Conc Esp Paula

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTAUNESP - CAMPUS DE BAURU/SP

FACULDADE DE ENGENHARIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

RELATRIO FINAL DE PESQUISABolsa de Iniciao Cientfica FAPESPProcesso n. 06/55978-1 Perodo: 01/03/07 a 10/02/08

CONCRETOS ESPECIAIS PROPRIEDADES, MATERIAIS E APLICAES

Aluna: Paula Sumie Watanabe Orientador: Prof. Dr. Paulo Srgio dos Santos Bastos

Bauru/SP Fevereiro/2008

RESUMO

O concreto normal, feito com cimento Portland e agregado natural convencional apresenta diversas deficincias. Em funo destas deficincias, bem como da necessidade de ampliar as eficincias do material, como o aumento da resistncia e durabilidade, os engenheiros projetistas de estruturas de concreto armado devem estar sempre atentos no somente resistncia caracterstica compresso do concreto, mas tambm ao tipo de cimento, qualidade do agregado, fator gua/cimento, adies e aditivos utilizados na dosagem do concreto, como forma de garantir estrutura uma durabilidade mnima requerida por projeto, funo tambm de sua utilizao. A evoluo da tecnologia do concreto vem ocorrendo de maneira muito rpida nas ltimas dcadas, com o surgimento de novos materiais e aditivos qumicos. E a tendncia futura cada vez mais utilizar concretos com caractersticas especficas, os chamados concretos especiais, definidos como concretos com caractersticas particulares para atender as necessidades das obras, de modo a serem empregados em locais/condies em que os concretos convencionais no podem ser aplicados. Nesse sentido, este trabalho apresenta uma descrio objetiva dos conceitos, caractersticas, materiais e propriedades dos principais concretos especiais, como de alto desempenho, auto-adensvel, massa, rolado, leve, pesado, com resduos reciclados, projetado, com fibras, com polmeros, concreto colorido, branco e o graute. So apresentadas tambm, as principais aplicaes dos concretos especiais em obras j executadas, no Brasil e no mundo.

SUMRIO

1. 2.

INTRODUO ..................................................................................................................... 1 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO ......................................................................... 2 2.1 2.2 2.3 2.4 Introduo........................................................................................................................ 2 Definies........................................................................................................................ 3 Desenvolvimento Histrico............................................................................................. 5 Materiais Componentes................................................................................................... 6 gua de Amassamento............................................................................................ 6 Cimento ................................................................................................................... 6 Agregados................................................................................................................ 8 Agregado Mido ................................................................................................. 8 Agregado Grado ................................................................................................ 9 Aditivos Qumicos................................................................................................... 9 Aditivos Minerais.................................................................................................. 10

2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.3.1 2.4.3.2 2.4.4 2.4.5 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3. 3.1 3.2 3.3

Proporcionamento ......................................................................................................... 12 Comportamento no Estado Fresco ................................................................................ 13 Comportamento no Estado Endurecido......................................................................... 13 Durabilidade .................................................................................................................. 13 Mistura .......................................................................................................................... 14 Dosagem e Produo..................................................................................................... 14 Transporte, Lanamento e Adensamento ...................................................................... 16 Cura ............................................................................................................................... 17 Consideraes Econmicas ........................................................................................... 17 Exemplos de Aplicao dos CAD................................................................................. 19 Introduo...................................................................................................................... 22 Desenvolvimento Histrico........................................................................................... 23 Materiais........................................................................................................................ 24 gua ...................................................................................................................... 24 Cimento ................................................................................................................. 25

CONCRETO AUTO-ADENSVEL ................................................................................. 22

3.3.1 3.3.2

3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2 3.3.4 3.3.4.1 3.3.4.2 3.3.5 3.3.5.1 3.3.5.2 3.3.5.3 3.4 3.5

Agregados.............................................................................................................. 26 Agregados Midos ............................................................................................ 27 Agregados Grados ........................................................................................... 27 Aditivos ................................................................................................................. 28 Superplastificantes ............................................................................................ 28 Promotores de Viscosidade ............................................................................... 30 Adies.................................................................................................................. 30 Fler Calcrio..................................................................................................... 32 Cinza Volante.................................................................................................... 33 Slica Ativa........................................................................................................ 33

Utilizao de Resduos .................................................................................................. 34 Mtodos de Dosagem .................................................................................................... 35 Mtodo de Okamura.............................................................................................. 35 Mtodo de Gomes ................................................................................................. 36 Mtodo EFNARC.................................................................................................. 38

3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 4. 4.1 4.2 4.3

Propriedades do Concreto Auto-Adensvel no Estado Fresco......................................39 Propriedades do Concreto Auto-Adensvel no Estado Endurecido.............................. 39 Transporte...................................................................................................................... 41 Lanamento ................................................................................................................... 41 Cura ............................................................................................................................... 41 Aplicaes do Concreto Auto-Adensvel ..................................................................... 42 Introduo...................................................................................................................... 45 Desenvolvimento Histrico........................................................................................... 46 Materiais........................................................................................................................ 47 Cimentos................................................................................................................ 47 Agregados.............................................................................................................. 47 Adies.................................................................................................................. 48 Aditivos ................................................................................................................. 48

CONCRETO MASSA......................................................................................................... 45

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Transporte...................................................................................................................... 49 Lanamento e Adensamento ......................................................................................... 49 Cura ............................................................................................................................... 49 Controle do Aumento da Temperatura nos Concretos Massa....................................... 50 Aplicaes do Concreto Massa ..................................................................................... 50

5.

CONCRETO COMPACTADO COM ROLO.................................................................. 52 5.1 Introduo...................................................................................................................... 52 Concreto Compactado com Rolo para Pavimentos............................................... 52 Concreto Compactado com Rolo para Barragens ................................................. 53 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3

Desenvolvimento Histrico das Barragens em CCR .................................................... 56 Materiais........................................................................................................................ 58 Cimento ................................................................................................................. 58 Agregados.............................................................................................................. 58 Aditivo................................................................................................................... 58

5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4 5.5

Mistura, Transporte, Lanamento, Adensamento e Cura..............................................59 Aplicaes do Concreto Compactado com Rolo em Barragens ...................................62 Usina Hidreltrica Itaipu ....................................................................................... 62 Usina Hidreltrica de Salto Caxias........................................................................ 62 Barragem em Arco Shimenzhi, China................................................................... 63

5.5.1 5.5.2 5.5.3 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7

CONCRETO ESTRUTURAL LEVE ...............................................................................64 Introduo...................................................................................................................... 64 Definio ....................................................................................................................... 64 Desenvolvimento Histrico........................................................................................... 65 Agregados Leves ........................................................................................................... 66 Estrutura Interna............................................................................................................ 69 Dosagem........................................................................................................................ 69 Produo dos Concretos Leves Estruturais ................................................................... 70 Transporte.............................................................................................................. 70 Lanamento ........................................................................................................... 70 Adensamento......................................................................................................... 71 Cura ....................................................................................................................... 71

6.7.1 6.7.2 6.7.3 6.7.4 6.8 6.9

Trabalhabilidade dos Concretos Leves no Estado Fresco............................................. 72 Propriedades dos Concretos Leves no Estado Endurecido ........................................... 72 Resistncia Compresso e Massa Especfica ..................................................... 72 Resistncia Trao..............................................................................................73 Durabilidade .......................................................................................................... 73

6.9.1 6.9.2 6.9.3 6.10 7. 7.1

Aplicaes dos Concretos Leves................................................................................... 74 Definio ....................................................................................................................... 77

CONCRETO PESADO ......................................................................................................77

7.2

Materiais Componentes................................................................................................. 78 Cimento ................................................................................................................. 78 gua de Amassamento.......................................................................................... 79 Agregados.............................................................................................................. 79 Aditivos ................................................................................................................. 80

7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.3 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6

Propriedades Importantes dos Concretos Pesados ........................................................ 80 Introduo...................................................................................................................... 81 Resduos de Construo e Demolio (RCD) entulho ............................................... 82 Classificaes dos Resduos da Construo Civil......................................................... 83 Aplicaes dos Materiais Provenientes da Reciclagem de Entulhos ............................ 85 Formas de Adio do Entulho em Argamassas e Concretos......................................... 87 Dificuldades no Emprego dos Agregados de RCD Reciclados em Concretos .............88 Pouca eficincia na triagem da frao mineral do RCD ....................................... 88 Variabilidade intrnseca dos agregados de RCD reciclados.................................. 89 Insuficincia dos mtodos de controle de qualidade............................................. 90 Necessidade de controle no processamento do RCD mineral............................... 90

CONCRETO COM RESDUOS ....................................................................................... 81

8.6.1 8.6.2 8.6.3 8.6.4 8.7 8.8 8.9

Utilizao do Concreto com Agregados Reciclados no Mundo ...................................91 Utilizao de Agregados Reciclados no Brasil .............................................................94 Estrutura do Concreto com Agregado Reciclado.......................................................... 95 Agregado ............................................................................................................... 96 Matriz (Pasta de Cimento)..................................................................................... 97

8.9.1 8.9.2 8.10 8.11

Procedimento Para a Produo de Concretos Reciclados .............................................97 Propriedades dos Concretos com Agregados Reciclados ............................................. 98 Consistncia/Trabalhabilidade .............................................................................. 98 Massa Especfica ................................................................................................... 99 Tempo de Pega .................................................................................................... 100 Resistncia Trao............................................................................................100 Resistncia Compresso ...................................................................................100 Permeabilidade/Absoro.................................................................................... 101 Retrao por Secagem......................................................................................... 101

