Universidade Federal do Vale do São Francisco – UNIVASF

CONCRETO DE ALTO

DESEMPENHO

Discentes:

Aline Roberta Santos de Santana,

Érika Medrado F. de Souza.

Docente:

Professor Anderson Henrique Barbosa

Juazeiro – BA

Setembro de 2009

1. Introdução

O concreto armado está entre os materiais de construção mais largamente

utilizados. Ao longo dos anos, acompanhamentos de estruturas em concreto

vêm sendo feitos e mostraram a necessidade de fazer reforços, recuperações

e, em situações mais críticas, demolição e reconstrução. Nota-se, então, a

necessidade crescente da utilização de um concreto mais resistente

estruturalmente e às agressões sofridas no ambiente.

Após várias pesquisas chegou-se a um material de alta resistência mecânica,

maiores durabilidade, trabalhabilidade e resistência aos agentes agressivos o

que proporcionaria uma menor despesa com manutenção e reparos. Surge

então o chamado Concreto de Alto Desempenho – CAD.

Os estudos sobre o Concreto de Alto Desempenho produziram resultados

eficientes possibilitando sua aplicação há pouco mais de vinte anos. Com o

desenvolvimento dos aditivos químicos, capazes de modificar algumas de suas

propriedades, aperfeiçoando-o como material de construção, incentivou-se a

pesquisa sobre materiais pozolânicos, pois a ação combinada desses dois

produtos resultou num aperfeiçoamento do concreto.

A utilização de determinados rejeitos industriais, com propriedades

pozolãnicas, reduzem o custo e a quantidade de energia consumida na

produção do concreto contribuindo para a preservação ambiental.

A durabilidade é outra característica importantíssima que passou a ser exigida

desse material. Mas a utilização real do CAD teve que superar o

conservadorismo de engenheiros e arquitetos, a reduzida disponibilidade

comercial em centrais pré-misturadas, a pequena trabalhabilidade das

composições iniciais, as limitações impostas pelos códigos de obras ou do

cálculo estrutural além da falta de conhecimento sobre o seu comportamento a

longo prazo.

Hoje em algumas regiões brasileiras o CAD é empregado em pilares de

edificações, em pontes e obras de arte especiais, peças pré- fabricadas, pisos

e pavimentos ou em recuperações estruturais entre outras.

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Uma das maiores vantagens desse material é sua reduzida capacidade de

carga por unidade de custos maior do que a obtida em concretos

convencionais, compensando os custos envolvidos na sua produção.

Em estruturas pré-fabricadas as fôrmas, moldes e mesas de moldagens,

podem ser reutilizados mais rapidamente. Já em peças protendidas podem

receber a protensão mais cedo, trazendo benefícios para a velocidade e

economia da obra.

Neste trabalho encontram-se definições importantes, características,

propriedades em geral, aplicações e outros dados necessários para melhor

compreensão do CAD.

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2. Definições

Concreto de Alta Resistência e Concreto de Alto Desempenho

Alguns estudiosos consideram o termo concreto de Alto Desempenho muito

vago. O que é desempenho de um concreto? Como pode ser medido? Já a

definição Concreto de Alta Resistência é bastante específica a não ser quanto

ao limite a partir do qual o concreto usual torna-se de alta resistência.

Para Pierre-Claude Aiticin, autor do livro High-Peformace Concrete (1998), um

concreto de alto desempenho é essencialmente um concreto tendo uma

relação água/ aglomerante baixa, cerca de 0,40, esse é o valor sugerido como

fronteira entre concretos usuais e concreto de alto desempenho. Quando

relação água/ aglomerante se afasta desse valor as características como

resistência à compressão e retração desses concretos se tornam bem

diferentes.

Uma das definições mais simples, divulgada em 1999 pela então presidente do

American Concrete Institute, Jo Coke: “CAD é o concreto otimizado para uma

determinada utilização”.

No Brasil, na ausência de normatização a respeito, o IBRACON, define o CAD

em função da resistência à compressão, que pode ser a classe superior à C50,

ou seja, concretos com resistência característica à compressão (fck), superior a

50MPa.

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3. Materiais Empregados na Produção

Os concretos são compostos heterogêneos que possuem duas fases; a matriz

aglomerante e os agregados (cargas). É a qualidade intrínseca das fases pasta

e agregados, bem como sua interação a responsável pelo comportamento dos

concretos.

