O Concreto auto-O Concreto auto-adensáveladensável

(CAA)(CAA)

Campus de Ilha SolteiraCampus de Ilha Solteira

Profa Dra. Mônica Pinto Barbosa

Curso:Curso: Introdução à Introdução à Ciência dos Materiais Ciência dos Materiais

Aplicados à Engenharia Aplicados à Engenharia CivilCivil

Definição:Definição:O Concreto auto-adensável (CAA), pode ser definido como um concreto capaz de fluir dentro de uma fôrma, passando pelas armaduras e preenchendo a mesma, sob o efeito do seu próprio peso, sem o uso de equipamentos de vibração. Assim, o uso do CAA aumenta a produtividade, reduz a mão de obra exigida e melhora o ambiente de trabalho.Segundo OKAMURA (1997), o concreto auto-adensável é uma mistura que pode ser adensada em qualquer local na fôrma, apenas por meio de sua própria acomodação devido ao seu peso próprio e, sem necessidade de vibração.

Sonebi (2004) define o CAA como uma nova categoria de concreto de alto desempenho caracterizado pela habilidade de se espalhar dentro dos moldes em que é lançado sob ação da gravidade, sem a necessidade de vibração, e se auto-adensar sem segregar e sem causar bloqueio.

SHINDOH & MATSUOKA (2003) : Definem o CAA como um concreto com excelente deformabilidade, alta resistência à segregação que pode ser lançado em estruturas densamente armadas sem a necessidade de adensamento . Para que isso ocorra, o CAA deve ter excelente adensabilidade em áreas densamente armadas, deformando-se por causa de seu peso-próprio sem a segregação de nenhum de seus componentes.

Barbosa et al (2002): O termo concreto auto-adensável (CAA) identifica uma categoria de material cimentício que pode ser moldado nas fôrmas e preencher cada espaço exclusivamente através de seu peso próprio, sem necessidade de qualquer forma de compactação ou vibração externa.

A auto-adensabilidade do concreto no estado fresco é descrita como a habilidade de todo o material preencher espaços e envolver as barras de aço e outros obstáculos, através, exclusivamente, da ação da força da gravidade, mantendo uma homogeneidade adequada (BOSILJKOV, 2003).

A EFNARC (European Federation of National Trade Associations Representing Producers and Applicators of Specialist Building Producters), entidade europeia com sede no Reino Unido, descreve o CAA como o mais revolucionario desenvolvimento na construção de estruturas de concreto ocorrido nas últimas decadas, constituindo-se em um dos casos particulares dos concretos de nova geração. Ele se particulariza por ter como requisitos de desempenho não apenas os fatores de resistência mecânica e de durabilidade, mas o fato de ser concebido para se tirar partido de outras exigências, como as facilidades de lançamento, a redução de ruídos em obras e a rapidez no tempo de execução. O C.A.A. é marcado por suas propriedades no estado fresco, as quais são alcançadas por meio da utilização de aditivos superplastificantes e de uma porcentagem elevada de pasta; soma-se a isto o fato de que a porcentagem de agregados graúdos na mistura é menor do que para o caso dos concretos convencionais.

Um concreto só será considerado auto-adensável, se três propriedades forem

alcançadas:• A fluidez;• A coesão necessária para que a mistura escoe intacta entre barras de aço ou habilidade passante; • A resistência à segregação.

Fluidez é a propriedade que caracteriza a capacidade do concreto auto-adensável de fluir dentro da fôrma e preencher todos os espaços.

Habilidade passante é a propriedade que caracteriza a capacidade do CAA de escoar pela fôrma, passando por entre as armaduras sem obstrução do fluxo ou segregação.

Resistência à segregação é a propriedade que caracteriza a capacidade do CAA de se manter coeso ao fluir dentro das fôrmas, passando ou não por obstáculos

Sabe-se ainda que: A habilidade do concreto fresco, CAA ou não, de passar através de espaços estreitos ou obstáculos é um dos principais fatores que influem na qualidade final do concreto endurecido.Entretanto......

Existia o problema da exsudaçao do concreto.

Observa-se, no gráfico que à medida que o consumo de cimento diminui o problema se agrava, pois a quantidade de finos é menor.ENTÃO......

Até meados dos anos 70, o ACI (American Concrete Institute) não recomendava que se utilizasse misturas com resultados de abatimento (slump test) acima de 175mm, já que a exsudação aumentava exponencialmente.

Figura 1: exsudação de concretos sem aditivos (fonte: COLLEPARDI, 2001, p.12)

SURGIRAM OS ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES

Com eles pode-se dosar concretos fluidos com valores de abatimento acima de 250mm com nenhuma ou desprezível exsudação, vejamos....