8.11.1 8.11.2 8.11.3 8.11.4 8.11.5 8.11.6 8.11.7 9. 9.1 9.2

CONCRETO PROJETADO ............................................................................................102 Definio e Aplicao ................................................................................................. 102 Tipos de Pojeo ......................................................................................................... 104

9.3 9.4 9.5

Reflexo do Concreto Projetado ................................................................................. 108 Problemas inerentes..................................................................................................... 109 Materiais...................................................................................................................... 111 Cimento ............................................................................................................... 111 Agregados............................................................................................................ 112 gua .................................................................................................................... 112 Aditivos ............................................................................................................... 113 Adies................................................................................................................ 114 Equipamentos de Projeo para Via Seca ...........................................................121

9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.4 9.5.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12 9.13 9.14 10. 10.1 10.2 9.6.1

Equipamentos para Projeo do Concreto ..................................................................116 Equipe de trabalho....................................................................................................... 122 Processo de execuo .................................................................................................. 123 Procedimentos preliminares ................................................................................123 Dosagem...................................................................................................................... 126 Mistura ........................................................................................................................ 127 Lanamento ................................................................................................................. 128 Acabamento................................................................................................................. 132 Cura ............................................................................................................................. 132 Controle de Qualidade................................................................................................. 133 CONCRETO COM FIBRAS .......................................................................................134 Introduo.................................................................................................................... 134 Tipos de Fibras Disponveis........................................................................................ 135 Fibras Naturais .................................................................................................... 135 Fibras Polimricas ............................................................................................... 136 Fibras de Polipropileno ............................................................................... 136 Fibras de Polietileno.................................................................................... 137 Fibras de Polister ....................................................................................... 137 Fibras de Poliamida (Kevlar) ...................................................................... 137 Fibras de Carbono ....................................................................................... 138 Fibras de Vidro............................................................................................ 138 Fibras de Amianto ....................................................................................... 138

9.8.1

10.2.1 10.2.2

10.2.2.1 10.2.2.2 10.2.2.3 10.2.2.4 10.2.3 10.2.3.1 10.2.3.2 10.2.3.3 10.2.4 10.3

Fibras Minerais.................................................................................................... 138

Fibras Metlicas .................................................................................................. 139

Quantidade de Fibras no Concreto .............................................................................. 143

10.4

Aplicaes ................................................................................................................... 143 Reforo de Base de Fundaes Superficiais ....................................................... 143 Concreto para Pavimentos................................................................................... 144 Concreto Projetado para Tneis .......................................................................... 145 Outras Aplicaes ............................................................................................... 147

10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4 10.5 10.6 10.7 11. 11.1 11.2

Dosagem do Concreto com Fibras .............................................................................. 148 Durabilidade do Concreto Reforado com Fibras de Ao .......................................... 149 Vantagens e Desvantagens .......................................................................................... 150 CONCRETO COM POLMEROS.............................................................................. 151 Tipos de Concreto com Polmeros .............................................................................. 151 Materiais Polimricos.................................................................................................. 153 Concreto/argamassa impregnados de polmero...................................................153 Concreto/argamassa modificados com polmero ................................................154 Concreto/argamassa polimricos.........................................................................155

11.2.1 11.2.2 11.2.3 12. 12.1 12.2 12.3 12.4 13. 13.1 13.2

CONCRETO COLORIDO........................................................................................... 156 Introduo.................................................................................................................... 156 Aplicaes de cor no concreto ....................................................................................157 Cuidados com Concretos Coloridos............................................................................158 Exemplos de Aplicao dos Concretos Coloridos ...................................................... 160 CONCRETO BRANCO ............................................................................................... 162 Introduo.................................................................................................................... 162 Materiais constituintes.................................................................................................162 Cimento Branco................................................................................................... 162 Agregados............................................................................................................ 164 Aditivos ............................................................................................................... 166 Adies Minerais................................................................................................. 167

13.2.1 13.2.2 13.2.3 13.2.4 13.3 13.4 13.5 13.6 14. 14.1 14.2 14.3

Lanamento e Vibrao............................................................................................... 168 Desfrma e Proteo ................................................................................................... 168 Anlise Econmica...................................................................................................... 169 Exemplos de Aplicao do Concreto Branco.............................................................. 170 GRAUTE........................................................................................................................ 174 Definio ..................................................................................................................... 174 Outros Grautes............................................................................................................. 176 Uso e Configurao..................................................................................................... 178

15. 15.1

CONCRETOS DO FUTURO.......................................................................................179 Introduo.................................................................................................................... 179 Concreto com Cura Interna ................................................................................. 180 Concreto Condutivo ............................................................................................ 180 Concreto de Retrao Reduzida .......................................................................... 180 Concreto de Retrao Compensada..................................................................... 181 Concreto Translcido .......................................................................................... 181 15.1.1 15.1.2 15.1.3 15.1.4 15.1.5

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ....................................................................................181

Relatrio Final Concretos Especiais - Propriedades, Materiais e Aplicaes

1

1.

INTRODUO Durante o sculo XX o concreto foi o material de construo mais utilizado em todo o

mundo, e a tendncia para o sculo XXI de aumento de sua demanda. O consumo aumentou de 2 milhes de toneladas em 1890 para 1,3 bilhes em 1990. Para o ano de 2010 est sendo projetado que o consumo aumentar para 1,95 bilhes de toneladas (LEW, 2004). Os concretos convencionais, com resistncia compresso entre 10 MPa e 50 MPa, compostos por cimento, agregados naturais e gua, so os concretos mais utilizados em todo o mundo. Apesar do uso intenso, os concretos convencionais apresentam algumas deficincias importantes, que justificaram ao longo dos anos o surgimento dos chamados concretos especiais, com caractersticas diferentes, e que trouxeram alguns avanos em relao aos concretos convencionais. As principais deficincias que os concretos convencionais apresentam so: baixa relao resistncia-peso, dificuldade de preencher peas esbeltas muito armadas, retrao plstica, baixa ductilidade e permeabilidade em ambientes midos, alm do problema da gerao de entulhos de construo que contribui com o impacto ambiental. Ainda no foram criados concretos que superem todas as deficincias listadas, porm, os concretos especiais j existentes foram desenvolvidos visando superar as deficincias que so especificamente importantes em determinados tipos de construo. Segundo FIGUEIREDO et al. (2004), os concretos especiais podem ser definidos como: Concretos com caractersticas particulares devido evoluo tecnolgica: melhorando as deficincias do concreto convencional ou incorporando propriedades no inerentes a este material; Concretos com caractersticas particulares para atender necessidade das obras: desenvolvimento de produtos para serem empregados em locais/condies em que o concreto convencional no pode ser aplicado. Sendo o concreto o material de construo civil mais utilizado atualmente, justificvel o elevado nmero de pesquisas destinadas a compreender o seu comportamento, contribuindo, assim, para o seu melhoramento. Nos ltimos anos, inmeros materiais foram investigados para serem acrescentados no proporcionamento do concreto, permitindo que as suas caractersticas de resistncia e durabilidade sejam superadas. Como exemplo pode-se citar o crescente desenvolvimento da indstria de aditivos qumicos, a utilizao de fibras de ao e polipropileno e principalmente a utilizao de adies minerais com caractersticas de superpozolanicidade, como a slica ativa e o metacaulim.


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Nesse sentido foram desenvolvidos os concretos leves, de alto desempenho, autoadensvel, massa, pesado, rolado, com retrao compensada, com fibras, com polmeros, entre vrios outros tipos de concretos especiais. Mais recentemente, outros aspectos, alm do comportamento mecnico e durabilidade, esto sendo levados em conta quando o assunto estrutura em concreto, principalmente nos casos de concretos aparentes. A exigncia em relao caracterstica esttica deste material tem sido foco de discusses realizadas no meio tcnico, gerando, ento, a necessidade de produzir concretos com valor esttico agregado, no apenas pelas suas formas arquitetnicas, mas tambm atravs de cromaticidades diferenciadas. Em funo da demanda pela cor que as produes do cimento branco assim como o concreto com pigmentos ganharam fora no mercado mundial.

2.

CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO

2.1

INTRODUO O concreto armado , hoje, o material de construo mais utilizado no mundo. Apesar do

uso intenso, grande parte das obras de construo civil, infra-estrutura de transportes, projetos arquitetnicos, plantas industriais, etc., vm passando por uma fase de vida em que, a inspeo, a avaliao do desempenho em servio, a recuperao e, eventualmente, at o reforo estrutural tm sido necessrios. Aps anos de pesquisas, foi desenvolvido um material de elevada resistncia mecnica e com maior durabilidade do que o concreto tradicional. Alm de apresentar a mistura de brita, areia, cimento e gua, em sua constituio, so incorporados alguns aditivos qumicos e minerais. O concreto de alto desempenho (CAD) caracteriza-se por apresentar maiores resistncias mecnicas, ser mais durvel com relao aos ataques de agentes agressivos do ambiente e mais trabalhvel em obra do que o concreto convencional. Apresenta ainda menores despesas com manuteno e reparos. Uma das maiores vantagens do CAD sua capacidade de carga por unidade de custos maior do que a obtida em concretos correntes, fato que, em algumas formas de aplicao, compensa todos os custos envolvidos na produo do CAD.