A seleção criteriosa dos materiais é de fundamental importância na preparação

do Concreto de Alto Desempenho, pois é muito difícil conquistar à uma hora de

trabalhabilidade necessária para lançá-lo com segurança e uniformidade no

canteiro, ou alcançar o último MPa de resistência a compressão.

3.1. Água

A água potável é internacionalmente convencionada como adequada para a

produção do concreto e o seu aspecto quantitativo é fator fundamental para a

produção do CAD.

A dosagem da água depende de diversos fatores, como, a natureza e a

dosagem do cimento, características quanto à forma, tamanho densidade e

absorção dos agregados além de temperatura e a trabalhabilidade do concreto.

3.2. Cimento Portland

Para atingir um concreto com resistência a compressão de 50 a 75 MPa pode

se usar a maioria dos cimentos disponíveis atualmente, porém o desempenho

do cimento em termos de reologia ou seja das propriedades físicas que

influenciam o transporte de quantidade de movimento do fluido, e de

resistência torna-se um fator crítico a medida que a resistência a compressão

almejada aumenta.

Alguns tipos de cimentos não podem ser usados para fazer um concreto de alto

desempenho com resistência entre 75 e 100 MPa. Poucos tipos de cimentos

podem ser usados quando se deseja atingir resistências superiores a 100 MPa.

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Os fatores mais importantes relacionados a esse material são: a natureza, a

uniformidade e a dosagem.

Alguns têm bom desempenho quanto á resistência final, mas é muito difícil

manter a trabalhabilidade desses concretos por tempo suficiente para lançá-los

na obra de forma econômica, com alto grau de uniformidade e confiabilidade.

Para outros a perda de abatimento nas duas primeiras horas é mínima, ou

pode ser facilmente resolvida com o uso de superplastificantes na obra.

A pequena quantidade de referências bibliográficas relativas à qualidade do

cimento empregado na fabricação do CAD indica que este material tem sido

fabricado com os cimentos comuns, cujas especificações são abrangidas pela

normatização corrente.

3.3. Superplastificantes

Os superplastificantes são aditivos que têm fundamental importância para fazer

a dispersão das partículas de cimento na mistura, no controle de um traço com

relação água/aglomerante muito baixa e para reduzir a quantidade de água na

mistura.

3.4. Sílica Ativa

A Sílica Ativa é um subproduto da fabricação do silício metálico, das ligas de

ferro-silício e de outras ligas de silício.

Os efeitos benéficos da sílica ativa na microestrutura nas propriedades

mecânicas do concreto são devidos à rápida reação pozolãnica, mas também

ao efeito físico das partículas da sílica ativa, o qual é conhecido como “efeito

fíler”(Sellevold,1987; Rosembergg and Gaids, 1989; Khayat, 1996 apud

Aitcin,1998).

As finas partículas de sílica preenchem os vazios entre as partículas maiores

de cimento e também reduzem a exsudação. O efeito fíler é responsável pelo

aumento da fluidez dos concretos com relação água aglomerante muito baixa

3.5. Escória de Alto-forno

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Como próprio nome diz a escória de alto-forno é o subproduto da manufatura

do ferro-gusa num alto-forno. Se resfriada rapidamente quando sai do alto-

forno, ela se solidifica numa forma vítrea e pode então desenvolver

propriedades cimentícias quando devidamente moída.

3.6. Cinza Volante

São partículas pequenas coletadas pelo sistema antipó das usinas de energia

que queimam carvão. Algumas são autocimentícias, a maioria possui

propriedades pozolãnicas enquanto que outras não.

3.7. Observações

O uso de materiais cimentícios suplementares deve ser priorizado sempre que

haja disponibilidade e preços competitivos, pois uma vez que substituem parte

do cimento portland na composição do concreto de alto desempenho, reduzem

o seu custo, melhoram algumas características tecnológicas, além de resolver

problemas ambientais.

O uso de dois materiais combinados como cinza volante e sílica ativa ou

escória e sílica ativa, é benéfico, pois a reatividade da sílica ativa pode

compensar a reatividade mais lenta da escória ou cinza volante.

