se classificam conforme a matéria-prima e o processo de fabricação adotados. Ex: argila expandida e escória sinterizada.
Pedra-pomes
Fonte: Ecivil
Argila expandida
Fonte: Cinexpan
Escória sintetizada
Fonte: Scielo
‹nº›
6
Agregado leve 
Sinterização
Forno rotativo
Forma e textura superficial
Alta rugosidade e formas angulares
Forma esférica com camada externa de baixa permeabilidade
Porosidade
Superfície porosa
Baixa porosidade
Absorção de água
Alta
Baixa
Granulometria
Mais homogênea, necessita passar por britagem
Variada
Relação água/cimento
Maior consumo
Baixa
Os principais processos de fabricação de agregados leves artificiais são a sinterização e o forno rotativo. Estes, interferem nas características dos produtos finais, conforme a tabela abaixo.
Obs: Os agregados de sinterização possuem possibilidade de penetração de pasta de cimento e os de forno rotativo possuem facilidade de segregação.
‹nº›
7
Agregado leve - Características
Estrutura interna: Os agregados adotados no concreto leve estrutural recebem porosidade em sua estrutura interna para reduzir sua massa específica, o que diminui a sua resistência. Para evitar esta perda é importante que os poros sejam pequenos e uniformemente distribuídos. A estrutura interna afeta, também, o módulo de deformação, que varia entre 10 GPa e 18 GPa. Quanto maior este módulo, maior é o módulo e resistência do concreto. 
Absorção de água: A água absorvida pelos agregados beneficia a cura interna do concreto, porém em excesso pode provocar aumento da retração por secagem e massa específica, e redução da resistência ao fogo. Tal propriedade depende da porosidade e superfície do agregado e de sua umidade antes da mistura de concreto; durante a mistura, os aditivos e temperatura também influenciam. Para evitar a dificuldade de trabalhabilidade, adota-se a pré-saturação, reduzindo a formação de bolhas.
‹nº›
8
Agregado leve - No Brasil
No Brasil, só há produção da argila expandida, pela empresa Cinexpan Indústria e Comércio Ltda, em São Paulo. A matéria-prima utilizada neste agregado é a argila com características piro-expansiva e seu processo de fabricação é o forno rotativo.
Cinexpan 0500 (Ø4,8 mm); b) Cinexpan 1506 (Ø12,5 mm); c) Cinexpan 2215 (Ø19,0 mm).
Rossignolo,2009
‹nº›
9
Dosagem e Produção
Deve-se utilizar os mesmos métodos de dosagem para concreto convencional. No entanto, quatro fatores adicionais devem ser considerados:
A necessidade de projetar um concreto com massa específica particular; 
A absorção de água dos agregados leves;
A variação da massa específica do agregado leve em função de sua dimensão;
A influência das características dos agregados leves nas propriedades dos concretos. 
Produção do concreto
Fonte: Casa do Construtor
‹nº›
10
Procedimentos específicos
Procedimentos específicos para dosagem dos concretos com agregados leves são descritos em CEB/FIP (1977); FIP (1983); EuroLightCon (2000b); ACI 211.2-98 (2004), no qual o ultimo apresenta dois métodos diferentes.
O primeiro, denominado "método da massa", é indicado para concretos com agregados miúdos com massa específica normal e agregados graúdos leves;
O segundo, chamado de "método volumétrico", é recomendado para concretos com agregados leves graúdos e miúdos. 
De modo geral, os documentos normativos internacionais indicam a utilização de consumos de cimento acima de 300 kg/m3 para assegurar os níveis mínimos de trabalhabilidade, de proteção à armadura e de ancoragem da armadura ao concreto com agregados leves. 
‹nº›
Otimização da dosagem
A otimização de dosagem para concreto leve pode ser obtida pelo ajuste granulométrico do conjunto de agregado graúdo leve e agregado miúdo convencional, utilizando agregado miúdo com dimensões máximas igual as dimensões mínimas do agregado graúdo. 
Ao fazer isso há possibilidade de:
aumento da coesão;
a redução da segregação; 
aumento da resistência à compressão do concreto, em relação aos concretos com agregado miúdo leve.
 Em contrapartida, a utilização de agregados miúdos convencionais ocasiona o aumento da massa específica do concreto, em comparação com o agregado miúdo .
‹nº›
Utilização de aditivos e adições minerais
Assim como para os concretos convencionais, podem ser utilizados aditivos e adições minerais para modificação de algumas propriedades e características dos concretos leves estruturais.
No caso dos aditivos líquidos, como os redutores de água, é importante considerar a absorção de água dos agregados, quando utilizados sem saturação prévia. Nesses casos, os agregados absorvem parte do aditivo disponível na pasta, reduzindo, assim, sua atuação.
Aditivos
Fonte: CAPCMas
‹nº›
13
Relação água/cimento
Na mistura com agregados leves a água é absorvida por eles após a preparação do concreto. 