Foi então sugerido que senomeasse de concretos reodinâmicos aquelas misturas bastante fluidas, mas ao mesmo tempocoesivas e com baixa tendência à segregação e exsudação.

HISTÓRICOO moderno concreto auto-adensável foi desenvolvido no Japão para resolver o problema da baixa durabilidade de construções em concreto armado. Por volta de 1983 iniciaram os primeiros estudos, coordenados por Hajime Okamura, da Universidade de Tókio.

Primeiramente, Okamura pensou em adaptar o concreto a ser estudado para as estruturas convencionais, os concretos submersos resistentes à lixiviação, que já eram utilizados na época para resolver este problema.

É importante frisar que aquele concreto possuía uma excelente resistência à segregação devido ao aditivo modificador de viscosidade, a base de polímeros solúveis em água. Mas este tipo de concreto não satisfez completamente às expectativas, basicamente por duas razões: a grande viscosidade impedia eliminação de bolhas de ar aprisionadas na massa do concreto e a compactação deste em áreas altamente reforçadas com armaduras era complicada. Assim, os estudos foram direcionados para a trabalhabilidade de concretos.

MOTIVAÇAO DAS PESQUISAS:

A falta de mão de obra qualificada em toda a indústria da construção civil do Japão e, conseqüentemente, nos canteiros de obras, para realizar a compactação adequada do concreto, necessária para execução de estruturas duráveis.

Através da visualização do concreto em um experimento proposto por Hashimoto, pode-se observar o movimento dos agregados graúdos, com a substituição da argamassa do concreto por um material polímero transparente.Neste experimento pode-se observar que o bloqueio da fluidez através de um obstáculo ou passagem estreita ocorreu em função docontato entre os agregados graúdos.Para evitar este problema, foi limitada a quantidade de agregado graúdo, assim como estabeleceu-se que o concreto deveria possuir uma viscosidade moderada.

Segundo Okamura para o concreto fluir uniformemente através de barras de aço, a tensão de cisalhamento da argamassa deve ser pequena. Esta tensão surge na argamassa, devido ao deslocamento das partículas de agregado graúdo. Observando-se resultados experimentais, Okamura concluiu que a tensão de cisalhamento da argamassa dependeria da relação água/aglomerante (a/agl), e que existia uma relação a/agl ótima, para a menor tensão.Assim, surge um problema: aumentando a relação água/aglomerante, aumenta a fluidez do concreto, mas, ao mesmo tempo, diminui sua viscosidade. Por isso é que para a produção de concretos auto-adensáveis é praticamente obrigatório o uso de aditivos superplastificantes e recomendável o uso de modificadores de viscosidade, o primeiro para aumentar a fluidez e o segundo para aumentar a viscosidade do concreto.

PORÉM....

Somente após um estudo aprofundado de todas estas informações, em 1988, foi que Ozawa desenvolveu o primeiro concreto auto-adensável.

ESTUDOS DERAM SEGMENTO A ESTA NOVA TECNOLOGIA

• em 1989 foi publicado o primeiro trabalho sobre o CAA por Ozawa no Second East-Asia and Pacific Conference of Structural Enginnering and Construction (EASEC2);•Em Maio de 1992 Ozawa apresenta o CAA no “CANMET & ACI International Conference”, em Istambul, permitindo assim a divulgaçao do novo concreto pelo mundo todo;• em 1993, Okamura, Ozawa e Mackawa publicaram o primeiro livro na área (em japonês) High Performance Concrete;•Em Novembro de 1994, Paul Zia promove o primeiro Workshop ACI em Bangkok, sendo que a partir daí o CAA passa a ser ponto de referencia comum entre pesquisadores e engenheiros;•Em 1996 a “Fergunson Lecture by Okamura”na ACI Fall Convection, em New Orleans desperta o interesse dos engenheiros e pesquisadores americanos;•Em agosto de 1998 ocorre o primeiro seminário sobre CAA , em Kochi no Japão, onde se decidiu estabelecer uma rede de intercâmbio de informação, usando um web-site na internet “International Network for Self-Compacting Concrete (SCC-Net)”;

E TEM MAIS.....

•Janeiro de 1997 foi formado o Comité Técnico da RILEM para estudar o novo tipo de concreto que surgia;

•Em Julho de 2000 a SFGC (Association Francaise de Genie Civil) lança suas primeiras recomendaçoes sobre o CAA;

•Lançamento do projeto da comunidade europeia FP5 Brite-Euram Scc Project (2001-2004) envolvendo empresas de construção francesas e suecas, e sobretudo laboratorios e centros de pesquisas e Universidades, dentre elas se destacando a Universidade de Paisley na Escócia, o Laboratoire Central des Ponts et Chaussés na França e a Technical University of Lulea na Suécia;

•Em 2001 o RILEM lança suas primeiras recomendações técnicas sobre o CAA;

•No Brasil os primeiros estudos sobre o CAA surgem a partir de 2001.