3

A utilizao mais comum nos pilares de edificaes, em que geralmente so obtidas redues de reas e volumes das peas estruturais, as quais proporcionam ampliao da rea til das edificaes, maior liberdade arquitetnica, agilidade na construo em altura, maior reaproveitamento de frmas, reduo da quantidade de frmas, armao e concreto, menor encurtamento axial, etc. Outras aplicaes do CAD so as pontes e obras de arte especiais, as peas estruturais pr-fabricadas, os pisos e pavimentos, as recuperaes estruturais, entre outras. Em pontes, o uso do CAD proporciona projetos mais leves e esbeltos, com maiores vos, menor sensibilidade s solicitaes dinmicas, de construo mais fcil e rpida, maior economia e de menor necessidade de manuteno. O emprego do CAD em estruturas pr-fabricadas torna mais rpida a re-utilizao de frmas, moldes e mesas de moldagem, uma vez que esse material desenvolve rpida resistncia. As principais vantagens tcnicas do CAD em relao ao concreto convencional so as seguintes: reduo significativa nas dimenses de pilares de edifcios altos, aumentando a rea til dos diversos pavimentos e, principalmente, nos andares mais sobrecarregados e nos destinados para vagas de estacionamento; reduo do peso prprio da estrutura e, conseqentemente, na carga das fundaes; possvel reduo nas taxas de armadura dos pilares; maior rapidez na deforma, aumentando a velocidade de execuo da obra; menor segregao, propiciando melhor acabamento, especialmente em peas prmoldadas; aumento da durabilidade das estruturas, devido a sua baixa porosidade e permeabilidade e maior resistncia aos agentes agressivos do ambientes; possvel reduo de custos devido, principalmente, diminuio dos elementos estruturais, tais como pilares e fundaes, acarretando reduo no consumo total de concreto, ao e frma empregados, e pelo aumento da velocidade de execuo, diminuindo os juros durante a construo.

2.2

DEFINIES Ainda no existe um consenso claro no meio cientfico sobre o significado das expresses

concreto de alta resistncia (CAR) e concreto de alto desempenho (CAD), que teria uma abrangncia mais ampla podendo ser aplicada a vrias propriedades de interesse. Ambas as


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expresses vm sendo utilizadas comumente por muitos pesquisadores para designar o mesmo material. So diversas as definies do CAD, que foram propostas em diversos pases ao longo do tempo. Alm de estarem associadas resistncia e durabilidade, podem estar relacionadas tambm consistncia, pega, acabamento e estabilidade volumtrica. A definio mais simples do CAD, divulgada em 1999 pelo American Concrete Institute diz: CAD o concreto otimizado para uma determinada utilizao. A NBR 8953 (1992) classifica os concretos em dois grupos de resistncia, segundo a resistncia caracterstica compresso (fck): no grupo I esto os concretos entre 10 e 50 MPa, e no grupo II, os concretos de 55 a 80 MPa. De acordo com a norma, os concretos pertencentes ao grupo II (fck > 50 MPa) so concretos com caractersticas e resistncias alm do convencional, para os quais as atuais normas brasileiras no so apropriadas. Neste sentido, devido s suas caractersticas diferenciadas, parece razovel considerar estes concretos como de alta resistncia. MEHTA e MONTEIRO (1994) consideram que, para dosagens feitas com agregados normais, os concretos de alta resistncia so aqueles que apresentam resistncia compresso maior que 40 MPa. Dois argumentos foram utilizados para justificar essa definio: a maioria dos concretos convencionais est na faixa de 21 a 42 MPa. Para produzir concretos acima de 40 MPa so necessrios controle de qualidade mais rigoroso e maior cuidado na seleo e na dosagem dos materiais constituintes do concreto. Assim, para distinguir este concreto especialmente formulado para uma resistncia maior que 40 MPa, deve-se cham-lo de concreto de alta resistncia; estudos experimentais comprovaram que a microestrutura e as propriedades do concreto com resistncia acima de 40 MPa so consideravelmente diferentes das dos concretos convencionais. Como a prtica atual de dimensionamento de estruturas ainda est fundamentada em experimentos realizados com concretos convencionais, prefervel manter os concretos com resistncias acima de 40 MPa em uma classe diferenciada, de maneira a alertar o projetista da necessidade de ajustes nas equaes existentes. ATCIN (2000) classifica os concretos sem envolver diretamente a resistncia compresso como parmetro principal. Segundo o referido pesquisador, um concreto de alto desempenho essencialmente um concreto tendo uma relao gua/aglomerante baixa, estabelecida em 0,40.


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No caso do concreto de alta resistncia contendo superplastificante e slica ativa, o aumento da resistncia est associado a uma microestrutura mais densa e com menos vazios. Dessa maneira, as aplicaes desse concreto esto ligadas no s a resistncia compresso do material, mas tambm a outras propriedades vantajosas como baixa permeabilidade, alta estabilidade dimensional, alta resistncia abraso, alta resistncia ao ataque de agentes agressivos, ou seja, maior durabilidade. Por essas razes, vrios pesquisadores denominam esse concreto de concreto de alto desempenho (CAD).

2.3

DESENVOLVIMENTO HISTRICO Com os avanos na tecnologia do concreto nas ltimas dcadas, o conceito de concreto de

alta resistncia foi se alternando. Lentamente, o concreto de alta resistncia foi introduzido no mercado dos edifcios de grande altura em Chicago nos anos 60 e incio dos anos 70, e a partir da passou a ser utilizado em vrias partes do mundo e veio, cada vez mais, a ser chamado de concreto de alto desempenho. Na dcada de 50, os concretos com 35 MPa eram considerados de alta resistncia. Na dcada de 60, concretos de 40 a 50 MPa j estavam disponveis comercialmente. No incio dos anos 70, os concretos de alta resistncia atingiram a barreira tcnica dos 60 MPa. Durante os anos 80, com o advento dos superplastificantes e da utilizao metdica da slica ativa esta barreira foi ultrapassada, chegando a concretos de alto desempenho com resistncia mecnica compresso da ordem de 100 MPa. Hoje em dia, resistncias da ordem de 140 MPa esto sendo utilizadas na construo de edifcios altos em algumas partes do mundo (CEB/FIP, 1990; ACI 363R-92, 2001; ATCIN, 2000). Nos ltimos 20 anos, estudos intensos sobre CAD tm sido realizados em diversos pases, com o intuito de fornecer aos engenheiros as informaes necessrias sobre suas propriedades, bem como dar subsdios para adaptao das normas de concreto s caractersticas diferenciadas deste novo material. A aplicao em escala real dos CAD, a transio da teoria para a prtica, do laboratrio para o canteiro de obras, teve de ultrapassar vrios obstculos, tais como: a reduzida trabalhabilidade das composies inicialmente desenvolvidas, os conservadorismos de arquitetos e engenheiros, a pequena disponibilidade comercial em centrais pr-misturadoras, as limitaes impostas pelos cdigos de obra ou de clculo estrutural, o desconhecimento do comportamento ao longo prazo do material, etc., at atingir o estgio que hoje desfruta, de um bom material de construo, cujo consumo apenas comea a aumentar em termos mundiais (ALMEIDA, 2005).


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O CAD tornou-se uma linha prioritria de pesquisa na rea de materiais e, atualmente, a bibliografia sobre o tema bastante ampla. Com relao aos estudos sobre CAD no Brasil, um nmero crescente de pesquisas tem sido desenvolvido nos ltimos anos, em trabalhos abordando diversos aspectos do material.

2.4

MATERIAIS COMPONENTES Os critrios utilizados na seleo dos materiais para produo dos concretos

convencionais no so suficientes para serem aplicados na produo de concretos de alto desempenho. A seleo de materiais para a produo de CAD mais complicada e deve ser feita cuidadosamente, uma vez que os cimentos e agregados disponveis apresentam grandes variaes nas suas composies e propriedades. Outro fator importante a diversidade de aditivos qumicos e adies minerais existentes que podem ser utilizados simultaneamente, dificultando ainda mais a escolha dos materiais mais adequados. ATCIN (2000) afirma que a melhor forma de garantir a seleo da maioria dos materiais adequados para o CAD por meio da realizao de estudos preliminares em laboratrio.

2.4.1

gua de Amassamento A gua ocupa um papel secundrio em termos de componentes do concreto. A dosagem

de gua dos concretos depende de muitos fatores tais como, o tamanho, a forma, a absoro e a densidade dos agregados, a natureza e a dosagem de cimento e a temperatura e trabalhabilidade do concreto.

2.4.2

Cimento A escolha do cimento de fundamental importncia para a confeco do CAD, uma vez

que o cimento influencia na resistncia da pasta e na intensidade da aderncia agregado-pasta. A princpio, qualquer tipo de cimento pode ser utilizado para a obteno de CAD. Entretanto, o ACI 363R-92 (2001) coloca que o melhor cimento aquele que apresenta menor variabilidade em termos de resistncia compresso. GUTIRREZ e CNOVAS (1996) afirmam que necessria a utilizao de cimentos de alta resistncia para produo de CAD.


