CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO – CAD

Concreto de Resistência Normal/Concreto Comum/Concreto Normal ( ? )↕

CONCRETO USUAL

Concreto de Alto Desempenho x Concreto de Alta Resistência ( ? )

Concreto de Alta Resistência = Concreto Usual + seleção cuidadosa dos materiais neles empregados; superplastificantes usados como fluidificantes para concretos usuais.

Concreto de Alto Desempenho = Relação água/aglomerante muito baixa Fluidez mais elevadaMódulo de elasticidade mais altoResistência à flexão maiorMenor permeabilidadeResistência à abrasão melhoradaMaior durabilidade

Relação água/cimento, água/material cimentício ou água/aglomerante ( ? )

Relação água/cimento – o concreto não contém nenhum outro material cimentício além do cimento Portland.

Relação água /material cimentício – cimento Portland com calcário ou fíler de sólica.

Relação água/aglomerante – qualquer material finamente moído que é usado na mistura do concreto, tendo finura próxima ou menor do que a cimento Portland.

O que é “desempenho” de um concreto?Como pode ser medido?É essencialmente um concreto tendo uma relação água/aglomerante baixa.Quanto?Cerca de 0,40 é a fronteira entre concretos usuais e CAD.

FUNDAMENTOS PARA O PROPRIETÁRIO

Objetivo final – obter o maior retorno possível do investimento durante a vida útil da construção.

Materiais Estruturais

pouco interesse para o proprietário satisfaçam as exigências funcionais dentro de custos aceitáveis acabamentos específicos por razões ligadas à aparência

Exemplos:

Aumentar a resistência à compressão de 60 MPa para 75 MPa em uma plataforma submarina projetada para uma lâmina d'água de 300 m resulta uma redução de cerca de 50.000 m3 de concreto e uma economia de 77 milhões de dólares.

Edifícios muito altos com estrutura de aço oscilam demais com ventos fortes e as soluções para contrabalançar essa oscilação tendem a ser caras e apenas parcialmente eficazes.

Two Union Square (1988, Seattle, USA) – todos os inquilinos gozam do mesmo conforto com relação à velocidade do vento.

Cronograma de obra muito apertado – ponte da Île de Ré (1988, França) – acelerar a concretagem das vigas-caixão pré-fabricadas.

FUNDAMENTOS PARA O PROJETISTA

Projetista – palavra final na seleção dos materiais estruturais (?)

Decisão deve satisfazer:

as exigências funcionais do proprietário as exigências estéticas do arquiteto os condicionantes técnicos impostos pelas normas de construção

Escolha:

Um projetista em Pittsburg, a capital do aço dos Estados Unidos, selecionar qualquer outra solução que não uma estrutura de aço para os escritórios da sede de uma companhia siderúrgica.

Uma companhia cimenteira abrigaria a sua sede num edifício com estrutura de aço?

Regiões sujeitas a terremotos podem favorecer escolha de materiais dúcteis como o aço, no lugar do concreto.

Determinação final do projetista:

percepção técnica e econômica do mercado de construção no qual a estrutura está para ser construída.

Preferência pessoal por um material estrutural – projeto mais eficiente se o projetista usar um material que ele conhece.

Exemplos: Water Tower Place (Chicago,1960) – diminuição da seção dos pilares

dos andares inferiores, diminuindo o peso próprio da edificação e aumentando o espaço útil. A resistência à compressão do concreto diminuiu progressivamente de 60 MPa, ao nível do solo, para 30 MPa, no topo do edifício. Essa redução permitiu que as fôrmas metálicas pré-fabricadas dos pilares pudessem ser usadas em todo o edifício.

Two Union Square (Seattle, 1988) – elevado módulo de elasticidade aumentou a rigidez do edifício, visando amortecer a oscilação nos ventos mais intensos.

FUNDAMENTOS PARA O EMPREITEIRO

Papel não muito importante na seleção do material estrutural. Propor alternativas de projeto mais econômicas baseadas na sua

experiência. Convencer o proprietário a usar um concreto de alta resistência –

determinar quanto o seu uso reduziria o custo final da estrutura.

FUNDAMENTOS PARA O FORNECEDOR DE CONCRETOConcreto usual:

Produzir e entregar concreto de 30 MPa não requer habilidade especial ou medidas de alta tecnologia para o controle de qualidade

No concreto usual não requer técnicas inovadoras e agressivas de venda.

Uso estritamente normalizado, literatura abundante sobre como e quando usá-lo.

A concorrência é quase exclusivamente baseada no preço unitário e não na qualidade.

CAD: Material de alta tecnologia, com o qual não se pode trabalhar de forma

expedita. Demanda pesquisa para determinar os constituintesmais adequados

disponíveis na região. Controle de qualidade é imperativo Promoção bem fundamenta dirigida aos clientes, arquitetos e projetistas Uso eficiente com o objetivo de criai estruturas mais elegantes e

econômicas. Boa equipe de controle da qualidade, um forte departamento técnico e

uma estratégia de venda bem focada. Investimentos em materiais, equipamentos e pessoal.

FUNDAMENTOS PARA O MEIO AMBIENTE

No CAD o poder aglomerante do cimento Portland é usado mais eficientemente.

