João adriano rossignolo concreto leve estrutural

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CONCRETO ESTRUTURAL Produção, propriedades, microestrutura e aplicações

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CONCRETO

ESTRUTURAL Produção, propriedades,

microestrutura e aplicações

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JOÃO ADRIANO ROSSIGNOLO é Professor Associado do Departamento de

Arquitetura e Urbanismo da Escola de Engen-

haria de São Carlos (EESC-USP); Livre-Do-

cente em Arquitetura, Urbanismo e Tecnolo-

gia (EESC-USP 2009); Doutor em Ciência e

Engenharia de Materiais (USP/LNEC-Lisboa,

2003); Mestre em Arquitetura, Urbanismo e

Tecnologia (EESC-USP 1999) e Engenheiro

Civil (EESC-USP 1993).

O Professor Rossignolo possui mais de 80

artigos publicados em periódicos e anais de

congressos, é pesquisador do CNPq (bolsista

produtividade) e atua como revisor de diversos

periódicos internacionais, como Cement and

Concrete Research, Computers & Concrete e

ACI Materials Journal.

Atualmente está credenciando como orien-

tador de mestrado e doutorado no Programa

de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanis-

mo da EESC-USP, com atuação na área de

construção civil, com ênfase em desenvolvi-

mento de concretos especiais, microestrutura

do concreto, análise de viabilidade do uso de

resíduos na construção civil e avaliação de

desempenho de edificações.

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CONCRETO LEVE ESTRUTURAL

Produção, propriedades, microestrutura e aplicações

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CONCRETO LEVÉ ESTRUTU RAL Produção>, propriedades, microestrutura e aplicações

Prof . Assoc. João Adriano Rossignolo Departamento de Arquitetura e Urbanismo da

Escola de Engenharia de São Carlos,

Universidade de São Paulo.

EESC-USP

PIN!

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Concreto Leve Estrutural

© COPYRIGHT EDITORA PINILTDA

Todos os direitos reservados.

É proibida a reprodução total ou parcial deste

volume, de qualquer forma ou por quaisquer

meios, sem o consentimento expresso da editora.

Coordenação de Manuais Técnicos

Josiani Souza

Revisão

Bete Abreu

Diagramação

W/Design Editorial

Este livro foi catalogado na Câmara Brasileira do Livro.

Dados Internacionais de Catalogação na publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Rossignolo, João Adriano

Concreto leve estrutural: produção, propriedades, microesíruturo e oplicoções / João Adriono

Rossignolo. - São Poulo: Pini, 2 0 0 9 .

I S B N 978-85-7266-220-8

1. Análise estrutural (Engenharia) 2 . Engenharia de estruluras 3 . Estruturas de concreto leve

4. Projeto estruturol I. Título.

0 9 - 1 1 0 0 4 CDD-624 .1834

índices para catalogação sistemático:

1. Concreto leve e estrutural: Engenhario 6 2 4 . 1 8 3 4

1= edição, 13 tirogem, dezembro/09

EDITORA PINI LTDA. Rua Anhaia, 9 6 4 - 0 1 1 3 0 - 9 0 0 - São Paulo - SP - Brasi l

Telefone: (11) 2 1 7 3 - 2 3 0 0 Fax: (11) 2 1 7 3 - 2 3 2 7

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Dedico este livro

às duas mulheres da minha vida:

Vivian Lara,

eterna e amada companheira,

pela dedicação e pelo carinho incondicionais.

Catarina, nossa encantadora filha,

que nos iluminou com sua alegria

e é motivo de entusiasmo e paixão pela vida.

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AGRADECIMENTOS

| Cleuza Aparecida Melegari | João Celbo Rossignolo | Marlene Melegari | Ange-

lina Giovaninit | Eurípides Alves da Silva | Maria Batista S. Silva | Alan Roger S.

Silva | Ana Carolina P. Ribeiro | Michelle dos Santos Silva | Cícero Luiz dos Reis

Silva | Meire da Penha N. Monteiro | Marcos Vinício Costa Agnesini | Osny Pel-

legrino Ferreira |

| Ana Paula S. C. Menezes | Antonio Bettencourt S. Ribeiro 1 Antonio J. Tessarin

Antonio M. Santos Silva | Arlindo Freitas Gonçalves | Augusto Carlos de Vascon-

celos | Camila Ferrari | CAPES | Carlos Alberto Pereira | CINEXPAN | CNPq |

Construtora São José | Eduvaldo Paulo Sichieri | EESC | Fabrício Tomo | FAPESP |

Fernanda F. Graçon | Frederico G. Nivoloni | Guilherme Gallo | Helenice M. Sacht

| Holmer Savastano Júnior | Ismael L. Oliveira | Javier Mazariegos Pablos | José

Carlos S. Jovine | José I. Rezende Neto | Karina Ganzer | LNEC-Lisboa | Manuel

Gomes Vieira | Márcio Minto Fabrício | Marco Antonio Rabello | Marcus Sugawara

| Maria Manuela S. R. L. Salta | Metacaulim do Brasil | Paulo C. Albertini | Paulo

W. Pratavieira | Roberto Rabello de Carvalho | Sérgio A. Trevelin | Silvio Alves de

Oliveira | Sofia A. Lima | Stamp Painéis Arquitetônicos | Stone Pré-fa br içados Ar-

quitetônicos | USP | Wilson Nunes dos Santos | WTorre Engenharia |

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SUMÁRIO

Resumo 11

Prefácio 13

Capítulo Introdução 15

Definições e especificações 17

Panorama histórico do concreto leve 19

Capítulo Agregado leve 3 3

Processos de fabricação 33

Forma e textura superficial 36

Estrutura interna, resistência mecânica e módulo de deformação 37

Porosidade e absorção de água 38

Controle tecnológico 40

Argila expandida brasileira 40

Capítulo Dosagem e produção do concreto leve 4 9

Dosagem e relação água/cimento efetiva 49

Mistura e teor de umidade dos agregados 51

Trabalhabilidade 52

Transporte, lançamento e adensamento 53

Procedimentos de cura 54

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Capítulo Propr iedades do concreto leve 5 7

Resistência à compressão e massa específica 57

Resistência à tração 64

Módulo de deformação e curva tensão-deformação 66

Retração por secagem 67

Propriedades térmicas 70

Durabilidade 71

Considerações sobre as propriedades dos concretos leves 76

Capítulo Microest rutura do concreto leve 7 9

Zona de transição nos concretos convencionais 79

Zona de transição nos concretos com agregados leves 82

Zona de transição nos concretos com argila expandida brasileira 83

Capítulo Aplicações do concreto leve 9 1

Aplicações pelo mundo 91

Aplicações no Brasil 113

Referências Bibl iográf icas 1 3 7

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RESUMO

Este livro sistematiza a produção científica do autor, compreendida entre

1 9 9 9 e 2 0 0 9 , sobre a temática de concretos leves estruturais. A modesta

publicação nacional e os indicativos da alta viabilidade técnica e econômi-

ca dos concretos leves em alguns setores da construção civil motivaram o

interesse do autor pelo melhor entendimento das modificações na dosagem,

na produção, nas propriedades bem como na microestrutura do concreto

com a substituição dos agregados convencionais por argila expandida. A

contribuição esperada deste livro refere-se, dessa forma, ao melhor entendi-

mento do desempenho das propriedades do concreto com agregados leves

nacionais, visando sua correta utilização.

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PREFÁCIO

A ampla utilização dos concretos leves estruturais deve-se, especial-

mente, aos benefícios promovidos pela diminuição da massa específica do

concreto à estrutura, como a redução de esforços solicitantes, a economia

com formas e cimbramento bem como a diminuição dos custos com trans-

porte e montagem de edificações pré-fabricadas.

Ocorre, porém, que além da redução da massa específica, a substituição

dos agregados convencionais por agregados leves pode ocasionar alterações

significativas no desempenho de outras propriedades do concreto estrutural,

com destaque para a trabalhabilidade, a resistência mecânica, o módulo de

deformação, a durabilidade, a estabilidade dimensional, a condutividade

térmica e para a microestrutura da zona de transição pasta-agregado.

Nesse sentido, este livro sintetiza os resultados de pesquisas desenvolvi-

das pelo autor nos últimos dez anos (1999 -2009) , com o intuito de melhor

compreender as alterações ocasionadas no desempenho das propriedades

dos concretos estruturais com a utilização de agregado leve, em particular

a argila expandida brasileira.

Sob a temática do desenvolvimento de concretos leves estruturais, o autor

coordenou quatro projetos de pesquisa que contaram com apoio financeiro

da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), do

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), da

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e

da Fundação para o Incremento da Pesquisa e do Aperfeiçoamento Indus-

trial (FIPAI).

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O desenvolvimento desses projetos resultou na publicação de três capítu-

los de livros, 15 artigos em periódicos e 5 2 artigos em anais de congressos

e em uma patente.

Este livro está dividido em seis capítulos interdependentes, conferindo

um caráter didático à temática "concreto leve estrutural".

Introduzindo a temática de interesse, apresentam-se no primeiro capítulo

as definições e a evolução do desenvolvimento do concreto leve estrutural.

Avançando na discussão pretendida, no segundo capítulo, discutem-se a

produção, as características e as propriedades dos agregados leves, com

destaque para a argila expandida brasileira; no terceiro capítulo, apre-

sentam-se as alterações promovidas por esse agregado na dosagem e na

produção dos concretos. São analisadas as principais alterações promovi-

das pela argila expandida brasileira no processo de dosagem, na mistura,

no transporte e na cura dos concretos. Adicionalmente, no terceiro capítulo

aborda-se, ainda, a forma de definição da relação água/cimento efetiva

em concretos com argila expandida.

Dando seqüência, no quarto capítulo, avaliam-se os efeitos desse agrega-

do nas propriedades dos concretos. São analisados, de forma comparativa,

os resultados de estudos correlatos desenvolvidos em outros países com os

obtidos pelo autor, util izando concretos com argila expandida brasileira.

Com isso foi possível propor alguns modelos teóricos para previsão do com-

portamento desse material no estado endurecido.

No quinto capítulo, apresentam-se os estudos referentes à microestrutura

dos concretos com argila expandida, mais especificamente sobre a zona de

transição pasta-agregado. Foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica

de varredura (MEV) e microscopia ótica de transmissão (MOT) para avaliar o

efeito da argila expandida brasileira na espessura e na qualidade da zona de

transição pasta-ag regado, de forma comparativa ao agregado convencional.

Encerrando o livro, no sexto capítulo, discutem-se exemplos de aplicações

dos concretos leves em diversos países, assim como no Brasil, com destaque

para aplicações recentes em obras de destaque no cenário nacional.

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INTRODUÇÃO /

O concreto de cimento Portland é o material de construção mais

utilizado em todo o mundo. Isso se deve, ao menos em parte, ao fato de seus

componentes serem produzidos, de modo relativamente fácil, a partir do emprego

de matérias-primas locais, bem como pelo fato de o concreto ter uma aplicação

versátil, adaptando-se facilmente às condições existentes.

Desde a invenção do concreto moderno — com a patente do cimento Portland

obtida em 1 824 por Joseph Aspdin — até o início da década de 1970, o concreto

continuou sendo "simplesmente" uma mistura de agregados, cimento e água, sem

ser alvo de grandes inovações que alterassem significativamente o desempenho

de suas propriedades. Nas quatro últimas décadas, porém, houve uma grande

evolução na tecnologia desse material, devido, essencialmente, ao aprimoramento

de técnicas e equipamentos para o estudo do concreto, assim como ao uso de

novos materiais.

Dentre esses novos materiais destacam-se os aditivos redutores de água e as

adições minerais pozolânicas, que possibilitaram melhorias significativas no desem-

penho das propriedades dos concretos relacionadas à resistência mecânica e à

durabilidade. Dentre as novas técnicas de estudo dos concretos, destacam-se as

técnicas de estudos microestruturais, que permitiram o conhecimento aprofundado

da microestrutura da matriz de cimento e da zona de transição entre o agregado

e a pasta de cimento.

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Essas inovações na tecnologia dos concretos resultaram em um incremento da

utilização dos concretos especiais, como os concretos leves.

Pode-se afirmar que o peso das estruturas em concreto é elevado quando com-

parado às cargas aplicadas, especialmente em estruturas de grandes vãos, como

as pontes e os edifícios de múltiplos pavimentos. Nesses casos, melhorias conside-

ráveis no desempenho da estrutura em concreto armado podem ser geradas com a

redução do peso total, por exemplo, com o uso de agregados leves.

O concreto com agregados leves, ou concreto leve estrutural, apresenta-se como

um material de construção consagrado em todo o mundo, com aplicação em diver-

sas áreas da construção civil, como edificações pré-fabricadas, pontes e plataformas

marítimas. A ampla utilização desse material é particularmente atribuída aos benefícios

promovidos pela diminuição da massa específica do concreto, como a redução de es-

forços na estrutura das edificações, a economia com formas e cimbramento, bem como

a diminuição dos custos com transporte e montagem de construções pré-fabricadas.

Além da redução da massa específica, a substituição dos agregados convencio-

nais por agregados leves pode ocasionar alterações significativas em outras impor-

tantes propriedades do concreto, com destaque para trabalhabilidade, resistência

mecânica, módulo de deformação, durabilidade, estabilidade dimensional, condu-

tividade térmica, resistência a altas temperaturas e espessura da zona da transição

entre o agregado e a pasta de cimento. O conhecimento dessas modificações é

fundamental para a correta aplicação desse material.

Um aspecto importante a se considerar refere-se ao fato de os concretos leves

apresentarem um aumento do consumo de energia para sua produção em relação

aos concretos convencionais, para a mesma tensão de trabalho, em função da

produção dos agregados leves em fornos rotativos. Deve-se ressaltar, porém, que

a energia adicional utilizada na produção dos agregados pode ser facilmente

compensada pela redução da massa específica do concreto, que, em casos particu-

lares, favorece a redução da armadura, do volume total de concreto e da energia

utilizada no transporte e no processo construtivo. Além disso, quando comparado

ao concreto convencional, o concreto leve promove a redução do consumo de ener-

gia no condicionamento térmico das edificações quando utilizado nas vedações.

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Com isso, este livro dedica-se ao melhor entendimento das modificações

ocasionadas na dosagem, na produção, nas propriedades e na microestrutura

do concreto de cimento Portland com a substituição dos agregados conven-

cionais por agregados leves — mais especificamente, pela argila expandida

brasileira.

1.1 Definições e especificações

Os concretos leves caracterizam-se pela redução da massa específica em

relação aos concretos convencionais, conseqüência da substituição de parte

dos materiais sólidos por ar. Podem ser classificados em concreto com agrega-

dos leves, concreto celular e concreto sem finos (Figura 1). Neste livro, será

abordado o concreto com agregados leves, por ser o que usualmente apresenta

aplicação estrutural, motivo pelo qual também é conhecido como concreto leve

estrutural.

F igu ra 1. Concreto leve: a) com agregados leves; b) celular; e c) sem finos.

Os concretos leves estruturais são obtidos pela substituição total ou parcial dos

agregados convencionais por agregados leves. De modo geral, são caracterizados

por apresentar massa específica aparente abaixo de 2000 kg/m3, conforme ilus-

trado na Tabela 1.

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Referência Massa específica aparente (kg/m3)

NM 35 (1995)

ACI 213R-03 (2003)

EUROCODE 2 (2007)

NS 3473 E (1998)

CEB-FIP (1977)

RILEM (1975)

1680 < y < 1840

1120 < y < 1920

9 0 0 < y < 2 0 0 0

1200 < y < 2 2 0 0

y < 2 0 0 0

Y < 2 0 0 0

Tabela 1. Valores de referência da massa específica dos concretos leves estruturais.

O ACI 213R-03 (2003) especifica que o concreto leve estrutural, além de apre-

sentar o valor da massa específica nos limites apresentados na Tabela 1, deve

apresentar resistência à compressão aos 28 dias acima de 17 MPa.

A NM35 (1995) apresenta valores mínimos de resistência à compressão em

função dos valores de massa específica aparente, conforme verifica-se na Tabela 2.