VANTAGENSVANTAGENSAlgumas das vantagens do CAA são aqui enumeradas:a) acelera a construção;b) reduz a mão-de-obra no canteiro;c) melhora o acabamento final da superfície;d) pode aumentar a durabilidade por ser mais fácil de adensar;e) permite grande liberdade de formas e dimensões;f) permite concretagens em peças de seções reduzidas;g) elimina o barulho de vibração;h) torna o local de trabalho mais seguro, em função da diminuição do número de trabalhadores;i) pode obter um ganho ecológico;j) pode reduzir o custo final do concreto e/ou da estrutura.

ALEM DISSO....

O CAA possui uma grande deformabilidade no estado fresco, ou seja, pode ser moldado facilmente nas mais diversas formas, sob a ação da gravidade, e, ainda mais se forças externas forem aplicadas. Isto permite que o CAA percorra até dez metros de distância horizontal, mesmo com obstáculos no caminho (armaduras, eletrodutos e outros).

Segundo Coppola (2000), a grande resistência à segregação, aliada à fluidez do CAA, permite a eliminação de macro defeitos, bolhas de ar e falhas de concretagem, responsáveis diretos por perdas de desempenho mecânico do concreto e durabilidade da estrutura, e também é importante frisar que esta tecnologia acelera a edificação, podendo haver um ganho de tempo da ordem de vinte a vinte e cinco por cento.

Bartos e Söderlind (2000), em estudo experimental realizado, concluíram que o ruído captado por trabalhadores e pelo entorno da edificação, quando utilizado o CAA, é de, aproximadamente, um décimo do ruído recebido quando o concreto convencional é utilizado, em decibéis.

E TEM MAIS....

De La Peña (2001) afirma que, além das vantagens já mencionadas, o concreto autoadensável permite obter altas resistências à compressão a curto e longo prazo, baixa relação água/cimento, baixa permeabilidade e alta durabilidade. E a possibilidade da eliminação da vibração é muito interessante, uma vez que, além da economia de energia elétrica e mão de obra, a vibração produz ruído, podendo causar doenças nos operários. Somado a isso, a vibração também desgasta e exerce forte pressão nas fôrmas, podendo estas cederem, se não estiverem bem presas.Para (BOSILJKOV, 2003), ao mesmo tempo em que resíduos da

construção podem funcionar como finos, dando coesão ao CAA, a viabilidade de sua utilização pode ser uma solução para os problemas gerados em sua disposição. Assim, o cimento, que é um material mais caro, poderá ser usado com a única função de dar resistência ao concreto.

ZHU e BARTOS (2003) concluiram que o CAA apresentou reduções significativas no coeficiente de permeabilidade e absorção capilar, se comparado ao concreto convencional referência, de faixas de resistência similares.

UTILIZAÇÃO DO CAAO CAA pode ser utilizado tanto moldado in loco como na indústria de pré-moldados, pode ser dosado no canteiro de obras ou em centrais de concreto e depois transportado via caminhão betoneira para as construções. Também pode ser lançado com bombas de concreto, gruas ou simplesmente espalhado, ou seja, o CAA é tão versátil quanto o concreto convencional.NO JAPÃO:

• As duas ancoragens da ponte suspensa Akashi-Kaikyo, aberta em Abril de 1998. Esta ponte tinha, na época, o maior vão do mundo (1991 metros), e foram lançadas 290.000 m3 de CAA.• Nas paredes de um tanque LNG pertencente a Osaka Gas Company, as quais consumiram 12000 m3 de CAA e foram entregues em 1998. • O túnel construído em Yokohama, no Japão, com três metros de diâmetro e um quilômetro de comprimento, onde foram utilizadas duas camadas de aço protendido, preenchidas com CAA, numa aplicação de 40 m³.• Na indústria de pré-moldados sobretudo na construção de aduelas para túneis.

Ponte Shin-kiba Ohashi executada no Japão em 2003

Blocos de ancoragem - ponte Akashi-kaikyo (a) vista aérea e (b) vista lateral

(ª)

(b)

Execução do reservatório de metano liquefeito com CAA , pertecente a Osaka Gas Company (1998)

CAA aplicado em revestimento de túnel em Yokohama.

