puc maco2 14 comport-termico - SOL -...

Concreto Massa

Residência, Cidade do México

Ponte sobre o Rio OrinocoVenezuela

Cathedral of Our Lady of the Angels

Laboratórios de Tecnologia em Laboratórios de Tecnologia em

Empreendimentos Empreendimentos

de FURNAS:de FURNAS:

Uma breve apresentaçãoUma breve apresentação

Áreas de AtuaçãoÁreas de Atuação

• Tecnologia do concreto• Mecânica dos solos• Mecânica das rochas• Materiais betuminosos• Geologia de engenharia e ambiental• Instrumentação e auscultação para segurança • Instrumentação e auscultação para segurança

estrutural• Engenharia hidráulica• Hidrometeorologia• Controle de qualidade da água• Gestão da qualidade• Metrologia

••Atuação Internacional em cerca de 30 obras nos cinco continentes;Atuação Internacional em cerca de 30 obras nos cinco continentes;

••Atuação Nacional em mais de 150 empreendimentos ;Atuação Nacional em mais de 150 empreendimentos ;

••Desde 1985, sede em Aparecida de GoiâniaDesde 1985, sede em Aparecida de Goiânia--GO;GO;

••Certificação ISO 9001 e Certificação ISO 9001 e acreditaçãoacreditação INMETRO;INMETRO;

••Apoio a mais de 100 dissertações de mestrado e 50 teses de doutorado;Apoio a mais de 100 dissertações de mestrado e 50 teses de doutorado;

••Mais de 700 artigos técnicoMais de 700 artigos técnico--científicos publicadoscientíficos publicados

CComportamentoomportamento e e

desempenho térmico do desempenho térmico do

concreto: concreto: concreto: concreto: Por que e quando se preocupar ?Por que e quando se preocupar ?

Como evitar fissuras de origem térmica ?Como evitar fissuras de origem térmica ?

Eduardo de Aquino Eduardo de Aquino GambaleGambaleDepartamento de Tecnologia de EmpreendimentosDepartamento de Tecnologia de Empreendimentos

FURNASFURNAS

� A reação de hidratação do cimento provoca, durante o endurecimento do concreto, variações dimensionais que, quando restritas, podem levar a fissuração do concreto.

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

� Complexidade - recentes avanços processos construtivos

� Novas concepções de cimentos

� Dosagens influem diretamente na fissuração do concreto

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 6 12 18 24

Idade (Hora)

Tem

pera

tura

(ºC

)

CP II F 32

CP IV

CP Branco

Centro Administrativo Rio Negro Barueri,SP

Concreto Fluido Autoadensável Concreto de Alto Desempenho

Cimentos BrasileirosCimentos Brasileiros

�� Composição química do cimento : quantidade de C3A e C3SComposição química do cimento : quantidade de C3A e C3S

�� Finura do cimento (m²/g) : moagem e área específica Finura do cimento (m²/g) : moagem e área específica

Principais fatores que influenciam significativamente na velocidade de hidratação do cimentovelocidade de hidratação do cimento:

�� É aquele que, ao ser aplicado numa estrutura, requer a tomada É aquele que, ao ser aplicado numa estrutura, requer a tomada de precauções que evitem fissurações derivadas de seu de precauções que evitem fissurações derivadas de seu comportamento térmico.comportamento térmico.

Concreto Massa Concreto Massa -- definiçãodefinição

Termômetro 363

40

50

Tem

pera

tura

(°C

)

TemperaturaCalculada

Leituras no Termômetro 363

0 20 40 60 8020

30

40

Idade (dias)

Tem

pera

tura

(°C

)

Tipos de FissurasTipos de Fissuras

��Fissuras do concreto no estado plástico Fissuras do concreto no estado plástico � Sedimentação;� Assentamento diferenciais dentro da massa do concreto;� Movimentação das formas ou fundação;� Impedimento da sedimentação pela armadura ou agregado;� Retração superficial;� Variação da temperatura ambiente.

��Fissuras do concreto no estado endurecido Fissuras do concreto no estado endurecido ��Fissuras do concreto no estado endurecido Fissuras do concreto no estado endurecido

� Retração hidráulica;� Deformação autógena;� Acabamento (uso excessivo da desempenadeira)� Concentração de esforços;� Em função do fenômeno da hidratação do cimento;� Projeto inadequado das Juntas de dilatação;� Oxidação das armaduras;� Formação da Etringita tardia;� Ataque químico (fonte externa e interna).