7

Nos casos em que alta resistncia inicial seja o objetivo, deve-se dar preferncia ao uso de cimento Portland de alta resistncia inicial (ACI 363R-92, 2001; AGNESINI e SILVA, 1996). Contudo, para a seleo final do cimento mais adequado, alm de suas propriedades mecnicas, outros trs fatores importantes devem ser levados em considerao: sua finura, sua composio qumica e sua compatibilidade com os aditivos. Em termos de finura, quanto maior for a superfcie especfica em contato com a gua, mais rapidamente ocorrer a hidratao do cimento, aumentando-se sua resistncia compresso, principalmente nas primeiras idades. Por outro lado, quanto mais fino o cimento, maior a dosagem de superplastificante necessria para alcanar uma mesma trabalhabilidade, uma vez que a eficincia do aditivo influenciada diretamente pela finura do cimento. Em relao composio qumica, existem indicaes de que o cimento deve possuir baixo teor de C3A (embora teores normais possam no influenciar negativamente a resistncia compresso dos concretos) e altos teores de C2S e C3S. Em virtude do problema de compatibilidade cimento-aditivo, alguns cimentos podem at serem rejeitados devido impossibilidade de manter a trabalhabilidade por um perodo suficiente para o lanamento adequado do concreto. A causa principal a elevada quantidade de C3A, C3S e lcalis que levam a uma reduo da fluidez e rpida perda de trabalhabilidade. As dosagens de cimento usualmente empregadas na fabricao de CAD variam, em geral, na faixa compreendida entre 400 e 600 kg/m, enquanto que no concreto convencional esto na faixa de 300 kg/m. O emprego de altos consumos pode ser limitado por fatores como a elevao da relao a/c a partir de certos limites, a elevao da temperatura do concreto, a maior dificuldade de obteno de misturas homogneas, a perda acelerada de abatimento e a maior sensibilidade cura. O excesso de cimento pode ainda levar a uma queda de resistncia mecnica, em virtude da perda de aderncia entre a pasta e o agregado, resultante da fissurao por tenses de retrao. A soluo para este problema pode ser conseguida com a substituio parcial do cimento por materiais cimentcios suplementares, como a slica ativa e pelo aumento da eficincia do cimento no concreto, obtida com o auxlio dos aditivos superplastificantes. A natureza do cimento influencia a demanda de gua dos concretos para a obteno de uma dada trabalhabilidade. Em geral, os cimentos de alta resistncia exigem mais gua para atingir um certo abatimento do que os cimentos comuns.


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2.4.3

Agregados No Brasil ainda no existe uma norma especfica para a qualificao dos agregados para

o emprego em CAD, portanto, devem ser atendidas as exigncias mnimas prescritas nas normas atuais para concretos convencionais (NBR 7211, 1983; NBR 12654, 1992). Em geral, a resistncia dos agregados dever ser mais elevada do que a classe de resistncia do concreto que se pretende obter, para que a tenso nominal de compresso aplicada no concreto no exceda a tenso real nos pontos de contato das partculas individuais do agregado na massa de concreto. O tamanho dos agregados influencia a relao a/c dos concretos. Em geral, os materiais mais grossos necessitam de menos gua devido sua menor superfcie especfica. Isso proporciona uma trabalhabilidade com uma relao a/c menor. Em geral, os CAD devem apresentar as seguintes dosagens de agregados: - agregados grados: de 1000 a 1150 kg/m; - agregados midos: de 420 a 750 kg/m.

2.4.3.1 Agregado Mido A escolha do agregado mido determinada tanto pelo seu efeito na demanda de gua como pelo seu empacotamento fsico. Desse modo, quanto forma, so preferveis as partculas arredondadas e lisas, pois exigem menos gua de amassamento. Em relao procedncia dos agregados midos, tanto as areias naturais de rios, quanto as artificiais, obtidas por britamento de rocha, podem ser utilizadas. Entretanto, areias naturais de rio demandam menos gua, sendo, portanto, preferveis. No CAD com adio de slica ativa, devido ao teor elevado de finos, aconselhvel a reduo do consumo de areia e/ou a utilizao de areia com mdulo de finura maior. O agregado mido deve apresentar preferivelmente um mdulo de finura elevado, superior a 2,8 ou 3,0. O uso de uma areia mais grossa, pela sua menor superfcie especfica, necessita de menos gua de amassamento, proporcionado a obteno de uma dada trabalhabilidade com uma relao a/c menor. Recomenda-se ainda que o agregado mido seja proveniente de rio, com quantidade mnima de finos, limpo e livre de impurezas orgnicas, argila e silte.


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2.4.3.2 Agregado Grado A seleo do agregado grado adequado condio fundamental para a produo de concretos de alto desempenho. Por esta razo, alm de atender as exigncias mnimas prescritas nas normas para concreto convencional, importante que algumas caractersticas do agregado grado sejam analisadas com maior ateno, pois podem afetar sensivelmente as propriedades do concreto, tanto no estado fresco como no estado endurecido. De modo geral, os agregados grados devem apresentar as seguintes caractersticas: Boa resistncia compresso; Mdulo de elasticidade maior ou igual ao da pasta de cimento; 100% britado, o que resulta em maior aderncia; Possuir mnimo de partculas alongadas e achatadas, pois partculas com angulosidade acentuada provocam a elevao da quantidade de gua necessria para atingir uma certa trabalhabilidade; Granulometria que minimize o consumo de gua e/ou a concentrao de tenses; Forma e textura superficial que favoream a aderncia com a pasta; Propriedades qumicas adequadas para evitar deteriorao devido composio do cimento ou ataque de agentes externos; Devem ser limpos e isentos de substncias deletrias.

Alguns autores utilizam a lavagem dos agregados grados como forma de minimizar a quantidade de p e substncias deletrias presentes na superfcie dos agregados e fortalecer a aderncia na ligao agregado-pasta. A adoo deste procedimento conduz a ganhos de at 8% na resistncia compresso do CAD. Para fabricao de CAD tm sido empregadas rochas comuns britadas, como, por exemplo, o calcrio, o granito, o basalto, o dolerito, a diabase e at mesmo os seixos rolados.

2.4.4

Aditivos Qumicos Os aditivos qumicos, atuando como plastificantes e redutores da gua de amassamento,

permitem a confeco de concretos trabalhveis, com uma relao a/c baixa, como ocorre na fabricao dos CAD.


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A influncia de qualquer aditivo redutor de gua depende da dosagem do cimento, da consistncia, do processo de mistura, das condies de cura, da temperatura do ambiente e do concreto, da natureza do cimento, da granulometria dos agregados, entre outros. O emprego de bases qumicas tende a diminuir as perdas aceleradas de abatimento, incorporaes inesperadas de ar, exsudaes e alteraes imprevistas nos tempos de pega dos concretos. Para a composio de CAD, as dosagens usuais variam entre 1% a 3% da massa de cimento. Os aditivos superplastificantes proporcionam ao concreto as seguintes vantagens: Ganhos de resistncia excepcionais; Reduo da permeabilidade; Diminuio da segregao; Reduo no consumo de cimento; Melhoria considervel da trabalhabilidade.

2.4.5

Aditivos Minerais A introduo de aditivos qumicos e de adies minerais no concreto provoca vrias

alteraes de caractersticas, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido. Adies minerais como a slica ativa ou as cinzas volantes, por exemplo, possuem duas formas de atuao no concreto: uma fsica, o denominado efeito de fler (ou efeito de preenchimento de vazios), que atua no aumento da coeso e da compacidade e outra qumica, que a reao pozolnica de transformao do hidrxido de clcio no silicato de clcio hidratado. Para fabricao do CAD tm sido empregadas a slica ativa, cinzas volantes, pozolanas naturais, cinzas de casca de arroz e metacaulim, em dosagens que variam de 8% a 12% da massa do cimento. A slica ativa um subproduto do processo de fabricao do silcio metlico ou das ligas de ferro-silcio. A produo dessas ligas se d em fornos eltricos de fuso, tipo arco-voltaico, onde ocorre a reduo do quartzo a silcio pelo carbono a temperaturas da ordem de 2000C. A slica ativa bruta coletada ao passar atravs de filtros especiais denominados filtros de manga. As matrias-primas utilizadas no processo so o quartzo de alta pureza, o carvo ou o coque (fonte de carbono), cavacos de madeira e, eventualmente, o minrio de ferro no caso da produo de ferro-silcio. A Figura 1 mostra a representao esquemtica da captao da slica ativa.


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Figura 1 Processo de produo de silcio e captao da slica ativa (DAL MOLIN, 1995).

