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Estudo de caso envolvendo concretagem de elementos estruturais de grande porte – Estação

de Tratamento de Esgoto – Balneário Piçarras-SC

Julho/2018

ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Ano 9, Edição nº 15 Vol. 01 julho/2018

Estudo de caso envolvendo concretagem de elementos estruturais de

grande porte – Estação de Tratamento de Esgoto – Balneário Piçarras-

SC

Paula Antunes Dal Pont – [email protected]

Projeto, Execução e Desempenho de Estruturas e Fundações

Instituto de Pós-Graduação - IPOG

Florianópolis, SC, 06 de Outubro de 2017

Resumo

Recentemente na engenharia, é comum observar a insidencia de projetos envolvendo edificios

cada vez mais altos que, por sua vez, resultam em elementos estruturais de grandes

proporçoes. Desde predios residenciais e comerciais em grandes metropoles até a construção

de imensas usinas hidreletricas e estadios, a concretagem envolvendo elementos de grandes

dimensões, e consequentemente, grande volume de concreto, é sempre um desafio para as

construtoras, pois se executada fora dos padrões de qualidade, pode colocar o elemento

estrutural em risco, causando grandes trincas e fissuras. O concreto empregado em um

elemento estrutural de grandes dimensões é chamado de concreto massa, cuja sua aplicação

exige meios especiais visando combater a geração de calor devido a hidratação do cimento.

Este artigo apresenta um estudo de caso mostrando os desafios, engenhosidades e boas

praticas envolvidas na concretagem de uma laje de fundo, mísulas e arranques de parede que

contemplam um volume de 860,00 m³ de concreto armado da unidade construtiva Tanque de

Aeração pertencente à Estação de Tratamento de Esgoto localizada na cidade de Balneario

Piçarras, SC. Como resultado, observou-se que a união de fatores como desenvolvimento do

estudo de traço do concreto, procecimentos executivos adequados, planejamento logistico do

canteiro de obras e controle tecnologico foram primordiais para construção de um elemento

estrutural integro e em conformidade com as especificações de projeto, revelando-se como

alternativa para futuras concretagens de grande porte.

Palavras-chave: Concreto massa. Controle técnologico. Concreto. Calor de Hidratação.

1. Introdução

Em geral, o concreto massa pode ser definido como qualquer volume de concreto com dimensões

suficientes para requerer que sejam tomadas medidas para controlar a geração de calor e a

variação de volume decorrente, a fim de minimizar a sua fissuração (ACI 207-1R, 2005;

METHA e MONTEIRO, 2008; ISAIA, G. C., 2011).

Com relação ao concreto convencional, o concreto massa tem um particularidade referente a

dificuldade de liberação do calor gerado pelas reações químicas exotérmicas de hidratação do

cimento, sendo que esta liberação de calor no interior da massa de concreto está condicionada

pelas propriedades térmicas dos materiais empregados, pelas condições ambientais e pelas



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dimensões e geometria do elemento estrutural de concreto. Devido a se coeficiente de

dilatação térmica, o concreto sofre variações expansivas em suas dimensões quando exposto a

ação da temperatura decorrente dessa reação química exotérmica de hidratação. Devido ao

fato de que o mesmo não esta totalmente solidificado, tem a capacidade de expandir-se

rapidamente, pois as reações exotérmicas principais ocorrem, em sua maioria, até 72 horas

após a concretagem. Ao resfriar-se à temperatura ambiente, o que pode ocorrer durante semanas ou meses, fica sujeito

a uma retração ou contração térmica. Esta retração, por conta das restrições naturais de atrito e

engastamentos (por exemplo, em blocos estaqueados), induz o surgimento de tensões que podem

superar as tensões resistentes de tração do concreto, provocando a indesejada fissuração de origem

térmica da estrutura (FURNAS, 1997).

O problema é mais recorrente em estruturas com peças de grandes volumes (maiores que 1,5 m³ e

com lado maior ou igual a 1 metro) em geral quando utilizados concretos com elevado consumo

de cimento e que estejam mais suceptiveis a variações termicas decorrentes das condições

climaticas da região da obra, pois a temperatura e umidade relativa do ar e a direção e intensidade

do vento podem favorecer ou dificultar a dissipação do calor.