Há algumas limitações possíveis no uso de escórias de alto-forno e de cinza

volante no concreto de alto desempenho. Elas não são tão reativas como o

Cimento Portland. Sendo assim, a resistência à compressão do concreto de

alto desempenho ao qual foram incorporados estes materiais, após 24 horas, é

sempre mais baixa do que quando somente o cimento Portland é usado, ou

apenas em combinação com a sílica ativa. (Aiticin,1998).Portanto isso deve ser

considerado caso haja a necessidade de alta resistência inicial

3.8. Agregados

É necessário um controle mais rigoroso da qualidade do agregado com relação

à granulometria e ao tamanho máximo, pois à medida que a resistência do

concreto aumenta os agregados podem sofrer ruptura sob alta tensão.

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O uso de uma areia grossa leva a pequeno decréscimo na quantidade da água

de mistura necessária para uma dada trabalhabilidade, o que é importante para

a resistência e vantajoso economicamente.

A seleção do agregado graúdo torna-se mais importante à medida que a

resistência á compressão do concreto aumenta, as rochas duras como o

calcário e a dolomita e as ígneas como granito, gabro e diabase tem sido

usadas com sucesso.

A forma também interfere na reologia do concreto, partículas lamelares são

fracas e podem ser quebradas com os dedos, produzindo misturas ásperas que

exigem água adicional ou superplastificantes para atingir a trabalhabilidade

desejada.

O tamanho máximo do agregado tem efeitos consideráveis em relação à perda

de resistência. As partículas menores do agregado graúdos são geralmente

mais resistentes do que as partículas grandes. Isso porque o processo de

redução do tamanho freqüentemente elimina os defeitos internos do agregado,

tais como poros grandes, microfissuras e inclusões de minerais moles (Aitcin,

1998). Na ausência de qualquer ensaio de otimização é mais seguro usar o

agregado graúdo de tamanho máximo de 10 a 12 mm, porém não significa que

um agregado de 20 ou 25 mm não possa ser usado ou afete a trabalhabilidade

e a resistência do concreto

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4. Aplicações em Estruturas

Por ser um material que demanda alto controle tecnológico e, por isso mesmo,

é mais caro, é indicado apenas em estruturas especiais e em grandes

empreendimentos. Outra característica associada ao CAD é a de proporcionar

estruturas mais leves, pois sua maior resistência, conseqüente da menor

relação água/cimento, permite a construção de elementos mais esbeltos para

suportar a mesma carga.

Quando comparado a um concreto convencional, o custo inicial do m³ do

concreto de alto desempenho é mais elevado, cerca de 30 a 40%. O que não

significa, porém, que a solução como um todo seja mais cara, pois quando é

feita uma especificação adequada durante as fases de projeto, aumentar a

resistência do concreto pode trazer ganhos técnicos e econômicos.

Há uma diminuição na utilização de armaduras, item que tem peso

considerável nos orçamentos. Segundo o projetista de estruturas Francisco

Graziano, em uma situação de um pilar de 40 x 40 cm, uma mudança de fck de

25 para 35 pode gerar uma redução de armaduras de até 45% sem qualquer

alteração de seção.

A protensão consiste na introdução de grandes esforços na estrutura que

visam compensar os esforços externos, ou seja, o concreto recebe tensões

muito mais altas. Por esse motivo o aumento da resistência à compressão

característica se mostra adequado em estruturas protendidas, o que justifica a

importância do concreto ter bom desempenho.

Mesmo diante do custo inicial maior, concretos de resistência superiores a 40

MPa estão sendo aproveitados principalmente nos primeiros pavimentos e no

subsolo de edificações altas. Objetivando evitar o aumento das seções

garantindo uma melhor distribuição das cargas dos pilares nos andares mais

exigidos, como garagem e áreas comuns, que demandam amplos vãos livres.

"Contribui para o uso desse tipo de solução o fato de o mercado ter exigido

cada vez mais que os projetos potencializem os espaços internos", explica

Paulo Suzano, diretor da Matec Engenharia.

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Na construção do Continental Square Faria Lima, torre de 16 andares de uso

comercial na cidade de São Paulo, a aplicação de concreto de 50 MPa gerou

um ganho de espaço nas garagens de cerca de 5%. Conforme dados da Inpar,

responsável pela obra, a escolha por concreto de alta resistência à compressão

permitiu a eliminação do contrapiso e ainda reduziu em 13% o consumo de

armadura. De acordo com a construtora, esses benefícios, somados ao

aumento da produtividade, possibilitaram a redução de cerca de 1,5% no custo

global do empreendimento.