Valores intermediários de resistência ã compressão e de massa específica aparente

correspondentes podem ser obtidos por interpolação. Além disso, esse documento

normativo especifica que os agregados leves utilizados na produção dos concre-

tos estruturais devem apresentar valores de massa unitária no estado seco e solto

abaixo de 1 120 kg/m3, para agregados miúdos, e de 880 kg/m3, para agrega-

dos graúdos.

Resistência à compressão Massa específica aparente (kg/m3) aos 28 dias (MPa) (Valores máximos) (Valores mínimos)

28 1840

21 1760

17 1680 Tabela 2 . Valores correspondentes de resistência à compressão e massa específica para

concreto leve estrutural. Fonte: N M 35, 1995.

Page 21: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Além dos valores de massa específica aparente, outros parâmetros podem ser

utilizados para classificar o concreto leve estrutural, como o Fator de Eficiência (FE),

que relaciona o valor de resistência à compressão e de massa específica aparente

do concreto (Equação 1).

Fator de eficiência = fc / y (MPa.dm3/kg) (1)

Em que: fc = resistência à compressão (MPa);

y = massa específica aparente (kg/dm3).

De acordo com Spitzner (1994) e Armelin et al. (1994), é considerado con-

creto leve de alto desempenho um concreto com fator de eficiência acima de 25

MPa.dm3Ag. Esse valor limite foi obtido tendo como referência um concreto com

agregados convencionais, com resistência à compressão de 60 MPa e massa espe-

cífica de 2400 kg/m3, classificado por Spitzner (1994) como de alta resistência.

Assim, considera-se concreto leve de alto desempenho, por exemplo, um concreto

com resistência à compressão de 30 MPa, desde que sua massa específica seja

inferior a 1200 kg/m3.

1.2 Panorama histórico do concreto leve 1.2 .1 Resgate histórico

A primeira indicação conhecida da aplicação dos concretos com agregados

leves data de aproximadamente 1100 a.C., quando construtores pré-colombianos,

originários da região da atual cidade de El Tajin, localizada no México, utilizaram

uma mistura de pedra-pomes com um ligante à base de cinzas vulcânicas e cal

para a construção de elementos estruturais.

A despeito desses registros, as aplicações históricas mais conhecidas dos con-

cretos com agregados leves foram construídas pelos romanos, durante a República

Romana, o Império Romano e o Império Bizantino1, destacando-se, na Itália, o

Porto de Cosa, a cobertura do Panteão e o Coliseu de Roma. Os romanos, com a

1 "República Romano": período compreendido entre 5 0 9 a.C. e 27 a.C.; "Império Romano":

período entre 27 a.C. a 4 7 6 d.C.; e "Império Bizantino": período entre 4 7 6 d.C. e 1453 d.C.

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intenção de reduzir as cargas nas estruturas, utilizaram concretos que combinavam

aglomerante à base de cal e rochas vulcânicas (ACI 213R-03, 2003).

No Porto de Cosa (Figura 2), por exemplo, construído em 273 a.C., a 140

km de Roma, foi utilizado concreto com agregados leves de origem vulcânica na

execução de quatro estruturas para atracação de embarcações. Por dois mil anos

essas estruturas resistiram às ações da natureza, apresentando apenas sinais de

abrasão na superfície, de forma que elas apenas deixaram de ser utilizadas em

função do assoreamento do porto (McCann et a/., 1987).

No Coliseu de Roma (Figura 3), anfiteatro para 50 mil espectadores construído

entre os anos 75 e 80 a.C., também foi utilizado concreto com agregados leves

— mais especificamente, na estrutura de fundação e em diversas paredes.

F igu ra 2 . Porto de Cosa, Itália. F igu ra 3 . Coliseu de Roma.

Fonte: McCann etal., 1987. Fonte: Shutterstock/David Peta

Outro exemplo é a cobertura do Panteão de Roma, cúpula abobadada com

44 m de diâmetro. Após ter sido destruída por um incêndio, o imperador Adriano

decidiu, em 125 d.C., por sua reconstrução utilizando concreto com pedra-pomes.

Visando melhorar seu desempenho estrutural, o projeto da nova cúpula apresentava

algumas inovações, como valores variáveis de espessura e de massa específica do

concreto (maiores na base e menores no topo), conforme Figura 4 (ACI 213R-03,

2003). A cúpula ainda hoje se encontra em perfeito estado de conservação.

A aplicação de concreto leve pelos romanos também pode ser observada no

símbolo religioso máximo do Império Romano do Oriente, a Catedral de Santa

Sofia em Istambul (Figura 5). Construída durante o Império Bizantino pelo Impera-

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F igu ra 4 . Ilustração da seção transversal da cúpula do Panteão de Roma.2

dor Justiniano, no período compreendido entre 532 e 537 d.C., a catedral foi

projetada pelo arquiteto Isidoro de Mileto e pelo matemático Antêmio de Traias

(Chandra; Berntsson, 2002). Após a queda do Império Romano, o uso de concreto

com agregados leves foi limitado até o início do século XX, quando se iniciou a

produção de agregados leves artificiais.

F igu ra 5 . Catedral de Santa Sofia em Istambul. Fonte: Shutíerstock/PavIeMarjanovic

2 Ilustração disponível em: http://pt.wikipedia.Org/wiki/Ficheiro:Pantheon.drowing.jpg. Acessado

em setembro de 2009 .

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1.2 .2 Século X X

Stephen J. Hayde, um engenheiro fabricante de tijolos cerâmicos da cidade de

Kansas, nos Estados Unidos, foi o inventor do processo para obtenção de agregados

expandidos. Hayde observou em sua fábrica que quando a etapa de aquecimento

nos fornos ocorria mais rápido que o usual, os tijolos se transformavam em elementos

expandidos, deformados e extremamente leves. O fabricante observou que se redu-

zisse suas dimensões, esses "tijolos expandidos" poderiam ser usados como agrega-

dos para produzir concreto leve com propriedades mecânicas semelhantes às do

concreto convencional. Depois de quase uma década de experimentação, em 1918,

Hayde patenteaou o processo de obtenção de agregados leves pelo aquecimento em

forno rotativo de pequenas partículas de xisto, de argila e de ardósia, denominados

Hoydite (ACI 213R-03, 2003).

As primeiras aplicações dos agregados leves artificiais produzidos por Hayde

em concreto de cimento Portland ocorreram logo em seguida, em 1918, durante a

Primeira Guerra Mundial, quando a American Emergency Fleet Building Corporation

construiu embarcações com concreto leve. Um exemplo dessas embarcações é o USS

Selmo (Figura 6), com 123,3 m de comprimento. Lançado ao mar em 1919 nos Es-

tados Unidos, a estrutura dessa embarcação utilizou cerca de 2000 m3 de concreto

F igu ra 6 . lançamento da embarcação USS Selma 1919. Fonte: Holm, 1980.

Page 25: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

leve com argila expandida, com valores de resistência à compressão aos 28 dias

de 38,5 MPa e de massa específica de 1905 kg/m3 (Chandra; Berntsson, 2002). É

digno de nota que, na mesma época, o valor usual de resistência à compressão dos

concretos convencionais era de 15 MPa. Um estudo realizado por Holm e Bremner

(1994) demonstrou o excelente estado de conversação da estrutura dessa embarca-

ção após 70 anos de exposição ao ambiente marinho.

Durante a Primeira Guerra Mundial, foram construídas 14 embarcações com

estrutura em concreto leve. Já durante a Segunda Guerra Mundial, o uso desse ma-

terial em embarcações foi mais intenso: foram construídos 488 navios com concreto

leve, o que permitiu grande economia de chapas de aço.

Simultaneamente às primeiras aplicações dos concretos com agregados leves

artificiais em embarcações, iniciaram-se nos Estados Unidos as pesquisas para apli-

cação desse material na construção civil. A primeira aplicação estrutural de concreto

leve (com agregados artificiais) em edificações ocorreu em 1922, no ginásio da

Westport High School, na cidade de Kansas. A baixa capacidade de suporte do solo

foi a motivação para o uso do concreto leve na estrutura para com isso reduzir os

custos com a estrutura de fundação. Mesmo os agregados leves apresentando custo

elevado em relação aos agregados convencionais, cerca de 150% na época, o uso

desse material proporcionou a redução do custo geral da edificação (ESCSI, 1971).

Já a primeira aplicação do concreto leve estrutural em edifícios de múltiplos

pavimentos ocorreu em 1929, também na cidade de Kansas, na expansão do

edifício de escritórios da Southwestern Bell Telephone Company (Figura 7). Esse

edifício — construído inicialmente com 14 pavimentos, com estrutura em concreto

convencional — foi projetado para receber mais oito pavimentos. No entanto, os

projetistas verificaram que se fosse utilizado concreto leve na estrutura poderiam

ser executados seis pavimentos adicionais, além dos oito já previstos. Assim, a

estrutura dos últimos 14 pavimentos desse edifício foi executada em concreto leve

com 25 MPa de resistência à compressão aos 28 dias.

Ainda em 1929 foi finalizado o hotel Chase-Park Plaza, na cidade norte-ameri-

cana de St. Louis, primeiro edifício de múltiplos pavimentos (28 andares) com estru-

tura integralmente executada em concreto com agregados leves (Figura 8).

Page 26: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 7 . Edifício da Southwestern Bell Telephone Company, em Kansas, nos Estados Unidos. Fonte: ESCSI, 1971.

F igu ra 8 . Hotel Chase-Park Plaza, na

cidade norte-americana de St. Louis.

Fonte: ESCSI, 1971.

Em meados da década de 1930, o concreto com agregados leves foi utilizado

para a construção da pista superior da ponte na baía de San Francisco-Oakland

(EUA), o que, segundo Mehta e Monteiro (2008), proporcionou uma economia em

torno de três milhões de dólares em aço (Figura 9).

A aplicação dos concretos estruturais leves ficou limitada aos Estados Unidos e

ao Canadá até a patente de Hayde expirar, em 194ó. Nessa época, na Dinamarca,

começou a funcionar a primeira fábrica de agregados leves em argila expandida

— os LECA, sigla em inglês para Lightweight Expanded Clay Aggregates.

O fim da licença obtida por Hayde e a reconstrução do pós-guerra ajudaram

a disseminar a tecnologia dos concretos leves pelo mundo em aplicações que se

beneficiavam da redução da massa específica do concreto, tais como:

g f f i r M

Page 27: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

• Edificações de múltiplos pavimentos: em locais com solo com baixa capa-

cidade de suporte e com a finalidade de reduzir as solicitações estruturais

ocasionadas pelo peso próprio;

• Construções pré-fabricadas: com a finalidade de beneficiar o transporte e

a montagem das peças;

• Estruturas especiais, como estruturas flutuantes, pontes e coberturas de

grandes vãos.

F igura 9 . Ponte na baía de San Francisco-Oakland: a) em fase de construção; e b) concluída,

eml936. 3

No Capítulo 6, apresentaremos algumas construções importantes que utilizaram

concreto leve a partir desse período.

A partir dos anos de 1970, com o aprimoramento da tecnologia dos concretos e

com o desenvolvimento de novos materiais componentes, como os aditivos redutores

de água e as adições pozolânicas, tornou-se mais fácil a obtenção de concretos com

alta resistência mecânica e elevada durabilidade. Esses desenvolvimentos também

foram aplicados aos concretos leves e, no início dos anos de 1990, Zhang e Gjorv

(1991a) conseguiram superar a barreira dos 100 MPa de resistência à compressão

(aos 28 dias) para concretos com agregados leves (argila expandida), com massa

específica em torno de 1750 kg/m3 e consumo de cimento de 550 kg/m3.

3 Ilustrações disponíveis em: http://www.alamedainfo.com. Acessado em setembro de 2009.

Page 28: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Representando um importante marco na evolução da tecnologia dos concretos

leves estruturais, em 1995 ocorreu, na Noruega, o I Simpósio Internacional sobre

Concretos Estruturais com Agregados Leves, organizado pela Associação Norue-

guesa de Concreto. Em 2000, também na Noruega, foi realizada a segunda edi-

ção desse evento. Os anais desses simpósios são uma das fontes mais importantes

de documentação sobre os concretos leves estruturais.

Outra importante fonte de documentos sobre a ciência e tecnologia dos concre-

tos leves estruturais são os relatórios do projeto europeu EuroLightCon (Economic

Design and Construction with Lightweight Aggregate Concrete)4. Conduzido entre

os anos de 1998 e 2000, esse projeto contou com a participação de importantes

institutos de pesquisa, universidades e indústrias europeias, a exemplo da Founda-

tion for Scientific and Industrial Research do Norwegian Institute of Technology

(SINTEF), do Norwegian Institute of Technology, da ExClay International, da Delft

University of Technology e do Icelandic Building Research Institute.

1.2 .3 E no Bras i l?

No Brasil, em 1965, o Grupo Rabello, que então apresentava forte expressão

no setor da construção civil brasileira, juntamente com a empresa Compact Enge-

nharia Ltda., fundou a Construção Industrializada Nacional (Cinasa), com o obje-

tivo de produzir elementos pré-fabricados em concreto armado para construção de

habitações (Figura 10).

A Cinasa iniciou suas operações em 1966, instalada na rua Naval, em Rudge

Ramos, na divisa de São Paulo com São Bernardo do Campo (Figura 1 1), com capa-

cidade inicial para produzir quatro unidades habitacionais pré-fabricadas por dia.

Com o intuito de melhorar o desempenho do processo produtivo das unidades

habitacionais, verificou-se a possibilidade de utilizar concreto leve nos elementos

pré-fabricados, facilitando, assim, o transporte e a montagem das peças. Em vir-

tude da ausência de fornecedores de agregados leves no Brasil, o Grupo Rabello

4 Parte desses relatórios pode ser encontrada no website S INTEF: http://www.sintef.no/bygg/se-

ment/elcon. Acessado em setembro de 2009 .

Page 29: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

I ^ C l T i i F igu ra 10 . Seqüência de montagem da habitação pré-fabricada produzida pela Cinasa Fonte: Vasconcelos, 2002.

Page 30: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

decidiu implantar uma unidade de produção desse material. Essa nova empresa do

Grupo, a Cinasita (da junção de Cinasa com /7a, que em tupi significa pedra, suge-

rindo "a pedra da Cinasa"), iniciou a produção de argila expandida em 1968,

com um volume mensal de produção de 7 5 0 0 m3. O local escolhido foi o município

de Jundiaí, a 60 km de São Paulo, em função da disponibilidade de argila piro-

expansiva nessa região (Figura 12).

5 Figuras gentilmente cedidas pelo Eng. José Carlos S. Jovine.

Page 31: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 12 . Instalações da Cinasita em Jundiaí-SP.6

A Cinasa utilizou ativamente o concreto leve com argila expandida na produção

das unidades habitacionais assim como na execução de elementos estruturais pré-

fabricados de seções de variados formatos (I, Y, U, T e TT), que se tornaram o princi-

pal produto da empresa (Figura 1 3), uma vez que a linha de produção de unidades

habitacionais foi desativada alguns anos depois do início do seu funcionamento.

Desde então, a argila expandida encontra aplicação em diversos setores da

construção civil nacional. Com relação aos concretos estruturais, a maioria das

aplicações desse agregado ocorre em elementos estruturais pré-fabricados e em

estruturas de edificações de múltiplos pavimentos moldados in loco, em especial

nas lajes. No Capítulo 6 serão apresentados alguns exemplos de aplicação dos

concretos leves no Brasil, desde o início da produção de argila expandida até os

dias atuais.

Na evolução do desenvolvimento da tecnologia do concreto leve estrutural

no Brasil, após o início da produção de argila expandida, merecem destaque as

pesquisas desenvolvidas pela Professora Yasuko Tezuka, da Universidade de São

6 Figura gentilmente cedido pelo Eng. José Carlos S. Jovine.

Page 32: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Paulo, em especial sua dissertação de mestrado defendida em 1973 e intitulada

"Concreto Leve à Base de Argila Expandida" (Tezuka, 1973).

E digno de nota, também, o pioneirismo do engenheiro Augusto Carlos de

Vasconcelos, pelos primeiros projetos estruturais empregando concreto com argila

expandida brasileira, assim como pelo início da divulgação das implicações do

uso desse agregado no projeto estrutural (Vasconcelos, 1973; 1976).

