CONCRETO REFRIGERADO - · PDF file3 concreto lançado em grandes volumes e que necessita...

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    CONCRETO REFRIGERADO

    PRINCPIOS FUNDAMENTAIS PARA

    PROJETAR ESTRUTURAS DURVEIS

    EM CONCRETO REFRIGERADO

    Petronilho e Associados Tecnologia das Construes Ltda.

    Edson Petronilho

    Caio Sgolo

    Outubro de 2011

    Rev. 01

  • 2

    Concreto Refrigerado

    J na dcada de 1970 surgia a preocupao com a durabilidade dos concretos

    lanados na construo das grandes usinas hidroeltricas no Brasil, em virtude da

    elevada temperatura desenvolvida nos macios executados. Em geral, os slidos

    expandem-se com o calor e retraem-se com o resfriamento, aplicada a grandes

    volumes essa condio resulta em fissuras caso no sejam adotadas medidas de

    controle .

    A construo de barragens impulsionou o desenvolvimento tecnolgico do

    concreto e propiciou o desenvolvimento de materiais e aperfeioamento da

    tcnica e estudos quanto permeabilidade e fissurao trmica. O estudo dos

    efeitos das variaes volumtricas de origem trmica uma das principais

    preocupaes em macios de grandes volumes de material, uma vez que o calor

    gerado pela hidratao do cimento um importante indutor de fissuras ( id.,

    2005).

    O crescente conhecimento adquirido na poca extrapolou os limites do canteiro

    de obras e influenciou a indstria cimenteira no aprofundamento de estudos sobre

    moagem de cimento, controle de produo do clnquer e influncia da petrografia

    na obteno de produto mais adequado ao mercado.

    A evoluo e o entendimento do concreto aplicado em obras de grande porte

    definiram o conceito de concreto-massa, sendo compreendido por aquele

  • 3

    concreto lanado em grandes volumes e que necessita de meios especiais para

    combater a gerao de calor e as variaes volumtricas da provenientes.

    O fenmeno trmico no concreto gerado pela hidratao do cimento. O fluxo

    de calor passa do interior para o exterior da massa de concreto, que se contrai at

    que sua temperatura se equilibre com as temperaturas com o meio ambiente.

    Nessa fase, o concreto ganha rapidamente tanto resistncia como rigidez,

    gerando tenses internas que, se ultrapassarem sua resistncia trao, levam

    fissurao.

    Se o concreto possusse a capacidade de deformar-se livremente, as variaes de

    volume pouco interfeririam, mas o concreto est sujeito a restries de

    movimento, seja pela fundao, pela geometria da estrutura ou pela armadura. A

    combinao de variaes volumtricas e restries gera tenses que, se maiores

    que aquelas as quais o material pode suportar, resultam em fissuras.

    Os principais fatores que influenciam a retrao trmica so: condies

    climticas durante a execuo, temperaturas mdias da regio, temperatura de

    lanamento, quantidade e tipo de materiais empregados, geometria da estrutura,

    propriedades do concreto endurecido, propriedades trmicas e elsticas da

    fundao, tipo de cura, altura das camadas de lanamento e seus intervalos de

    execuo e dimensionamento de juntas de contrao.

    No desenvolvimento de empreendimentos que fazem uso de concreto refrigerado

    deve-se considerar:

    Controle dos efeitos trmicos de hidratao do cimento, atravs da

    reduo do consumo de aglomerante e reduo da temperatura dos

    materiais constituintes.

  • 4

    Cuidados com a geometria da estrutura e da fundao, a fim de

    evitar fissuras que podem ser potencializadas pelo efeito trmico.

    Estudo dos materiais componentes do concreto para evitar reaes

    deletrias, destacando as reaes lcali-agregadas.

    A taxa e a magnitude da elevao adiabtica da temperatura do concreto funo

    da quantidade, composio e finura do cimento e da temperatura durante sua

    hidratao.

    Diversas prticas so adotadas para o controle dos efeitos trmicos no concreto,

    como a utilizao de cimentos com baixos teores de C3A e C3S, cimentos mais

    grossos, adoo de pozolana, pozolana obtida de argila caulintica, utilizao de

    centrais de resfriamento e produo de gelo, estudos trmicos utilizando mtodo

    dos elementos finitos e outros.

    As causas da fissurao podem ser atribudas a falhas ou ocorrncia de no

    conformidades nas fases de projeto, execuo ou dosagem do concreto. A

    preveno contra a fissurao em cada uma dessas fases atua nos seguintes itens

    de cada etapa:

    Juntas de contrao; restrio; mudanas de seo; assentamentos

    da fundao na fase de projeto;

    Tipo e quantidade de cimento, hidratao do aglomerante, tipo e

    dimenso mxima do agregado, teor de gua, aditivos, altura das

    camadas de concretagem e temperaturas na fase de dosagem;

    Temperatura de lanamento do concreto, elevao da temperatura

    e resfriamento$, velocidade de execuo, gradiente de temperatura

  • 5

    com o meio, cura e isolamento, fundao, temperatura do ar e

    velocidade do vento na fase de execuo.