A atenção deve ser redobrada quando há presença de água ou meio ambiente potencialmente

agressivo, o que consta no presente estudo de caso, em se tratando de uma estação de tratamento

de esgoto, pois uma fissura em um elemento estrutural neste tipo de ambiente pode desencadear

infiltrações de umidade e gerar a lixiviação do concreto e corrosão de armadura. O excesso de

calor gerado pela hidratação do cimento pode resultar em duas patologias indesejaveis imediatas

ao concreto, o que podem abrir caminho para o ingresso de agentes agressivos e deteriorações

mais severas.

De acordo com Ana Sachs apud Kuperman (2012) o primeiro deles e mais comum é a fissuração

de origem térmica, que pode ocorrer quando as tensões de tração causadas pela queda de

temperatura e pela existência de restrições à movimentação do concreto superam sua resistência à

tração.

O segundo, mais raro, é a etringita tardia, conhecida também como etringita retardada ou

secundária, que se forma no concreto já endurecido e implica um mecanismo expansivo com

consequente formação de um quadro fissuratório em estruturas de concreto simples, armado ou

protendido. As pesquisas mais recentes indicam que esse problema pode, eventualmente, ocorrer

caso a temperatura do concreto ultrapasse 65°C na fase inicial de hidratação do cimento e depende

ainda da presença de água em contato com o concreto.

Para que esses problemas não ocorram, há soluções variadas que devem ser estudadas com todo

corpo tecnico (projetista, técnologista e construtor) através das definições de tipo de cimento a ser

utilizado, seus agregados e aditivos, bem como avaliação do abatimento e melhor forma de

lançamento, cura e desforma visando a qualidade do elemento estrutural a ser construido.

Segundo Ana Sachs apud Curti, Thomas e Kuperman (2012) existem diversas formas de controle

de calor de hidratação durante a concretagem, conforme abaixo:

− Usar cimentos compostos com escória de alto-forno ou cimentos de baixo calor de hidratação,

tais como CP III e CP IV. Fazer sempre os ensaios de calor de hidratação para comprovar

valores;

− Utilizar aditivos retardadores de pega e de endurecimento;

− Utilizar aditivos que possibilitem reduzir o consumo de cimento da dosagem;



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− Reduzir a resistência à compressão na fase de projeto ou aumentar o prazo para que a

resistência à compressão especificada seja atingida;

− Reduzir o consumo de cimento mediante a utilização de materiais pozolânicos, como sílica

ativa ou metacaulim, entre outros;

− Utilizar armaduras específicas (vínculos internos) para limitar ou impedir a formação de

fissuras por retração térmica;

− Sempre que viável, empregar agregados que conferem maior capacidade de deformação ao

concreto, além de menor módulo de deformação;

− Aumentar a dimensão máxima do agregado graúdo, produzindo, assim, concretos com baixo

teor de argamassa;

− Na cura, substituir parte da água de amassamento por água gelada, gelo (em escamas ou

triturado) ou nitrogênio líquido;

− Diminuir a temperatura dos agregados graúdos, seja com proteção contra a insolação por meio

de mantas geotérmicas, seja com umidificação ou refrigeração;

− Utilizar serpentinas embutidas no concreto, pelas quais circulará água gelada. Elas ficam

imersas nos elementos estruturais que serão concretados e devem ser controladas por

termômetros ou termopares embutidos;

− Adotar, quando possível, concretagem em camadas com altura moderada e intervalos de

lançamento do concreto que possibilitam maior dissipação de calor;

− Além de baixar a temperatura da água, baixar também a temperatura dos outros materiais

constituintes do concreto (agregado graúdo, cimento e areia). A água, que tem o maior calor

específico (4,18 kJ/kg.K), entra na composição do concreto com uma porcentagem muito

pequena, entre 10% e 15% do volume total. O agregado graúdo (brita), que tem um calor

específico de 0,92 kJ/kg.K, ocupa porcentagem de cerca de 65% do volume total do concreto;

− Sempre que possível, empregar concreto lançado com caçamba para que o abatimento seja

pequeno e, com isso, as dimensões máximas do agregado possam ser aumentadas para 38 mm

ou 50 mm e, consequentemente, o consumo de cimento possa ser reduzido.