Desde então, a tecnologia do concreto leve estrutural tem sido motivo de pesqui-

sas em diversas universidades do Brasil. Uma das principais fontes de divulgação

dessas pesquisas bem como de exemplos de aplicações do concreto leve no Brasil

são os anais do Congresso Brasileiro do Concreto, evento realizado anualmente

pelo Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON).

Nessa evolução, merecem atenção especial os estudos sobre concretos leves

de alta resistência com argila expandida realizados em meados dos anos de 1990

7 Figura gentilmente cedida pelo Eng. Augusto Carlos de Vasconcelos.

Page 33: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

por Armelin et ai (1994) e por Evangelista et ai (1996), que apresentaram dosa-

gens de concretos leves com valores notáveis de resistência à compressão.

Também nesse período, sob a coordenação dos Professores Marcos Vinício Cos-

ta Agnesini e Osny Pellegrino Ferreira, têm início diversas pesquisas sobre concretos

estruturais de elevado desempenho com argila expandida no Laboratório de Cons-

trução Civil (LCC) do Departamento de Arquitetura e Urbanismo da Escola de Enge-

nharia de São Carlos (EESC), da Universidade de São Paulo. Parte dessas pesquisas

foi realizada pelo autor deste livro, que atua nesse grupo desde 1999, e os principais

resultados obtidos estão sistematizados aqui.

Page 34: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural
Page 35: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

2 AGREGADO LEVE

Quanto à origem/ os agregados leves podem ser classificados em

naturais ou artificiais.

Os agregados leves naturais são obtidos por meio da extração direta em ja-

zidas, seguida de classificação granulométrica. Esse tipo de agregado leve tem

pouca aplicação em concretos estruturais em função da grande variabilidade de

suas propriedades e da localização e disponibilidade das jazidas. Como exem-

plos, temos a pedra-pomes e o tufo vulcânico.

Os agregados leves artificiais são obtidos em processos industriais e, normal-

mente, são classificados com base na matéria-prima utilizada e no processo de

fabricação, como a argila expandida e a escória sinterizada.

2.7 Processos de fabricação Os dois processos mais utilizados para a fabricação dos agregados leves arti-

ficiais são a sinterizaçâo e o farno rotativa. No processo de sinterização, a maté-

ria-prima é misturada com uma proporção adequada de combustível, podendo ser

carvão finamente moído ou coque. Em seguida, submete-se esse material a altas

temperaturas, utilizando uma grelha móvel, com conseqüente expansão, em função

da formação de gases (Gomes Neto, 1998).

Normalmente, o agregado obtido pelo processo de sinterização apresenta os

poros abertos, sem recobrimento e com altos valores de absorção de água. Além

Page 36: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

disso, o produto final desse processo é um clinquer muito irregular e de arestas

"vivas", que exige britagem para atender a todas as graduações granulométricas

necessárias para a produção dos concretos. Normalmente, os valores da massa

específica desse tipo de agregado variam entre 650 kg/m3e 900 kg/m3.

O processo de produção em forno rotativo, também denominado modulação,

aproveita as características que determinados materiais têm de se expandirem,

como algumas argilas, quando submetidos a temperaturas elevadas (entre 1000°C

e 1350°C). Nessa faixa de temperatura, uma parte dos constituintes do material se

funde gerando uma massa viscosa, enquanto a outra parte se decompõe quimica-

mente liberando gases que são incorporados por essa massa, expandindo-a em até

sete vezes seu volume inicial. Essa estrutura porosa se mantém após o resfriamento

(Moraive et al., 2006). Além disso, esse processo de fabricação promove a forma-

ção de uma camada vitrificada externa na partícula com baixa porosidade.

Os agregados produzidos pelo processo de forno rotativo normalmente apre-

sentam granulometria variada, formato arredondado regular e âmago formado por

uma massa esponjosa microcelular, envolta por uma casca cerâmica vitrificada,

resistente e com baixa permeabilidade. O agregado produzido por esse processo

recebe também a denominação de "encapado", pois possui uma camada externa

de material vítreo que diminui significativamente a absorção de água.

A Figura 14 ilustra a diferença na estrutura interna e na porosidade da super-

fície dos agregados produzidos pelos processos de sinterização e forno rotativo,

respectivamente.

De forma geral, o processo de fabricação da argila expandida em forno rota-

tivo pode ser resumido em oito etapas, descritas por Santos et al. (1986):

a) Homogeneização: a matéria-prima é lançada em depósitos para homo-

geneização;

b) Desintegração: o material é lançado em um desintegrador para reduzir

os grandes torrões a um diâmetro máximo de 5 cm;

c) M i s tu ra e nova homogeneização: o material é transportado por meio

de esteiras para um misturador com a finalidade de deixar a argila com a

Page 37: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 14 . Micrografia (MEVJ dos agregados produzidos pelos processos de

sinterização (a) e forno rotativo (b). Fonte: Zhang; Gj4»rv, 1991b.

trabalhabilidade adequada para extrusão. Nessa etapa é feita a correção

de água e podem ser utilizados aditivos para melhorar a plasticidade da

argila ou para aumentar sua expansão durante a queima;

d) Laminação: nessa etapa o material passa por dois cilindros rotativos que elimi-

na os torrões maiores que 5 mm, deixando a mistura pronta para extrusão;

e) Pelotização: é realizada por extrusão contínua em que o material é força-

do contra uma placa perfurada por orifícios circulares. O diâmetro desses

orifícios influi diretamente no diâmetro dos agregados após a queima. O

material que sai pelos orifícios é cortado por uma lâmina rotativa, forman-

do, assim, as pelotas que são lançadas ao forno;

f) Secagem e queima: considerada a parte mais importante do processo,

ocorre dentro do forno rotativo. A disposição das aletas internas para con-

dução do material, a inclinação do forno, o tempo de permanência dentro

do forno, assim como outros detalhes específicos, dependem das caracte-

rísticas da argila e devem ser estudados visando a maior economia do pro-

cesso e do desempenho do produto. Na primeira fase, ocorre a secagem

das pelotas. Na zona de combustão, o forno atinge a temperatura prevista

Page 38: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

poro expansão das pelotas, geralmente entre 1000°C e 1350°C. Geral-

mente o combustível é óleo ou gás;

g) Res f r iamento: geralmente é utilizado um cilindro, na saída do forno, no

qual é soprado ar por ventiladores. O ar quente é reaproveitado no interior

do forno;

h) Classificação e estocagem f ina l : os agregados leves são classificados

em peneiras vibratórias e armazenados para comercialização.

2 .2 Forma e textura superficial A forma e a textura superficial dos agregados leves influenciam algumas pro-

priedades importantes dos concretos, como a resistência mecânica, por exemplo,

pois estão relacionadas com a quantidade de água necessária para a obtenção da

trabalhabilidade desejada.

A textura e a forma das partículas dos agregados leves artificiais dependem, es-

sencialmente, do processo de fabricação. Os agregados produzidos pelo processo

de sinterização apresentam alta rugosidade, formas angulares e superfície porosa.

Esse tipo de agregado proporciona boa aderência à pasta de cimento em função da

rugosidade da superfície; entretanto, apresenta também altos valores de absorção

de água em função da alta porosidade externa. Em decorrência da forma angular,

esses agregados aumentam a quantidade de água da mistura para a obtenção da

trabalhabilidade desejada (Zhang; Gj<t>rv, 1990; CEB/FIP, 1977).

Outra desvantagem da utilização de agregados leves produzidos por sinteriza-

ção é a possibilidade de penetração da pasta de cimento nos poros externos, que

pode variar de 30 kg a 100 kg de cimento por m3 de concreto, aumentando, assim,

o consumo de cimento e a massa específica do concreto (Figura 15).

Por outro lado, os agregados produzidos em fornos rotativos, como as argilas

expandidas, normalmente apresentam forma esférica e uma fina camada externa

com baixa porosidade, possibilitando a obtenção de boa trabalhabilidade com

baixas relações água/cimento. Entretanto, em função do formato esférico, esse tipo

de agregado apresenta maior facilidade de segregação do que o produzido por

sinterização (CEB/FIP, 1977).

Page 39: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 15. Micrografia (MEV) ilustrando a entrada de pasta de cimento (C) nos

poros externos de agregados leves produzidos por sinterização. Fonte: Zhang;

Gftrv, 1992.

Na maioria dos processos de fabricação de agregados leves, o diâmetro das

partículas varia entre 1 mm e 25 mm, com valores de massa específica inversa-

mente proporcional ao diâmetro.

2.3 Estrutura interna, resistência mecânica e módulo de deformação A redução da massa específica dos concretos leves estruturais se deve à uti-

lização de agregados com baixos valores de massa específica. Como as matérias-

primas dos agregados leves e dos agregados convencionais apresentam valores

de massa específica da mesma ordem de grandeza, utiliza-se a inclusão de uma

estrutura porosa no agregado para a redução desse índice físico, alterando-se, as-

sim, a estrutura interna do agregado (CEB/FIP, 1977).

A estrutura interna tem um efeito importante na resistência mecânica e no módu-

lo de deformação dos agregados leves. Para a mesma matéria-prima e processo de

fabricação, agregados com estrutura bastante porosa são menos resistentes que os

agregados com estrutura pouco porosa. O tamanho e a distribuição dos poros tam-

bém são decisivos na resistência mecânica dos agregados leves. Para um mesmo

grau de porosidade, é interessante que haja uma distribuição uniforme de pequenos

Page 40: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

poros, em vez de poucos poros de grande diâmetro. A redução da porosidade, em

algumas áreas específicas, também influencia a resistência mecânica do agregado.

Um exemplo é a argila expandida, em que a camada externa de baixa porosidade

aumenta a resistência mecânica desse agregado (Holm; Bremner, 1994).

O valor do módulo de deformação dos agregados leves pode ser estimado se-

gundo a Equação 2 (FIP, 1983), que relaciona o módulo de deformação Ec (MPa) e

a massa específica aparente y (kg/m3) do agregado leve. Segundo Holm e Bremner

(1994), os valores do módulo de deformação dos agregados leves utilizados em

concretos estruturais variam entre 10 GPa e 18 GPa.

Ec = 0 , 0 0 8 . f (MPa) (2)

Ainda de acordo com Holm e Bremner (1994), os agregados leves com baixa

resistência mecânica têm pouca participação na transmissão das tensões internas

no concreto. Assim, quanto maior for a diferença entre os valores do módulo de

deformação do agregado e da pasta de cimento, maior será a diferença entre a re-

sistência à compressão da pasta de cimento e do concreto. O aumento do módulo

de deformação do agregado leve aumenta também os valores da resistência à

compressão e o do módulo do concreto.

2.4 Porosidade e absorção de água

As características de porosidade e absorção de água dos agregados leves afe-

tam significativamente as propriedades dos concretos no estado fresco e o processo

de hidratação do cimento. A velocidade e a quantidade de água absorvida pelos

agregados leves dependem dos seguintes fatores: a) porosidade total; b) conectivi-

dade entre os poros; c) características da superfície do agregado; e d) umidade do

agregado antes da mistura (Neville, 1997; EuroLightCon, 1998).

Outros fatores que podem influenciar a absorção de água dos agregados são

os aditivos, a temperatura e, no caso de concreto bombeado, a respectiva pressão

de bombeamento. A absorção de água dos agregados é proporcional à consistên-

cia do concreto e pode aumentar com o uso de superplastificantes. A utilização de

Page 41: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

agentes retardadores pode aumentar, também, a absorção de água dos agrega-

dos, pois aumenta o tempo entre a mistura e o início do endurecimento do concreto.

Quando se utiliza o concreto bombeado, o agregado absorve uma quantidade

adicional de água em função das altas pressões utilizadas (CEB/FIP, 1977).

Para agregados leves com altos valores de absorção de água, recomenda-se a

pré-saturação para evitar prejuízo da trabalhabilidade do concreto no estado fres-

co e evitar a formação de bolhas de ar ao redor do agregado, como apresentado

na Figura 16. Vale salientar, contudo, que, apesar da pré-saturação dos agregados

aumentar a absorção final de água dos agregados, observa-se a redução da ab-

sorção de água após a mistura.

F igu ra 16. Micrografia (MEV) ilustrando o acúmulo de bolhas de ar ao redor

do agregado leve decorrente da elevada absorção de água após a mistura dos

materiais. Fonte: Helland; Maage, 1995.

A alta quantidade de água absorvida pelo agregado leve pode ser desfavorá-

vel a algumas propriedades do concreto no estado endurecido, como o aumento da

retração por secagem, o aumento da massa específica e a redução da resistência

ao fogo. Entretanto, a absorção de água dos agregados leves apresenta alguns

aspectos positivos, como a melhoria das propriedades da zona de transição entre

o agregado e a pasta de cimento, com a redução do efeito parede. Além disso, a

Page 42: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

águo absorvida pelo agregado leve beneficia a "cura interna" do concreto (Holm;

Bremner, 1994; Zhang; Gj^rv, 1991b).

A Tabela 3 apresenta os valores de absorção de água, assim como de outras

características, de alguns agregados leves comerciais nacionais, europeus e norte-

americanos.

2.5 Controle tecnológico Um conjunto de análises prévias deve anteceder a utilização do agregado leve

em concretos estruturais. A NM 35 (1995) apresenta especificações para análise dos

agregados e do concreto com os agregados. Com relação ao agregado, estão pre-

vistas nessa norma as análises de composição granulométrica, de massa específica

aparente e de teores de substâncias nocivas (materiais orgânicos e óxido de ferro). Já

para o concreto com os agregados leves, a referida norma apresenta a especificação

de análise para retração por secagem.

Além dessas análises previstas na NM 35 (1995), outros estudos comple-

mentares são importantes na caracterização dos agregados leves, a exemplo da

análise de absorção de água, teor de cloretos e sulfatos e potencial reativo álcali-

agregado.

E possível obter procedimentos de ensaios para controle tecnológico dos agrega-

dos leves, assim como para os concretos com esses agregados, no EuroLightCon

(2000a) e na relação de normas constantes na Tabela 4.

2 .6 Argila expandida brasileira A argila expandida é o único agregado leve produzido no Brasil. Esse agrega-

do é produzido atualmente pela empresa Cinexpan Indústria e Comércio Ltda8

(Figura 17), na cidade de Várzea Paulista, localizada a 60 km da cidade de São

Paulo. Atualmente, cerca de 60% da produção de argila expandida destina-se ao

setor da construção civil nacional. Os outros 40% são absorvidos pelos setores de

lavanderia (20%), paisagismo, refratários e demais aplicações, como substratos.

8 A empresa CINASITA encerrou suas atividades em Jundiaí-SP em 1999.

Page 43: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

N o m e comercial

M a t é r i a - p r i m a Fabricação

lytag Inglaterra Holanda

Cinzas volantes

Sol i te EUA Folhelho

Liopor Alemanha

Leca Dinamarca Noruega

Arlita Espanha Argila

Cinexpan 0 5 0 0

Cinexpon 1506 Brasil

Cinexpan 2 2 1 5

Sintetização

Forno rotativo

T a b e l a 3 . Características de alguns agregados leves comerciais.