Outro benefício é a maior durabilidade. O ganho de vida útil pode chegar a 20%

aproximadamente, o que faz com que esse material se mostre pertinente em

estruturas expostas a ambientes agressivos, como edificações submetidas à

atmosfera salina, academias com piscina e indústrias químicas, por exemplo.

Um fator indutor do uso do CAD é a altura média dos edifícios, sobretudo os

comerciais, que tende a crescer. O preço desse material deixará de ser um

empecilho à medida que sua utilização se torne mais difundida.

Em geral, os motivos que tornam inviável o aumento da resistência do concreto

são muito mais de ordem financeira do que técnica. "Em obras de porte muito

pequeno e em ambientes pouco agressivos, o uso dessa solução pode não ser

necessário", afirma Mário Franco. "O mesmo vale para quando não for possível

garantir a qualidade do concreto, por limitações regionais ou de produção",

acrescenta Francisco Graziano.

A necessidade de maior controle tecnológico é outro fator que se torna, muitas

vezes, um obstáculo para o uso do CAD.

Na construção do Evolution Towers, em Curitiba - PR, um complexo

multifuncional de três edifícios – de uso comercial, um hotel e um residencial

com lofts – concluído em 2004, buscava-se leveza estrutural, vãos livres e o

melhor aproveitamento das áreas úteis, empregando-se concreto de 60 MPa

aditivado com superplastificantes e estabilizantes nas zonas de maior

concentração de cargas possibilitou-se concentrá-las em um número menor de

pilares e reduzir o aço da estrutura entre 20 e 30%. "Outra conseqüência

positiva foi o aumento da área dos pavimentos, da garagem e das áreas

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comuns no térreo", explica o coordenador de obras do Grupo Thá, Nilton

Antonietto, segundo o qual, a redução da área da seção dos pilares ficou em

torno de 40%.

Nas obras do TBO (Terminal de Barcaças Oceânicas) da siderúrgica CST-

Arcelor Brasil em Vitória (ES), a construtora Camargo Corrêa precisava de

estacas pré-fabricadas de Ø 90 cm e comprimento que, em princípio, era de 20

m. Problemas oriundos da sondagem da área demandaram que três dessas

estacas fossem ampliadas para 23 m, o que deveria ser feito em apenas dois

dias, quando começaria a cravagem. Para tanto, foi necessário elaborar um

novo traço a partir de dois cimentos especiais aos quais foram acrescidos

aditivos superplastificantes de 3ª geração e aditivos inibidores de retração.

Assim, os novos elementos foram confeccionados com concreto protendido

auto-adensável, que atingiu 95 MPa de resistência à compressão em 24 horas

após cura a vapor realizada durante 12 horas. Ao todo foram usados 980 m³ de

concreto para a fabricação de 98 estacas.

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5. Principais Propriedades

5.1. Pasta de Cimento

A pasta de cimento é a mistura de cimento e água, cuja função é promover

trabalhabilidade da mistura e hidratação das partículas de cimento que consiste

principalmente de dois componentes; o silicato de cálcio hidratado (C-S-H), que

é a parte útil, e a fase hidróxido de cálcio (C-H) que constitui a parte neutra ou

prejudicial.

A resistência da pasta de cimento é influenciada por vários fatores, como

natureza e a dosagem do cimento, a idade do material, o grau de hidratação do

cimento a porosidade da pasta e a relação água cimento.

Em comparação com os concretos de relação água/ cimento (A/C) elevada, os

concretos de alto desempenho, com relação A/C baixa, possui uma estrutura

onde as partículas de cimento estão mais próximas permitindo uma hidratação

mais rápida nas menores idades.

Apenas o aumento da dosagem de cimento associada à redução da dosagem

de água, não basta para a obtenção do CAD, pois o próprio aumento do

consumo de cimento acima de certo nível impõe o aumento da dosagem de

água para um concreto com igual trabalhabilidade. Por isso começaram a

serem utilizados os aditivos redutores de água e as adições minerais.

5.2. Propriedades no Estado Fresco

São mais coesos e viscosos, com massa específica real superior a dos

concretos convencionais, da ordem de 2,5 Kg/dm³.

