Introdução

O concreto é provavelmente o material de construção mais utilizado no mundo, com consumo estimado de 5,5 bilhões de toneladas por ano. Tal fato deve-se principalmente ao seu relativo baixo custo, disponibilidade dos materiais constituintes, facilidade de fabricação, versatilidade e adaptabilidade de formas.

Apesar destas vantagens técnicas e econômicas, a deterioração prematura das estruturas de concreto tem se tornado um problema global e existe um amplo consenso acerca da sua falta de durabilidade. Aliando condições severas do ambiente com concretos de baixa qualidade, tem-se uma aceleração do processo de degradação das estruturas.

A especificação de resistências à compressão relativamente baixas está diretamente relacionada com o uso de elevadas relações água/cimento, muito maiores do que as necessárias para satisfazer os requisitos de durabilidade das estruturas de concreto armado. Por outro lado, é sabido que a utilização de uma elevada resistência garante o incremento da durabilidade.

Concreto durável

Construções mais resistentes ao tempo também suportam bem o fogo.

A convicção generalizada no meio técnico da construção civil de que o concreto de alta resistência (CAR) explode ou se degrada fortemente ao ser submetido a elevadas temperaturas, como no caso de um incêndio, pode ser um equívoco. Ele resiste muito bem a esse tipo de situação como mostrou um estudo realizado para a tese de doutorado Avaliação de pilares de concreto armado colorido de alta resistência, submetidos a elevadas temperaturas, do engenheiro civil Carlos Amado Britez, defendida em março deste ano na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP). A tese demonstrou que, dependendo das condições, o CAR pode resistir muito bem ao fogo, tanto quanto o concreto comum. Considera-se, em geral, CAR – às vezes, também chamado no Brasil de concreto de alto desempenho (CAD) – aquele apropriado para uso em construções que terão longa vida útil com poucas intervenções de manutenção, e podem durar por mais de 100 anos, porque são mais resistentes às intempéries.

A característica principal do CAR é apresentar resistência superior a 50 mega-pascal (MPa), unidade que mede a pressão e a tensão a que são submetidos os materiais. Um MPa equivale a 10,19 quilogramas-força (kgf) – ou newton (N) – por centímetro quadrado. Ou o equivalente a colocar, sem danos, 10 quilos sobre um centímetro quadrado de concreto dimensionado para esse fim. O experimento teve a participação de 10 empresas de engenharia e construção com financiamento e fornecimento de materiais e produtos, além de contar com o acompanhamento de cinco entidades ligadas ao setor como a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) e o Instituto Brasileiro de Concreto (Ibracon).

O CAR surgiu no final dos anos 1950, na Noruega, para atender às necessidades de segurança e durabilidade de grandes obras, que requeriam um material de baixa permeabilidade e alta resistência mecânica, como túneis, e de construções em alto-mar, industriais e nucleares. Naquela época, a “alta” resistência correspondia a algo entre 50 e 60 Mpa. Em comparação, o concreto comum não passava de 12 a 15 MPa. Em qualquer tipo desse material, as características dependem da dosagem dos componentes de que ele é feito, como o tipo de cimento e os aditivos. A água é um dos ingredientes que mais influem nesse aspecto. “Quanto maior a quantidade dela na composição, menos resistente o concreto”, explica Britez. Os agregados, graúdos, como a brita, e miúdos, como a areia, também têm papel fundamental.

Mas há ainda outros ingredientes importantes, chamados de adições, como a sílica ativa e o metacaulim, que ajudam a torná-lo mais compacto, ocupando os espaços vazios que a brita, com sua estrutura irregular, não consegue preencher. Na receita também entram substâncias químicas dispersantes (aditivos), que, por exemplo, servem para diminuir a quantidade de água necessária para a hidratação das partículas de cimento. Depois tudo isso é “empacotado” ou reunido num

produto que é o concreto. O CAR é mais compacto e tem menos porosidade. Paradoxalmente, essa última característica também é seu ponto fraco.