Transmissão de Calor no Maciço

de Concreto

Energia Solar

Convecção e condução

Calor Hidratação

Condução (Difusividade térmica)Fonte de Calor Interna

Fonte de Calor Externa

Fissuras de Origem TérmicaFissuras de Origem Térmica

Condução (Difusividade térmica)Interna

A tensão de tração na flexão

é ultrapassada pela tensão instalada

Por que aparece a fissura de origem térmica daPor que aparece a fissura de origem térmica dahidratação do cimento ?hidratação do cimento ?

Peça de Concreto Livre de tensão

Resfriada sem restrições

Resfriada com restrições

Tensão = 0

Tensão = 0

Tensão <> 0

“Existem ótimos

planejamentos de

construção, que produzirão

temperatura favoráveis no

concreto massa sem grande

custo, mas informações para

Eng° Walton Pacelli e Roy Carlson executando cálculo térmico pelo método de Carlson em Itumbiara-GO, 1985.

Desenho da Arquiteta Maria Luiza de Ulhôa Carvalho.

auxiliar a seleção desses

planejamentos geralmente

têm faltado.”

“ A base do método dos elementos finitos foi desenvol vida por Douglas Mchenry ”Roy W. Carlson

Em1962, a segurança de uma barragem em Arkansas Estados Unidos foi questionada devido à uma grande fissura vertical.

Este foi o primeiro caso em que foi utilizado o método dos elementos finitos para resolver um problema da Engenharia.

HISTÓRICOHISTÓRICO

Engenharia.

Tipos de elementos finitos :

unidimensionalBidimencional

Tridimensional

Tensões de origem térmicaTensões de origem térmica

Caracterização do Concreto

Parâmetros

Coeficiente dilatação Módulo de elasticidadeResistência à traçãoFluência

Parâmetros

Fatores de Projetoe execução

Dimensões da peçaIntervalo de colocaçãoCondições de lançamentoTemperatura ambienteTemperatura de colocaçãoUso de pós refrigeraçãoConsumo de cimentoTipo de cimento; outros

ParâmetrosViscoelásticos

Cálculo no Campo de Tensões

Segurança

ParâmetrosTérmicos

Cálculo no Campode Temperatura

Instrumentação

Difusividade TérmicaCondutividade TérmicaCalor EspecíficoElevação Adiabática

Utilização de um banco de dados (Literatura)Equipe de FURNAS - Editor Walton Pacelli de Andrade

Execução de Ensaios

Parâmetros térmicos e Parâmetros térmicos e viscoelásticosviscoelásticos -- ObtençãoObtenção

Modelos de dados exemplo : Rede Neural

Equipe de FURNAS - Editor Walton Pacelli de AndradeConcretos: Massa, Estrutural, Projetado e Compactado com Rolo Ensaios e Propriedades Ed. Pini, São Paulo-SP, 1997.

-1

0

11,5

Concreto

-1

0

11,5

Concreto

Simulação UNIDIMENSIONALSimulação UNIDIMENSIONAL

-4

-3

-2

-1

Fundação

-4

-3

-2

-1

Fundação

Modelo BIDIMENSIONALModelo BIDIMENSIONAL

Tubo de sucção da UHE Santo Antonio

Caixa Expiral da UHE Batalha

Simulação TRIDIMENSIONALSimulação TRIDIMENSIONAL

Concretagem bloco de fundação de grande dimensão e volume de concreto : 520 m 3

Viga MunhãoUHE Corumbá

O que fazer para minimizar:O que fazer para minimizar:

� Dosagem : consumo de cimento, tipo de cimento, aditivo etc.

� Plano de concretagem: espessura das camadas, intervalo de colocação, lançamento noturno, concreto bombeado, forma deslizante, etc.

Fissuras de Origem TérmicaFissuras de Origem Térmica

� Procedimento construtivo: pré-refrigeração (armazenamento do material na sombra, água gelada, gelo, refrigeração do agregado etc) ou pós refrigeração (serpentina ou outros recursos)

Fatores cuja influência é significativa na Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estruturatemperatura da estrutura

1. CONSUMO DE CIMENTO

40,0

50,0

60,0E

leva

ção

Adi

abát

ica

(oC

)

0,0

10,0

20,0

30,0

0 10 20 30

Idade (dia)

Ele

vaçã

o A

diab

átic

a

200 kg/m³

250 kg/m³

300 kg/m³

350 kg/m³

400 kg/m³

Fatores cuja influência é significativa na Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estruturatemperatura da estrutura

2. TEMPERATURA DE APLICAÇÃO NA PRAÇA

350 kg/m³ do cimento tipo CP IITem peratura ambiente = 25 oC

Espessura da camada= 1 metro

66

68

70

72

Tem

pera

tura

máx

ima

(oC

)

52

54

56

58

60

62

64

10 15 20 25 30 35

Temperatura de colocação do concreto na praça ( oC)