O seu desempenho com relao s demais adies minerais se deve principalmente pelas suas caractersticas fsico-qumicas, que lhe conferem uma alta reatividade com os produtos de hidratao do cimento Portland e proporcionam um melhor empacotamento das partculas de cimento. Por essas razes, entre as adies minerais, a slica ativa ainda a mais empregada atualmente para a produo de CAD. Sua ao superpozolnica e microfiller provoca a reduo considervel do tamanho dos poros, os quais ficam incomunicveis entre si, impedindo a passagem de lquidos e agentes agressivos. As caractersticas da slica ativa, como cor, distribuio granulomtrica e composio qumica, dependem do tipo de liga produzida, tipo de forno, composio qumica e dosagem das matrias-primas. A slica ativa um p fino cuja cor varia de cinza claro a cinza escuro. Como o SiO2 incolor, a cor da slica ativa determinada pelo teor de carbono e de xido de ferro presentes. Do ponto de vista fsico, as partculas de slica ativa so esfricas, extremamente pequenas, com dimetro mdio entre 0,1 m e 0,2 m, sendo 50 a 100 vezes menores que as do cimento, conforme Figura 2. A sua massa especfica real geralmente 2,2 g/cm, menor que a do cimento, que de aproximadamente 3,1 g/cm. A massa unitria na forma natural da ordem de 250 a 300 kg/m. A baixa massa unitria associada pequena dimenso das partculas de slica ativa faz com que o material apresente problemas de manuseio e transporte, encarecendo seu custo final. Do ponto de vista qumico, a slica ativa composta principalmente de SiO2, com pequenas quantidades de alumina, ferro, clcio, lcalis, carbono, entre outros. Os efeitos da adio da slica ativa nos concretos e argamassas so listados a seguir:


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Aumento da coeso, eliminao da exsudao e melhoria da trabalhabilidade - esta propriedade decorrente da reduo dos dimetros capilares e aumento de pontos de contato slido-slido;

Inibio da reao lcali-agregado: a reao lcali-agregado expansiva, provocando fissurao generalizada no concreto. A slica ativa reduz o teor de lcalis, prevenindo os efeitos desta reao;

Maior performance em resistncia abraso/eroso: a ao da slica ativa impede que o agregado grado se solte quando a superfcie de concreto estiver submetida abraso (ao mecnica) e eroso (ao hidrulica);

Maior resistncia a agentes agressivos: a slica ativa proporciona baixssima permeabilidade em ambientes de grande agressividade (cloretos, sulfatos, amnias, cidos, dentre outros).

Figura 2 Micrografia eletrnica da slica ativa (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

2.5

PROPORCIONAMENTO Alguns aspectos relativos ao proporcionamento dos CAD so: o consumo de cimento

elevado, a relao a/c baixa, utilizao de aditivos qumicos redutores de gua e adies minerais. Quanto ao proporcionamento dos agregados, a granulometria do agregado mido tem influncia nas propriedades dos CAD, tanto no estado fresco como endurecido. Quantidades menores de agregados midos em conjunto com quantidades maiores de agregados grados tm resultado em menores necessidades de pasta, proporcionando concretos mais econmicos e mais resistentes. Em contrapartida, esse proporcionamento pode levar a concretos com problemas de trabalhabilidade, necessitando de maior energia de compactao.


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2.6

COMPORTAMENTO NO ESTADO FRESCO A perda de abatimento dos CAD com o tempo pode ser mais rpida do que os concretos

convencionais, a qual pode ser evitada de vrias formas, como realizar em menor tempo possvel os procedimentos de mistura e lanamento do concreto nas frmas. O tempo de pega dos CAD, devido ao alto teor de aditivos, retardado comparado aos concretos convencionais. Devido s baixas relaes gua/cimento, os CAD geralmente apresentam baixa exsudao, podendo ser nula. Isso poder provocar o surgimento de fissuras de retrao plstica, principalmente em situaes de pouca umidade, alta temperatura e muita aerao.

2.7

COMPORTAMENTO NO ESTADO ENDURECIDO Em comparao com um concreto convencional de 20 MPa, a resistncia compresso

dos CAD pode atingir cerca de 120 MPa. A elevao da resistncia trao nos CAD no ocorre na mesma proporo elevao da resistncia compresso, atingindo geralmente cerca de 10 MPa. O mesmo ocorre com o mdulo de elasticidade, que no proporcional resistncia compresso. O mdulo de elasticidade dos CAD pode chegar a 50 GPa. Assim como nos concretos convencionais, o coeficiente de Poisson mantm-se em cerca de 0,2. A fluncia especfica inversamente proporcional resistncia compresso do concreto e nos CAD, reduzida. Em peas estruturais protendidas, por exemplo, haver menores perdas de protenso por fluncia, o que gera economia de ao. A aderncia entre o concreto e as barras de armadura maior, devido reduo da zona de transio existente entre a armadura e a pasta de cimento. A resistncia ao desgaste cerca de dez vezes maior do que nos concretos convencionais, favorecendo as aplicaes em pisos, pavimentos e estruturas hidrulicas sujeitas abraso.

2.8

DURABILIDADE Segundo Mehta (1986), talvez os concretos de alta resistncia com superplastificantes,

baixas relaes gua/cimento, altas dosagens de cimento e pozolanas de boa qualidade revelem maior potencial de emprego onde os principais fatores considerados sejam as maiores impermeabilidades ou durabilidades, e no as mais elevadas resistncias. Existem levantamentos que do razo a essa assertiva, relatando a utilizao em maior escala dos CAD por conta da maior durabilidade, e no pelas mais elevadas resistncias mecnicas, como poderia ser esperado.


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A durabilidade est associada a vrias caractersticas, como: permeabilidade reduzida, que confere aos CAD menor penetrao dos agentes agressivos provenientes do exterior, o caso mais comum de ataque ao concreto; porosidade tambm baixa, podendo chegar a menos de 10%, cerca da metade da medida nos concretos convencionais. Em geral, quanto menor a relao gua/cimento dos concretos de alto desempenho, menor a sua porosidade que correspondem as menores permeabilidades; aumento da resistncia carbonatao, que aumenta a resistncia destes concretos ao ataque de agentes agressivos gasosos, que no o CO2.

2.9

MISTURA Os materiais componentes devem ser mantidos temperatura mais baixa possvel (porm,

acima de 0C), parmetro que influencia o consumo de gua e a velocidade de perda de trabalhabilidade do concreto. necessrio um controle da umidade dos agregados (principalmente os midos), pois pode alterar a relao a/c. importante o bom funcionamento das betoneiras ou misturadores, pois os CAD geralmente possuem baixa dosagem de gua e alta dosagem de cimento, o que dificulta a obteno de uma mistura homognea. A introduo de aditivos qumicos torna-se mais efetiva quando realizada ao final do processo de mistura.

2.10 DOSAGEM E PRODUO Comparando-se a dosagem do CAD com a do concreto convencional, notam-se semelhanas, porm a participao do superfluidificante e da slica ativa, assim como da grande quantidade de cimento, fazem uma grande diferena no resultado. Segue uma proporo, sugerida por SERRA (1999), para a produo de 1m de CAD: - 400 kg < cimento < 500 kg; - 650 kg < agregado mido < 750 kg; - 1000 kg < agregado grado < 1100 kg; - 1% < superfluidificantes < 2% (do peso do cimento); - 120 kg < gua < 160 kg; - 7 % < slica ativa < 15 % (peso do cimento).3


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Sobre a sua sugesto de dosagem, SERRA (1999) comenta: Nota-se assim, que a relao a/c fica entre 0,24 e 0,40, podendo, entretanto, atingir valores ainda menores. Embora a proporo de slica ativa no trao do concreto possa atingir a sua eficincia mxima entre 20% e 25% sobre o peso do cimento, consideraes econmicas mantm essa proporo em torno de 10% na prtica. Embora possa ser produzido na obra recomendvel a sua produo em usinas, em virtude de um maior controle tecnolgico. A colocao do superfluidificante, para uma garantia da sua eficincia, deve ser no canteiro de obra, em virtude de sua ao ser plena entre 30 min e 60 min. A complexidade da produo do CAD explicada por ATCIN (2000): ... fazer concreto de alto desempenho mais complicado do que produzir o concreto usual. A razo para isso que, na medida em que a resistncia compresso cresce, as propriedades do concreto no so mais relacionadas apenas com a relao gua/aglomerante, o parmetro fundamental governando as propriedades do concreto usual em virtude da porosidade da pasta hidratada do cimento. No concreto usual, tanta gua colocada na mistura que tanto o grosso da pasta hidratada de cimento como a zona de transio representam o elo mais fraco na microestrutura do concreto, onde o colapso mecnico comea a se desenvolver quando o concreto submetido carga de compresso ... a maioria das propriedades de resistncia do concreto de alto desempenho esto relacionadas com a hidratao de silicatos, enquanto na maior parte do tempo, o comportamento reolgico est controlado pela hidratao da fase intersticial na presena de ons de enxofre e de clcio ... J que o CAD um produto em que se busca uma qualidade mais apurada em relao ao concreto convencional, deve-se seguir as regras de produo com bastante rigor: A mistura deve ser homogeneizada; Preciso no proporcionamento, sendo feito em massa; Uso de balanas bem aferidas; Controle de umidade dos agregados; Controle de trepidaes de forma a evitar uma compactao precoce; Controle do tempo e das condies de transporte para evitar a segregao; Fazer o teste do slump na chegada do concreto na obra e antes do lanamento na frma. Em caso de aumento na consistncia que inviabilize o manuseio, pode-se adicionar superfluidificantes para facilitar a operao; Fazer o adensamento at a superfcie do concreto estar com uma umidade uniforme e desaparecerem todas as bolhas de ar superficiais;


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Proceder a cura, de maneira adequada, por pelo menos sete dias para evitar problemas de retrao trmica, autgena (que so maiores no CAD) e hidrulica; Manter a pasta com temperatura entre 10 C e 25 C.