Na Europa, depois de algumas décadas de uso, descobriu-se que, em certas condições, ele pode se desplacar ou até mesmo explodir quando tem de enfrentar altas temperaturas, como ocorreu, na década de 1990, em alguns túneis europeus que sofreram grandes incêndios. É um fenômeno chamadospalling, ou desplacamento, que em alguns casos pode ser explosivo. “Algumas teorias indicam que isso ocorre porque, quando o material é exposto a elevadas temperaturas por um determinado tempo, a água livre presente em sua composição se aquece e vira vapor”, explica Britez. “Com a baixa porosidade do CAR, ela não consegue extravasar, o que aumenta a pressão interna a ponto de causar o spalling.” Foi aí que surgiu a desconfiança em relação ao uso desse tipo de concreto em grandes obras. A tese conseguiu desmitificar esse cenário.

Formulação variada

O ponto principal do trabalho é que a demonstração da ocorrência ou não do spallingdepende de uma série de circunstâncias e características do concreto de alta resistência submetido a altas temperaturas como a formulação, que pode variar em cada país. Seu orientador, o professor Paulo Roberto Helene, do Departamento de Engenharia de Construção Civil, da Poli-USP, lembra que a maioria dos estudos realizados no Brasil e no exterior utiliza corpos de provas (amostras de concreto) pequenos, com poucos centímetros cúbicos, sem aço na estrutura. “Nessas condições, efetivamente, em alguns casos, o CAR se destrói”, diz Paulo Roberto.

A idade do material é outro quesito que influencia na ocorrência do spalling, tanto em experimentos como em situações reais. Britez diz que em muitas pesquisas são utilizadas amostras que não têm mais de um mês de idade. Dificilmente, no mundo real, uma estrutura com esse tempo seria submetida a altas temperaturas de um incêndio. “Em um edifício, por exemplo, um pilar de um mês raramente seria afetado por um incêndio, pois o prédio ainda estaria em construção e não haveria móveis ou outros materiais inflamáveis que contribuem para um incêndio”, explica.

Com o passar do tempo o concreto ganha resistência e diminui sua umidade interna. Por isso, o ideal é o uso de amostras com pelo menos um ano de idade para ensaios de simulação de incêndios. “Daí a importância do trabalho de Britez, que realizou os ensaios em uma amostra de dimensões reais, um pilar com estrutura semelhante ao usado num edifício construído de fato”, diz Paulo Roberto. Ele se refere ao e-Tower, prédio erguido em 2002, na rua Funchal, na Vila Olímpia, na zona Sul de São Paulo. Na época, o concreto usado em seus pilares bateu o recorde mundial de resistência, com 125 MPa. Uma réplica de um desses pilares, com 70 por 70 centímetros de lado e dois metros e meio de altura, ficou oito anos ao ar livre num pátio da Poli, até ser usado na pesquisa.

Num forno do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), três faces do pilar foram submetidas – a outra ficou para fora, porque não havia espaço –, durante três horas, a temperaturas que chegaram a 1.200ºC. Para medir a temperatura alcançada no interior do pilar, foram instalados nele, em profundidades variadas, diversos termopares – espécie de termômetros. “Constatei que no núcleo a temperatura chegou a até 40ºC, calor que sofreria normalmente em alguns dias de verão”, conta. “Nessa parte, foi como se o pilar nem soubesse que estava pegando fogo.” Mas mesmo na parte mais externa os estragos foram relativamente pequenos. “Da área da seção transversal do pilar, 95% se manteve íntegra e 5% foi reduzida por efeito spalling”, conta Britez. Apenas uma camada superficial, com cerca de cinco milímetros (mm) de espessura, onde a temperatura atingiu mais de 1.000ºC ficou de cor alaranjada e foi muito afetada. Mais no interior, onde a temperatura média foi de 600ºC, surgiu depois do fogo uma camada preta, de cerca de 55 mm de espessura.