1 , 3 - 2 . 1

M a s s a u n i t á r i a

(kg/dm 3 )

0,6- 1,1

Dimensão (mm)

0 , 5 - 1 9 1 5 - 2 0

1,4

0,6-1,8

0,6 - 1,8

1.4

1.5

1,1

0,6

0,8

0,3 - 0 , 9

0 ,3 - 0 , 9

0,8

0 , 9

0,6

0 ,5

4 - 1 6

2 - 1 9

0 , 5 - 1 6

1 - 10

0 - 4 , 8

6 , 3 - 1 2 , 5

1 2 , 5 - 1 9

15

1 1 - 1 7

1 1 - 3 0

13

10

Page 44: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

o z r» 73 r n - *

O r n

País Especificação

EUA • ACI 211.2-98. Standard Practice for Selecting Proportions for Slructural Lightweight Concrete, 2004 • ACI 213R-03. Guide for Structural Lightweight Aggregate Concrete, 2 0 0 3 • ACI 318-08. Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, 2 0 0 8 • ACI 304.5R-91. Batching, Mixing, and Job Control of Lightweight Concrete, 1997 • A.CI SP-136. Structural Lightweight Aggregate Concrete Performance, 1992 • ASTM C330-05. Standard Specificotion for Lightweight Aggregates for Structural Concrete, 2 0 0 5

Europa • EUROCODE 2. Design of Concrete Structures, 2 0 0 7 • NS 3420 . Specificotion Texts for Building and Construction, 1992 • NS 3473 . Concrete Structures. Design Rules, 1998 • NS 22. NCA Publ. NT22. Lightweight Aggregate Concrete. Specif. and Guidelines, 1999 • BS 3797 . BS Specificotions for LWA for Masonry Units and Structural Concrete, 1990 • BS 8110 . Structural Use of Concrete. Part 2, 1997

Japão • JASS 5. Reinforced Concrete Work, 2 0 0 3 • JIS A 5 0 0 2 . Lightweight Aggregates for Structural Concrete 1978 (revised 1999) • JSCE Chapter 19. Lightweight Aggregate Concrete 1986 (revised 1996)

Tabela 4 . lista de aguns documentos normativos sobre agregados leves e sobre concreto com agregados leves.

Page 45: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 17 . Fábrica de argila

expandida Cinexpan em Várzea

Paulista, São Paulo.

A produção da argila expandida ocorre em forno rotativo (Figura 1 89), utilizan-

do temperaturas médias de 1 100°C e argila com características piro-expansivas

extraída no município de Jundiaí, vizinho à Várzea Paulista. Conseqüência desse

processo de fabricação, o agregado apresenta formato arredondado regular e

núcleo esponjoso, envolto por uma camada vitrificada, com baixa permeabilidade,

como pode ser observado nas micrografias apresentadas nas Figuras 19 e 20.

F igu ra 18. Forno rotativo para produção de argila expandida da empresa Cinexpan em Várzea Paulista, São Paulo.

9 As Figuras 17 e 1 8 foram gentilmente cedidas por Frederico G. Nivoloni, da Cinexpan I.C. Ltda.

Page 46: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

A Figura 21 apresenta o difratograma de raios-X do agregado leve com a

identificação dos compostos representativos. A Tabela 5 apresenta o resultado da

análise química do agregado leve, em que se observa predominância dos elemen-

tos sílica, alumínio e ferro na composição da argila expandida.

F igu ra 19 . Aspecto do estrutura interna dos F igu ra 2 0 . Aspecto da estrutura interna

agregados leves (MEV • micrografia no modo dos agregados leves (Microscopia ótica de elétrons secundários com ampliação de 300x). transmissão com ampliação de 200x).

Fonte: Rossignolo, 2003. Fonte: Rossignolo, 2003.

1CC0

SCO v> a. u — 600 <u TJ O « s Ü

400

:co

o 20 25 30 ^ 35 40 45 50 55 60

Ângulo 20 Co K«

F igu ra 2 1 . Difratograma de raios-X da argila expandida brasileira.

A • Akermanile (CciV.çjSi O?) D • Diópsicb |C<iV jSÍ2061 E • Enskitile (VKJSÍOJI

Ejp • Espinob (McyvfeOj H - Henriilci (FejO Mcçj - Mqgnetiki (FegOj O -Ol iv i iK i IVKJBSÍOV

r - Pl:»jio:l:i» (CaAhSijO Q-Qucirlzo

Page 47: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Os agregados são produzidos em diversas faixas granulométricas para atender

a construção civil, a indústria têxtil e o setor de jardinagem. Os agregados usual-

mente empregados em concretos estruturais são os denominados comercialmente

de Cinexpan 0 5 0 0 [ 0 ^ = 4,8 mm), Cinexpan 1506 [ 0 ^ = 12,5 mm) e Cinexpan

2215 (Dnox= 19,0 mm), conforme Figura 22.

As Tabelas 6, 7 e 8 apresentam, respectivamente, as composições granulomé-

tricas, os valores de absorção de água (determinados pelo método proposto por

Tezuka, 1973) e os valores de algumas características e propriedades dos três tipos

de argila expandida usualmente empregados em concretos estruturais. Vale salien-

tar que os valores apresentados nessas tabelas são apenas indicativos e podem

apresentar alterações em função das especificidades dos lotes produzidos.

Composto %

S i0 2 62,3

A I A 17,7

Fe203 10,3

Mg O 2,8

K2O 4,1

TiO, 1,0

Na20 0,3

CaO 0,4

PF 0 ,7

Tabela 5 . Análise química da argila expandida brasileira.

Page 48: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 2 2 . Aspecto de orgilo expandida brasileira produzido pela empresa Cinexpan:

a) Cinexpan 0500 ; b) Cinexpan 1506; e c) Cinexpan 2215.

Page 49: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

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Page 50: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Tempo Absorção de Água (%) (em massa)

Cinexpan 0 5 0 0 Cinexpan 1 5 0 6 Cinexpan 2 2 1 5

3 0 min 1/8 2 , 7 4 , 0

1 hora 2 , 7 3 , 5 5 , 0

1 dia 6 , 0 7 , 0 1 0 , 3

Tabela 7 . Absorção de água da argila expandida.

Características/ Propriedades

Cinexpan 0 5 0 0 Cinexpan 1 5 0 6 Cinexpan 2 2 1 5

Massa específica

(kg/dm3)(NBR 9937) 1 , 5 1 1 , 1 1 0 , 6 4

Massa unitária no estado seco e solto (kg/dm3) (NBR 7251)

0 , 8 6 0 , 5 9 0 , 4 7

Módulo de deformação

(GPa)10 1 8 , 2 9 , 9 3 , 3

Resistência à compressão por esmagamento (MPa) (CEN prEN

13055-1, 2002)

2 0 , 5 1 2 , 7 8 , 4

Tabela 8 . Características e propriedades da argila expandida.

10 Valor estimado ulilizando a equação 2 (FIP, 1983).

Page 51: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

3 DOSAGEM E PRODUÇÃO

/

DO CONCRETO LEVE

Este capítulo tem COÍ t lO objetivo apresentar as principais especifici-

dades da dosagem e da produção de concreto com agregados leves, com atenção

especial para a dosagem, a determinação do valor da relação a/c efetiva, a traba-

Ihabilidade, o transporte, o lançamento, o adensamento e a cura.

3.1 Dosagem e relação água/cimento efetiva De forma geral, os métodos utilizados para dosagem dos concretos conven-

cionais podem ser aplicados para os concretos com agregados leves. No entanto,

quatro fatores adicionais devem ser considerados:

a) A necessidade de projetar um concreto com massa específica particular;

b) A absorção de água dos agregados leves;

c) A variação da massa específica do agregado leve em função de sua dimensão;

d) A influência das características dos agregados leves nas propriedades dos

concretos.

Procedimentos específicos para dosagem dos concretos com agregados leves

são descritos em CEB/FIP (1977), FIP (1983), EuroLightCon (2000b) e ACI 211.2-98

(2004). Esse último documento apresenta dois métodos de dosagem para concretos

leves. O primeiro, denominado "método da massa", é indicado para concretos com

Page 52: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

agregados miúdos com massa específica normal e agregados graúdos leves. Por sua

vez, o segundo, chamado de "método volumétrico", é recomendado para concretos

com agregados leves graúdos e miúdos.

De modo geral, os documentos normativos internacionais11 indicam a utilização

de consumos de cimento acima de 300 kg/m3 para assegurar os níveis mínimos

de trabalhabilidade, de proteção à armadura e de ancoragem da armadura ao

concreto com agregados leves.

Dosagens otimizadas de concretos leves podem ser obtidas com a utilização

conjunta de agregado graúdo leve e agregado miúdo convencional. O ajuste granu-

lométrico desses dois tipos de agregados, utilizando o agregado miúdo com dimen-

são máxima igual à dimensão mínima do agregado graúdo, possibilita o aumento

da coesão, a redução da segregação e o aumento da resistência à compressão do

concreto, em relação aos concretos com agregado miúdo leve. Em contrapartida, a

utilização de agregados miúdos convencionais ocasiona o aumento da massa espe-

cífica do concreto, em comparação com o agregado miúdo leve.

Assim como para os concretos convencionais, podem ser utilizados aditivos e

adições minerais para modificação de algumas propriedades e características dos

concretos leves estruturais. No entanto, para o caso dos aditivos líquidos, como os

redutores de água, é importante considerar a absorção de água dos agregados,

quando utilizados sem saturação prévia. Nesses casos, os agregados absorvem

parte do aditivo disponível na pasta, reduzindo, assim, sua atuação. Uma forma de

minimizar esse efeito é introduzir o aditivo após a mistura dos materiais, momentos

antes da aplicação do concreto.

Um ponto importante do processo de dosagem dos concretos leves é a definição

da relação água/cimento efetiva, em função da absorção de água dos agregados.

No caso dos concretos com agregados convencionais, a quantidade de água dis-

ponível para a hidratação do cimento é definida no momento da mistura dos ma-

teriais. Com isso, a água presente nos agregados deve ser descontada da água a

ser adicionada no momento da mistura.

1 1 Esses documentos normativos são apresentados na Tabela 4 do Capítulo 2.

Page 53: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

No coso dos agregados leves, deve ser considerada a água absorvida pelos

agregados leves, após a preparação do concreto. Esse fenômeno pode ser elimi-

nado com a pré-saturação dos agregados; entretanto, aumenta relativamente os

custos de produção do concreto. O procedimento mais comum é acrescentar à mis-

tura a quantidade de água que será absorvida pelo agregado, mantendo, assim, a

relação água/cimento constante (Rossignolo; Agnesini, 2000).

Segundo EuroLightCon (1998) e Tezuka (1973), é possível estimar a quanti-

dade de água que será absorvida pelos agregados leves por meio de sua imersão

em água. Para concretos com relação a/c em torno de 0,4 e abatimento do tronco

de cone entre 100 mm e 200 mm, é possível adotar o valor de absorção de água

dos agregados após uma hora de imersão como referência para determinação da

quantidade de água a ser adicionada no momento da mistura. Por motivos práti-

cos, esse procedimento é utilizado também para concretos leves com características

diferentes das especificadas anteriormente.

No caso específico da argila expandida brasileira, os estudos apresentados

por Rossignolo (2003) indicaram que esse procedimento de estimativa da absor-

ção de água dos agregados apresentou bons resultados. Nesse mesmo estudo, é

disponibilizado um exemplo de roteiro prático de dosagem de concretos estruturais,

totalmente experimental, utilizando argila expandida brasileira.

3 .2 Mistura e teor de umidade dos agregados

Na mistura dos materiais em equipamentos com eixo inclinado, no início da mis-

tura, os agregados leves graúdos apresentam segregação, com tendência de sair do

misturador — problema esse atenuado após algum tempo de mistura. No misturador

vertical, preferível segundo o CEB/FIP (1977), esse problema não ocorre.

Se o concreto for produzido com agregados leves com baixa absorção de água,

valores abaixo de 10%, em massa, após 24 horas de imersão, na maioria das vezes,

pode ser empregado o método de mistura utilizado para os concretos convencionais

e utilizados os agregados sem saturação prévia. Alguns tipos de agregados leves,

mesmo com valores de absorção de água abaixo de 10% após 24 horas de imersão,

apresentam alta absorção de água nos primeiros minutos, seguido de estabilização.

Page 54: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Nesses casos, juntamente no misturador, devem ser adicionados os materiais sólidos

e a água, seguidos dos agregados leves (Holm; Bremner, 2000).

Se, diferentemente do descrito acima, o agregado leve utilizado apresentar

altos valores de absorção de água após 24 horas de imersão, acima de 10%, em

massa, é recomendada a pré-saturação. Caso contrário, poderá ser comprometida

a trabalhabilidade adequada do material durante o lançamento (Holm e Bremner,

2000; Zhang e Gforv, 1991a).

Para concretos com argila expandida brasileira, que apresenta valores de ab-

sorção de água abaixo de 10% após 24 horas de imersão, foram observados

melhores resultados de manutenção da trabalhabilidade após a mistura, adiciona-

ndo os materiais sólidos juntos com a água no misturador e, após uma pré-mistura,

incluindo os agregados leves (Rossignolo; Agnesini, 2000).

3.3 Trabalhabilidade A faixa de variação dos valores de abatimento dos concretos leves é, normal-

mente, menor que a utilizada para os concretos convencionais, tendo a absorção

de água dos agregados grande influência na manutenção da trabalhabilidade do

concreto após a mistura.

Durante o processo de determinação dos valores de abatimento para os con-

cretos leves, deve ser considerado o valor da massa específica do agregado leve.

No caso do abatimento do tronco de cone (NM 67, 1998), os concretos leves apre-

sentam valores de abatimento menores que os obtidos para os concretos convencio-

nais, devido essencialmente à menor deformação do concreto leve pela ação da

gravidade (Figura 23). Com isso, concretos leves com abatimento de 80 mm, por

exemplo, podem apresentar trabalhabilidade similar à dos concretos convencionais

com abatimento de 100 mm.

Além do abatimento do tronco de cone, o espalhamento do tronco de cone

(NM 68, 1998) é uma forma de análise adequada para avaliar a trabalhabilidade

dos concretos leves. Como esse método insere energia para avaliar a deformação

do concreto, com o movimento (levantamento e queda) repetido da plataforma

(Figura 24), os valores obtidos para os concretos leves se aproximam mais dos

obtidos para os concretos convencionais (Rossignolo; Agnesini, 2000).

Page 55: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 2 4 . Ilustrações da análise do espalhamenfo do tronco de cone de con-creto segundo a NM 68 (1998). Fonte: Rossignolo, 2003.

3.4 Transporte, lançamento e adensamento No transporte dos concretos leves, deve ser considerada a tendência à segre-

gação, fenômeno denominado "flutuação", em função dos baixos valores da mas-

sa específica dos agregados. Esse fenômeno pode ser evitado ou reduzido com

a dosagem de concretos com coesão e consistência adequados, controlando-se

Page 56: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

a relação água/cimento e o teor dos agregados miúdos e com a utilização de

adições minerais, como a sílica ativa.

Para o bombeamento do concreto leve, a umidade e a granulometria dos

agregados leves assumem grande importância, pois o aumento da pressão hidros-

tática no concreto contribui para a entrada de água nos agregados. Nesse caso,

a pré-saturação do agregado leve é importante para prevenir a perda brusca de

trabalhabilidade no estado fresco, que pode provocar o entupimento dos dutos

durante o lançamento. Em casos específicos, como bombeamento em alturas ele-

vadas, pode ser necessário realizar a pré-saturação dos agregados em câmara

hiperbárica (EuroLightCon, 2000c). Um exemplo desse procedimento foi observado

durante a construção do edifício Nations Bank, nos Estados Unidos, em 1994, em

que a altura de bombeamento do concreto chegou a aproximadamente 250 m.

Em decorrência dos menores valores da massa específica dos concretos leves, os

esforços transmitidos às formas, durante o lançamento, são inferiores aos observados

para os concretos convencionais. Em contrapartida, deve ser considerado o aumento

dos esforços e deformações nas formas durante o adensamento, pois normalmente os

concretos leves exigem maior energia de vibração que os concretos convencionais.

Normalmente, para os concretos leves, podem ser adotadas as técnicas usuais

de adensamento; entretanto, esses concretos exigem uma energia maior de vibração,

quando comparados com os concretos convencionais. No caso específico dos vibra-

dores de imersão, o raio de ação pode ser adotado como a metade do valor dos

utilizados nos concretos convencionais (CEB/FIP, 1977; Holm e Bremner, 2000).

Outro fator importante no controle da segregação dos agregados leves é a

freqüência de vibração, sendo recomendada a utilização de vibradores com baixa

freqüência de vibração, como pode ser observado na Figura 25.

O correto adensamento dos concretos leves mostra-se importante, também,

para evitar a formação de vazios ao redor do agregado leve, como na ilustração

apresentada na Figura 16 do Capítulo 2.

