concreto de auto desempenho.doc
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Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF
CONCRETO DE ALTO
DESEMPENHO
Discentes:
Aline Roberta Santos de Santana,
Érika Medrado F. de Souza.
Docente:
Professor Anderson Henrique Barbosa
Juazeiro – BA
Setembro de 2009
1. Introdução
O concreto armado está entre os materiais de construção mais largamente
utilizados. Ao longo dos anos, acompanhamentos de estruturas em concreto
vêm sendo feitos e mostraram a necessidade de fazer reforços, recuperações
e, em situações mais críticas, demolição e reconstrução. Nota-se, então, a
necessidade crescente da utilização de um concreto mais resistente
estruturalmente e às agressões sofridas no ambiente.
Após várias pesquisas chegou-se a um material de alta resistência mecânica,
maiores durabilidade, trabalhabilidade e resistência aos agentes agressivos o
que proporcionaria uma menor despesa com manutenção e reparos. Surge
então o chamado Concreto de Alto Desempenho – CAD.
Os estudos sobre o Concreto de Alto Desempenho produziram resultados
eficientes possibilitando sua aplicação há pouco mais de vinte anos. Com o
desenvolvimento dos aditivos químicos, capazes de modificar algumas de suas
propriedades, aperfeiçoando-o como material de construção, incentivou-se a
pesquisa sobre materiais pozolânicos, pois a ação combinada desses dois
produtos resultou num aperfeiçoamento do concreto.
A utilização de determinados rejeitos industriais, com propriedades
pozolãnicas, reduzem o custo e a quantidade de energia consumida na
produção do concreto contribuindo para a preservação ambiental.
A durabilidade é outra característica importantíssima que passou a ser exigida
desse material. Mas a utilização real do CAD teve que superar o
conservadorismo de engenheiros e arquitetos, a reduzida disponibilidade
comercial em centrais pré-misturadas, a pequena trabalhabilidade das
composições iniciais, as limitações impostas pelos códigos de obras ou do
cálculo estrutural além da falta de conhecimento sobre o seu comportamento a
longo prazo.
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 estruturais entre outras.
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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.
Em estruturas pré-fabricadas as fôrmas, moldes e mesas de moldagens,
podem ser reutilizados mais rapidamente. Já em peças protendidas podem
receber a protensão mais cedo, trazendo benefícios para a velocidade e
economia da obra.
Neste trabalho encontram-se definições importantes, características,
propriedades em geral, aplicações e outros dados necessários para melhor
compreensão do CAD.
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2. Definições
Concreto de Alta Resistência e Concreto de Alto Desempenho
Alguns estudiosos consideram o termo concreto de Alto Desempenho muito
vago. O que é desempenho de um concreto? Como pode ser medido? Já a
definição Concreto de Alta Resistência é bastante específica a não ser quanto
ao limite a partir do qual o concreto usual torna-se de alta resistência.
Para Pierre-Claude Aiticin, autor do livro High-Peformace Concrete (1998), um
concreto de alto desempenho é essencialmente um concreto tendo uma
relação água/ aglomerante baixa, cerca de 0,40, esse é o valor sugerido como
fronteira entre concretos usuais e concreto de alto desempenho. Quando
relação água/ aglomerante se afasta desse valor as características como
resistência à compressão e retração desses concretos se tornam bem
diferentes.
Uma das definições mais simples, divulgada em 1999 pela então presidente do
American Concrete Institute, Jo Coke: “CAD é o concreto otimizado para uma
determinada utilização”.
No Brasil, na ausência de normatização a respeito, o IBRACON, define o CAD
em função da resistência à compressão, que pode ser a classe superior à C50,
ou seja, concretos com resistência característica à compressão (fck), superior a
50MPa.
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3. Materiais Empregados na Produção
Os concretos são compostos heterogêneos que possuem duas fases; a matriz
aglomerante e os agregados (cargas). É a qualidade intrínseca das fases pasta
e agregados, bem como sua interação a responsável pelo comportamento dos
concretos.
A seleção criteriosa dos materiais é de fundamental importância na preparação
do Concreto de Alto Desempenho, pois é muito difícil conquistar à uma hora de
trabalhabilidade necessária para lançá-lo com segurança e uniformidade no
canteiro, ou alcançar o último MPa de resistência a compressão.