O pilar com 2,5 metros de altura antes de ser levado ao forno e o resultado depois com 95% da sua integridade

No núcleo, a coloração ficou a mesma da peça original, vermelha. Essa pigmentação foi usada em alguns pilares do e-Tower para diferenciá-los de outros, feitos com concreto comum. Ela se deve a um pigmento feito com óxido de ferro (Fe2O3), que possibilitou uma das descobertas mais importantes do

trabalho. “Ele pode servir também como um excelente termômetro natural, auxiliando na avaliação da estrutura depois do incêndio”, explica Britez. “As análises que fizemos mostraram que a cor é um indicador de temperatura e de resistência mecânica.” Constatar isso só foi possível porque é sabido que o óxido de ferro sofre alterações químicas e muda de cor com o aumento da temperatura. Ou seja, o concreto vermelho fica escuro quando aquecido em temperaturas com cerca de 600°C. Em temperaturas mais altas, acima dos 900°C, ele pode mudar de cor novamente, tornando-se alaranjado, conforme mostrou a pesquisa.

A cor vermelha no núcleo da peça testada indica que ali o calor não foi grande. “Mesmo sem os termopares no corpo de prova, poderíamos inferir sobre as temperaturas que foram alcançadas no interior dele. Isso é importante, porque o pigmento poderá ser usado em outros experimentos feitos daqui por diante.

Aumento das obras

Ele espera ainda que seu trabalho traga outra contribuição à área de grandes construções: o aumento do uso do concreto de alta resistência. “O ideal seria que ele fosse usado na maioria das obras, como portos, pontes e edifícios de grandes alturas, por exemplo. Isso evitaria muitos problemas e daria maior durabilidade a elas. Em obras com CAR, os agentes do ambiente têm dificuldade muito maior para penetrar no concreto, alcançar o aço e desencadear o processo de corrosão. Isso também diminuiria o custo de manutenção das estruturas. ”

Além disso, o CAR é ambientalmente correto, segundo Britez. Como tem maior resistência, dependendo do caso é possível que as estruturas possam ser projetadas com menores dimensões e consumindo menos material. “Isso significa menos consumo de cimento, brita, areia e outros materiais com matéria-prima extraída da natureza”, explica o pesquisador. O custo é outra questão que se deve levar em conta na hora de escolher que tipo de concreto usar numa obra. A produção do CAR ainda é mais cara, por causa dos materiais empregados. “Mas no geral é possível que a construção saia mais

barata, porque será necessária uma quantidade menor de concreto de alta resistência na obra.

Outra linha de pesquisa na mesma área é exercida pelo professor Antônio Domingues de Figueiredo, do mesmo Departamento de Engenharia de Construção Civil da Poli-USP. Em 2005 ele finalizou um projeto financiado pela FAPESP sobre altas temperaturas em tipos de concretos relacionados a túneis. O objetivo era avaliar a condição de utilização de fibras de polipropileno como proteção passiva para o CAR contra o lascamento explosivo que pode ocorrer durante um incêndio. Além disso, havia a meta secundária de avaliar em que condições o material era mais suscetível a esse tipo de ocorrência.

A preocupação principal de Figueiredo era com as obras em túneis, que, por causa do lençol freático, geralmente têm a sua estrutura saturada de água, o que aumenta o risco de lascamento. “Nosso projeto demonstrou que as utilizações de fibras de polipropileno misturadas ao concreto podem efetivamente reduzir esse risco”, diz ele. “No caso de um incêndio, essas fibras amolecem e até se fundem, produzindo um caminho para a saída do vapor de água. Com isso, o concreto pode ser calcinado, mas se mantém íntegro protegendo as camadas mais internas de revestimento do túnel e, por consequência, garantindo a estabilidade da estrutura.”

O trabalho realizado por Figueiredo com materiais poliméricos adicionados ao concreto foi aproveitado em alguns túneis construídos em São Paulo, como nas obras do Rodoanel e na rodovia dos Imigrantes. Mas ele tem outras aplicações. A mais comum é a utilização em pavimentos, nos quais as fibras poliméricas são usadas para o controle da fissuração oriunda da retração do material após a secagem.

ESTUDO COMPARATIVO DE MÉTODOS DE DOSAGEM.

Felipe José Mente, Martha Figueiredo Alves, Ruy Alberto Cremonini (NORIE/UFRGS) A utilização do concreto de alta resistência tem se intensificado nas últimas décadas seja no contexto internacional ou nacional. Isso deve-se ao fato de ele permitir redução no volume de concreto empregado, gerando estruturas mais esbeltas, além de apresentar vantagens quanto a durabilidade.

