Uso de Concreto de Retração

Compensada em Pisos Industriais

Breno Macedo Faria

Currículo Graduado em Engenharia Civil pela Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) em 1999, MBA em Gestão Estratégica e Econômica de Projetos pela FGV (Fundação Getúlio Vargas ), e especialização em Pavimentos de Concreto pela USP (Universidade de São Paulo). Atua desde 1999 na área de pisos e pavimentos de concreto e atualmente é Gerente Técnico da LPE Engenharia.

Concreto – etimologia:

A palavra “Concreto” vem do latim Concretus que é uma conjugação de Concrescere que significa crescer em conjunto, aumentar por agregação.

Sumário

I. INTRODUÇÃO: HIDRATAÇÃO DO CIMENTO E RETRAÇÃO

II. ADITIVOS EXPANSORES

III. CASOS PRÁTICOS

Uso de Concreto de Retração Compensada em Pisos Industriais

I. INTRODUÇÃO: HIDRATAÇÃO DO CIMENTO E RETRAÇÃO

A retração do concreto sempre foi um fator desafiador para os profissionais ligados a projetos e a execução de pisos industriais, demandando o desenvolvimento de técnicas que permitam atender as exigências dos usuários, e também mitigar os efeitos prejudiciais que a retração do concreto poderá provocar.

Uma das técnicas utilizadas para combater os efeitos da retração é a utilização de aditivos expansores e compensadores de retração, que agem na estrutura molecular dos compostos formados pela hidratação do cimento.

Nesta apresentação vamos abordar, de uma forma simplificada, o processo de hidratação do cimento, da retração do concreto, e da ação dos agentes expansores.

1.1. Introdução

1.2. Produção do cimento

Calcário + Argila Clínquer

Clínquer

+ Adições Cimento

Moagem

Aquecimento

• Escória

• Fíler

• Pozolana

• Gesso

• CPI

• CPII - E

• CPII - F

• CPII – Z

• CPIII

• CPIV

• CPV

1.3. Principais compostos do clínquer

Composto Nome Característica

C3S Alita Influenciam na resistência

C2S Belita Influenciam na resistência

C3A Influenciam na pega

C4AF Influenciam na pega

A nomenclatura destes compostos químicos são abreviações utilizadas internacionalmente:

C: CaO (Óxido de cálcio) S: SiO2 (Óxido de silício)

A: Al2O3 (Óxido de alumínio)

F: Fe2O3 (Óxido de ferro)

C3S: 3CaO. SiO2

C2S: 2CaO. SiO2

C3A: 3CaO. Al2O3

C4AF: 4CaO. Al2O3. Fe2O3

1.3. Hidratação do cimento

C3S

C2S

C3A

C4AF

+ H2O:

Pode se transformar em outros compostos (monossulfato hidratado)

Cimento Composto Forma

Pasta de cimento endurecida

Características

(*) S: CaSO4

Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio

(Portlandita)

Resistência inicial e Passivação da armadura

Etringita (C6AS3H32) (*)

Resistência nas 1as idades

C-S-H Silicato de cálcio

hidratado

Principal responsável pela resistência

1.3. Hidratação do cimento

Imagens obtidas de microscópio eletrônico por varredura:

Ca(OH)2 C-S-H Etringita

Fonte: Públio Penna Firme Rodrigues – Estudo da Correlação entre as Reações de Hidratação do Cimento e a Retração do Concreto

1.3. Hidratação do cimento

Representação esquemática da distribuição dos compostos da pasta endurecida de cimento próximo a um agregado (Zona de transição):

Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais

C-S-H

C H

C-A-S-H (Etringita)

Agregado

1.4. Água na estrutura do concreto

• Água adsorvida: próxima a superfície dos sólidos. Algumas teorias sugerem que que elas são compostas por até 6 camadas de moléculas de água (1,5nm). Parte desta água pode ser perdida da pasta de concreto quando a umidade relativa ≤ 30%. A sua remoção causa significativa variação volumétrica.

• Água interlamelar: fica entre as camadas do C-S-H. Esta água só é perdida por secagem forte (umidade inferior à 10%). A sua perda provoca considerável retração na estrutura.

• Água quimicamente combinada: água que faz parte das estruturas dos compostos hidratados do cimento. Ela só é perdida quando a estrutura é aquecida a altas temperaturas, como por exemplo: fogo. Causa danos severos à estrutura.

• Água capilar: água presente em vazios com dimensões ≥ 5,0nm. A sua remoção causa variação volumétrica do concreto quando estiver em capilares entre 5,0 e 50,0nm. Em capilares maiores a sua remoção não causa variações volumétricas.

1.4. Água na estrutura do concreto

C-S-H

Água capilar

Água adsorvida

Água interlamelar

Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais

1.5. Retração do concreto

• Retração plástica: perda de volume quando o concreto ainda está plástico (não ocorreu o fim da pega).

Redução volumétrica do concreto: ocorre principalmente devido à movimentação das moléculas de água.

Acontece quando a perda de água por evaporação > taxa de exsudação.

Características:

Fissuras sobre obstáculos (barras de aço e grandes partículas de agregados).