Para o bom resultado do elemento estrutural, um os fatores determinantes é a localização da

concreteira/central dosadora em relação a obra, ja que o tempo de trajeto pode impactar no

abatimento e perda de temperatura do concreto, também deve ser obsrvado que o valor do metro

cubico de fornecimento do concreto não deve ser o unico fator para contratação do fornecedor de

concreto, deve-se observar em destaque a capacidade tecnica e operacional para este fornecimento

de grande volume. Com relação a questões ambientais, devido a influencia da temperatura

ambiente e umidade do ar o ideal é que o inicio previsto da concretagem seja as 6:00 horas, pois

desta forma se aproveitam as baixas temperaturas do ambiente.

A logistica do canteiro de obras é imprescindivel para o sucesso da concretagem de grandes

elementos estruturais, pois na maioria das vezes a mesma deve ser continua e não pode ser

interrompida, logo, o canteiro deve estar equipado com quantidade suficiente de bombas de

lançamento de concreto, de vibradores por imersão e de bombas de sucção para aspirar poças de

água da chuva ou de infiltrações. Também é imprescindível planejar os acessos dos caminhões

betoneiras até as bombas e iluminação noturna.



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2. Estudo de Caso

2.1. Características gerais do empreendimento

O empreendimento do presente estudo de caso consiste na Estação de Tratamento de Esgoto,

com capacidade de tratar 110,33 litros/segundo que está sendo implantado no município de

Balneário Piçarras, litoral norte de Santa Catarina através de um contrato de empréstimo entre

a JICA - Japan International Cooperation Agency e CASAN - Companhia Catarinense de

Águas e Saneamento e implantada pela empreiteira Itajui Engenharia de Obras. O contrato

consiste na implantação da estação de tratamento de esgoto, 35.637,26 metros de rede coletora,

2.543 ligações domiciliares, 4.609,63 metros de emissários e 4 estações elevatórias de

recalque.

Figura 1 - Estação de Tratamento de Esgoto

Fonte: Do Autor

A unidade construtiva referente à concretagem de 860,00 m³ de concreto é a unidade Tanque

de Aeração que faz parte do tratamento biológico aeróbio, por lodos ativados na modalidade

aeração prolongada com estabilização aeróbia do lodo, sendo que sua fundação consiste em

estacas pré-moldadas em concreto nas seções de 23x23 cm, 26x26 cm e 30x30 cm e blocos de

fundação nas dimensões 90x90 cm para estacas isoladas e 90x195 cm para duas estacas.



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Figura 2 - Tanque de Aeração em fase de estaqueamento e blocos de fundação

Fonte: Do Autor

A concretagem de 860,00 m³ de concreto consiste na laje de fundo com dimensões de 65,60

metros x 28,20 metros x 40 cm de espessura e mísulas e arranques de parede, totalizando 60

cm de altura conforme corte abaixo.

Figura 3 - Corte Esquemático - Mísula e arranque de parede

Fonte: Do Autor



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2.2. Estudo de dosagem do concreto

Devido ao empreendimento tratar-se de uma estação de tratamento de esgoto, configura-se

um ambiente potencialmente agressivo a qual se enquadra na classe de agressividade IV de

acordo com a ABNT NBR 6118:2014 “Projeto de estruturas de concreto – Procedimento”

conforme figura abaixo, obrigatoriamente sendo necessária a adoção do concreto FCK 40 e

relação água/cimento < 0,45.

Figura 4 - Classe de Agressividade - NBR 6118

Fonte: NBR 6118

Também foi necessária a definição do traço de acordo com especificações de projeto

conforme abaixo:

− Teor de Argamassa: >52% <58%

− Consumo de cimento: >350 kg/m³

− Módulo de Elasticidade: >35.410 Mpa

− Tamanho máximo do agregado : 19 mm ( Brita 1)

− Adição de fibras de polipropileno-monofilamento (0,6 kg/m³)

O concreto empregado na produção da presente laje de fundo foi obtido através da mistura

enérgica e homogênea dos materiais disponíveis de forma a atender a uma resistência

especificada mínima característica de projeto, emitir baixo calor de hidratação, apresentar

boas condições de dissipação térmica e ter a trabalhabilidade adequada aos meios de

transporte, produtividade e adensamento desse concreto.