No âmbito nacional, pouca ênfase tem sido dada aos métodos de dosagem para o concreto de alta resistência, uma vez que a sua utilização ainda não é prática comum na indústria da Construção Civil, o que se evidência pela utilização de métodos de dosagem de concretos convencionais para a produção de CAR. Na tentativa de viabilizar a produção de concreto de alta resistência, dois métodos de dosagem estão sendo estudados, sendo um de concreto convencional (IPT) e outro específico para alta resistência

(MEHTA/AITCIN), onde comparam-se aspectos de resistência mecânica, consumo de cimento e viabilidade econômica.

O concreto produzido incorpora adição mineral de 10% de silica ativa sobre o massa de cimento e aditivo superplastificante para atingir a traballhabilidade requerida. Os resultados obtidos indicam a vantagem do emprego de métodos específicos de dosagem para o concreto de alta resistência pois, além do aumento da resistência à compressão aos 28 dias, obteve-se uma redução no consumo de cimento, o que representa significativa redução de energia, consumo de matéria prima e custos.

Concreto convencional X concreto de alta resistênciaOpção com maior resistência ofereceria à construtora menor custo, mas solução teve que ser descartada por falta de fornecedores locaisResumo da obra

La Première ResidenceLocalização - Rua Aristides Lobo, 123, Zona 07, Maringá (PR)Construtora - Construtora ElohimEngenheiros responsáveis - Miguel Fujinami, Rodrigo Luz e Hugo Sefrian PeinadoProjeto de arquitetura - Luciana Fujinami Hirama, Scheila Cristina Wutzke e Rebeca Jacuniak BucholtzApresentação - empreendimento residencial de uma torre com três subsolos (108 vagas de garagem), pavimento térreo, pavimento de lazer e 18 andares de apartamentos, sendo duas unidades por andar, totalizando 36 apartamentosNúmero de pavimentos - 20 andares e três subsolosÁrea do terreno - 1.209,00 m²Área construída - 10.543,41 m²Início da obra - set/2010Término da obra - dez/2014

Ao dimensionar os pilares da estrutura do residencial La Première Residence, situado em Maringá (PR), a construtora Elohim decidiu fazer um comparativo de custos entre dois tipos de concreto: o convencional de 35 MPa e o concreto de alta resistência (CAR) de 50 MPa. O estudo buscava uma

solução que associasse, além do baixo custo, ganho de área útil com pilares mais esbeltos, aumento da durabilidade dos elementos estruturais e menor impacto no meio ambiente.

Todas essas vantagens foram identificadas no concreto de 50 MPa, que seria a opção escolhida. Mas, por conta da dificuldade em encontrar concreteiras que oferecessem esse insumo, a solução adotada para a execução dos pilares foi o tradicional concreto de 35 MPa. Hugo Sefrian Peinado, gerente de desenvolvimento de processos da Elohim, relata que, para o de 40 MPa, por exemplo, algumas empresas já tinham traço desenvolvido e ensaios em laboratório. Só que quando eles desenvolveram esse estudo, elas ainda não disponibilizavam concretos com resistência superior a essa na região. Ele conta que a construtora tem trabalhado junto às concreteiras e aos engenheiros de estruturas para que, nas próximas obras, já seja possível utilizar o CAR, "pois o ganho é muito significativo".

Caso a construtora tivesse conseguido usar o concreto de maior resistência, a economia, segundo o estudo realizado, seria de aproximadamente 17% no custo dos pilares (como mostra a tabela), e ainda haveria ganho de cerca de 29% do espaço ocupado pelos pilares nos 23 pavimentos, que se tornaria área útil. Esse ganho de área se deve à possibilidade de os pilares serem mais esbeltos com o uso do concreto de alta resistência, que, no estudo, mediriam 63 cm x 63 cm, em vez de 75 cm x 75 cm do concreto convencional. A justificativa é que a maior resistência permite que se use menos concreto. Na execução também é possível reduzir consumo de fôrmas e aço.