Fissuras paralelas e afastadas cerca de 30 a 100cm (profundidade de 25 a 50mm).

• Retração por secagem: perda de água capilar (em capilares < 50nm), perda de água adsorvida, e perda de água interlamelar.

Retração plástica e por secagem

Perda de água para o meio externo

Se durante a concretagem tomarmos cuidado para evitar a retração plástica e por secagem:

• Concretando em ambiente coberto e fechado.

• Evitando a incidência direta de sol e de vento.

• Controlando a temperatura do concreto (evitando agregados e cimentos quentes).

• Minimizando a evaporação na superfície do concreto.

Restringindo a retração plástica

• Executar cura úmida rigorosa (exemplo 30 dias), e manter a umidade alta para evitar a perda de água do concreto após endurecimento.

Restringindo a retração por

secagem Estaremos isentos de fissura de retração? Não

1.5. Retração do concreto

• Retração autógena:

“É a variação macroscópica que ocorre na pasta de cimento, sem que haja transferência de umidade para o exterior.”

Perda de volume, mas não há perda de massa

Água se transforma em produtos da hidratação: água livre se transforma em

água adsorvida, interlamelar, ou quimicamente combinada.

• A retração autógena gerou interesse no meio técnico com o desenvolvimento do CAD (concreto de alto desempenho – tem baixo fator a/c).

• Tem sua intensidade aumentada com a redução do fator água / cimento (a/c).

Comitê japonês de retração (Tazawa, 1999)

Fonte: Públio Penna Firme Rodrigues – Estudo da Correlação entre as Reações de Hidratação do Cimento e a Retração do Concreto

1.5. Retração do concreto

II. ADITIVOS EXPANSORES

2.1. Histórico

1960 – Alexander Klein (Universidade da Califórnia) desenvolveu um clínquer que apresentava características expansivas ao concreto.

C3S

C2S

C3A

C4AF

C4A3S

CS

S: CaSO4

Etringita (C6AS3H32)

Potencializa a formação da Etringita

Sulfoaluminatos

Expansiva

Desenvolvimento dos cimentos Tipo K (ASTM C 845)

Cimento comum

Hoje existem dois tipos de produtos que podem provocar expansão ao concreto:

• Sulfoaluminatos – formação da etringita.

Diferente dos cimentos expansivos estes produtos são utilizados como aditivos ao concreto em dosagens específicas para cada situação particular

• Óxido de cálcio (CaO) super-calcinados: formação de Ca(OH)2. Aquecidos a cerca de

1500oC

2.1. Histórico

C3S

C2S

C3A

C4AF

C4A3S

CS

Sulfoaluminatos

Expansão do concreto

2.2. Sulfoaluminato

É importante notar que nesta reação há um grande consumo de água, portanto ela só é

possível se existir água disponível

Cura úmida

Etringita (C6AS3H32)

S: CaSO4

0

1

2

3

4

5

6

0,01 0,08 0,64 5,12 40,96 327,68

C-S-H

Ca(OH)2

Monossulfato

Etringita Quantidade R

ela

tiva

Tempo (horas) 1dia 7dias 28dias

Velocidade típicas da formação de produtos da hidratação:

Queda produção de Etringita e início da formação de Monosulfatos

Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais

2.2. Sulfoaluminato

2.3. Óxido de Cálcio - Supercalcinado

CaO

Supercalcinado

+ H2O Ca(OH)2 Expansão do

concreto

-600

-400

-200

0

200

400

0 5 10 15 20 25 30

Conc. c/ CaO (supercalcinado)

Conc.

Referência

Variaçã

o

dim

ensi

onal (µ

m/m

)

Tempo (dias)

Ensaio feito segundo ASTM C 157 (retração livre)

2.4. Concreto com expansor - comportamento

Curva típica de variação de dimensional:

Mudança

no c

om

prim

ento

Expansã

o

Contr

açã

o

Cura úmida

Cura seca

Concreto de cimento expansivo

Concreto comum

7 dias 1 ano

0

Idade

Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais

Ensaio feito segundo JIS A 6202 sob retração restringida – concreto com sulfoaluminato

Comparação: concreto sem e com expansor

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 4 7 11

14

18

21

25

28

32

35

39

42

46

49

53

56

60

64

67

71

74

78

81

85

88

92

95

99

102

106

117

120

124

127

131

134

138

141

145

Strain

(x10

-6)

Convencional-simulado DENKASem expansor Com expansor

2.4. Concreto com expansor - comportamento

L

L + ΔL`

Expansão e restrição da movimentação:

Expansão livre:

Expansão

restringida: Gera tensões de compressão internas que

inibem a formação de fissuras

L

L + ΔL

Barra de aço

2.4. Concreto com expansor - comportamento

0

200

400

600

800

1000

0 10 20 30 40 50 Expansã

o e

m 7

dia

s

(µm

/m)

Dosagem (kg/m3)

Variação da expansão com a dosagem

Retração dos concretos brasileiros (com restrição de água no traço) apresentam valores em torno de 400 a 500µm/m.

Para uma placa de concreto com dimensões de 10m a sua junta irá abrir cerca de 5mm.