A adição de fibras de polipropileno-monofilamento foi adotada no presente traço com

objetivo de absorver e controlar o aparecimento das fissuras originadas pela retração plástica

do concreto durante o seu endurecimento. Esta retração destaca-se devido ao volume concreto

a ser aplicado (860 m³), alto teor de cimento devido a tratar-se de concreto com resistência de

40 Mpa, influenciando no calor de hidratação, e também pela temperatura ambiente e o vento,

considerando que Balneário Piçarras se localiza em região litorânea. Além desses fatores as

fibras de polipropileno também melhoram o desempenho do concreto endurecido aumentando

sua resistência quanto:



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− Ao desgaste, pois através do controle da exsudação, evita-se o aumento na relação

água/cimento responsável pela diminuição da resistência do concreto.

− Ao impacto, uma vez que controlam o índice e profundidade das fissuras, ajudando a

preservar a integralidade da estrutura.

− Ao fogo, já que na fundição das fibras a altas temperaturas (>160°C), são criados

micro-canais que aliviam a pressão gerada pelos vapores d’água causadores do

fenômeno “spalling”, aumentando o tempo de degradação das estruturas em casa de

incêndios.

A incorporação das fibras acarreta na redução do abatimento do concreto, que necessita ser

corrigido. Tal correção implica aumento do consumo de água e, consequentemente, aumento

no consumo de cimento do traço.

Em função das especificações de projeto, visando a velocidade de execução da concretagem e

em conformidade com as prescrições das normas ABNT NBR 12655:2006 “Concreto de

cimento Portland – Preparo, controle e recebimento – Procedimento”, foi elaborado em

conjunto com a concreteira um traço especifico, conforme tabela abaixo:

Traço do ConcretoConcebido para

Fck 40 Mpa

Consumo de cimento por m³ (CP IV 32 - RS) 400 kg

Relação água/cimento 0,45

Areia Natural 463,75 kg

Areia Artificial 207,75 kg

Brita 0 581,67 kg

Brita 1 581,67 kg

Fibra de Polipropileno-Monofilamento 0,600 kg

Aditivo Plastificante Polifuncional a base de lignosulfonato 2,597 kg Tabela 1 - Traço do concreto, em materiais secos, com fck previsto para 40 MPa aos 28 dias de idade para 1m³,

aplicado na laje de fundo, mísulas e arranques de parede.

Fonte: Do autor

O cimento adotado foi tipo CP IV 32-RS devido ao fato de que seu uso é recorrente em obras

que ficarão expostas à ação de água corrente e em ambientes agressivos. Também devido a

cura ser mais lenta e com baixo calor de hidratação o que o torna adequado para grandes

volumes de concreto e temperaturas mais elevadas.

Para maior agilidade de descarga, facilidade de vibração e também garantir melhor

consistência e maior homogeneidade do concreto devido a alta taxa de armadura do concreto

e com objetivo de evitar o aparecimento de juntas frias e segregação, foi adotado um

abatimento de 15±3 cm, verificado através do slump-test em todos os caminhões betoneiras,

conforme imagens abaixo:



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Figura 5 - (a) Ensaio de Slump-Test - (b) Resultado de ensaio Slump-Test

Fonte: Do autor

Devido ao elevado volume de concreto da presente concretagem, a concreteira contratada fez

um estoque pulmão de 25 caminhões betoneiras carregados com o objetivo de inicio da obra

ja com grande volume aplicado. Nessas cargas foram inseridos aditivo

estabilizador/retardador de pega, pois seus carregamentos se iniciaram as 03:00 horas da

manha e a aplicação do concreto em obra se iniciou as 06:00 horas da manha.

2.3. Procedimento Executivo

Os procedimentos recomendados para a concretagem apresentada no presente artigo se

basearam nas prescrições das normalizações nacionais vigentes (principalmente na ABNT

NBR 14931:2004 “Execução de estruturas de concreto – Procedimento”) e nas boas práticas

de engenharia.