"Usamos lajes e vigas protendidas, então temos vãos maiores entre pilares, e, portanto, esses pilares têm medidas consideravelmente grandes. Mesmo ganhando esse espaço devido à protensão, nós perdíamos parte da área por conta das grandes dimensões deles. Então, precisávamos de uma alternativa que tornasse em área útil parte do espaço que os pilares estavam ocupando", argumenta Peinado. O ganho de área útil seria importante principalmente para as garagens e para a área útil dos apartamentos.

Outras vantagens

Peinado explica que quando se usa o CAR, há um aumento da resistência associado a uma microestrutura mais densa e com menor quantidade de vazios. "Esses aspectos garantem aos elementos moldados não apenas resistência à compressão, mas também baixa permeabilidade, alta estabilidade dimensional e alta resistência à abrasão e ao ataque de agentes agressivos - ou seja, proporciona maior durabilidade", explica. Mas, para isso, precisa haver acréscimo no consumo de cimento por metro cúbico de concreto.

Consumir mais cimento representa um aumento na emissão de CO2 na atmosfera, e a questão ambiental é uma das preocupações da construtora. Porém, como há uma diminuição do tamanho do pilar devido à redução da

quantidade de concreto, o consumo de cimento nesse caso ficaria muito próximo ao do concreto convencional de 35 MPa, como explica o engenheiro. "O consumo de cimento por metro cúbico do concreto de 35 MPa é de 323 kg/m³, e o de 50 MPa é de 458 kg/m³. Só que quando temos um pilar com concreto de alta resistência, mesmo o consumo de cimento por metro cúbico sendo maior, temos dimensões menores dos pilares. Então, o consumo de cimento por pilar ficaria semelhante, não aumentando o impacto ao meio ambiente no que se refere à produção e utilização de cimento."

Por outro lado, o custo por metro cúbico do CAR é considerado elevado. "Por isso, é importante elaborar um estudo de viabilidade para cada edificação e confrontar esse custo com os pontos positivos resultantes de sua utilização, como aumento da vida útil dos elementos estruturais; possibilidade de construção de pilares de seção menores; aumento da área útil da edificação; estruturas com menor peso próprio; e diminuição da carga nas fundações", resume Peinado.

Vantagens do CAD

Os concretos de alto desempenho destacam-se por apresentarem inúmeras vantagens em relação aos concretos convencionais, o que pode ser observado na tabela 2, que apresenta o controle da qualidade realizado pela ABCP(Associação Brasileira de Cimento Portland). Foram moldados corpos-de-prova para a realização de ensaios nos concretos de alta resistência (fck de projeto de 80 MPa, que na realidade apresentou fck 115 MPa) e nos concretos de fck igual a 25 MPa (também empregados na obra e-Tower).

Observadas as seguintes vantagens do CAD quando comparado a um concreto com resistência usual de 25 MPa:

- Altas resistências à compressão, tanto a baixas idades quanto a idades avançadas

- Reduzidíssima carbonatação e baixo coeficiente de difusão de cloretos levando a um aumento na vida útil da estrutura

- Reduzidíssima permeabilidade a gradientes de pressão de água e de gases

- Reduzido risco de corrosão de armaduras

- Elevado módulo de elasticidade, ou seja, pequenas deformações

- Ausência de exsudação

- Ausência de segregação no lançamento e adensamento

- Facilidade de execução

- Redução das cargas nas fundações

- Redução da seção dos pilares do subsolo. Como consequência tem-se uma redução do volume de concreto empregado, de fôrmas e armaduras e, ainda, diminuição de mão-de-obra.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

<http://revistapesquisa.fapesp.br/2011/10/01/concreto-duravel-2/ >

Acesso em: 05 outubro 2016.

<http://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/86052 >

Acesso em: 05 outubro 2016.

<http://construcaomercado.pini.com.br/negocios-incorporacao-construcao/140/artigo299764-1.aspx >

Acesso em: 05 outubro 2016.

<http://piniweb.pini.com.br/construcao/noticias/concretos-de-alta-resistencia-79916-1.aspx >

Acesso em: 05 outubro 2016.