NA FRANÇA:

• Na obra de CHAMARANDE, em 1998, onde as peças concretadas com CAA eram longas paredes, com 2,30 metros de altura, 0,16 metros de espessura e 30 metros de comprimento e colunas altamente reforçadas.

•Na obra de Bretonneau, em 1999.

•Na auto-estrada A46 em Lyon, em 2000

Réalisations

• O Viaduto de Millau, a 340 m de altitude

A Passarela da Paz em Séul-Coréia (2002)

A ponte Rion-Antirion, na Grecia

A torre de Hypergreen em Paris com 246 m de altura.

Utilização de CAA em indústria de pré-moldados nos EUA (2003)

NO BRASIL

Obra do museu Iberê Camargo em Porto Alegre com CAA branco –

Condomínio composto de três edifícios residenciais de sete pavimentos, totalizando 72apartamentos. Vista geral de edifício executado em CAA em Goiânia.

CONCRETO AUTO ADENSÁVEL VERSUS CONCRETO CONVENCIONAL

A maioria dos materiais para produzir CCV pode ser usada na produção de CAA, apesar de haver diferenças significativas na obtenção do CAA comparado com a produção de CCV. Em termos de composição dos concretos, alguns autores ilustram a diferenciação entre um CAA e um CCV, através da figura abaixo:

Comparação da composição de um CAA e de um CCV (fonte: Okamura, 2003)

Representação esquemática das composições do CAA e do CCV (fonte: Holschemacher e Klug, 2003)

Estado endurecidoNo geral, as propriedades no estado endurecido do CAAsão similares ou superiores as dos concretos convencionais equivalentes.

Lançamento do concreto É a atividade que mais muda quando se usa o CAA. A operação final de colocação e lançamento do CAA requer muito menos habilidade ou mão-de-obra para se obter um produto (concreto) final uniforme e denso, comparado com concreto tradicional. Sendo a vibraçãodesnecessária, o barulho e o risco de desenvolver problemas devido ao uso de equipamentos são reduzidos.Entretanto, maior tempo para testar o concreto antes do lançamento é consumido.

Estado FrescoO CAA no estado fresco é muito mais

sensível às variações de qualidade e uniformidade dosconstituintes que o compõem.

MATERIAIS CONSTITUINTESUm concreto auto-adensável é constituído pelos materiais conforme se segue:

•Cimento•Filers (pozolânicos e/ou não-pozolânicos)•Areia•Brita•Água•Aditivos (os mais importantes são os superplastificantes e os modificadores de viscosidade)

OBS: 1. Segundo Persson (2001) podem ser usados os seguintes fílers, entre

outros: cinza volante, fíler de vidro, fíler calcário, sílica ativa e fíler de quartzo.

2. O fíler calcário tem sido o tradicional fíler usado para a produção de CAA. Além do calcário, outras adições minerais têm sido consideradas. Por exemplo, materiais finos como areia fina ou pó granítico também podem ser usados.

3. Tambem para evitar a separação entre as partículas maiores no CAA são usados aditivos modificadores de viscosidade (VMA´s) ou fílers para aumentar a viscosidade.

OBS:

1. Os finos referem-se às partículas de cimento e de fíler com dimensões inferiores a 125 μm.

2. Um alto teor de finos (cimento+adições), na ordem dos 500-600 kg/m3 de concreto, é geralmente necessário para minimizar o potencial de segregação de concretos fluidos.

3. Quanto aos aditivos superplastificantes, responsáveis pela alta fluidez do CAA, se pode dizer que os mesmos são praticamente uma obrigação para a obtenção de concretos fluidos e autoadensáveis.

4. Ramachandran et al (1998) colocam que a função principal dos superplastificantes no concreto é alcançar e controlar a trabalhabilidade do concreto fresco sem afetar adversamente outras características do sistema cimentício, como tempo de pega, ar incorporado, resistência mecânica, ou quantidade de vazios.

5. Os três tipos de superplastificantes mais comuns na atualidade são: os de base naftaleno sulfonados, os de base melanina sulfonados e os chamados de superplastificantes de nova geração ou 3ª geração que são os policarboxilatos. Estes últimos são considerados os que apresentam melhor capacidade de dispersão e habilidade de fluidificar.

TIPOS DE CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL

Do ponto de vista da sua composição, os CAA´s no Japão costumam ser divididos em três categorias, em função do método para torná-lo auto-adensável:

- Tipo finos (powder type): este tipo de CAA caracteriza-se por possuir alto teor de finos para evitar a segregação, proporcionando uma viscosidade adequada. São os finos que proporcionam a viscosidade necessária para que as partículas de agregado graúdo se mantenham em suspensão na argamassa.