Inicialmente, logo após conclusão dos serviços de estaqueamento com estacas prétendidas em

concreto e execução dos blocos de fundação em concreto armado, foi executado sobre o solo

previamente preparado (nivelado, compactado etc.), um lastro de concreto magro com

espessura de 5 cm. Este lastro foi considerado como uma “fôrma perdida” do concreto

estrutural e mereceu os cuidados de precisão dimensional, planeza e acabamento superficial.

Foram posicionadas as armaduras de laje de fundo, mísulas e paredes, espaçadores em

concreto obedecendo ao cobrimento de 4,5 cm conforme ABNT NBR 6118:2014 “Projeto de

estruturas de concreto – Procedimento” e formas das respectivas estruturas, utilizando o

sistema de núcleo perdido para travamentos das formas das paredes.

A concretagem propriamente dita iniciou-se as 05:55 horas da manha com duas frentes de

serviço e duas bombas com lanças de 43 metros e 36 metros respectivamente, sendo que os

caminhões betoneira foram carregados em duas usinas, uma a 2,2 km do canteiro de obras, a

qual fez o carregamento de 68,27% dos caminhões betoneira e outra a 18,4 km que fez o

carregamento do restante dos caminhões betoneira (31,73%). A proximidade da usina de



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concreto foi primordial para a velocidade de fornecimento. Os caminhões betoneira possuíam

sua capacidade variável, com balões de 8,00 m³ e 9,00 m³. Para garantir a continuidade dos

trabalhos, no horário de almoço foi paralisada uma bomba por vez, mantendo sempre uma

equipe trabalhando.

Figura 6 - (a) Concretagem – Angulo 01 - (b) Concretagem – Angulo 02

Fonte: Do autor

Por volta das 13:00 horas foi verificado que o concreto lançado inicialmente havia iniciado o

processo de endurecimento, logo foi iniciado o corte verde no topo dos arranques de parede

concretados, que consiste na técnica de que, quando o concreto, próximo à fase final de

endurecimento, recebe um jato d'água com pressão de 7 kgf/cm² a 8 kgf/cm² para remoção da

nata da superfície e depois de dois dias é limpo com água, de forma a deixar exposto o

agregado graúdo garantindo maior aderência do concreto nas próximas etapas de parede a

serem concretadas.

Também se iniciou o processo de cura, processo este que se caracteriza por uma série de

procedimentos que visam a impedir a evaporação da água necessária à hidratação do cimento

e, por conseguinte, ao incremento de resistência do material (Neville, Brooks, 2013) através

de lamina d’agua na superfície da laje e molhagem constante das paredes com auxilio de

caminhão pipa durante sete dias.

Figura 7 - (a) Execução de técnica de corte verde - (b) Cura através de lamina d'água



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Fonte: Do autor

A finalização da concretagem ocorreu as 16:45 horas com todos os procedimentos dentro do

planejado e de acordo com as boas técnicas e normas da engenharia, totalizando 104

caminhões betoneira e 860,00 metros cúbicos de concreto bombeado (Anexo planilha de

fornecimento de concreto) com duas frentes de serviço totalizando 22 funcionários.

2.4. Planejamento logístico do canteiro de obras

A organização do canteiro de obras foi primordial para o sucesso do processo de concretagem

dentro do período esperado. Inicialmente foi elaborada uma área em frente ao canteiro de

obras para conferencia de abatimento através do ensaio de Sump-Test visando que os

caminhões betoneira que estivessem transitando nas duas frentes de serviço de bombeamento

já estivessem liberados para lançamento do concreto. Este procedimento manteve a

organização e controle dos caminhões betoneiras já avaliados e liberados para concretagem.

Figura 8 - Área para conferencia de abatimento e liberação de caminhões betoneira para lançamento do concreto

Fonte: Do autor

Conforme citado anteriormente, o processo de concretagem foi executado com duas frentes de

serviço e duas bombas para lançamento de concreto, com capacidade de descarga de dois

caminhões por bomba ao mesmo tempo, visando maior agilidade na concretagem. O layout da

estrutura favoreceu este procedimento.