Tem

pera

tura

máx

ima

(

Fatores cuja influência é significativa na Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estruturatemperatura da estrutura

3. ESPESSURA DA CAMADA

350 kg/m³ do cimento tipo CP IITem peratura am biente = 20 oC - Temperatura de colocação = 25 oC

Intervalo de colocação das cam adas = 3 dias

65

70

75

Tem

pera

tura

máx

ima

(oC

)

45

50

55

60

65

0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

Espessura da camada (m)

Tem

pera

tura

máx

ima

(

Fatores cuja influência é significativa na Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estruturatemperatura da estrutura

4. PLANO DE CONCRETAGEM

Plano : 1 camada de 0,50 m depois de 5 dias uma camada de 1 ,00 metros depois de 4 dias

camadas de 1,50 metros a cada 8 dias

55

60

65

20

25

30

35

40

45

50

55

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

Idade (dia)

Tem

pera

tura

(ºC

)

1º Camada

2º Camada3º Camada

4º Camada5º Camada

6º Camada7º Camada

Fatores cuja influência é significativa na Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estruturatemperatura da estrutura

5. INTERVALO DE LANÇAMENTO

350 kg/m³ do cimento tipo CP IITem peratura ambiente = 20 oC - Temperatura de colocação = 25 oC

Espessura da cam ada= 1 m etro

60

61

62

63

Tem

pera

tura

máx

ima

(oC

)

54

55

56

57

58

59

60

1 2 3 4 5

Intervalo de colocação (dias)

Tem

pera

tura

máx

ima

(

Fatores cuja influência é significativa na Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estruturatemperatura da estrutura

6. TIPO DE CIMENTO

25

3035

4045

Tem

per

atur

a (

oC

)

05

1015

2025

0 5 10 15 20 25 30

Idade (dia)

Tem

per

atur

a (

CP II

CP III

CP IV

PRÉ-REFRIGERAÇÃO

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

Gelo em escamas

Gelo em cubos

Água gelada

PRÉ-REFRIGERAÇÃO – Cálculo da % de GELO

C onsumo de C im ento = 400 kg /m 3

Consumo de água = 180 kg/m 3

Tem pera tura am biente = 35 o C

70

80

90

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25

Queda de tem peratu ra ( ∆ t(o C ))

% G

elo

Princípio da conservação da Energia:(ΣQ=0)

PRÉ-REFRIGERAÇÃO – FÁBRICA DE GELO

PRÉ-REFRIGERAÇÃO – CAMINHÃO BETONEIRA

Geladinho

Tecnologista Élcio GuerraGanhador do prêmio“Liberato Bernardo”

1993

PÓS-REFRIGERAÇÃO – Circulação de ÁGUA em SERPENTINAS

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

PÓS-REFRIGERAÇÃO – Circulação de ÁGUA em SERPENTINAS

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

PÓS-REFRIGERAÇÃO – Circulação de ÁGUA em SERPENTINAS

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

RAIOS SOLARES – Proteção contra incidência

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

PROTEÇÃO – Mantas, sacos de aniagem

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

Manta de geotêxtil

Manta tipo BIDIN

CUIDADOS COM CURA E VIBRAÇÃO

Como evitar a FISSURAÇÃO ?Como evitar a FISSURAÇÃO ?

Procedimento correto de vibração do concreto -revibração do concreto, visando a melhoria do

acabamento da superfície vibrada e incorporação das

pedras segregadas e espalhadas sobre a superfície

do concreto vibrado.

Cura eficiente

ESTUDO DE CASOESTUDO DE CASO

3a Ponte do Lago Sul de BRASÍLIA

Resistência a compressão (MPa)

0

20

40

60

0 10 20 30Idade (dia)

Res

istê

ncia

a

com

pres

são

(MP

a) Ensaio

Ajuste

Caracterização do CONCRETOCaracterização do CONCRETO

Resistência à Tração (MPa)

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30

Idade (dia)

Res

istê

ncia

à T

raçã

o (M

Pa)

Flexão

Diametral

Simples

Ensaio

Ensaio

Ensaio

Módulo de Elasticidade Elétrico (GPa)

0

20

40

60

0 10 20 30Idade (dia)

Mód

ulo

(GP

a)

Ensaio

Ajuste

0

5

10

15

0 10 20 30 40

Idade (dia)

Coe

ficie

nte

de F

luên

cia

(10-

6/M

Pa)

Ensaio

Ajuste

Caracterização do CONCRETOCaracterização do CONCRETO

Ensaios ESPECIAIS

Parâmetros TérmicosCalor Específico (kcal/kg.oC) : 0,20Difusividade Térmica (m²/dia) : 0,07705Condutividade Térmica (kcal/m.d.oC) : 36,18Massa específica (Kg/m3) : 2348Coeficiente de Dilatação Térmica (10-6/oC) : 9,11