Sobre o controle de temperatura do CAD, afirma ATCIN (2000): Se a temperatura do concreto logo aps a mistura alta demais, digamos acima de 25C, a hidratao acelerada e pode ser difcil manter a mistura numa condio de trabalhabilidade que assegure transporte e lanamentos adequados, exceto se a composio do trao for modificada, considerando-se esta alta temperatura inicial. Alm disso, quando a temperatura do concreto alta demais, pode ser difcil manter um controle mais preciso sobre o ar incorporado, em traos com essa caracterstica ... Por outro lado, se a mistura est fria demais, digamos abaixo de 10C, deve ser lembrado que os superplastificantes lquidos so menos eficazes na disperso das partculas de cimento, pois a sua viscosidade aumenta drasticamente na medida em que a temperatura diminui. Alm disso, como temperaturas baixas tornam a hidratao mais lenta, a resistncia inicial do concreto de alto desempenho pode no aumentar com suficiente rapidez, o que pode levar a um atraso oneroso de todo o processo de produo. ... a temperatura ideal de um concreto de alto desempenho fresco quando entregue est entre 15C e 20C, como no caso do concreto usual.

2.11 TRANSPORTE, LANAMENTO E ADENSAMENTO Os CAD, em geral, podem ser transportados pelos processos e equipamentos convencionais. Devido ao alto teor de aglomerante e agregados de dimenso mxima no muito elevada, podem ser transportados por bombeamento. Recomenda-se que o tempo decorrido entre a fabricao e o transporte do CAD deve ser o menor possvel. O lanamento do CAD geralmente no difere do usual nos concretos correntes, e como no transporte, deve ser efetuado o mais rpido possvel. Existem vrias tcnicas para a compactao dos CAD. So elas: a compactao com rolos vibratrios, a compactao com presso, a vibrao combinada com presso, a vibrao simultnea com vibradores de imerso e de superfcie e a revibrao. O mtodo mais eficiente e prtico para a compactao dos CAD em obras ainda a vibrao interna com vibradores de agulha.


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2.12 CURA A necessidade do concreto de alto desempenho ser curado constitui assunto polmico no meio tcnico e mesmo o tipo e durao da cura para os partidrios de sua adoo so igualmente polmicos. J nos concretos convencionais, com maior relao a/c, h unanimidade em aceitar que a cura adequada condio essencial para obteno de um concreto durvel conforme as especificaes do projeto estrutural. Recomenda-se para fabricao dos CAD a cura com asperso ou imerso em gua. BARBOSA et al. (1999) citam que a cura por imerso em gua do CAD provoca melhores resultados que o envolvimento em cobertores plsticos pelo fato de que a selagem da pea no permite a entrada de gua para repor a gua perdida na autodessecao causada pela baixa relao a/c e microestrutura compacta. Por outro lado, AGOSTINE et al. (1996) pesquisando diferentes variaes de cura em cmara mida, complementadas por cura submersa ou envoltas em lona ou em ambiente do laboratrio at 91 dias, concluram que para concretos de alto desempenho sem slica ativa, os melhores resultados so obtidos por cura por imerso em gua, sendo estes resultados tanto melhores quanto mais cedo a imerso for feita. Concretos com quantidades de 10% de slica ativa curados com selagem em lona plstica demonstraram eficincia equivalente cura com imerso em gua, concluindo que em condies prticas de obra o envolvimento das peas de concreto moldados in loco, especialmente pilares, com lona plstica, conduz a resultados melhores que a pulverizao intermitente com gua. Alguns pesquisadores afirmam que a perda de parte da gua original da mistura pode diminuir a resistncia em mais de 40%, devendo-se ento, mant-lo mido por vrios dias ou semanas. Essa opinio contestada por outros autores, que afirmam que no caso dos CAD, que contm geralmente um teor relativamente alto de cimento, contam com a presena de superplastificantes e so confeccionados com relao a/c da ordem de 0,3, um perodo de 7 a 14 dias de cura mida seria suficiente para tornar o material impermevel e o prosseguimento da cura mida a partir desse prazo no teria influncia significativa na sua resistncia compresso ou mdulo de elasticidade. A partir da, a cura ao ar que melhoraria a resistncia.

2.13 CONSIDERAES ECONMICAS Muitos estudos j foram feitos a respeito da viabilidade da aplicao dos CAD em edifcios altos, fazendo comparaes com solues em concreto convencional e anlises de


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solues com CAD variando as resistncias caractersticas compresso, com o uso desses em toda a estrutura ou somente nos pilares. Nos CAR e CAD, o alto consumo de cimento, a incorporao de aditivo superplastificante, a adio de slica ativa, a necessidade do uso de agregados de alta qualidade e a maior complexidade do seu uso, inevitavelmente, fazem com que o custo unitrio deste material seja bastante superior ao dos concretos convencionais. Entretanto, a resistncia mecnica superior dos CAD, possibilita aos projetistas de estruturas reduzir o consumo de concreto aplicado e mais significativamente reduzir o peso de ao necessrio para os pilares. Outros fatores que interferem nas comparaes de custos das obras so: - redues de solicitaes nas fundaes; - redues nas reas de formas; - redues de custos de manuteno da estrutura, devido a maior durabilidade destas. O ACI 363R-92 (2001) relata que um CAD um material que representa o estado-da-arte da tecnologia de concreto, portanto, inevitavelmente, tem um custo unitrio mais alto, mas em muitas aplicaes os benefcios da maior resistncia superam estes aumentos. Basicamente, usando um CAD, comparado a um concreto convencional, tem-se um aumento de maior proporo na capacidade de suporte de carga do que nos custos. Um dos primeiros estudos interessantes sobre a viabilidade econmica dos CAR, no Brasil, foi feito em 1990 e citado em DAL MOLIN et al. (1997). Considerou a realidade brasileira e fez uma comparao entre um concreto convencional de 21 MPa e CAD de 60 MPa, abordando a estrutura de um edifcio com 15 pavimentos em Porto Alegre-RS. No estudo, considerando-se o concreto, as armaduras e as formas, (inclusive a mo-de-obra), se comparou, tambm, o uso do CAD s nos pilares e na estrutura como um todo. Com estas comparaes chegou-se concluso de que a aplicao do CAD naquele caso possibilitou redues de custos. O estudo chega a uma economia de 12% no custo da estrutura com o uso de CAD em todas as peas estruturais e uma economia de 11,5% com a aplicao de CAD somente nos pilares. FERREIRA et al. (2001) fizeram um estudo em que analisou o uso de concreto convencional e CAD na estrutura de um edifcio de 33 pavimentos em Belm-PA, comparando trs modelos de solues estruturais diversas, uma com concreto convencional de 30 MPa, outra aplicando CAD de 45 MPa e 60 MPa nos pilares e uma terceira com CAD de 45 MPa e 60 MPa nos pilares, vigas e lajes. Quanto aos custos, o estudo concluiu, a partir dos volumes de concreto, dos pesos de ao, das formas e das cargas nas fundaes, que existiu uma economia de 6,7%


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com o uso do CAD nos pilares e de 10,37% do uso de CAD nos pilares, vigas e lajes, comparando com a estrutura em concreto convencional. Dentro do contexto, visando complementar os estudos dos custos dos CAD, e para melhor representar a situao na regio metropolitana de Curitiba, tambm foi desenvolvido um estudo de caso comparativo da aplicao de CAD no conjunto arquitetnico Evolution Towers, primeira grande aplicao de CAD na cidade e concluda em 2004.

2.14 EXEMPLOS DE APLICAO DOS CAD Em 1995, um levantamento de obras em CAD realizadas no Brasil j revelou uma grande diversidade de aplicaes prticas do material em edifcios comerciais e residenciais, prdios pblicos, recuperaes estruturais, elementos de barragens, pr-moldados, bases de mquinas pesadas, pisos industriais, pavimentos de aeroportos, reservatrios de gua, etc. Um exemplo significativo o da recuperao do pavimento do vo central da Ponte RioNiteri (Figura 3), em 2000, cuja pavimentao asfltica foi substituda por uma laje ortpica de CAD.

Figura 3 Vo central da Ponte Rio-Niteri.

Em 2002, na cidade de So Paulo, o edifcio comercial E-Tower (Figura 4) com 149 metros de altura, foi executado em sua maior parte com concreto de fck 80 MPa. Em alguns pilares, a resistncia do concreto atingiu valores com mdia de 125 MPa e mximo de 149,9 MPa, recorde mundial de resistncia de concreto em obra (IBRACON, 2002). Com 42 andares


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(quatro subsolos) para 800 vagas de garagem, o prdio possui 52000 m de rea construda. A seo transversal inicial dos pilares era de 90 x 100 = 0,9 m. Com o emprego do CAD, a seo pde ser reduzida para 60 x 70 = 0,42 m. Isso resultou numa economia de 0,48 m de concreto, que corresponde a 53% do volume de concreto. Ainda em So Paulo, a rodovia dos Imigrantes, obra de grande porte onde a utilizao de CAD possibilitou a reduo na quantidade de pilares e blocos de fundao, permitindo o aumento do vo entre pilares de 45 m para 90 m, reduzindo o impacto ambiental de sua construo em uma regio de preservao do meio ambiente. Em Braslia foi inaugurado o Complexo Predial da Procuradoria Geral da Repblica, em agosto de 2002. A edificao formada por seis blocos, com projeto de Oscar Niemeyer e foi utilizado o concreto aparente, ocupando uma rea de 70.000 m. O maior de seus blocos possui 48 metros de altura e foi usado um concreto de 50 MPa de fck . Destaca-se nessa construo, um grande cilindro de concreto, que percorre toda altura do prdio e em sua parte superior foi colocada uma estrela de oito pontas. As duas estruturas permitiram a eliminao dos pilares no pavimento trreo: vigas, lajes e pilares, abaixo da cobertura, esto suspensos por cabos de ao atirantados ao pilar cilndrico central. Essa soluo, criativa, foi facilitada pela alta resistncia do CAD.