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Figura 9 - (a) Frente de Serviço 01 - (b) Frente de serviço 02

Fonte: Do autor

Figura 10 - Layout Tanque de Aeração - Distribuição de frentes de serviço

Fonte: Do autor

Visando a mitigação de possíveis riscos externos, técnicos, organizacionais, gerenciais e

logísticos alguns procedimentos foram adotados com antecedência no canteiro de obras, com

o objetivo de sucesso na concretagem:

− Uma terceira bomba de concreto a disposição para o risco de alguma falha nas duas

em operação;

− Dois geradores de energia posicionados para o risco de falha/corte no fornecimento de

energia pela Celesc;

− Um reservatório de água posicionado para cura para o risco de falha/corte no

fornecimento de água pela CASAN;

− Refletores alugados para iluminação noturna para o risco de que a concretagem

continuasse no período noturno;

− Equipamentos como vibradores e motores reservas a disposição;

2.5. Controle Tecnológico



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O procedimento de controle tecnológico iniciou pela conferencia do abatimento de tronco de

cone através do ensaio Slump-Test conforme já citado, onde foram conferidos todos os

caminhões, sendo que a liberação para lançamento só era permitida quando observado o

Slump determinado de 15+-3 cm. A média dos abatimentos de tronco de cone obtidos segue

na imagem abaixo.

Figura 11 - Resultado do ensaio de abatimento de tronco de cone

Fonte: Do autor

O controle tecnológico referente ao ensaio de resistência à compressão do concreto foi

efetuado de acordo com a NBR 7212, ou seja, foram extraídas amostragens a cada 20 m³ de

concreto e foram efetuados rompimentos aos 3, 7 e 28 dias conforme figuras a seguir para

certificação da resistência a compressão do concreto especificada em projeto de 40 MPa.



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Figura 12 - Resistencia a compressão do concreto aos 3 dias (MPa)

Fonte: Do autor

Figura 13- Resistencia a compressão do concreto aos 7 dias (MPa)

Fonte: Do autor



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Figura 14- Resistencia a compressão do concreto aos 28 dias (MPa)

Fonte: Do autor

No que diz respeito a resistência a compressão do concreto aos 28 dias, todas amostras

atenderam ao requisito de projeto (fck ≥ 40MPa). Observou-se que o resultado mais baixo de

resitencia a compressão obtida foi de 40,1 Mpa.

Durante a concretagem foi efetuada rastreabilidade da descarga de cada caminhão betoneira,

vinculando o numero da nota fiscal a o local descarregado, caso houvesse alguma resistência

abaixo da especificada em projeto, haveria maior facilidade de rastreá-la, conforme croqui

abaixo.

Figura 15 - Rastreabilidade de caminhões betoneira

Fonte: Do autor



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3. Conclusão

Este artigo tomou como base para elaboração as normatizações vigentes e literaturas consagradas

no meio técnico, com objetivo de apresentar que o desenvolvimento previo de estudos de

dosagem, adoção de procedimentos executivos com rigor, planejamento de logistica e controle e

acompanhamento técnico neste evento de concretagem foram fatores determinantes para que o

elemento estrutural em questão fosse executado de forma integra e em conformidade com as

especificações de projeto, evitando em destaque o aparecimento de fissuras térmicas devido ao

volume de concreto.

Logo, como menção final, foi possivel observar que as premissas analisadas neste artigo, tanto

teoricas (previamente as concretagens) quanto praticas (durante e após as concretagens),

possibilitatam um resultado final satisfatorio, revelando-se como uma boa alternativa para o uso

em projetos similares envolvendo concreto massa.

Referências

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MEHTA, P. K; MONTEIRO, J. M. – Concreto – Microestrutura, Propriedades e Materiais.

IBRACON 3ª edição. São Paulo, 2008.

ISAIA, G. C. (Ed.). Concreto: Ciência e tecnologia. IBRACON 1º edição. São Paulo, 2011.



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NEVILLE A. M.; BROOKS, J. J. – Tecnologia do concreto. 2ª Edição – Porto Alegre, 2013.

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BONI, R.; VASCONCELLOS, A.; BRITEZ, C.;. ROCHA, R.; HELENE, P. - Estudo de caso

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PEINADO, H. S. Conheça as alternativas para fazer a cura de elementos de concreto.

Disponível em < http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/201/artigo302570-4.aspx>. Acesso em

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