3.5 Procedimentos de cura

Os mesmos procedimentos de cura dos concretos convencionais podem ser

adotados nos concretos com agregados leves, tomando-se cuidados especiais com

Page 57: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 2 5 . Efeito do freqüência de vibração durante o adensamento na "flutua-ção" dos agregados leves. Fonte: Vieira, 2000.

o controle da temperatura do concreto (Rossignolo; Agnesini, 2001 a). O calor libe-

rado durante o processo de hidratação do cimento acarreta uma elevação maior

na temperatura dos concretos leves do que nos concretos convencionais, em função

da baixa condutividade térmica dos agregados leves. Para evitar a formação de

fissuras térmicas, em ambientes com baixas temperaturas, recomenda-se protelar

a retirada das formas ou cobrir o concreto com mantas isolantes. Quando for uti-

lizado o processo de cura térmica, deve ser adotado um período maior de cura ou

uma velocidade de elevação de temperatura menor (EuroLightCon, 1998).

Por outro lado, o agregado leve beneficia o processo de hidratação do cimento,

pois, durante o processo de mistura dos materiais, retém uma parcela de água, que

será transferida para a pasta de cimento ao longo do período de hidratação, ga-

rantindo, assim, a presença de parte da água necessária para as reações químicas

desse processo, com pouca influência das condições ambientais externas. Esse fenô-

meno, denominado "cura interna", segundo Al-Khaiat e Haque (1998), torna os con-

cretos leves menos sensíveis às variações do processo de cura nas idades iniciais.

Page 58: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural
Page 59: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

4 PROPRIEDADES

DO CONCRETO LEVE

As propriedades dos concretos de cimento Portland estão direta-

mente relacionadas com o desempenho de suas fases constituintes assim como da

ligação entre elas, característica intrínseca aos materiais heterogêneos. Como os

agregados usualmente representam mais de 50% do volume dos concretos conven-

cionais, sua substituição por agregados leves promove alterações consideráveis nas

propriedades dos concretos, que dependem, essencialmente, das características

desses novos agregados. Neste capítulo serão abordadas essas alterações em algu-

mas das propriedades do concreto estrutural com argila expandida brasileira.

4.7 Resistência à compressão e massa especifica A resistência à compressão, a massa específica e a relação entre essas duas

propriedades (denominada Fator de Eficiência12) são os parâmetros mais utilizados

na caracterização dos concretos leves estruturais, estando diretamente relaciona-

dos com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado.

No presente estado da arte, 102 MPa representa um marco no valor da re-

sistência à compressão para concretos com agregados leves. Esse valor foi obtido

por Zhang e Gj<|>rv (1991a) para concretos leves com massa específica de 1735

kg/m3 e consumo de cimento de 550 kg/m3, o que representa um fator de eficiên-

12 Equação 1 apresentada no Capítulo 1.

Page 60: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

cia de 58 ,7 MPa.dm3/kg, similar ao de um concreto com agregados convencionais

com valor de resistência à compressão igual a 140 MPa.

No Brasil, o maior valor registrado de resistência à compressão de concreto com

argila expandida é de 73 MPa, apresentado por Gomes Neto (1998) em concretos

com massa específica de 1720 kg/m3. Entretanto, esse valor foi obtido em uma mis-

tura com consumo de cimento de 1200 kg/m3 e agregado com dimensão máxima

característica de 6,3 mm. De fato, a argila expandida brasileira tem-se mostrado viável

economicamente em concretos com resistência à compressão abaixo de 50 MPa, para

valores de massa específica do concreto entre 1400 kg/m3 e 1800 kg/m3, como pode

ser observado nos dados apresentados na Figura 26.

F igu ra 2 6 . Relação entre resistência à compressão e massa específica do concreto leve com argila expandida brasileira.

Quanto à evolução dos valores de resistência à compressão, os concretos leves

apresentam estabilização dos valores finais de resistência à compressão mais rapi-

damente que os concretos convencionais. Após os 28 dias de idade, os concretos

leves apresentam baixa elevação dos valores de resistência à compressão, em

comparação com os concretos convencionais (EuroLightCon, 1998; Rossignolo;

Agnesini, 2002 ; Rossignolo etal., 2003).

60 i

ROSSIGNOLO

20 1400 1500 1600 1700 1800

Massa específica do concreto leve (kg/m3)

Page 61: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Em um modelo simplificado, pode-se afirmar que nos concretos com agregados

convencionais, como a brita basáltica, normalmente o valor do módulo de deforma-

ção do agregado é maior que o da argamassa, ocasionando, assim, a ruptura do

concreto, normalmente iniciada na zona de transição, e a separação entre as fases,

resultando uma linha de fratura ao redor do agregado (Figura 27). Nesse caso, o

agregado é a fase mais resistente e os fatores limitantes do valor da resistência do

concreto à compressão são a argamassa e a zona de transição pasta-agregado.

No caso do concreto com agregados leves, como a argila expandida, utiliza-se

mais eficientemente a resistência mecânica potencial da argamassa em função da

maior similaridade entre os valores do módulo de deformação do agregado e da

argamassa e da melhor qualidade da zona de transição pasta-agregado. Nesse

tipo de concreto, a ruptura normalmente não ocorre devido à diferença entre as

deformações dos agregados e da pasta de cimento, mas devido ao colapso da

argamassa, muitas vezes com origem em microfissuras nos agregados, e a linha de

fratura atravessa os agregados, como ocorre nos concretos de alta resistência com

agregados convencionais (Figura 27).

F igu ra 2 7 . Ilustração da forma de ruptura dos concretos com agregados leves (à esquerda) e com agregados convencionais - basalto (à direita). Fonte: Rossignolo; Agnesini, 2005a.

Page 62: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

De acordo com o conceito de "resistência ótima", a relação entre a resistência do

concreto leve e da argamassa pode ser descrita em duas fases (Figura 28). A condição

correspondente à primeira fase é similar ao comportamento do concreto com agregados

convencionais, em que a resistência do concreto é determinada principalmente pela re-

sistência da argamassa. Na segunda fase, o módulo de deformação do agregado leve

é menor que o da argamassa e, com isso, a resistência do concreto leve é controlada

pela resistência do agregado. Essas duas tendências distintas do comportamento da

resistência à compressão do concreto, em relação à resistência da argamassa, indicam

a mudança no tipo de distribuição interna das tensões, e o valor da resistência à com-

pressão do concreto leve no ponto em que ocorre essa mudança pode ser denominado

"resistência ótima" (f) (AYtcin 2000; Rossignolo; Pereira, 2005).

Resistência à compressão da argamassa

F igura 2 8 . Ilustração do comportamento dos valores de resistência à com-

pressão do concreto com agregados leves em relação à resistência à compressão

da argamassa. Fonte: Rossignolo; Pereira, 2005 .

Como resultado, o agregado leve mostra-se o material determinante na resistência

à compressão do concreto, de forma que acima de um certo limite, denominado "re-

sistência ótima", o aumento da resistência à compressão da argamassa já não contribui

efetivamente para o aumento da resistência à compressão do concreto (Zhang, Gj^rv,

1991a; Chen et ai, 1999; Rossignolo et al., 2003; Rossignolo; Pereira, 2005).

o «o 2

Page 63: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Esse fenômeno pode ser observado nos resultados apresentados na Figura 29,

que ilustra a evolução dos valores da resistência à compressão da argamassa e dos

concretos com argila expandida e com brita basáltica. Com exceção dos agrega-

dos, os concretos foram produzidos com as mesmas características de dosagem

(Rossignolo; Pereira, 2005).

5 0

o (D M a> o * a

8 5 'O £ .5 c v O c u

o -o VI 0)

4 5

4 0

3 5

3 0

2 5

20

15

10

»Br i ta basáltica

OArgila expandida

Dma. = 19mm

10 15 2 0 2 5 3 0 35 4 0 4 5 5 0

Resistência à compressão da argamassa (MPa) 5 5

F igura 2 9 . Relação entre a resistência à compressão da argamassa e dos concretos com argila

expandida e com brita basáltica. Fonte: Rossignolo; Pereira, 2005.

O conceito de "resistência ótima" (f) pode contribuir significativamente para

otimizar a dosagem de concretos com agregados leves, pois concretos projetados

para atingir valores de resistência à compressão acima desse valor apresentam

elevados valores de consumo de cimento.

Como evidencia a Figura 30, a partir do valor de "resistência ótima", o aumento

do consumo de aglomerante do concreto leve não promove a mesma melhoria no

desempenho da resistência à compressão observada na região anterior a esse ponto.

Assim, esse efeito deve ser considerado no momento da escolha do agregado leve

para a dosagem dos concretos, preferencialmente realizando uma análise da "re-

sistência ótima" da dosagem para determinar a dimensão ideal do agregado para

os parâmetros de dosagem em questão. Esse procedimento resulta na obtenção de

Page 64: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

traços de concreto leve mais eficientes e com menor consumo de aglomerante. A

Figura 30 ilustra, ainda, a influência da dimensão máxima característica (Dmóx) da

argila expandida no valor da "resistência ótima" do concreto leve.

Consumo de ag lomerante ( k g / m 3 )

F igura 3 0 . Relação entre resistência à compressão aos 28 dias e o consumo de cimento do concreto leve. Fonte: Rossignolo; Oliveira, 2007.

Nos concretos leves estruturais, a dimensão e a granulometria dos agregados

têm mais influência nos valores da massa específica e da resistência à compressão

do que, comparativamente, nos concretos convencionais (conforme as Figuras 31 e

32). Isso porque os valores da massa específica e da resistência à compressão dos

agregados leves, como é o caso da argila expandida brasileira, são inversamente

proporcionais a sua dimensão.

A relação entre os valores de resistência à compressão e massa específica,

denominada Fator de Eficiência (FE),13 é um parâmetro importante no desenvolvi-

mento de projetos estruturais, especialmente naqueles em que o peso da estrutura

tem bastante influência nas cargas permanentes, como as pontes de grandes vãos,

em que esse valor chega a 70%. De forma geral, os concretos com agregados leves

apresentam valores de FE superiores aos obtidos para os concretos convencionais,

em condições similares de dosagem. A Figura 33 ilustra o efeito da redução do

13 Equação 1 apresentada no Capítulo 1.

Page 65: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

0 45 i 0 'O S 4 0 -a»

õ ^ 25 •

20 10 12 14 16 20

Dimensão máxima característica da argila expandida (mm)

F igura 3 1 . Relação entre resistência à compressão do concreto leve e a dimensão máxima

característica do agregado leve brasileiro. Fontes: Rossignolo et al., 2003; Rossignolo; Oliveira, 2007.

10 -1 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750

M a s s a Específ ica Seca ( k g / m 3 )

F igu ra 3 2 . Relação entre a resistência à compressão aos 28 dias e a massa especifica do concreto

leve. Fonte: Rossignolo; Oliveira, 2007.

valor da massa específica do concreto nos valores do FE, com a substituição do

agregado convencional por argila expandida.

Mesmo o agregado leve sendo a fase limitante da resistência à compressão

do concreto, o aprimoramento da qualidade da pasta cimentícia com o uso de

aditivos e de adições resulta em melhorias consideráveis no desempenho dessa

o 35 n

• + 7

4 Dmax 12,5mm

O Dmax 19mm

Page 66: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Massa específica aparente do concreto (kg/m3)

F igu ra 3 3 . Relação entre o fator de eficiência e a massa específica do concreto

leve. Fonte: Sacht; Rossignolo; Santos; 2007 .

propriedade (Rossignolo; Paulon; Agnesini, 2001; Rossignolo; Agnesini, 2002;

Rossignolo, 2003; Rossignolo etal., 2003; Rossignolo; Oliveira, 2007).

4 .2 Resistência à tração

Os valores da resistência à tração dos concretos leves, tanto na compressão

diametral como na flexão, são inferiores aos observados nos concretos com massa

específica normal, para o mesmo nível de resistência à compressão. Esse fato deve

ser atribuído ao elevado volume de vazios dos agregados leves, que pode chegar

a 50% do volume total no caso das argilas expandidas.

Para o caso específico dos concretos produzidos com a argila expandida

brasileira, observam-se valores de resistência à tração por compressão diametral

variando entre 6% e 9% da resistência à compressão. Já os valores de resistência

à tração na Hexão variam entre 8% e 1 1 % da resistência à compressão (Tezuka,

1973; Evangelista etal., 1996; Gomes Neto, 1998; Rossignolo; Agnesini, 2002;

Rossignolo; Oliveira, 2007).

A Tabela 9 apresenta algumas expressões para a estimativa dos valores das

resistências à tração por compressão diametral e na flexão dos concretos leves em

função da resistência à compressão. Segundo os estudos apresentados por Ros-

Page 67: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Referência Resistência à tração (MPa)

Observações Referência Compressão diametral (f!D) Flexão (f<IM)

Observações

Slate et al. (1986) 0,42. fc 0 5 Õ;54íc 0 5 62 > fc > 21 MPa

Zhang e OjcJ>rv (1991 a) 0,23.fco 067 0,73 V - 5

CEB/FIP (1977) 0,23.fw 067 0 , 4 6 4 067

ACI 318 (2008) 0,48.f 0 5 0,53.fç 0,5

Tabela 9 . Relações entre a resistência à compressão e as resistências ã tração por compressão diametral e à tração na flexão dos concretos leves.

f( = Resistência à compressão em corpos-de-prova cilíndricos (MPa).

fcu = Resistência à compressão em corpos-de-prova cúbicos (MPa).

Page 68: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

signolo (2003), dentre os expressões apresentadas na Tabela 9, a indicada pelo

ACI 31 8 (2008) foi a que apresentou melhores resultados na estimativa dessas

propriedades para concretos com argila expandida brasileira.

4.3 Módulo de deformação e curva tensão-deformação Assim como a maioria das propriedades dos concretos leves, o módulo de deforma-

ção está diretamente relacionado com o tipo e com a quantidade de agregado leve uti-

lizado. Quanto mais próximos forem os valores do módulo de deformação do agregado

e da pasta de cimento, melhor será o comportamento do concreto no regime elástico.

Como os agregados leves apresentam valores do módulo de deformação rela-

tivamente baixos, os concretos leves apresentam valores de módulo de deformação

inferiores aos observados para os concretos convencionais.

Normalmente, o valor do módulo de deformação do concreto leve varia entre

50% e 80% do valor do módulo de deformação do concreto com massa específica

normal, para valores de resistência à compressão variando entre 20 MPa e 50

MPa. Segundo Rossignolo (2005), essa relação também se aplica aos concretos

com argila expandida brasileira.

A Tabela 10 apresenta algumas expressões mencionadas em documentos nor-

mativos que relacionam o valor do módulo de deformação do concreto leve com

os respectivos valores de resistência à compressão e de massa específica. Nessa

tabela encontra-se também uma expressão proposta por Rossignolo (2005) espe-

cífica para concretos com argila expandida brasileira, resultado do ajustado da

expressão indicada pelo ACI 318 (2008).

Quanto ao desenvolvimento da curva tensão-deformação dos concretos com argila

expandida brasileira, o trabalho desenvolvido por Rossignolo (2005) indica compor-

tamento linear (elástico) até cerca de 80% do carregamento último (Figura 34). Nos

concretos convencionais, esse valor é cerca de ó0%.

Na curva tensão-deformação, com deformação controlada, Rossignolo (2003)

observa que a parte ascendente da curva tensão-deformação dos concretos com

argila expandida torna-se mais linear à medida que a resistência do concreto au-

menta, enquanto a parte descendente da curva, após a ruptura, torna-se mais ín-

greme (Figura 35), conforme modelo proposto por Carrasquilo et oi (1981).

Page 69: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

O CL |

O «O IA c .o

5 0

4 5

4 0

35

3 0

25

20

15

10

5

0

/ ó3 dias

/ 7 dias

L

0 1 2 (Deformação X I O 3)

F igura 3 4 . Diagrama tensõo-deformaçõo de concretos com argila expandida brasileira.

Fonte: Rossignolo, 2005.

4.4 Retração por secagem

Para o mesmo nível de resistência à compressão, os concretos com agregados

leves costumam apresentar valores de retração por secagem maiores que os ob-

tidos nos concretos convencionais, uma vez que o agregado leve oferece baixa

restrição à movimentação causada pela pasta de cimento.

De acordo com Hoff (1991), os concretos com agregados leves apresentam

valores de retração por secagem entre 5 0 0 . 1 0 ó m/me 1000. IO 6 m/m.