Figura 4 Edifcio E-Tower.


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Outro exemplo a ser citado o complexo Evolution Towers (Figura 5), situado na regio metropolitana de Curitiba e concludo em 2004, o qual alcanou a resistncia de 60MPa. Ocupando uma rea de 46.000 m, o empreendimento, com uso do CAD, ganhou uma rea interna nos pavimentos, principalmente nas garagens e nos pisos trreos. Em virtude de ter grandes vos com poucos pilares, altura prevista de 125 m e pilares delgados, o CAD foi a soluo, sem comprometer a estrutura do prdio.

Figura 5 Conjunto arquitetnico Evolution Towers (IRMOS TH S/A).

Tm-se vrios exemplos de edificaes verticais executados com o CAD no Brasil. Em So Paulo, j em 1962, o prdio do MASP foi construdo com um concreto de fck de 45 MPa. Tambm em So Paulo, o Edifcio da CNEC foi executado com concreto de 60 MPa e a Torre Norte das Naes Unidas, com concreto de 50 MPa. O prdio do Supremo Tribunal de Justia em Braslia foi edificado, em 1993, usando fck de 60 MPa em pilares e ainda em trechos de vigas e lajes. Alm de exemplos de edificaes tm-se obras de recuperao estrutural como o Banco Federal de Goinia, em 1993, o prdio do BNB em Braslia, em 1994, entre outros.


22

3.

CONCRETO AUTO-ADENSVEL

3.1

INTRODUO O concreto auto-adensvel (CAA) caracterizado pela capacidade de fluir com facilidade

no interior das frmas sob ao exclusiva de seu peso prprio, sem a necessidade de adensamento do material, garantindo o preenchimento de todos os espaos vazios de maneira uniforme. O concreto auto-adensvel, tambm conhecido como concreto fluido ou autocompactvel, obtido com a introduo de adies minerais, adies de filers, aditivos qumicos e superplastificantes ao concreto, que proporciona maior facilidade de bombeamento, excelente homogeneidade, resistncia e durabilidade. O concreto auto-adensvel permite ainda a concretagem em regies com grande densidade de armaduras, como ocorre na Figura 6, onde o uso de vibrador difcil, acabando com o risco de exposio do ao e conseqente deteriorao da estrutura.

Figura 6 - Lanamento de CAA em estrutura densamente armada (TUTIKIAN, 2004).


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A facilidade com que pode ser aplicado o concreto auto-adensvel muito superior ao concreto convencional. A velocidade de execuo aumenta, requerem-se menos trabalhadores, pois dispensa o adensamento e equipamentos e a produtividade chega a ser trs vezes maior. Outra caracterstica importante do concreto auto-adensvel o fato de ser produzido nas mesmas centrais e com os mesmos materiais empregados na produo do concreto convencional: brita, areia, cimento, adies e aditivos. Atualmente, o concreto auto-adensvel vem sendo bastante utilizado em vrios pases, principalmente no Japo e pases da Europa. J no Brasil, o uso do concreto auto-adensvel ainda muito incipiente, com poucos registros de utilizao. Isto ocorre por vrios motivos, dentre eles: falta de confiabilidade nos mtodos de dosagem existentes, grande diversificao de materiais existentes no mercado, falta de normalizao de procedimento de ensaios e pouco conhecimento do comportamento do concreto auto-adensvel com relao s suas propriedades. As razes da pequena utilizao desta tecnologia at o momento, no Brasil, e, ainda, no mundo, estavam ligadas principalmente aos elevados custos dos aditivos utilizados, como superplastificantes e modificadores de viscosidade, bem como a falta de conhecimento, no Brasil, de mtodos de dosagem e produo do CAA. Com a significativa reduo dos custos destes insumos, bem como, com o avano tecnolgico ocorrido nesta rea no pas, tem se tornado o CAA cada vez mais uma excelente alternativa para a execuo das estruturas (GEYER & SENA, 2001 e TUTIKIAN, 2004). Constantes pesquisas esto sendo desenvolvidas com novos materiais no sentido de obter o CAA, de forma que o mesmo se tornar cada vez mais vivel, mas apresenta algumas desvantagens possveis de serem contornadas; so as seguintes: no fcil de ser obtido, precisando de mo-de-obra especializada para sua confeco, controle tecnolgico e aplicao; tem maior necessidade de controle, durante sua aplicao, do que o concreto convencional; necessita de cuidados especiais com o transporte, para evitar a segregao; apresenta menor tempo disponvel para aplicao em relao ao concreto convencional.

3.2

DESENVOLVIMENTO HISTRICO O concreto auto-adensvel foi desenvolvido no Japo, nos anos 80, com o objetivo de

suprir a deficincia de mo-de-obra qualificada e a falta de equipamentos sofisticados para a realizao do adensamento mecnico no processo de concretagem. A alta densidade de armaduras e/ou o preenchimento de frmas complexas, geralmente para resistir aos abalos ssmicos locais existentes, assim como o adensamento inadequado, foram observados por


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engenheiros daquele pas como as principais causas de comprometimento da durabilidade das estruturas. Havia, tambm, uma preocupao com o meio ambiente, a eliminao de parte da poluio sonora, que seria obtida com a ausncia do uso de vibradores mecnicos, como tambm, a soluo de dois outros problemas que era a reduo de custos e de prazos de execuo, que seria conseguida com a diminuio do nmero de trabalhadores e melhor trabalhabilidade do concreto, respectivamente, durante o processo de aplicao. A partir de 1983, com o objetivo de minimizar tal problema, iniciaram-se estudos buscando obter um concreto especial capaz de se adensar sem a necessidade de nenhum tipo de vibrao mecnica, dando origem ao concreto denominado auto-adensvel, onde seu primeiro prottipo foi realizado em 1988. Aps uma dcada de utilizao no Japo, o concreto autoadensvel surge na Europa em meados dos anos 90, mais precisamente na Sucia e na Holanda, onde foi empregado em aplicaes de concreto in loco. O grande interesse da Europa no concreto auto-adensvel contribuiu para aperfeioar estudos e ensaios do material.

3.3

MATERIAIS O concreto auto-adensvel constitudo pelos mesmos materiais utilizados na produo

de concretos convencionais: aglomerante (cimento), agregados (areia e brita) e gua; com exceo dos aditivos qumicos e minerais. O CAA bastante suscetvel em suas propriedades no estado fresco, e algumas caractersticas dos materiais constituintes como, por exemplo, tamanho, textura e distribuio granulomtrica dos agregados, so importantes para a garantia da fluidez desejada da mistura. indispensvel na produo de CAA o uso de aditivos qumicos, a fim de que se obtenham as caractersticas esperadas do concreto no estado fresco. A seguir so apresentadas as principais recomendaes dos materiais mais comumente utilizados na produo do concreto auto-adensvel.

3.3.1 gua A quantidade de gua a ser utilizada em pastas, argamassas ou concretos definida a partir da relao a/c. Quanto maior a quantidade de gua no concreto, menor a tenso limite de escoamento, aumentando sua deformabilidade e diminuindo a viscosidade da mistura. No entanto, um elevado teor de gua pode provocar segregao. Para garantir a grande fluidez do


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CAA, sem afetar negativamente as suas propriedades, parte da gua pode ser substituda pelo aditivo superplastificante. A relao a/f para o CAA pode apresentar valores diferenciados, de acordo com o mtodo de dosagem adotado. Esses concretos so mais governados para a relao a/f do que a relao a/c. GOMES (2002) considera para CAA de alta resistncia que a relao gua/finos (a/f) dever ser fixada, a principio, no limite superior de 0,4. O tipo de superplastificante utilizado, de 2 ou de 3 gerao, um parmetro que influencia no fator a/c e a/f, visto que, estes aditivos qumicos so responsveis por reduzir a quantidade de gua utilizada no concreto, mantendo a mesma trabalhabilidade. Segundo BILLBERG (1999), a substituio de parte do cimento por resduos industriais (finos) para a produo de CAA, acarreta numa reduo de a/f, se mantida constante a relao a/c. J para OKAMURA et al. (1999), a relao a/c deve estar compreendido entre 0,9 e 1,0, em volume, dependendo dos materiais utilizados na sua composio. De acordo com alguns trabalhos apresentados na literatura com CAA, a relao a/c pode apresentar valores em torno de 0,3 a 0,5, em massa. (OUCHI, BILLBERG, DOMONE e JIN, 1999; EDAMATSU e GOMES, 2002; LISBOA, 2004).