3.1. Água
A água potável é internacionalmente convencionada como adequada para a
produção do concreto e o seu aspecto quantitativo é fator fundamental para a
produção do CAD.
A dosagem da água depende de diversos fatores, como, a natureza e a
dosagem do cimento, características quanto à forma, tamanho densidade e
absorção dos agregados além de temperatura e a trabalhabilidade do concreto.
3.2. Cimento Portland
Para atingir um concreto com resistência a compressão de 50 a 75 MPa pode
se usar a maioria dos cimentos disponíveis atualmente, porém o desempenho
do cimento em termos de reologia ou seja das propriedades físicas que
influenciam o transporte de quantidade de movimento do fluido, e de
resistência torna-se um fator crítico a medida que a resistência a compressão
almejada aumenta.
Alguns tipos de cimentos não podem ser usados para fazer um concreto de alto
desempenho com resistência entre 75 e 100 MPa. Poucos tipos de cimentos
podem ser usados quando se deseja atingir resistências superiores a 100 MPa.
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Os fatores mais importantes relacionados a esse material são: a natureza, a
uniformidade e a dosagem.
Alguns têm bom desempenho quanto á resistência final, mas é muito difícil
manter a trabalhabilidade desses concretos por tempo suficiente para lançá-los
na obra de forma econômica, com alto grau de uniformidade e confiabilidade.
Para outros a perda de abatimento nas duas primeiras horas é mínima, ou
pode ser facilmente resolvida com o uso de superplastificantes na obra.
A pequena quantidade de referências bibliográficas relativas à qualidade do
cimento empregado na fabricação do CAD indica que este material tem sido
fabricado com os cimentos comuns, cujas especificações são abrangidas pela
normatização corrente.
3.3. Superplastificantes
Os superplastificantes são aditivos que têm fundamental importância para fazer
a dispersão das partículas de cimento na mistura, no controle de um traço com
relação água/aglomerante muito baixa e para reduzir a quantidade de água na
mistura.
3.4. Sílica Ativa
A Sílica Ativa é um subproduto da fabricação do silício metálico, das ligas de
ferro-silício e de outras ligas de silício.
Os efeitos benéficos da sílica ativa na microestrutura nas propriedades
mecânicas do concreto são devidos à rápida reação pozolãnica, mas também
ao efeito físico das partículas da sílica ativa, o qual é conhecido como “efeito
fíler”(Sellevold,1987; Rosembergg and Gaids, 1989; Khayat, 1996 apud
Aitcin,1998).
As finas partículas de sílica preenchem os vazios entre as partículas maiores
de cimento e também reduzem a exsudação. O efeito fíler é responsável pelo
aumento da fluidez dos concretos com relação água aglomerante muito baixa
3.5. Escória de Alto-forno
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Como próprio nome diz a escória de alto-forno é o subproduto da manufatura
do ferro-gusa num alto-forno. Se resfriada rapidamente quando sai do alto-
forno, ela se solidifica numa forma vítrea e pode então desenvolver
propriedades cimentícias quando devidamente moída.
3.6. Cinza Volante
São partículas pequenas coletadas pelo sistema antipó das usinas de energia
que queimam carvão. Algumas são autocimentícias, a maioria possui
propriedades pozolãnicas enquanto que outras não.
3.7. Observações
O uso de materiais cimentícios suplementares deve ser priorizado sempre que
haja disponibilidade e preços competitivos, pois uma vez que substituem parte
do cimento portland na composição do concreto de alto desempenho, reduzem
o seu custo, melhoram algumas características tecnológicas, além de resolver
problemas ambientais.
O uso de dois materiais combinados como cinza volante e sílica ativa ou
escória e sílica ativa, é benéfico, pois a reatividade da sílica ativa pode
compensar a reatividade mais lenta da escória ou cinza volante.