No estudo realizado por Rossignolo e Agnesini (2001b) sobre concretos com ar-

gila expandida brasileira, observam-se valores de retração por secagem aos 448 dias

Page 70: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

5 0

30 -

tf 2 0 -

o <0

o O.

«A c

4 0 -

10 -

0

0 2 3

(Deformação X I O 3)

F igu ra 3 5 . Diagrama tensão-deformaçõo, com deformação controlada, de concretos com argila

expandida brasileira. Fonte: Rossignolo, 2003.

variando entre 600 . IO 0 m/m e 800.10*m/m. Nesse estudo se apresenta, ainda, o

efeito de diversos procedimentos de cura e da adição de polímeros modificadores no

desenvolvimento da retração por secagem em concretos com agregados leves.

A previsão do valor final da retração por secagem dos concretos leves pode

ser realizada utilizando a formulação apresentada no ACI 209R-92 (1997). No

estudo realizado por Rossignolo e Agnesini (2001 b), foi observado que os valores

experimentais obtidos em concretos com argila expandida foram similares aos ob-

tidos teoricamente utilizando a Equação 3 (ACI 209R-92, 1997), como pode ser

observado na Figura 36. Nessa equação, S, representa o valor da retração por

secagem (x 10*) aos / dias e Sult representa o valor final estimado para a retração

por secagem (x IO-6).

Page 71: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Referência Equação* Observações

Rossignolo (2005) Ec = 0,049 . Y1'5 . fc0-5 [MPa] fc < 50 MPa

ACI 318 (2008) Ec = 0,043 . Y1-5. fc0-5 [MPa] fc < 41 MPa

NS 3473 (1998) Ec = 9.5 . fcck0-3. (Y / 240011-5 [GPa] fcck < 85 MPa

BS 8110 Part.2 (1997) Ec = 1,7 . (y / 1000)2. M-3 [GPa] CEB (1978) Ec = 1,6 . Y2 • (fcck + 8) 0-33.10Ò [GPa]

Tabela 10. Equações para cálculo do módulo de deformação.

*Ec= módulo de deformação; y = massa específica (kg/m3); fc = res. compressão (150 x 300 mm - cilíndrico); K = res. compressão (100 x 200 mm - cilíndrico); f., = res. compressão (cubo 100 mm).

Page 72: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

1000

9 0 0

800

o 700 X 6 0 0

.§ 5 0 0 V/-o i : 4 0 0 o CL

3 0 0

200

100 0

710 6 1 0 5 5 0 4 8 0 4 4 0 Consumo de cimento (kg/m 3)

F igu ra 3 6 . Retração por secagem dos concretos leves: comparação entre os

valores obtidos experimentalmente e os obtidos pela Equação 3 (ACI 209R-92,

1997). Fonte: Rossignolo; Agnesini, 2001b.

Sult = ( ( 3 5 + t ) / t ) x S, (3)

4 .5 Propriedades térmicas

O ar aprisionado na estrutura celular dos agregados leves reduz a absorção e

a transferência de calor em relação aos agregados convencionais. Com isso, a uti-

lização do concreto leve na vedação das fachadas e na cobertura das edificações

reduz a absorção e a transferência para o ambiente interno do calor proveniente

da radiação solar (EuroLightCon, 1998; Holm; Bremner, 2000).

A Tabela 1 1 apresenta uma comparação entre os valores de condutividade tér-

mica, expansão térmica, difusão térmica e calor específico entre o concreto com

agregados leves e o concreto convencional.

A Figura 37 apresenta os resultados da avaliação realizada por Sacht, Ros-

signolo e Santos (2007) sobre a influência da argila expandida brasileira na con-

dutividade térmica dos concretos. Nesse estudo foram avaliados concretos com

massa específica entre 1200 kg/m3 e 2400 kg/m3, utilizando o método do fio

quente paralelo. Os valores da condutividade térmica variaram entre 0,54 W/m.°K

e 1,8 W/m.°K.

Page 73: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

£ 1.2-O

y = 0 , 0 0 1 l x - 0 , 8 2 8 4

R : = 0 , 9 9 2 4

o 0.0

3 0.2-

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

Massa específica (kg/m3)

F i g u r a 3 7 . Influência da massa específica do concreto com argila expandida no

valor da condutividade térmica. Fonte: Sacht; Rossignolo; Santos, 2007 .

4 . 6 Durabilidade Recorrentemente é considerada a idéia de que o uso de agregados porosos au-

menta a permeabilidade do concreto aos fluidos e, com isso, diminui a resistência

do concreto aos agentes agressivos. Os resultados de diversas pesquisas permitem

constatar que não é o caso (Holm; Bremner, 1994; EuroLightCon, 1998; Chandra;

Berntsson, 2002). Nessa mesma linha, diversos estudos realizados com concretos

com argila expandida brasileira indicam que o uso desse agregado não necessário

mente reduz a durabilidade do concreto (Rossignolo, 2003; Rossignolo; Agnesini,

2004; Rossignolo; Agnesini, 2005b).

Para a avaliação da durabilidade do concreto, deve-se dar atenção especial a

sua estrutura porosa, isto é, se a porosidade é constituída por poros conectados ou

não. Assim, é essencial a distinção entre sistemas fechados ou abertos quando se

pretende avaliar a relação entre a porosidade e a permeabilidade.

A Figura 38 apresenta uma ilustração da diferença entre porosidade e permea-

bilidade, demonstrando que a conectividade entre os poros é um pré-requisito para

que ocorra o transporte de agentes agressivos no concreto. Um material pode ser

poroso e, no entanto, ser estanque (caso "c" da Figura 38). Assim, o uso de agrega-

Page 74: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

£ o o g w 4Í 5

o o CN

o K I

O CN

O CN CN CN 1 o"

O O CO U") 00 o" • —

CN O o o" CO o CN «O

o" o"

O •O i/> 1/5 0) v_ CL E o u 'O g 'u c <a>

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Q-

_0

-D .O

Page 75: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

dos porosos não resulta necessariamente em concretos com maior permeabilidade

e, como conseqüência, com menor durabilidade, quando os fenômenos relevantes

dependem do transporte de agentes agressivos.

Diversos estudos comparativos demonstraram que os concretos com agregados

leves apresentam valores de permeabilidade aos fluidos iguais ou inferiores aos obser-

vados para os concretos convencionais, para os mesmos níveis de resistência à com-

pressão (Zhang; Gj(j)rv, 1991c; Holm; Bremner, 2000; Chandra; Berntsson, 2002).

Esse fato pode ser atribuído especialmente aos seguintes fatores:

• Redução nos valores da relação água/aglomerante dos concretos leves em

relação aos concretos convencionais, para se obter os mesmos valores de

resistência à compressão;

• Diminuição das fissuras internas do concreto pela redução da diferença

entre os valores dos módulos de deformação do agregado e da pasta de

cimento;

• Melhoria da qualidade da zona de transição pasta-agregado.

A melhoria da qualidade da zona de transição pasta-agregado, assunto que abor-

daremos no próximo capítulo, contribui significativamente para a redução da permeabili-

dade dos concretos leves em comparação com os concretos convencionais. Normalmente,

a zona de transição pasta-agregado é a região de origem das primeiras microfissuras do

concreto, quando solicitado mecanicamente, e apresenta maior permeabilidade do que

a pasta bem como altos teores de hidróxido de sódio e de etringita.

Esse efeito pode ser observado no fenômeno da carbonatação, que ocorre mais

intensamente em regiões com maior permeabilidade, permitindo a rápida difusão do

dióxido de carbono, e com maior quantidade de hidróxido de cálcio, como ocorre na

zona de transição de concretos convencionais com elevada relação água/cimento.

Um exemplo desse efeito pode ser observado no estudo realizado por Silva

(2007), no qual se observou que a zona de transição dos concretos convencio-

nais mostra-se o caminho preferencial para avanço da frente de carbonatação. A

Figura 39 ilustra as duas faces de um corpo-de-prova após ruptura por compressão

diametral, com tratamento colorimétrico, indicando a facilitação da ocorrência da

carbonatação na zona de transição, especificamente nas regiões assinaladas (a),

Page 76: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

a. alfa porosidade/baixa permeabilidade b. poroso/alta permeabilidade

c. poroso/ não^permeável d. baixa porosidade/alta permeabilidade

F i g u r a 3 8 . Representação esquemática da relação entre porosidade e permeabilidade.

Fonte: EuroLightCon, 1998.

(b) e (c), locais em que as rupturas ocorreram na interface pasta-agregado e estão

totalmente carbonatadas.

Nos concretos com agregados leves, mesmo com elevada relação água/cimen-

to, em função das características diferenciadas da zona de transição, esse efeito é

significativamente reduzido, como pode ser observado na Figura 40, que ilustra a

profundidade de carbonatação em um concreto leve com relação a/c igual a 0 ,77

(Rossignolo; Pereira, 2005).

Um importante estudo sobre a carbonatação do concreto com agregados leves

foi realizado por Holm e Bremner (1994), na década de 1980, no navio americano

USS Selma, produzido com concreto leve estrutural durante a Primeira Guerra Mun-

dial e que ainda se encontra exposto em ambiente marinho. Observou-se, nesse

estudo, que o concreto apresentava espessura média de carbonatação de 2 mm.

Os resultados apresentados por Rossignolo (2005) indicam que a distribuição

uniforme das tensões internas dos concretos com argila expandida reduz a formação

das microfissuras, resultando em uma curva tensão-deformação linear até, pelo menos,

80% do carregamento último. Isso significa que a permeabilidade do concreto leve,

com origem nas microfissuras, começa a aumentar a cerca de 80% do carregamento

último, em vez de 60%, como normalmente ocorre nos concretos convencionais.

Page 77: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 3 9 . Ilustração do avanço da frente de carbonatação em concretos com

agregados convencionais. Fonte: Silva, 2007 .

Um dos principais problemas associados à durabilidade do concreto armado

exposto em ambiente marinho está relacionado com a corrosão da armadura pela

ação de íons cloreto. Estudos apresentados por Rossignolo (2003) indicam valores

semelhantes de difusão de íons cloreto em concretos produzidos com argila expan-

dida e com agregados convencionais, demonstrando, assim, a baixa influência do

agregado na resistência do concreto leve à penetração e difusão de íons cloretos.

Assim como nos concretos convencionais, a utilização de adições minerais

pozolânicas e aditivos poliméricos aumenta significativamente o desempenho das

propriedades relacionadas à durabilidade dos concretos com argila expandida. As

adições minerais pozolânicas, como o metacaulim e a sílica ativa, reduzem a poro-

sidade e a quantidade de hidróxido de cálcio da pasta de cimento, melhorando a

qualidade da zona de transição pasta-agregado, aumentando, assim, a proteção

da armadura contra a ação dos agentes agressivos (Rossignolo, 2003; Rossignolo;

Oliveira, 2006 e 2007).

Os aditivos poliméricos, como o látex estireno-butadieno (SBR), também pro-

movem melhorias significativas no desempenho das propriedades relacionadas ao

transporte de agentes agressivos no concreto com argila expandida, especialmente

pelos efeitos de redução da relação água/cimento e da porosidade permeável,

Page 78: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 4 0 . Ilustração do avanço da frente de carbonatação em concretos com argila expandido.

Fonte: Rossignolo; Pereira, 2005 .

conseqüência do efeito de preenchimento dos poros, como pode ser observados

nos estudos realizados por Rossignolo e Agnesini (2004).

4 . 7 Considerações sobre as propriedades dos concretos leves Neste capítulo foram apresentados alguns aspectos sobre a influência da argila

expandida nas propriedades do concreto estrutural. Com base nos resultados apre-

sentados, assim como nas conclusões de pesquisas correlatas, pode-se constatar

que a argila expandida promove alterações significativas nas propriedades dos

concretos, sendo, assim, fundamental o entendimento dessas modificações para a

correta especificação desse material.

A argila expandida tem natureza bem diversa da natureza dos agregados con-

vencionais, como baixa resistência mecânica, estrutura porosa e elevados valores

de absorção de água. Com isso, todas as etapas do processo de produção de

elementos estruturais em concreto com agregados leves, desde a concepção até os

aspectos de durabilidade em idades avançadas, devem ser reavaliadas em função

das especificidades desse agregado. Na etapa de concepção do projeto, deve-se

avaliar se a utilização de concretos com agregados leves, em substituição ao con-

creto convencional, promoverá, por exemplo, a redução de custos, a melhoria do

desempenho da edificação ou a facilitação do processo produtivo.

O processo de dosagem dos concretos com agregados leves deve considerar,

além dos parâmetros usuais, a necessidade de projetar um concreto com massa

Page 79: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

específica particular, a elevada absorção de água dos agregados, a variação da

massa específica do agregado leve em função de sua dimensão e a influência das

características dos agregados leves nas propriedades dos concretos.

A manutenção da trabalhabilidade do concreto após a mistura depende do

teor de umidade dos agregados leves, podendo, em alguns casos, se considerar a

inclusão adicional de água à mistura como forma de compensar a absorção dos

agregados. Em casos especiais, como lançamento por bombeamento, o agregado

deve ser saturado antes da mistura.

Além da influência direta no valor da massa específica, o agregado leve apre-

senta-se como o principal limitante da evolução dos valores de resistência à com-

pressão do concreto. Respeitando as especificadas de dosagem, o concreto com

agregados leves apresenta um valor particular de resistência à compressão denomi-

nado "resistência ótima", a partir da qual o aumento do teor de aglomerante não

apresenta melhoria no desempenho dessa propriedade.

Os valores da resistência à tração dos concretos leves, tanto na compressão

diametral como na flexão, são inferiores aos observados nos concretos com massa

específica normal, para o mesmo nível de resistência à compressão.

Com a maior proximidade entre os valores do módulo de deformação da ar-

gamassa e dos agregados leves, em comparação com os agregados convencio-

nais, ocorre uma melhoria do comportamento do concreto no regime elástico, re-

sultando no aumento do trecho linear da curva tensão-deformação. No entanto, a

substituição dos agregados convencionais por agregados leves pode promover a

redução dos valores do módulo de deformação em até 50%.

Os concretos com agregados leves apresentam aumento dos valores de retra-

ção por secagem quando comparados aos concretos convencionais, uma vez que o

agregado leve oferece menos restrição à movimentação da matriz de cimento.

O uso de argila expandida reduz significativamente os valores de condutivi-

dade térmica do concreto e, de modo geral, não altera a permeabilidade a agentes

agressivos desse material.

Para os mesmos níveis de resistência à compressão, os concretos com agrega-

dos leves apresentam valores de permeabilidade aos fluidos iguais ou inferiores aos

Page 80: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

observados para os concretos convencionais. Esse fato deve-se, especialmente, à

redução nos valores da relação água/aglomerante dos concretos leves (para se obter

a mesma resistência à compressão), à diminuição das fissuras internas pela redução

da diferença entre os valores dos módulos de deformação do agregado e da pasta

de cimento e melhoria da qualidade da zona de transição pasta-agregado.

Page 81: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

5 MICROESTRUTURA

DO CONCRETO LEVE

5.1 Zona de transição nos concretos convencionais Monteiro (1993) afirmo que, além do trabalho sistemático para conhecer e con-

trolar a microestrutura da pasta de cimento, visando à melhoria das propriedades

do concreto, é importante que sejam realizados estudos que abordem a melhoria da

qualidade da zona de transição existente entre o agregado e a pasta de cimento.

Segundo Paulon (2005), existe uma forte relação entre a espessura e a quali-

dade da zona de transição e as propriedades mecânicas e a durabilidade dos con-

cretos. A zona de transição influencia, diretamente, as propriedades relacionadas

à resistência mecânica, o módulo de deformação, o mecanismo de propagação de

fissuras e a permeabilidade de agentes agressivos nos concretos, demonstrando,

assim, a grande importância do estudo da zona de transição pasta-agregado.