    Os principais tipos de fissuras em concretos massivos so aqueles devidos

    retrao plstica, ao ataque de sulfatos, s reaes lcali-agregado e similares

    decorrentes da corroso da armadura, ao assentamento do concreto, aos

    movimentos das formas, assentamento das fundaes, formao de etringita

    tardia e aquelas formadas por alteraes volumtricas de origem trmica no

    concreto.

    Entre as fissuras que surgem antes do endurecimento, ou seja, no estado plstico

    do concreto, destacam-se:

    Assentamento do concreto: os materiais mais finos comeam a

    assentar, expulsando gua e ar, mas os agregados maiores e as

    armaduras oferecem restrio a esse deslocamento da massa,

    resultando em fissuras.

    Retrao plstica: a fissurao causada pela secagem rpida do

    concreto fresco quando a taxa de perda de gua da superfcie, por

    evaporao, excede a taxa disponvel de gua de exsudao. As

    principais causas so as altas temperaturas, baixa umidade relativa,

    ventos e absoro do agregado.

    J entre as fissuras que surgem aps o endurecimento as mais comuns so:

    Retrao por secagem ou hidrulica: inicialmente, a gua

    perdida por evaporao no est presa estrutura dos produtos

    hidratados e sua fuga do concreto no causa retrao significativa.

    Entretanto, quando a maior parte dessa gua livre perdida,

  • 6

    prosseguindo a secagem, observa-se que uma perda adicional de

    gua resulta em retrao considervel, que por sua vez causa

    fissuras.

    Reao lcali-agregado: processo qumico em que alguns

    constituintes mineralgicos dos agregados reagem com os lcalis

    (hidrxidos de sdio e de potssio) provenientes do cimento, da

    gua, agregados, pozolanas, etc. que esto dissolvidos na soluo

    dos poros do concreto, formando um gel expansivo que gera

    diversas patologias, sendo a principal a formao de fissuras.

    Corroso das armaduras: fenmeno eletroqumico, causado pela

    despassivao da armadura que tem seu volume expandido

    mediante carbonatao ou ataque de cloretos, cujo mecanismo de

    penetrao no concreto depende diretamente de sua

    permeabilidade.

    Retrao trmica: por ser a principal caracterstica a ser

    controlada no concreto-massa, constitui o objeto de estudo do

    presente trabalho.

    A fissurao em tais estruturas est diretamente relacionada sua vida til, pois

    altera as condies de permeabilidade do macio e d incio aos fenmenos de

    deteriorao do material em seu interior.

    As manifestaes patolgicas mais comuns oriundas da fissurao so: lixiviao

    do concreto, que pode reduzir sua resistncia, e corroso das armaduras atravs

    da penetrao de agentes agressivos.

  • 7

    Retrao Trmica

    Conceito

    O concreto-massa est sujeito s elevaes considerveis de temperatura nas

    primeiras idades, devido s reaes exotrmicas de hidratao do cimento. O

    aquecimento causa expanso que, sob restrio, provoca tenses de compresso.

    Nessa idade, o mdulo de elasticidade do concreto baixo e a relaxao da

    tenso alta, portanto, a tenso de compresso pequena a ponto de poder ser

    desprezada.

    Aps atingir um pico mximo de temperatura e expandir seu volume, o concreto

    contrai-se at equilibrar a sua temperatura com a do meio ambiente, atingindo,

    assim, a temperatura de equilbrio. Esse processo, denominado retrao trmica,

    faz com que o concreto fissure.

    Nessa fase inicial, o concreto ganha rapidamente resistncia e rigidez, gerando

    tenses de expansivas que, se ultrapassarem sua resistncia trao, levam

    fissurao.

    O grfico abaixo mostra a variao de temperatura do concreto em funo do

    tempo.

    TEMPERATURA AMBIENTE

    ELEVAO DA TEMPERATURA

    T

    TEMPERATURA DE LANAMENTO DO CONCRETO

    TEMPERATURA MXIMA

    TEMPO EM DIAS

    TE

    MP

    ER

    AT

    UR

    A

    (C

    )

    Figura 1 Variao da temperatura do concreto em funo do tempo.

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    A hidratao segue trs processos bsicos: a nucleao e o crescimento dos

    cristais, a interao entre as vizinhanas das fases e a difuso. Esses processos

    podem provocar aumento de temperatura de 50C a 60C em condies

    adiabticas, dependendo do tipo de cimento empregado.

    As estruturas massivas encontram-se permanentemente em uma situao de troca

    de energia calorfica por meio de suas superfcies de contorno (CALMON, 1995

    apud IBRACON, 2005). Logo, o fenmeno est ligado basicamente s restries

    quanto s variaes volumtricas de origem trmica e por variaes das

    condies ambientais.

    Diversas propriedades esto relacionadas a este fato: mecnicas, como resis