Gráfico elaborado para concreto com sulfoaluminato

2.4. Concreto com expansor - comportamento

Comportamento estrutural em função da dosagem do aditivo:

Expansã

o

(µm

/m)

Dosagem(Kg/m3)

• Redução fissuras por retração.

• Propicia uma maior dimensão das placas.

• Redução da abertura das juntas.

Protensão química: • Força de protenção devido a

expansão / restrição.

• Ganho estrutural.

Retração compensada

2.4. Concreto com expansor - comportamento

2.5. Normas

Ensaios do concreto sob retração livre: ASTM C 157 (Norma Americana)

Especificação cimentos expansivos: ASTM C 845

NM 131 (Norma Brasileira / Mercosul)

Ensaios do concreto sob retração restringida: ASTM C 878 (Norma Americana)

JIS A 6202 (Norma Japonesa)

Controle da retração / expansão:

2.6. Guia para uso de concreto com compensador de retração

• Tipos de materiais.

American Concrete Institute - ACI 223

• Considerações sobre o dimensionamento das estruturas (aborda o tipo de restrição e as tensões de compressão provocadas pela expansão).

• Proporções dos materiais e procedimentos para a mistura.

• Lançamento, acabamento, e cura.

III. CASOS PRÁTICOS

3.1. Dallas Love Field Airport

Em 1969 e 1972 foram executas 2 pistas com cimento tipo K.

Estrutura do pavimento: concreto armado.

Resultados:

Os pavimentos anteriores tinham juntas espaçadas a cada 15m, com fissuras centrais em praticamente todas as placas.

Os pavimentos com cimentos expansivos tinham juntas espaçadas a cada 23 e 38m, e com apenas fissuras esporádicas entre juntas.

Fonte: P. Kumar Metha, e Paulo J. M. Monteiro – Concreto: Estrutura, Propriedades, e Materiais

3.2. Centro de Distribuição em Itupeva / SP

• Área aproximada: 50.000m2.

• Distância entre juntas: 11,0 x 10,5m. • Ano de construção: 2014.

• Concreto com espessura de 14cm e reforçado com fibras de aço.

• Utilizar expansor a base de sulfoaluminato, e dobrar o comprimento entre juntas, utilizando uma área com a mesma dosagem de fibras, e uma outra área somente com barra de aço .

Projeto original:

Projeto proposto:

Execução da faixa reforçada com barras de aço Cura úmida

3.2. Centro de Distribuição em Itupeva / SP

Ʃ abert. juntas:

Placas 11,0m x 10,5m Placas 22,0m x 21,0m

11 a 14mm 19 a 24mm

Foram computadas as aberturas das juntas descontando a abertura dos cortes (3,0mm)

Mesmo dobrando o tamanho das placas as aberturas das juntas ficaram inferiores as dos pisos sem expansores

3.2. Centro de Distribuição em Itupeva / SP

3.3. Centro de distribuição em MG

Piso protendido

• Distância máxima entre juntas: 72,25m.

• Ano de construção: 2015.

• Abertura esperada para a juntas, sem expansor (placa de 72,25m) = 37mm (retração de 520µm/m).

• Concreto com espessura de 15cm - reforçado com cabos de protensão.

• Foi utilizado expansor a base de óxido de cálcio (10 kg/m3), com objetivo de reduzir a abertura das juntas.

• Abertura média real das juntas (placa de 72,25m) = 20mm (após 5 meses).

Obs: nesta obra foi utilizada cura química

• Área: 25.570m2.

3.4. Câmara de congelado

• Tamanho das placas: 18,20 x 23,38m.

• Ano de construção: 2017.

• Concreto com espessura de 16cm – armado com dupla tela.

• Foi utilizado expansor a base de óxido de cálcio (10 kg/m3), com objetivo de reduzir a abertura das juntas, já que em câmaras congeladas a abertura é intensificada pela redução da temperatura.

• Área: 13.000m2.

3.4. Câmara de congelado

Retração medida= 60µm/m (após 65 dias).

3.4. Câmara de congelado

3.5. Depósito em Extrema / MG

• Ano de construção: 2017.

• Abertura esperada para a juntas, sem expansor (placa de 23,46m) = 12mm (retração de 500µm/m).

• Concreto com espessura de 14cm - reforçado com fibras de aço (25 kg/m3).

• Foi utilizado expansor a base de óxido de cálcio (15 kg/m3), com objetivo de reduzir a abertura das juntas, e compensar parte da dosagem de fibras para combater a retração.

• Área: 10.000m2.

• Tamanho das placas: 23,46 x 23,30m.

Abertura real das juntas (placa de 23,46m) ≈ 1mm

3.4. Câmara de congelado

IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS

IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Os aditivos expansores são produtos que podem ser utilizados por projetistas envolvidos com a construção de piso e pavimentos de concreto, e que conseguem proporcionar os seguintes benefícios técnicos:

• Reduzir a ocorrência de fissuras por retração.

• Reduzir a abertura das juntas.

• Reduzir o número de juntas.

• Compensar ou até eliminar a retração do concreto (dependendo da dosagem).

Obrigado!