Esse procedimento pode ser eliminado com a pré-saturação dos agregados; entretanto, aumenta relativamente os custos de produção do concreto
O procedimento mais comum para balancear a relação é acrescentar a quantidade de água a ser absorvida pelos agregados, mantendo assim a relação a/c constante.
Segundo EuroLightCon (1998) e Tezuka (1973), é possível estimar a quantidade de água que será absorvida pelos agregados leves por meio de sua imersão em água. Praticado em concreto convencional é possível descobrir a absorção de água pelos agregados, com isso é possível adotar esse procedimento também para concreto leve, modificando as características do procedimento, como por exemplo, o tempo de imersão de 1 hora para 24 horas.
‹nº›
Mistura e teor de umidade dos agregados
A mistura dos agregados leves com baixa absorção de água, ou seja, menos de 10% após 24 horas de imersão, podem ser adicionados ao misturados após juntar os materiais sólidos e a água, respectivamente. Caso haja um nível de absorção maior que 10% recomenda-se a pré-saturação, pois poderá acarretar uma má qualidade de trabalhabilidade
do material.
Para a situação de agregados leves graúdos na mistura com equipamentos de eixo inclinado, os agregados tendem a sair do misturador, problema que pode ser agravado após algum tempo de mistura, o mesmo pode ser resolvido na utilização de um misturador vertical, como indica preferência o CEB/FIP (1977).
Para concretos com argila expandida brasileira, que apresenta valores de absorção de água abaixo de 10% após 24 horas de imersão, foram observados melhores resultados de manutenção da trabalhabilidade após a mistura, adicionando os materiais sólidos juntos com a água no misturador e, após uma pré-mistura, incluindo os agregados leves
Argila expandida brasileira
Fonte: Cinexpan
‹nº›
15
Trabalhabilidade
O valor de abatimento de um concreto leve é apresentado menor do que o valor de um concreto normal, devido à menor deformação do concreto leve pela ação da gravidade. Por esse motivo um concreto leve que apresenta um Slump Test com abatimento de 80mm, por exemplo, pode tem uma trabalhabilidade similar a um abatimento de 100mm de um concreto normal.
Outra forma adequada de testar a trabalhabilidade do concreto é o espalhamento do tronco de cone, onde os valores do concreto leve se aproximam mais dos que se obtém para os convencionais.
Slump test
Fonte: Escola Engenharia
Teste de espalhamento
Fonte: Portal do Concreto
‹nº›
16
Transporte, lançamento e adensamento
Ao se transportar o concreto leve deve somar cuidado com o fenômeno chamado “flutuação” no qual os agregados sobem em função do seu baixo valor de massa específica. Esse evento pode ser evitado ou reduzido controlando a relação água/cimento e utilizando minerais para o controle do teor dos agregados miúdos, como a sílica ativada, mantendo dosagem de concretos com coesão e consistência adequados.
A umidade e a granulometria têm muita importância no bombeamento do concreto leve, pois a pressão aumenta a absorção de água pelos agregados, sendo assim é aconselhável a pré-saturação dos agregados para prevenir o entupimento dos dutos por causa da drástica perda de trabalhabilidade em seu estado fresco.
O concreto leve exige maior energia de vibração para adensamento, então deve ser considerado os esforços e deformações nas formas durante o processo de vibração com maquinário. É aconselhável também o uso de vibradores com menor frequência conforme a figura a seguir:
Frequência de vibração em adensamento
Rossignolo, 2009
‹nº›
17
Procedimentos de cura
Durante esse processo pode-se adotar os mesmos procedimentos de cura do concreto convencional, com alguns toques especiais, atentando ao controle de temperatura. O calor liberado pelo concreto leve é maior do que o convencional durante o processo de hidratação, por causa da baixa condutividade térmica dos agregados leves. 
Em vantagem o concreto leve tem um fenômeno denominado “cura interna” pelo qual ele se beneficia com a água retida pelo agregado, que será transferida para a pasta de cimento durante o período de hidratação, e com pouca influência das ações externas ganha parte da água necessária para as reações químicas.
Deve-se atentar também a formação de fissuras térmicas para ambientes com baixas temperaturas, maneiras de se amenizar esse efeito é adiar a retirada das formas, ou cobrir com manta isolante.
‹nº›
18
Propriedades
As propriedades dos concretos de cimento Portland estão diretamente relacionadas com o desempenho de suas fases constituintes assim como da ligação entre elas. Como os agregados usualmente representam mais de 50% do volume dos concretos convencionais, sua substituição por agregados leves promove alterações consideráveis nas propriedades dos concretos.
Concreto leve
Mapa da obra,2016
‹nº›
19
Resistência à compressão e Massa específica
A resistência à compressão, a massa específica e a relação entre essas duas propriedades estando diretamente relacionados com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado.
Resistência à compressão, os concretos leves apresentam resistência à compressão mais rapidamente que os concretos convencionais.
Após os 28 dias de idade, os concretos leves apresentam baixa elevação dos valores de resistência à compressão, em comparação com os concretos convencionais.