Há algumas limitações possíveis no uso de escórias de alto-forno e de cinza
volante no concreto de alto desempenho. Elas não são tão reativas como o
Cimento Portland. Sendo assim, a resistência à compressão do concreto de
alto desempenho ao qual foram incorporados estes materiais, após 24 horas, é
sempre mais baixa do que quando somente o cimento Portland é usado, ou
apenas em combinação com a sílica ativa. (Aiticin,1998).Portanto isso deve ser
considerado caso haja a necessidade de alta resistência inicial
3.8. Agregados
É necessário um controle mais rigoroso da qualidade do agregado com relação
à granulometria e ao tamanho máximo, pois à medida que a resistência do
concreto aumenta os agregados podem sofrer ruptura sob alta tensão.
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O uso de uma areia grossa leva a pequeno decréscimo na quantidade da água
de mistura necessária para uma dada trabalhabilidade, o que é importante para
a resistência e vantajoso economicamente.
A seleção do agregado graúdo torna-se mais importante à medida que a
resistência á compressão do concreto aumenta, as rochas duras como o
calcário e a dolomita e as ígneas como granito, gabro e diabase tem sido
usadas com sucesso.
A forma também interfere na reologia do concreto, partículas lamelares são
fracas e podem ser quebradas com os dedos, produzindo misturas ásperas que
exigem água adicional ou superplastificantes para atingir a trabalhabilidade
desejada.
O tamanho máximo do agregado tem efeitos consideráveis em relação à perda
de resistência. As partículas menores do agregado graúdos são geralmente
mais resistentes do que as partículas grandes. Isso porque o processo de
redução do tamanho freqüentemente elimina os defeitos internos do agregado,
tais como poros grandes, microfissuras e inclusões de minerais moles (Aitcin,
1998). Na ausência de qualquer ensaio de otimização é mais seguro usar o
agregado graúdo de tamanho máximo de 10 a 12 mm, porém não significa que
um agregado de 20 ou 25 mm não possa ser usado ou afete a trabalhabilidade
e a resistência do concreto
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4. Aplicações em Estruturas
Por ser um material que demanda alto controle tecnológico e, por isso mesmo,
é mais caro, é indicado apenas em estruturas especiais e em grandes
empreendimentos. Outra característica associada ao CAD é a de proporcionar
estruturas mais leves, pois sua maior resistência, conseqüente da menor
relação água/cimento, permite a construção de elementos mais esbeltos para
suportar a mesma carga.
Quando comparado a um concreto convencional, o custo inicial do m³ do
concreto de alto desempenho é mais elevado, cerca de 30 a 40%. O que não
significa, porém, que a solução como um todo seja mais cara, pois quando é
feita uma especificação adequada durante as fases de projeto, aumentar a
resistência do concreto pode trazer ganhos técnicos e econômicos.
Há uma diminuição na utilização de armaduras, item que tem peso
considerável nos orçamentos. Segundo o projetista de estruturas Francisco
Graziano, em uma situação de um pilar de 40 x 40 cm, uma mudança de fck de
25 para 35 pode gerar uma redução de armaduras de até 45% sem qualquer
alteração de seção.
A protensão consiste na introdução de grandes esforços na estrutura que
visam compensar os esforços externos, ou seja, o concreto recebe tensões
muito mais altas. Por esse motivo o aumento da resistência à compressão
característica se mostra adequado em estruturas protendidas, o que justifica a
importância do concreto ter bom desempenho.
Mesmo diante do custo inicial maior, concretos de resistência superiores a 40
MPa estão sendo aproveitados principalmente nos primeiros pavimentos e no
subsolo de edificações altas. Objetivando evitar o aumento das seções
garantindo uma melhor distribuição das cargas dos pilares nos andares mais
exigidos, como garagem e áreas comuns, que demandam amplos vãos livres.
"Contribui para o uso desse tipo de solução o fato de o mercado ter exigido
cada vez mais que os projetos potencializem os espaços internos", explica
Paulo Suzano, diretor da Matec Engenharia.
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Na construção do Continental Square Faria Lima, torre de 16 andares de uso
comercial na cidade de São Paulo, a aplicação de concreto de 50 MPa gerou
um ganho de espaço nas garagens de cerca de 5%. Conforme dados da Inpar,
responsável pela obra, a escolha por concreto de alta resistência à compressão
permitiu a eliminação do contrapiso e ainda reduziu em 13% o consumo de
armadura. De acordo com a construtora, esses benefícios, somados ao
aumento da produtividade, possibilitaram a redução de cerca de 1,5% no custo
global do empreendimento.