Devido a relação A/C ser baixa, geralmente não apresenta exsudação ou esta

é quase nula, o que pode provocar o surgimento de fissuras devido a retração

plástica em ambientes de altas temperaturas, pouca umidade ou muita

aeração, necessitando de uma atenção mais rigorosa em relação à cura.

5.3. Propriedades no Estado Endurecido

Embora possa atingir resistência à compressão característica de 120 MPa, em

utilizações praticas só atingiu em média 80 MPa, e sua resistência à tração

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não ocorre de forma proporcional à resistência á compressão, podendo atingir

10 MPa.O mesmo ocorre com o módulo de elasticidade,necessitando algumas

reformulações de cálculo, e pode chegar a 50 GPa.

A aderência é favorecida pelo fortalecimento e redução de uma região entre a

armadura e a pasta de cimento.

A fluência específica é reduzida chegando a 1/5 das mediadas nos concretos

convencionais.

O coeficiente de Poisson em geral não se altera (0,2).

O CAD possui uma resistência ao desgaste até dez vezes superior à dos

concretos normais, favorecendo sua aplicação em pisos, pavimentos e

estruturas hidráulicas sujeitas à abrasão.

5.4. Durabilidade

A permeabilidade do CAD é bastante reduzida, dificultando a penetração de

agentes agressivos. Em alguns testes de incêndios as estruturas apresentaram

destacamentos antes daquelas em que se usou concreto convencional. Isto

estaria relacionado à baixa permeabilidade que dificulta a saída dos vapores

d’água, provocando aumento de pressão no interior do material, capazes de

provocar pequenas explosões localizadas. Fibras plásticas adicionadas á

massa reduzem esse problema.

A porosidade pode chegar a menos de 10% metade da medida em concretos

convencionais.

Há uma diminuição em relação ao diâmetro dos poros, em alguns casos houve

eliminação total.

Outra característica importante deste concreto é o seu aumento de resistência

em relação à carbonatação, e ao ataque por sulfatos.

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6. Conclusões

O concreto é um dos materiais de construção mais utilizados em todo o mundo

possivelmente porque geralmente necessita de instalações, mão de obra e

equipamentos com baixo nível de sofisticação para a sua produção e

aplicação, além de moldagem com baixo consumo de energia, facilidade de

aplicação execução que promovem a agilidade na construção.

Por tantos motivos a sociedade mundial vai continuar consumindo grandes

quantidades de concreto, em infra-estrutura ou para edificações, porém é

necessária a sua utilização de forma eficiente, além de controlar seu consumo

e reduzir o consumo de cimento no concreto e de clínquer no cimento, pois na

produção do concreto, 90% da emissão de carbono ocorre nos fornos que

queimam o clínquer.

Para tanto se faz necessário o desenvolvimento de estudos tecnológicos para

substituição de parte do clínquer por diversos materiais complementares com

propriedades pozolãnicas, que muitas vezes são tóxicos ou nocivos ao meio

ambiente e que podem ser aproveitados na produção do concreto.

Como se relatou, o Concreto de Alto Desempenho é um material que apresenta

vantagens em relação aos concretos convencionais, embora apresente

comportamentos peculiares que demandam cuidado para assegurar seu

desempenho.

É resultado de evolução tecnológica e inovação, tendo grandes chances de ter

sua utilização cada vez mais ampliada, apresentando-se como uma proposta

de material de construção com características condizentes com as

necessidades do Desenvolvimento Sustentável atual.

Por todas estas razões o uso do concreto de alto desempenho é cada vez mais

crescente, bem como o campo de aplicação torna-se cada vez mais amplo.

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7. Referências Bibliográficas

CONCRETO: Ensino, Pesquisa e Realizações/ Ed. G.C.Isaia. – São Paulo:

IBRACON, 2005. 2v.

Aitcin, Pierre-Claude, 1938-.Concreto de Alto Desempenho/ Pierre-Claude

Aitcin;tradução de Geraldo G.Serra, -São Paulo: Pini, 2000.

<http://www.portaldoconcreto.com.br/index.php?

lingua=1&pagina=desempenho> Acessado em 17/08/09

<http://www.concrebase.com.br/h_concreto.htm> Acessado em 17/08/09

http://www.altodesempenho.faithweb.com/pg4t.html - Acessado em 17/08/09

<http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/115/imprime33035.asp>

Acessado em 31/08/09

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