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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

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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

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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.

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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

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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,

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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.

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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