No concreto usual o consumo de água mais elevado resulta uma microestrutura fraca e porosa

Para uma mesma carga em um determinado elemento estrutural o CAD usa menos cimento e menos agregado.

PRINCÍPIOS DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO

Ruptura do concreto sob carga de compressãoDo ponto de vista da abordagem mecânica da fratura, o concreto pode ser considerado como um material não homogêneo composto de três fases separadas:

A pasta de cimento hidratada; A zona de transição entre a pasta de cimento hidratada e o agregado; Os agregados.

Melhorando a resistência da pasta de cimento hidratada: Porosidade➢ um grande número de poros grandes ou vazios concentrados em um

local, reduz a resistência;➢ quando a relação água/cimento da pasta de cimento hidratada é

reduzida, as partículas de cimento ficam mais próximas umas das outras;

➢ para a reduzir a porosidade de uma pasta de cimento hidratada, é necessário reduzir, tanto quanto possível, a quantidade de ar incorporado e a relação água/cimento na pasta fresca de cimento (figura 2).

Figura 2: Representação esquemática de duas pastas frescas de cimento tendo uma relação água/cimento de 0,65 e 0,25.

Grãos decimentoanidro

Água

Pasta de cimento fresca

0,65 0,25

Tamanho do grão➢ em geral, a resistência de uma fase cristalina aumenta com a

diminuição do tamanho do grão;➢ diminuir a relação/aglomerante favorece a formação dos produtos

internos caracterizados por uma textura fina;➢ o C-S-H de tais produtos internos parece uma fase vítrea altamente

compacta quando observado num microscópio eletrônico de varredura (figura 3).

Figura 3: Produtos internos da hidratação

Heterogeneidades➢ com materiais multifase, as heterogeneidades são a origem da perda

de resistência;➢ bolhas de ar incorporadas podem ser consideradas como

heterogeneidades microestruturais que poderiam ser minimizadas no CAD quando a resitência é o objetivo final;

➢ os superplastificantes necessários para reduzir a relação água/aglomerante desempenham um papel-chave para melhorar a dispersão das partículas de cimento nas pastas recém-misturadas.

Melhorando a resistência na zona de transição: No concreto usual, a zona de transição tem de 0,05 a 0,1 mm de

espessura; comparada com a pasta de cimento como um todo, a microestrutura da

zona de transição é caracterizada pela presença de grandes poros e grandes produtos cristalinos da hidratação (figura 4);➢ a redução da relação água/aglomerante e o uso da sílica ativa

tendem a reduzir a espessura e a fraqueza da zona de transição (figura 5).

Figura 4: zona de transição num concreto de baixa resistência (17,5 MPa)AG: agregado, CH: óxido de cálcio hidratado

Figura 5: C – S – H denso num concreto com sílica ativa em torno do agregado. Pode ser notada a ausência da zona de transição

Os agregados: no concreto usual não é necessária a seleção de agregados mais

resistentes; no CAD, os agregados devem ser mais resistentes do que a pasta

hidratada de cimento e a zona de transição; a resistência do agregado pode constituir o elo mais fraco no CAD;➢ controle mais rigoroso da qualidade do agregado com relação à

granulometria e ao tamanho máximo➢ agregado miúdo: areia grossa➢ agregado graúdo:➢ rochas duras e densas (calcário e dolomita)➢ rochas plutônicas (granito, sienito,diorito, gabro e diabase)➢ partículas equidimensionais (cúbicas)➢ tamanho máximo do agregado (TMA) de 20 a 25 mm (?)

Figura 6: Superfície de ruptura de um concreto usual

Figura 7: Superfície de ruptura de um concreto contendo um agregado graúdo fraco

PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHOResistência à compressão:

A “lei” da relação água/aglomerante é apenas válida até a “resistência de ruptura” do agregado graúdo tornar-se o elo mais fraco dentro do CAD.

Quando o agregado graúdo é suficientemente resistente, é impossível formular uma relação geral entre relação água/aglomerante e a resistência à compressão do CAD que pode ser obtida.

Os valores da tabela 1 parecem pertencer a faixas amplas demais. Somente misturas experimentais podem fornecer os reais valores que

podem ser conseguidos.

Tabela 1: Resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função da relação água/aglomerante

Relação a/a Faixa de resistência à compressão máximaMPa

0,40 – 0,350,35 – 0,300,30 – 0,250,25 – 0,20

50 – 7575 – 100100 – 125

> 125

Outros temas relacionados com a resistência à compressão: Resistência inicial à compressão➢ concreto ideal

➢ permanecer plástico tanto quanto o necessário para ser lançado nas fôrmas facilmente;

➢ tão logo seja lançado, endurecer em poucas horas, sem desenvolver calor excessivo, retração ou fluência;

➢ Não precisar de qualquer tipo de cura. ➢ Fatores que influenciam na pega e endurecimento

➢ temperatura inicial do concreto;➢ temperatura ambiente: baixa temperatura ambiente pode atrasar o

endurecimento do concreto;➢ aditivos incorporados: quantidade de superplastificantes e

retardadores de pega. Temperatura máxima atingida nas idades iniciais➢ é função da quantidade de cimento que está realmente se

hidratando, e não da quantidade total de cimento presente no traço Resistência à compressão a longo prazo Resistência dos testemunhos comparada à dos corpos-de-prova