Os principais desenvolvimentos da microestrutura da zona de transição desde

a mistura dos materiais constituintes do concreto podem ser resumidos da seguinte

forma (Paulon, 1991; Monteiro, 1993; Ollivier et ai, 1995):

a) Inicialmente, no concreto fresco, filmes de água envolvem os agregados pelo

efeito parede, originando uma relação água/cimento superior na região pró-

xima ao agregado, em comparação àquela existente na pasta de cimento;

b) Em seguida, íons produzidos pela dissolução de vários componentes do

cimento se combinam para formar, principalmente, etringita, hidróxido de

cálcio e silicato de cálcio hidratado;

Page 82: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

c) Devido à maior relação água/cimento, os produtos cristalinos na vizinhan-

ça dos agregados são caracterizados por cristais maiores e, assim, formam

uma estrutura mais porosa e mais rica em hidróxido de cálcio e em etringita

do que a observada na pasta de cimento.

A resistência da pasta de cimento depende, essencialmente, das forças de atra-

ção de Van der Walls, ou seja, a resistência será maior quanto mais compacta for

a pasta e quanto menos cristalinos forem os produtos de hidratação. Dessa forma,

a zona de transição apresenta resistência mecânica mais baixa do que a da pasta

de cimento, sendo, assim, a região do concreto mais vulnerável à microfissuração,

que influencia negativamente algumas propriedades desse material, como a per-

meabilidade e a resistência mecânica.

A vulnerabilidade da zona de transição à microfissuração existe tanto nos períodos

iniciais da hidratação (quando o concreto é submetido a tensões de tração induzidas

pela retração por secagem e por variações térmicas) quanto no estado endurecido do

concreto (pela ação das solicitações externas), devido a deformações diferenciais entre

a pasta de cimento e o agregado, que facilmente excedem a resistência-limite da zona

de transição, causando, assim, as microfissuras. Como os cristais de hidróxido de cál-

cio tendem a se precipitar em camadas preferenciais e apresentam pouca aderência,

as microfissuras tendem a se formar rapidamente, em uma direção paralela às cama-

das (Monteiro, 1993; Maso, 1996; Metha; Monteiro, 2008).

Dessa forma, pode-se resumir que os fatores que mais influenciam na baixa

resistência mecânica da zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento

são os grandes cristais de hidróxido de cálcio orientados preferencialmente, o ele-

vado volume de poros e a presença de microfissuras (Figura 41).

A estrutura da zona de transição pode ser alterada e densificada de diversas

formas. Dentre essas, a mais utilizada e efetiva mostra-se por meio da incorporação

de adições minerais, contribuindo assim para um melhor desempenho das proprie-

dades dos concretos.

Algumas pesquisas apresentam resultados demonstrando que as adições minerais

são capazes de produzir uma significativa redução da espessura da zona de transição

Page 83: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 4 1 . Micrografia (MEV) da zona de transição pasta-agregado do concreto

com agregados convencionais. Fonte: Rossignolo; Agnesini, 2005a.

pasta-agregado, contribuindo, dessa forma, para a melhoria do desempenho das pro-

priedades relacionadas à resistência mecânica e à durabilidade do concreto (Paulon,

1991; Monteiro, 1993; Kjellsen etal., 1998; Paulon; Dal Molin; Monteiro, 2004).

A redução da espessura da zona de transição com a utilização de adições mine-

rais pode ser explicada por diversos fatores: menor permeabilidade do concreto fresco,

causando assim menor acúmulo de água de exsudação na superfície do agregado;

presença de vários núcleos de cristalização que contribuem para a formação de cristais

menores de hidróxido de cálcio e com menor tendência de cristalização em orienta-

ções preferenciais; e a gradual densificação do sistema dos produtos de hidratação

por meio de ações pozolânicas lentas entre o hidróxido de cálcio e a adição mineral

(Bentur; Cohen, 1987; Scrivener etal., 1988; Metha; Monteiro 2008).

Nos estudos desenvolvidos por Monteiro e Metha (1986 e 1988), foi verificado

que a espessura da zona de transição variou de 50 um, para concreto sem adições

minerais, para valores inferiores a 10 |.im, em concretos com sílica ativa.

Outro fator importante na estrutura e na espessura da zona de transição pasta-

agregado é o tipo de agregado. Alguns estudos sobre a microestrutura de concretos

com agregados leves demonstraram que a interação entre esse tipo de agregado e

Page 84: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

o posto de cimento é diferente da ocorrida nos concretos com agregados conven-

cionais (Wasserman; Bentur, 1996, 1997, 1998; Chen; Schneider, 1998; Vieira,

2000; Rossignolo, 2003).

5 .2 Zona de transição nos concretos com agregados leves A natureza da interação entre o agregado leve e a pasta de cimento depende

essencialmente do teor de umidade e da porosidade aberta da região externa do

agregado. Quando os agregados leves utilizados forem previamente saturados ou

apresentarem uma camada externa densa, sem porosidade permeável, a natureza

da zona de transição será muito próxima da observada nos concretos com agrega-

dos convencionais.

Entretanto, para agregados leves com porosidade aberta na face externa e

com baixo teor de umidade, ocorre a redução da espessura da zona de tran-

sição, em função da diminuição da relação água/cimento da pasta nessa região,

ocasionada pela absorção de água do agregado. Esse efeito é denominado por

alguns pesquisadores "filtragem" ou "densificação". A diminuição da espessura

da zona de transição pasta-agregado pode ser atribuída, também, à redução do

efeito parede nos agregados leves, normalmente mais rugosos e porosos que os

agregados convencionais (Holm et ai, 1984; Zhang; Gj<j>rv, 1990a; Sarkar et ai,

1992; Zhang; Gj^rv, 1992; Lo et ai, 1999; Vieira, 2000).

Segundo Zhang e Gj(|>rv (1990) e Wasserman e Bentur (1996), a interface entre

o agregado leve e a pasta de cimento apresenta baixa porosidade e caracteriza-se

pela alta ancoragem mecânica entre o agregado leve e a pasta de cimento, conse-

qüência da rugosidade da superfície do agregado.

Nos estudos realizados por Khokhrin (1973) sobre a interface entre o agrega-

do leve e a pasta de cimento, utilizando técnicas de análise da resistência à com-

pressão em regiões particulares do concreto leve, observou-se que a zona de tran-

sição pasta-agregado apresentou resistência à compressão entre 9 MPa e 15 MPa,

enquanto a pasta de cimento apresentou valores variando entre 6 MPa e 8 MPa.

Holm e Bremner (1994) examinaram várias estruturas de concreto com agregados

leves expostas em ambientes marinhos há mais de 60 anos e verificaram que o agrega-

Page 85: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

do leve apresentava boa aderência à pasta e que a quantidade de sílica (Si) presente

na interface pasta-agregado era maior que a presente na pasta de cimento.

Os estudos realizados por Sarkar et al. (1992) e Wasserman e Bentur (1996)

indicaram que a redução da espessura da zona de transição pasta-agregado me-

lhora o desempenho das propriedades relacionadas à resistência mecânica e à

durabilidade dos concretos leves, demonstrando, assim, a grande importância do

estudo da zona de transição pasta-agregado nos concretos leves.

5.3 Zona de transição nos concretos com argila expandida brasileira Para melhor compreender a atuação da argila expandida brasileira na micro-

estrutura do concreto, apresentamos a seguir uma análise do efeito desse agregado

na zona de transição interfacial pasta-agregado (Rossignolo, 2007 e 2009). Esse

estudo foi realizado de forma comparativa, utilizando também o agregado basálti-

co, com as seguintes técnicas:

• Análise quantitativa por EDS (espectrografia de raios-X por dispersão de

energia) associada ao MEV (microscópio eletrônico de varredura); e

• Análise de imagens obtidas no MOT (microscópio ótico de transmissão).

Os materiais utilizados para a produção dos concretos foram: cimento Portland

de alta resistência inicial (CPV ARI), com massa específica de 3,12 g/cm3 e área

específica Blaine de 4.687 cm2/g; areia natural com dimensão máxima de 2,4 mm e

massa específica de 2,63 g/cm3; brita basáltica com dimensão máxima de 9,5 mm;

e argila expandida de fabricação nacional com dimensão máxima de 9,5 mm.u

Foram produzidos dois tipos de concretos, com argila expandida e com brita

basáltica, com relação água/cimento de 0 ,40 e relação cimento/agregado de

1:1, em massa.

Foram moldados 5 corpos-de-prova de 35 mm de diâmetro e 70 mm de altura

para cada tipo de concreto. Após a moldagem, os corpos-de-prova foram acondi-

cionados em câmara úmida (23 ± 2°C e 95 ± 5% UR) e desmoldados após 24

14 Mais detalhes sobre os materiais utilizados podem ser obtidos em Rossignolo (2003).

Page 86: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

horos. Em seguida, permaneceram na câmara úmida por mais 27 dias. Após esse

período, os corpos-de-prova foram envolvidos por filme plástico e armazenados em

sala climatizada (25 ± 3°C e óO ± 15% UR) até a realização das análises experi-

mentais, que ocorrem aos 100 dias de idade para as análises em MEV e aos 160

dias para as análises em MOT.

5 . 3 . 1 Anál ise quant i tat iva EDS-MEV

A análise da zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento foi

feita por meio da verificação quantitativa dos principais produtos da hidratação de

cimento nas proximidades do agregado, como CH (hidróxido de cálcio), C-S-H (sili-

cato de cálcio hidratado), AFt (etringita) e AFm (monosulfoaluminato de cálcio).

Essa análise foi feita utilizando os resultados das pesquisas realizadas por

Taylor e Newbury (1984), Wasserman e Bentur (1996) bem como Kjellsen et cr/.

(1998), onde foram apresentados valores numéricos entre as relações das massas

atômicas de alguns óxidos presentes na pasta de cimento (S i02 [Si], CaO [Ca],

Fe203 [Fe], Al203 [Al] e S 0 3 [S]) para associá-las à presença dos produtos do ci-

mento hidratado, como apresentado abaixo:

C-S-H: 0,8 < Ca/Si < 2,5 (Al + Fe)/Ca < 0,2

CH: Ca/Si > 1 0 (Al + Fe)/Ca ^ 0,04 S/Ca ^ 0,04

AFm: Ca/Si > 4 (Al + Fe)/Ca > 0,4 S/Ca > 0,15

Assim, a determinação da espessura da zona de transição pasta-agregado para

os dois tipos de concreto, com 100 dias de idade, foi realizada pela análise dos

perfis de Ca/Si, (Al+Fe)/Ca e S/Ca, utilizando a análise semiquantitativa por EDS

(espectrografia de raios-X por dispersão de energia) associada ao MEV (microscópio

eletrônico de varredura), em vários pontos ao longo de uma linha perpendicular à in-

terface pasta-agregado. A análise das amostras foi realizada no Núcleo de Química

(NQ) do Departamento de Materiais de Construção (DMC) do Laboratório Nacional

de Engenharia Civil (LNEC), em Lisboa, Portugal, utilizando um microscópio eletrôni-

co da marca JEOL, modelo JSM-6400, com filamento de tungstênio.

Page 87: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Para cada tipo de concreto foram analisados dez perfis, com 15 pontos cada,

ao longo de uma linha perpendicular à interface pasta-agregado (Figuras 42 e 43).

O comprimento do perfil analisado, perpendicular à interface, foi de aproximada-

mente 1 80 pm, sendo 40 fjm no agregado e 140 pm na pasta de cimento. Foram

utilizadas cinco amostras polidas para cada tipo de concreto, preparadas segundo

a metodologia descrita em Rossignolo (2003).

matr iz de cimento argila

expandida matriz « cimento

i f ivn F í L01 X500 15a*/*.

\ *

-

— 1 0 K n F 1 110 1 X 5 0 0 ' 15mn

Í5KU I 3 K U

F igu ra 4 2 . Micrografia (MEV) do perfil de F igu ra 4 3 . Micrografia (MEV) do perfil de

análise nas amostras polidas de concreto com análise nas amostras polidas de concreto com

agregado basáltico. Fonte: Rossignolo, 2009. argila expandida. Fonte: Rossignolo, 2007.

As Figuras 44 e 45 apresentam os resultados dessas análises. Os valores obtidos

para as relações (Al+Fe)/Ca e S/Ca indicam que nenhum dos concretos estudados

apresentou teores significativos de AFm ou de AFt, considerando que os elementos

Al, Fe e S estão presentes na pasta de cimento, predominantemente nas fases AFt e

AFm. Observa-se, também, que não houve uma região preferencial para a forma-

ção de AFm e AFt, por exemplo, na zona de transição pasta-agregado. Com isso, a

espessura da zona de transição foi determinada por meio da análise do comporta-

mento da relação Ca/Si, que apresentou variação significativa na região próxima

ao agregado, possibilitando, assim, a identificação da zona de transição.

A espessura da zona de transição foi definida como a distância entre a inter-

face pasta-agregado e o ponto em que os valores da relação Ca/Si apresentaram

estabilização.

Page 88: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

100

O 'O o oc

10

0 .1

Bcsahc

• • •

zona de Iran

r

Mc fiz

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• t •• •

•40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Distância d a Interface ( O m)

F i g u r a 4 4 . Relações entre Ca/S i para o concreto com agregado

basáltico. Fonte: Rossignolo, 2 0 0 9 .

o o •o v> 3. ® OC

0.1 •40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 <?0 100 110 120 1 30 140

Distância d a Interface (m)

F i g u r a 4 5 . Relações entre Ca/S i para o concreto com argila expandida.

Fonte: Rossignolo, 2 0 0 7 .

Nos concretos com argila expandida, o valor obtido para espessura da zona

de transição foi de 30 pm, enquanto nos concretos com agregado basáltico foi

de 55 pm, demonstrando, assim, que a absorção de água da argila expandida

promove a redução da espessura da zona de transição, em função da redução da

Page 89: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

relação água/cimento da pasta nessa região, efeito esse denominado "filtragem"

ou "densificação".

Observou-se também diminuição do teor de hidróxido de cálcio (CH) na região

da zona de transição dos concretos com argila expandida, em comparação com

o concreto com agregado basáltico, que pode ser constatada pela redução dos

valores da relação Ca/Si nessa região.

5 . 3 . 2 Anál ise de imagens obtidas no M O T

Para análise qualitativa de imagens obtidas em microscopia ótica de trans-

missão (MOT) foram utilizadas lâminas delgadas de concreto com 30 |.im de es-

pessura (Figura 46), preparadas segundo procedimento descrito por Rossignolo

(2003), com 160 dias de idade. Foi utilizado um microscópio ótico da Marca

Olympus, modelo BX60, associado a um sistema informatizado de análise de ima-

gens, alocado no Núcleo de Química (NQ) do Departamento de Materiais de Cons-

trução (DMC) do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) de Lisboa.

A análise das imagens dos concretos obtidas em MOT, realizada com a inten-

ção de complementar os estudos da zona de transição utilizando MEV associado

ao EDS, possibilita avaliar o comportamento dos grãos anidros de cimento nas

proximidades do agregado.

b)

F igura 4 6 . Lâminas delgadas de (a) concreto leve e (b) concreto com basalto. Fonte: Rossignolo, 2003.

Page 90: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Os grãos anidros de cimento Portland, como C2S (belita) e C3S (alita), podem

ser facilmente identificados nas imagens obtidas no microscópio ótico de trans-

missão (MOT), com mostra a Figura 47.

Foram realizadas dez análises para cada tipo de concreto, para a verificação

do comportamento dos grãos anidros de cimento nas proximidades dos agrega-

dos, obtendo-se, assim, informações qualitativas sobre a zona de transição pasta-

agregado. As imagens foram produzidas no modo de luz transmitida com polos

paralelos (LTPP), com magnificação de 200x.

Nos resultados dessa análise observou-se que a espessura da zona de transição,

caracterizada pela região com baixa quantidade de grãos anidros de cimento próximo

ao agregado, apresentou valores próximos aos obtidos no estudo de MEV associado ao

EDS, ou seja, aproximadamente 50 jum para os concretos com basalto e 30 .um para os

concretos com argila expandida, como pode ser observado nas Figuras 48 e 49.

Vale salientar que na escolha e na análise das amostras de concreto, para o es-

tudo da interface entre o agregado e a matriz de cimento, tanto no MEV quanto no

MOT, os seguintes cuidados foram tomados: foram utilizadas as amostras do centro do

corpo-de-prova; o corte das amostras foi feito em planos perpendiculares ao sentido de

moldagem; foram analisadas as interfaces ao redor dos agregados que apresentaram

aiíta

•M • -• belita

F i g u r a 4 7 . Micrografia (MOT) da pasta de cimento (400x).