3.3.2

Cimento Todos os tipos de cimento empregados na produo de concretos convencionais podem

ser utilizados na produo de CAA. Variaes no tipo de cimento, mesmo sendo do mesmo fabricante, afetam diretamente as propriedades do concreto auto-adensvel, podendo no desenvolver uma interao satisfatria de compatibilidade com os aditivos qumicos. Devem-se destacar como duas das principais caractersticas do cimento a sua finura e a sua capacidade de absorver o dispersante. Com cimentos mais finos, tem-se maior superfcie especfica, o que proporciona menor tenso de escoamento e maior viscosidade da mistura, decorrente do aumento da quantidade de partculas em contato com a gua, diminuindo a distncia entre os gros e aumentado a freqncia de coliso entre eles. O cimento mais utilizado o cimento portland (CP), tipo bastante produzido e facilmente comercializado. Porm, alguns estudos tm recomendado um cimento com alguns ajustes, levando em considerao a composio da mistura do concreto auto-adensvel, como segue: A adsoro do aditivo superplastificante pelas partculas do cimento ocorre preferencialmente nos aluminatos (Aluminato triclcico - C3A e Ferroaluminato tetraclcico -


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C4AF). No entanto, a quantidade destes compostos deve ser moderada, para que ocorra uma adsoro mais uniforme. O teor de C3A em massa deve ser inferior a 10 % (EFNARC, 2002). O cimento portland composto, CP II, por ser o tipo de cimento mais utilizado, ser facilmente encontrado no Brasil, e sua composio se encontrar dentro do especificado pela EFNARC, o mesmo se apresenta como o mais indicado para a utilizao em concretos autoadensveis. Segundo MEHTA e MONTEIRO (1994), o limite mximo de C3A (Aluminatos triclcicos), em geral, de 8 %. O CAA apresenta geralmente em sua composio uma grande quantidade de finos, o que gera um alto volume de pasta e reduzido volume de agregado grado. No entanto, um grande volume de pasta necessita de uma grande quantidade de cimento, gerando assim alto custo e alto calor de hidratao no concreto. Para contornar tal situao, so utilizados fileres e/ou pozolanas para substituir parte do cimento. No entanto, cimentos base de belita (forma impura do C2S, que, quando utilizado em maiores propores no cimento, torna-o bem menos reativo, liberando assim menor calor de hidratao) vm sendo utilizados para reduzir a grande gerao de calor produzida pela grande quantidade de cimento utilizada no CAA (GOMES, 2002). Segundo NEVILLE (1997), os cimentos mais finos apresentam maior contribuio para o ganho de resistncia, devido a uma maior velocidade de hidratao do cimento, sendo, portanto, preferveis. De acordo com os trabalhos tcnicos da literatura, observado um consumo mnimo de cimento de 350 kg/m e um mximo de 550 kg/m para a obteno do CAA (KHAYAT, HU e MONTY, 1999; ERNARC e GOMES, 2002; WESTERHOLM, 2003; LISBOA, 2004).

3.3.3

Agregados Conforme descrito nas especificaes do EFNARC, todos os tipos de agregados grados

e midos utilizados em concretos convencionais so adequados para o emprego em CAA. O volume de agregados ocupa 70 % do volume de concreto, sendo dominante nas propriedades do concreto no somente pela qualidade, mas tambm pela quantidade. Portanto a qualidade e graduao dos agregados tm grande influncia na qualidade do concreto. A obteno das propriedades de auto-adensabilidade do concreto auto-adensvel exige misturas com elevado volume de pasta e reduzido volume e dimenso mxima caracterstica do agregado grado. Algumas recomendaes para os agregados de CAA so apresentadas na literatura, tais como:


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a) O volume de agregado mido fixado em 40 % do volume de argamassa. J para o agregado grado, a sua quantidade utilizada no concreto (OKAMURA, 1997, apud GOMES, 2002). b) Os agregados devem satisfazer s exigncias da EN 12620. Para o agregado mido, todas as areias podem ser utilizadas, contanto que isenta de agentes nocivos e impurezas. importante salientar a necessidade de se fazer um controle de umidade dos agregados para a obteno de uma CAA com composio uniforme (EFNARC, 2002).

3.3.3.1 Agregados Midos Todos os tipos de agregados midos industrializados ou naturais podem ser utilizados no concreto auto-adensvel, desde que isentos de agentes nocivos e impurezas. Podem ser usados silcios ou areias calcrias. Partculas menores que 0,125 mm so consideradas como p e so muito importantes para a reologia do concreto auto-adensvel. Uma curva granulomtrica contnua, onde os gros menores dos agregados preenchem os espaos deixados pelos gros maiores, proporciona melhor resistncia segregao para os CAA. De modo geral, os agregados midos representam entre 40 e 50% do volume nas argamassas. Areias naturais so mais adequadas por apresentarem gros com forma mais uniforme e arredondada. Areias artificiais, obtidas pela britagem de pedras apresentam gros com elevada angulosidade e aspereza superficial, sendo menos indicadas. O aspecto spero e anguloso dos gros causa maior intertravamento das partculas e demanda maior consumo de gua, levando ao aumento de pasta e aditivos superplastificantes para se conseguir a fluidez necessria. Com relao ao tamanho das partculas, so preferveis areias mdias-finas e finas. Areias grossas necessitam de aumento no teor de pasta.

3.3.3.2 Agregados Grados A quantidade de agregados grados utilizada no concreto deve ser 50 % do volume de slidos. Os agregados grados de forma regular, de qualquer natureza, so os mais indicados na produo de concreto auto-adensvel. Agregados com elevadas superfcies especficas, lamelares e com textura spera, devem ser empregados em granulometria mais fina e contnua para que seja menor o efeito de reduo na fluidez da mistura. O CAA pode ser produzido com agregados grados com dimenses de at 20 mm, porm, quanto maior for a dimenso do agregado, maior dever ser a viscosidade da pasta para


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evitar a segregao. Alm disso, quanto maior for a dimenso do agregado, maior ser a ocorrncia de bloqueamento em passagens estreitas. Agregados com dimetro mximo de at 10 mm so os mais utilizados na produo do CAA, por resultar em uma composio mais econmica, e um melhor desempenho das propriedades reolgicas.

3.3.4

Aditivos Os aditivos denominados de superplastificantes ou dispersantes so um componente

essencial para a produo do CAA, para promover a trabalhabilidade necessria. Esse aditivo o responsvel pela elevada fluidez da mistura devido sua capacidade de reduo de gua, o que o torna adequado para concretos aplicados em reas com pequena acessibilidade ou com alta densidade de armadura, alm de ser capaz de aumentar a bombeabilidade do concreto. Os dispersantes so compostos orgnicos que possuem a propriedade de aumentar a fluidez da mistura composta por materiais cimentceos mantendo constante o consumo de gua ou, de forma equivalente, permitem a reduo da quantidade de gua mantendo constante a fluidez da mistura. Outros tipos de aditivos podem ser incorporados quando necessrio, como por exemplo agentes que modificam a viscosidade (tipo VMA), aditivos incorporadores de ar (tipo AEA), retardadores ou aceleradores de pega, entre outros, conforme a necessidade do produto final. Os superplastificantes a base de policarboxilato so os mais usuais e promovem a disperso das partculas, melhorando a fluidez da pasta. Os aditivos promotores de viscosidade, constitudos basicamente de polmeros solveis em gua, so empregados para melhorar a resistncia segregao dos concretos autoadensveis. Esses produtos so responsveis pela reteno da gua, diminuindo a exsudao e aumentando a viscosidade da pasta.

3.3.4.1 Superplastificantes O tempo durante o qual o CAA mantm suas propriedades reolgicas desejadas muito importante para obter bons resultados no lanamento do concreto. Este tempo pode ser ajustado escolhendo o tipo certo de superplastificante (dispersante) ou combinado com retardadores. Os diferentes aditivos tm efeitos diferentes, e eles podem ser usados de acordo com o tipo de cimento e o tempo de transporte para o lanamento do CAA. A escolha de um bom e eficiente superplastificante de fundamental importncia para a eficincia na disperso das partculas de cimento dentro da mistura, na reduo da quantidade de


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gua de mistura e no controle da reologia de um trao com relao gua/material cimentante muito baixa, durante a primeira hora aps o contato entre o cimento e a gua. A incompatibilidade entre cimento e aditivo pode ocorrer, mesmo que estes produtos satisfaam s suas exigncias normativas. Devido s suas diferenas qumicas e fsicas, ao entrarem em contato esses produtos podem desenvolver comportamentos reolgicos distintos que conduzem perda de trabalhabilidade do concreto. Os aditivos superplastificantes so usados para impedir a floculao das partculas de cimento. Quando misturados cimento e gua, os gros de cimento tendem a se tornar uma estrutura floculada que aprisiona parte da gua adicionada. Os superplastificantes atuam basicamente na defloculao e disperso das partculas de cimento, garantindo desta forma um melhor aproveitamento da gua. Diversos fatores podem influenciar no desempenho dos superplastificantes, como a finura e a composio qumica do cimento, o modo de imerso na mistura e a composio qumica do prprio aditivo. O uso do superplastificante resulta na modificao de vrias caractersticas da pasta de cimento, incluindo a porosidade e sua distribuio, a taxa de hidratao, a morfologia dos hidratos, o desenvolvimento da resistncia, a fluidez e perda de fluidez com o tempo, o tempo de pega, a retrao, a segregao e a exsudao entre outras. Para que esses efeitos sejam minimizados, importante verificar a compatibilidade entre o cimento e os aditivos usados, de modo que no haja perdas de fluidez. Existe um teor mximo de aditivo capaz de promover aumento de fluidez, que denominado de ponto de saturao, e pode ser

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