F lu ê n c ia E s p e c ífic a

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0

I d a d e (d i a )

Flu

ênci

a (1

0-6/M

Pa)

4 d ia s

7 d ia s

2 8 d ia s

ANÁLISE no CAMPO das TEMPERATURASANÁLISE no CAMPO das TEMPERATURAS

Concreto

Água

Concreto externo

HIPÓTESES DE CÁLCULO ESTUDADASHIPÓTESES DE CÁLCULO ESTUDADAS

60

70

80

90

0 1 2 3 4 5 6 7 8Tem

pera

tura

(ºC

) Camada 2,0m

Camada 1,0m

Camada 1,0m

Cronograma Obra

60

70

80

90Te

mpe

ratu

ra (

ºC) Camada 2,0m

Camada 1,0m

Camada 1,0m

Cronograma Obra

Cronograma da Obra :

Lançamento de uma camada 0,50m seguido de uma esper a de 10 dias, retomada com 3 camadas de 1,00m e última d e 0,50 m

Intervalo de Lançamento (dia)

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Intervalo de Lançamento (dia)

Isotermas do Bloco 4 da 3º Ponte do Lago Sul

1

2

3

Com

S

em

pó

s-r

efrig

eraç

ãoTmáx = 85ºC

RESULTADOSRESULTADOS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

1

2

3

Com

pó

s-re

frig

eraç

ãopó

s

Tmáx = 75 ºC

Algumas FOTOSAlgumas FOTOS

Estudo térmico do tamponamento doEstudo térmico do tamponamento do

TunelTunel da UHE Batalhada UHE Batalha

Estudo térmico do tamponamento doEstudo térmico do tamponamento doTunelTunel da UHE Batalhada UHE Batalha

Estudo térmico do tamponamento doEstudo térmico do tamponamento doTunelTunel da UHE Batalhada UHE Batalha

Estudo térmico do tamponamento doEstudo térmico do tamponamento doTunelTunel da UHE da UHE BatalhaBatalha

Analise térmicaAnalise térmica

MONITORAMENTTO de TemperaturaMONITORAMENTTO de Temperatura

55

60

65

70

75

80

Tem

pera

tura

(ºC

)

Calculo

Leituras do TE-26

45

50

55

0 10 20 30 40 50

Idade (dia)

Monitoramento (Bloco de uma Edificação)

Altura = 1,60m Cimento CP-V consumo XXX Kg/m³

50

60

70

80

Te

mp

era

tura

°C

20

30

40

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240

Tempo em horas

Te

mp

era

tura

°C

Termômetro Central 1ª Camada Termômetro Centra l 2ª Camada

Simulação nó centra l da 1ª camada (nó 63) Simulaçõa nó centra l da 2ª camada ( nó 163)

CASTRO, D. P. ; NASCENTE, M,R.; “Estudo do Comportamento Térmico do Concreto de Blocos e sapatas de fundações” Pontífícia Universidade Católica de Goiás, Departamento de Engenharia Civil, Trabalho de Final de Curso, Goiânia, 2013

CONSIDERAÇÕES FINAISCONSIDERAÇÕES FINAIS

� O fenômeno térmico é um problema importante edeve ser levado em consideração em concretos comcaracterísticas massivas.

� Do ponto de vista da engenharia, diversas medidaspodem ser tomadas de modo a prevenir a fissuraçãodo concreto provocada pelos efeitos da reação dehidratação, como por exemplo:

1. Escolha da composição do concreto ;2. Proteção do concreto contra a incidência dos raios

solares (armazenamento na sombra dosmateriais, cura com água da estrutura, sacos deaniagem molhado,etc);

3. Controle do ritmo de execução da estrutura , isto é, daespessura das camadas de concretagem e dointervalo de lançamento entre camadas consecutivas;

4. Diminuição da temperatura de lançamento doconcreto (pré refrigeração);

5. Utilização da pós-refrigeração .

MUITO MUITO OBRIGADO!!!OBRIGADO!!!OBRIGADO!!!OBRIGADO!!!

GambaleGambale

ELETROBRAS FURNASELETROBRAS FURNASDEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE EMPREENDIMENTOSDEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE EMPREENDIMENTOSLABORATÓRIO DE TECNOLOGIA EM ENGENHARIA CIVILLABORATÓRIO DE TECNOLOGIA EM ENGENHARIA CIVIL

emails: dtce@furnas.com.br gambale@furnas.com.brTelefone: (62) 3239 6300 Fax: (62) 3239 6500Endereço: BR 153, km 510 Aparecida de Goiânia – GO