Outro benefício é a maior durabilidade. O ganho de vida útil pode chegar a 20%
aproximadamente, o que faz com que esse material se mostre pertinente em
estruturas expostas a ambientes agressivos, como edificações submetidas à
atmosfera salina, academias com piscina e indústrias químicas, por exemplo.
Um fator indutor do uso do CAD é a altura média dos edifícios, sobretudo os
comerciais, que tende a crescer. O preço desse material deixará de ser um
empecilho à medida que sua utilização se torne mais difundida.
Em geral, os motivos que tornam inviável o aumento da resistência do concreto
são muito mais de ordem financeira do que técnica. "Em obras de porte muito
pequeno e em ambientes pouco agressivos, o uso dessa solução pode não ser
necessário", afirma Mário Franco. "O mesmo vale para quando não for possível
garantir a qualidade do concreto, por limitações regionais ou de produção",
acrescenta Francisco Graziano.
A necessidade de maior controle tecnológico é outro fator que se torna, muitas
vezes, um obstáculo para o uso do CAD.
Na construção do Evolution Towers, em Curitiba - PR, um complexo
multifuncional de três edifícios – de uso comercial, um hotel e um residencial
com lofts – concluído em 2004, buscava-se leveza estrutural, vãos livres e o
melhor aproveitamento das áreas úteis, empregando-se concreto de 60 MPa
aditivado com superplastificantes e estabilizantes nas zonas de maior
concentração de cargas possibilitou-se concentrá-las em um número menor de
pilares e reduzir o aço da estrutura entre 20 e 30%. "Outra conseqüência
positiva foi o aumento da área dos pavimentos, da garagem e das áreas
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comuns no térreo", explica o coordenador de obras do Grupo Thá, Nilton
Antonietto, segundo o qual, a redução da área da seção dos pilares ficou em
torno de 40%.
Nas obras do TBO (Terminal de Barcaças Oceânicas) da siderúrgica CST-
Arcelor Brasil em Vitória (ES), a construtora Camargo Corrêa precisava de
estacas pré-fabricadas de Ø 90 cm e comprimento que, em princípio, era de 20
m. Problemas oriundos da sondagem da área demandaram que três dessas
estacas fossem ampliadas para 23 m, o que deveria ser feito em apenas dois
dias, quando começaria a cravagem. Para tanto, foi necessário elaborar um
novo traço a partir de dois cimentos especiais aos quais foram acrescidos
aditivos superplastificantes de 3ª geração e aditivos inibidores de retração.
Assim, os novos elementos foram confeccionados com concreto protendido
auto-adensável, que atingiu 95 MPa de resistência à compressão em 24 horas
após cura a vapor realizada durante 12 horas. Ao todo foram usados 980 m³ de
concreto para a fabricação de 98 estacas.
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5. Principais Propriedades
5.1. Pasta de Cimento
A pasta de cimento é a mistura de cimento e água, cuja função é promover
trabalhabilidade da mistura e hidratação das partículas de cimento que consiste
principalmente de dois componentes; o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), que
é a parte útil, e a fase hidróxido de cálcio (C-H) que constitui a parte neutra ou
prejudicial.
A resistência da pasta de cimento é influenciada por vários fatores, como
natureza e a dosagem do cimento, a idade do material, o grau de hidratação do
cimento a porosidade da pasta e a relação água cimento.
Em comparação com os concretos de relação água/ cimento (A/C) elevada, os
concretos de alto desempenho, com relação A/C baixa, possui uma estrutura
onde as partículas de cimento estão mais próximas permitindo uma hidratação
mais rápida nas menores idades.
Apenas o aumento da dosagem de cimento associada à redução da dosagem
de água, não basta para a obtenção do CAD, pois o próprio aumento do
consumo de cimento acima de certo nível impõe o aumento da dosagem de
água para um concreto com igual trabalhabilidade. Por isso começaram a
serem utilizados os aditivos redutores de água e as adições minerais.
5.2. Propriedades no Estado Fresco
São mais coesos e viscosos, com massa específica real superior a dos
concretos convencionais, da ordem de 2,5 Kg/dm³.