- Tipo combinado (combination type): este é o tipo caracterizado pela adição de uma pequena quantidade de VMA aos finos para balancear as flutuações da mistura durante a produção do CAA, uma vez que o CAA é bastante sensível às variações de umidade e composição granulométrica dos seus componentes. Portanto, o VMA, neste caso, possui apenas a função de fazer o ajuste da dosagem.

- Tipo agente de viscosidade (viscosity agent [stabilizer] type): este tipo de CAA apresenta-se com um teor de finos similar ao de um concreto convencional, ao qual é adicionado um agente ou aditivo modificador de viscosidade (VMA) para estabilizar a mistura e inibir a segregação dos materiais. Este aditivo tem a função de aumentar a viscosidade para manter a mistura coesa e resistente à segregação. Esse tipo de CAA é geralmente produzido quando não existem finos para aumentar a viscosidade ou quando a aplicação destes não for econômica e/ou tecnicamente viável;Exemplos de traços de CAA produzidos no Japão e na Europa,

mostrando os três tipos de dosagem: tipo finos, tipo VMA e tipo combinado.

Exemplos de traços de CAA produzidos no Japão

Exemplos de traços de CAA produzidos na Europa

COMPORTAMENTO REOLÓGICO DO CAA NO ESTADO FRESCO

Reologia é a ciência que estuda a deformação e o escoamento da matéria, o que significa que a reologia trata das relações entre tensão, carga, taxa de deformação e tempo.

É também definida como o ramo da mecânica dos fluidos que estuda aspropriedades físicas que influenciam o transporte de quantidade de movimento num fluido. A viscosidade é a propriedade reológica mais conhecida, e a única que caracteriza os fluidos newtonianos.PORQUE ESTUDAR A REOLOGIA DO CONCRETO FRESCO????

Além do objetivo de fornecer informações úteis para explicar e prever algumas propriedades do concreto, outros objetivos do estudo da reologia da pasta de cimento podem ser resumidos em:

- caracterizar o real comportamento reológico do material, por exemplo, a reologia de um grout;

- fazer do estudo reológico um meio possível de controlar a produção de cimento, através da realização em laboratórios de testes reológicos em pequena escala;

- prever os efeitos dos aditivos sobre o concreto fresco, correlacionando os seus efeitos na pasta de cimento e no concreto.A reologia do concreto fresco é frequentemente descrita pelo

modelo de Bingham, que é caracterizado pela tensão de cisalhamento (ou tensão de corte) limite e pela viscosidade plástica.

Já a viscosidade pode ser definida como a propriedade de resistir à deformação, ou melhor, é a medida da resistência interna ou fricção interna de uma substância ao fluxo quando submetida a uma tensão. Esta propriedade é medida por um coeficiente que depende do atrito interno em conseqüência à coesão das partículas de seus componentes.

PORTANTO:

Quanto mais viscosa a massa do material, mais difícil de fluir e maior o seu coeficiente de viscosidade. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor a velocidade em que o fluido se movimenta. Ela define-se pela lei de Newton da viscosidade, mostra a equação 1:

onde: τ = tensão de cisalhamentoμ = coeficiente de viscosidade ou viscosidade dinâmica∂u/∂y = gradiente velocidade/deslocamento

VEJAMOS....Segundo o modelo de Bingham, ilustrado na figura, é necessário aplicar certa tensão decorte ou de cisalhamento (τ0) para que se inicie o movimento, seguido pelo aumento da tensão de cisalhamento a uma velocidade de corte crescente. O declive da reta corresponde à viscosidade plástica (μpl em Pa.s).

O CAA é caracterizado por baixo limite de cisalhamento (yield value) necessário para alta capacidade de deformação e por moderada viscosidade para garantir suspensão uniforme das partículas sólidas durante e após o processo de concretagem até ao inicio de pega.

LOGO....

A redução da viscosidade diminui a habilidade da mistura manter uma dispersão homogênea dos seus constituintes. A falta de estabilidade (coesão) pode levar à segregação e bloqueio do fluxo, e anisotropia na direção da concretagem que enfraquece a interface entre a pasta de cimento e agregado e armadura.

PORTANTO...

O CAA se enquadra na faixa de valores baixos de tensão de cisalhamento (limite de cisalhamento), aproximando-se de um fluido Newtoniano, e apresentando ao mesmo tempo uma viscosidade plástica adequada.

VEJAMOS....

Na figura abaixo pode-se ver as propriedades reológicas do CAA, sendo que:(a) tendo uma tensão de cisalhamento próxima à zero, de forma que se comporte como um fluido Newtoniano e (b) com alta, mas “adequada” viscosidade para minimizar o potencial de segregação da mistura.