Ensaio de compressão
Fonte: Soluções Industriais
‹nº›
20
Resistência à tração
Os valores da resistência à tração dos concretos leves são inferiores aos observados nos concretos com massa específica normal, para o mesmo nível de resistência à compressão.
Para o caso específico dos concretos produzidos com a argila expandida brasileira, observam-se valores de resistência à tração por compressão diametral variando entre 6% e 9% da resistência à compressão.
Ensaio de resistência à tração
Fonte: Solução Engenharia
‹nº›
21
Módulo de deformação e Curva tensão-deformação
O módulo de deformação está diretamente relacionado com o tipo e com a quantidade de agregado leve utilizado. Quanto mais próximos forem os valores do módulo de deformação do agregado e da pasta de cimento, melhor será o comportamento do concreto no regime elástico.
Normalmente, o valor do módulo de deformação do concreto leve varia entre 50% e 80% do valor do módulo de deformação do concreto com massa específica normal, para valores de resistência à compressão variando entre 20 MPa e 50 MPa.
Diagrama tensão-deformação de concreto com argila expandida brasileira
Rossignolo,2009
‹nº›
22
Retração por secagem
Os concretos com agregados leves costumam apresentar valores de retração por secagem maiores que os obtidos nos concretos convencionais.
Retração por secagem
Rossignolo,2009
‹nº›
23
Propriedades térmicas
O ar aprisionado na estrutura celular dos agregados leves reduz a absorção e a transferência de calor em relação aos agregados convencionais. 
A utilização do concreto leve na vedação das fachadas e na cobertura das edificações reduz a absorção e a transferência para o ambiente interno do calor proveniente da radiação solar.
Massa específica do concreto com argila expandida no valor da condutividade térmica
Rossignolo,2009
‹nº›
24
Durabilidade
Mistificação sobre o concreto leve;
Redução nos valores da relação água/aglomerante dos concretos leves em relação aos concretos convencionais, para se obter os mesmos valores de resistência à compressão;
Diminuição das fissuras internas do concreto pela redução da diferença entre os valores dos módulos de deformação do agregado e da pasta de cimento;
Melhoria da qualidade da zona de transição pasta-agregado. 
‹nº›
25
Microestrutura - Zona de transição
Concretos convencionais: 
Principais desenvolvimentos da microestrutura da zona de transição;
Vulnerabilidade da zona de transição à microfissuração;
Redução da espessura da zona de transição.
Concretos com agregados leves:
Interação entre o agregado leve e a pasta de cimento;
Resistência à compressão.
Concretos com argila expandida brasileira:
Análise quantitativa EDS-MEV;
Considerações sobre as análises da zona de transição.
‹nº›
26
Aplicações
Aplicado em diversas formas de construção civil, o concreto leve se destaca, ou melhor, é mais viável em estruturas que tem como principal característica o peso próprio, como as pontes e edificações de múltiplos pavimentos.
A tecnologia do concreto leve foi espalhada pelo mundo com intuito de reduzir a massa específica do concreto, necessária em diversas aplicações.
Placas de concreto leve
Fonte: TouchGlass
‹nº›
27
Aplicações
Através de estudos realizados pela CEB, obteve-se a conclusão da redução de 5% a 10% do custo de estruturas moldadas com concreto leve comparadas às executadas com concreto convencional. Além disso, os estudos ainda revelaram que essa economia poderia dobrar de acordo com algumas particularidades como:
Redução dos custos de transportes por unidade de volume de concreto, com redução de 20% a 50%;
Possibilidade de produzir peças com dimensões maiores, podendo utilizar os mesmos equipamentos da fábrica ou do canteiro.
‹nº›
28
Aplicações
em pontes
Se destaca também na recuperação das construções desse tipo, uma vez que o uso do concreto leve no “tabuleiro” possibilita a redução dos elementos estruturais viabilizando o aumento dos vãos entre os pilares.
Ponte Stolma Bridge
Fonte: Wikipedia
‹nº›
29
Aplicações em coberturas
Através da utilização do concreto leve há a diminuição do peso das estruturas, possibilitando para as coberturas a redução das dimensões dos elementos estruturais e, assim como nas pontes, viabiliza o aumento dos vãos entre os pilares.
Aeroporto de Dulles
Fonte: Aeroportos do Mundo
‹nº›
30
Aplicações no Brasil
No Brasil, a utilização do concreto leve ainda é bem pouca, onde se destacam apenas em elementos pré fabricados e na estrutura de edificações de múltiplos pavimentos. Há exemplos da utilização do concreto com argila na construção da cidade de Brasília, usados em diversas edificações.
Quartel General 12ª região em Brasília
Fonte: Tripadvisor
‹nº›
31
OBRIGADO
Referência
ROSSIGNOLO, João Adriano. Concreto Leve Estrutural: Produção, propriedades, microestrutura e aplicações. São Paulo: Pini, 2009. 150 p.
‹nº›
32