Devido a relação A/C ser baixa, geralmente não apresenta exsudação ou esta
é quase nula, o que pode provocar o surgimento de fissuras devido a retração
plástica em ambientes de altas temperaturas, pouca umidade ou muita
aeração, necessitando de uma atenção mais rigorosa em relação à cura.
5.3. Propriedades no Estado Endurecido
Embora possa atingir resistência à compressão característica de 120 MPa, em
utilizações praticas só atingiu em média 80 MPa, e sua resistência à tração
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não ocorre de forma proporcional à resistência á compressão, podendo atingir
10 MPa.O mesmo ocorre com o módulo de elasticidade,necessitando algumas
reformulações de cálculo, e pode chegar a 50 GPa.
A aderência é favorecida pelo fortalecimento e redução de uma região entre a
armadura e a pasta de cimento.
A fluência específica é reduzida chegando a 1/5 das mediadas nos concretos
convencionais.
O coeficiente de Poisson em geral não se altera (0,2).
O CAD possui uma resistência ao desgaste até dez vezes superior à dos
concretos normais, favorecendo sua aplicação em pisos, pavimentos e
estruturas hidráulicas sujeitas à abrasão.
5.4. Durabilidade
A permeabilidade do CAD é bastante reduzida, dificultando a penetração de
agentes agressivos. Em alguns testes de incêndios as estruturas apresentaram
destacamentos antes daquelas em que se usou concreto convencional. Isto
estaria relacionado à baixa permeabilidade que dificulta a saída dos vapores
d’água, provocando aumento de pressão no interior do material, capazes de
provocar pequenas explosões localizadas. Fibras plásticas adicionadas á
massa reduzem esse problema.
A porosidade pode chegar a menos de 10% metade da medida em concretos
convencionais.
Há uma diminuição em relação ao diâmetro dos poros, em alguns casos houve
eliminação total.
Outra característica importante deste concreto é o seu aumento de resistência
em relação à carbonatação, e ao ataque por sulfatos.
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6. Conclusões
O concreto é um dos materiais de construção mais utilizados em todo o mundo
possivelmente porque geralmente necessita de instalações, mão de obra e
equipamentos com baixo nível de sofisticação para a sua produção e
aplicação, além de moldagem com baixo consumo de energia, facilidade de
aplicação execução que promovem a agilidade na construção.
Por tantos motivos a sociedade mundial vai continuar consumindo grandes
quantidades de concreto, em infra-estrutura ou para edificações, porém é
necessária a sua utilização de forma eficiente, além de controlar seu consumo
e reduzir o consumo de cimento no concreto e de clínquer no cimento, pois na
produção do concreto, 90% da emissão de carbono ocorre nos fornos que
queimam o clínquer.
Para tanto se faz necessário o desenvolvimento de estudos tecnológicos para
substituição de parte do clínquer por diversos materiais complementares com
propriedades pozolãnicas, que muitas vezes são tóxicos ou nocivos ao meio
ambiente e que podem ser aproveitados na produção do concreto.
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.
É resultado de evolução tecnológica e inovação, tendo grandes chances de ter
sua utilização cada vez mais ampliada, apresentando-se como uma proposta
de material de construção com características condizentes com as
necessidades do Desenvolvimento Sustentável atual.
Por todas estas razões o uso do concreto de alto desempenho é cada vez mais
crescente, bem como o campo de aplicação torna-se cada vez mais amplo.
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7. Referências Bibliográficas
CONCRETO: Ensino, Pesquisa e Realizações/ Ed. G.C.Isaia. – São Paulo:
IBRACON, 2005. 2v.
Aitcin, Pierre-Claude, 1938-.Concreto de Alto Desempenho/ Pierre-Claude
Aitcin;tradução de Geraldo G.Serra, -São Paulo: Pini, 2000.
<http://www.portaldoconcreto.com.br/index.php?
lingua=1&pagina=desempenho> Acessado em 17/08/09
<http://www.concrebase.com.br/h_concreto.htm> Acessado em 17/08/09
http://www.altodesempenho.faithweb.com/pg4t.html - Acessado em 17/08/09
<http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/115/imprime33035.asp>
Acessado em 31/08/09
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