Fonte: Rossignolo, 2003 .

Page 91: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

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A - : v? -

• V . . . ' • . • • .. • ' 4 - 4 V • * * * <• 4 . s r ;

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F igura 4 8 . Micrografia (MOT) da zona de transição dos concretos

com argila expandida. Fonte: Rossignolo, 2003 .

X, • 4

R e i ••'TLE -•..

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F igura 4 9 . Micrografia (MOT) da zona de transição dos concretos com brita basáltica. Fonte: Rossignolo, 2003.

Page 92: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

dimensão máxima (9,5 mm) na superfície analisada, evitando, assim, regiões com

probabilidade de exsudaçõo, como as partes superior e inferior do agregado.

5 . 3 . 3 Considerações sobre as anál ises da zona de transição

Os resultados dessas análises corroboram as afirmações de diversos pesqui-

sadores de que a zona de transição pasta-agregado em concretos com agrega-

dos leves apresenta características diferenciadas, quando comparada com a dos

concretos convencionais, como redução da espessura, redução da quantidade de

poros, aumento do teor de grãos anidros de cimento Portland e redução da quanti-

dade e do tamanho dos cristais de hidróxido de cálcio.

Esse fenômeno apresenta forte influência nas propriedades dos concretos leves,

como a resistência mecânica, o módulo de deformação, o mecanismo de propaga-

ção de fissuras e a permeabilidade de agentes agressivos nos concretos, conforme

discutimos anteriormente no Capítulo 4.

Informações mais detalhadas sobre o efeito da argila expandida, da sílica

ativa e do látex SBR na microestrutura do concreto podem ser obtidas nos estudos

desenvolvidos por Rossignolo (2003, 2007 e 2009).

Page 93: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

ó APLICACÕES

/

DO CONCRETO LEVE

A p e s a r d e o c o n c r e t o l e v e e s t r u t u r a l apresentar aplicações nos

mais diversos setores da construção civil, sua viabilidade técnica e econômica é maior

em estruturas nas quais grande parte das solicitações deve-se ao peso próprio, como

pontes e edificações de múltiplos pavimentos, em construções que envolvem transporte

de componentes, caso dos sistemas construtivos pré-fabricados, e em estruturas flutu-

antes, como plataformas e tanques.

6.7 Aplicações pelo mundo O fim da validade da patente obtida por Hayde para a produção de agregados

leves, em 1946, e a reconstrução do pós-guerra ajudaram a disseminar a tecnologia

dos concretos leves pelo mundo em aplicações que se beneficiavam da redução da

massa específica do concreto, como:

• Edificações de múltiplos pavimentos: em locais com solo com baixa capa-

cidade de suporte e com a finalidade de reduzir as solicitações estruturais

ocasionadas pelo peso próprio;

• Construções pré-fabricadas: com a finalidade de beneficiar o transporte e

a montagem das peças;

• Estruturas especiais, como pontes e coberturas de grandes vãos e estruturas

flutuantes.

Page 94: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Nos estudos realizados por CEB/FIP (1977), Holm e Bremner (2000), as estru-

turas moldadas in loco com concreto leve mostraram-se, em média, de 5% a 10%

mais baratas do que as executadas com concreto convencional, ao passo que em

pontes com grande comprimento, também moldadas in loco, a redução de custos

atingiu até 15% do valor da obra. Com a utilização da tecnologia da pré-fabrica-

ção, observou-se que os valores da redução de custos apresentados podem dobrar,

devido às seguintes particularidades:

• Redução dos custos de transporte por unidade de volume de concreto, entre

20% e 50%;

• Possibilidade de produzir peças com dimensões maiores, utilizando os mes-

mos equipamentos da fábrica e do canteiro;

• Redução do tempo de montagem das estruturas — entre 25% a 50%.

A seguir serão apresentados alguns exemplos importantes da aplicação do con-

creto estrutural com agregados leves a partir dos anos de 1960 em diversos países,

divididos em Edificações, Pontes, Coberturas e Estruturas Flutuantes.

6 . 1 . 1 Edificações

A Tabela 12 e as Figuras 50 a 62 apresentam exemplos de edificações que uti-

lizaram concreto com agregados leves em sua execução, a partir da década de 1960.

6 . 1 . 2 Pontes

A construção e a recuperação de pontes utilizando concretos leves também se

mostraram importantes aplicações desse tipo de material nos últimos anos. Normal-

mente, nas pontes de grandes vãos em concreto armado, o peso da estrutura pode

representar até 70% das solicitações estruturais. Nesses casos, a utilização do

concreto leve para execução do tabuleiro possibilita a redução das dimensões dos

elementos estruturais e viabiliza o aumento dos vãos entre pilares. Segundo Daly

(2000), a aplicação do concreto leve estrutural na execução de pontes promove

uma redução do custo total da obra entre 2% e 7%.

Page 95: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Denominação/ local

Ano A l tu ra (m) M a s s a esp. (kg/m 3)

Consumo cimento (kg/m3)

L (MPa)

Volume CLE (m3)

Local da aplicação/

F iguras

Marina City Towers

Chicoco • EUA 1962 180 1680 3 1 0 25 19 .000 Lajes (Figuro 50)

Raymond-Hillard Chicago • EUA

1966 60 1680 2 8 0 - 4 0 0 2 5 - 3 9 2 3 . 0 0 0 Pilares, lojes e paredes portantes (Figura 51)

Australia Squaro

$idn*y - Aufiófio

1967 184 1 7 5 0 - 1 8 7 0 3 4 0 - 4 1 5 2 4 - 3 5 3 1 . 0 0 0 Estrutura (moldada in loco e pré-fabricada)

(Figuro 52)

Seguradora GUIF

Jocljowní* • EUA

1967 124 1920 4 7 5 35 - Pilares e vigas externos pré-fabricadas

Lake Point a<090.EUA

1968 195 1730 3 3 0 22 ,5 2 6 . 0 0 0 Lojes (Figura 53)

Hotel Hilton

hxoi-EUA 1968 90 1660 4 2 0 2 8 - 3 5 9 . 5 0 0 Módulos pré-fobricados (Figura 54)

KOBE

HotvXu. Jopóo 1969 109 1750 318 30 7 . 0 0 0 -

Shell Plaza 1

Kòwfc»•EUA 1969 2 1 8 1840 3 6 5 - 4 1 5 3 2 - 4 2 6 8 . 8 0 0 Estrutura (moldada in loco)

(Figura 55)

Adm. U.Elétrica

Hao&imjo - AUmanho 1969 • 1520 3 5 0 32 - Estrutura suspensa (Figura 56)

Standard Bonk

Jot>an*ibvg»ÁJii<o do Svl 1970 139 1950 3 1 0 31 6 . 0 0 0 Lajes pró-fobricadas (vigos TTJ

(Figura 57)

Tabela 1 2 . Aplicações do concreto leve estrutural em edificações a partir de 1960.

Page 96: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

continuação

Denominação/ local

Ano A l tu ra (m) M a s s a esp. (kg/m 3)

Consumo cimento (kg/m 3)

(MPa) Volume CLE

(m3) Local da

aplicação/ F iguras

B M W

Mvniqv* • Siúfo 1972 100 1660 3 5 0 41 3 .400 Lajes pró-fobricadas (Figuro 58)

Picasso Tower

Modri • Etponho 1989 157 1855 3 2 0 3 0 10.000 Lajes (bombeado)

Library Tower

los Arv«J*> - EUA 1990 3 1 0 • • 28 - Lajes

Tokyo M. G.

kqv o •Japóo 1991 2 4 3 1850 - 21 15.200 Lajes (bombeado)

Nationsbank

Chatlotf • EUA 1994 2 5 2 1890 385 47 2 3 . 0 0 0 Lajes (bombeado)

(Figuro 59)

Museu Guggenheim B 'òao - Espanha

1997 - 1600 • 25 4 .400 Lajes (bombeado)

(Figuro 60)

First Notionol Bank

Omaha-EUA 2002 193 1850 - 5 0 8 .500 Lojes (bombeado)

(Figuro 61)

Chateou on the Loke

fccnwn - EUA 2 0 0 2 - 1760 - 31 - 4 4 - Estrutura pré-fobricado (Figuro 62)

Market Square Plazo

Hartíiburg • EUA 2005 60 • - - - Lajes (bombeado)

Phoenix Crime lab

Phoentx • EUA 2 0 0 7 - 1890 - 48 - Lajes (autoadensável)

Tabela 12 . Aplicações do concreto leve estrutural em edificações a partir de 1960.

Page 97: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 5 0 . Edifícios Marina City (Chicago, Estados Unidos): a) Execução das lajes, em concreto leve com espessura de 12 cm; b) Edificação concluída (1962). Fonte: CEMBUREAU, 1974.

F igura 5 1 . Edifícios Raymond-Hillard (Chicago, Estados Unidos). Os quatro edifícios utilizaram con-

creto leve nas paredes estruturais, nos pilares e nas lajes. Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 98: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Figura 52 . Edifício Australia Square Skyscraper (Sidney, Austrália): a) Execução de um pavimento tipo — o

concreto leve foi aplicado nos moldes incorporados (pré-fabricados) dos pilares e vigas externas e na concreto-

gem in loco dos pilares, vigas radiais e lajes; b) Edificação concluída (1967). Fonte: CEMBUREAU, 1974.

F igu ra 5 3 . Edifício Lake Point (Chicago, Estados Unidos), com 75 pavimentos: a) e b) Execução dos pavimentos tipos — o concreto leve foi aplicado nas lajes (moldadas in loco) com 20 cm de espessura; c) Edificação concluída (1968). Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 99: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

a)

F igu ra 5 4 . Edifício Hotel Hilton Palácio dei Rio (Texas, Estados Unidos), construído com módulos (quartos) pré-fabricados em concreto leve sobrepostos e engastados em um núcleo central e em duas paredes laterais executadas em concreto convencional: a) Montagem da armadura do módulo; b) Transporte do módulo; c) e d) Instalação dos módulos; e) Edificação concluída (1968). Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 100: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

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UIIIIHIMIMIMIMIUHIIIIIIB l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l i I : lll I I I l l l l l l l l l l l l l I I l l l l l l l l l l l l I I | iiiiiiiiiiiiHiiiiifiitiiiiiiitjg 11111111111111111111111 l l l l l l I I E i i i i i i i i ini i i i i i i i i i i i i II um f i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i t i j I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I * •ii i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i | l l l l l l l l l IIIHIIIIIIIIHll 11I11 I I I 111III 111 11111 L I I I 11I L I | IIIII lll II l l l l II l l l l l l l II lll II11

i i Mima •1.

F i g u r a 5 5 . Edifício Shell Plozo 1 (Houston, Estados Unidos): a) Execução integral da estrutura moldada

in loco utilizando concreto leve; b) Edificação concluída (1969). Fonte: CEMBUREAU, 1974.

F i g u r a 5 6 . Edifício da

Administração da Usina Elétrica

do Nordeste da Alemanha

(Hamburgo, Alemanha).

Executado com estrutura

suspensa, em concreto leve,

sobre tirantes engastados em

arco executado em concreto

convencional: a) Execução dos

arcos e da estrutura suspensa; b)

e c) Edificação concluída (1969).

Fonte: CEMBUREAU, 1974 .

Page 101: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 5 7 . Edifício Standard Bank (Johanesburgo, África do Sul): a) Ilustração da estrutura, com núcleo central e sistema de vigas suspensas por pendurais executados em concreto convencional, com piso em lajes duplo T em concreto leve; b) Execução do sistema de vigas suspensas; c) Edificação concluído (1970). Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 102: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

a) b)

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F i g u r a 5 8 . Edifício administrativo

da B M W (Munique, Suíça): a) Núcleo

estrutural composto por quatro colunas

executadas em concreto convencional;

b) e c) Ilustração da execução das

lajes (com elementos pré-fabricados

de concreto leve) suspensas por um

sistema de vigas no topo do edifício;

d) Edificação concluída (1972).

Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 103: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

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!« 19! I 115 Ílíílllj|E t is l i rssssssf í f» •»HSS-USSIS—K

F igura 5 9 . Edifício Nationsbonk (Charlotte, Estados Unidos) em execução. Foram utilizados 23 .000 m3 de concreto leve bombeado (até 250 m de altura) para a confecção das lajes, com 12 cm de espessura. Fonte: FIB, 2000.

F igura 6 1 . Edifício First National Bank

(Omaha, Estados Unidos). Foram utilizados

8 .500 m3 de concreto leve nas lajes. Fonte:

ESCSI, 2003.

F igura 6 0 . Museu Guggenheim (Bilbao,

Espanha). Foram utilizados 4 .400 m3 de

concreto leve nas lajes. Fonte: FIB, 2000.

Page 104: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 6 2 . Hotel Chateou on the Lake (Branson, Estados Unidos): a) Execução da estrutura e da vedação externa com 1.300 elementos pré-fabricados em concreto leve — detalhe da viga duplo T com 4 0 m de comprimento para cobertura do cassino; b) Edificação concluída (2002). Fonte: ESCSI, 2002.

A Tabelo 13 apresenta alguns exemplos de pontes que utilizaram concreto leve

estrutural, com destaque para as executadas na Noruega. Nesse país foram con-

struídas diversas pontes com aplicação de concreto leve nos trechos centrais dos

vãos e de concreto com agregados convencionais na região próxima aos pilares.

Como exemplos, pode-se citar a ponte Stolma (Figura 63), com vão central de 301

m, sendo 1 84 m executados com concreto leve (Figura 64), e a ponte Stovset (Figu-

ra 65), com vão central de 220 m, sendo 146 m executados em concreto leve.

Um exemplo recente da aplicação de concreto leve em pontes de grandes vãos

ocorreu em 2007 na ponte Benicia-Martinez (Figura 66), na Califórnia, Estados Uni-

dos, com a finalidade de reduzir o consumo de concreto para vencer os vãos em torno

de 200 m bem como diminuir os custos com a estrutura de fundação (ASPIRE, 2007).

Na Noruega, observa-se a execução de pontes flutuantes, como a Nordhorland

(Figura 67), com o tabuleiro apoiado em "caixões" flutuantes, ambos executados em

concreto leve. Nesse tipo de construção, a solicitação estrutural promovida pela ação

das ondas é proporcional à profundidade submersa do elemento. Nesse caso, o

concreto leve aumenta a flutuabilidade da estrutura, quando comparado ao concreto

convencional, reduzindo a porção submersa e, com isso, diminuindo o consumo total

de concreto e armadura. Especificamente no caso da ponte Nordhorland, a redução

das dimensões dos "caixões" com a utilização do concreto leve proporcionou uma

economia da ordem de 12% do custo total da estrutura da ponte Pakobsen, 2000).

Page 105: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Denominação Local Ano Maior vão (m) Y (kg/m>) (MPa)

Friorton Escócia 1978 174 1750 38

Koningspleij HoJanda 1986 133 2 0 2 0 3 7

Bergjfysund Noruega 1992 185 1900 55

New Eidsvoll Sund Noruega 1992 4 0 1880 6 7

Stov$ef Noruego 1993 2 2 0 1900 58

Nordhorland Noruega 1994 172 1900 55

Grenlond Noruego 1996 3 0 5 1890 6 0

Stolma Noruego 1999 3 0 1 1940 7 0

Rugutnd Noruega 2 0 0 0 190 - 6 0

Virgínia Dare EUA 2 0 0 4 1840 3 0

Benicio-Morlinez EUA 2 0 0 7 2 0 0 - 4 5

Tabela 1 3 . Pontes produzidas com concreto leve.

6 . 1 . 3 Coberturas

Assim como nas pontes, nas coberturas de grandes vãos executadas em con-

creto armado, o peso próprio da estrutura pode representar grande parcela das

solicitações estruturais. Nesses casos, a utilização do concreto leve para execução

da estrutura da cobertura proporciona a redução das dimensões dos elementos es-

truturais e viabiliza o aumento dos vãos entre pilares. A Tabela 14 apresenta alguns

exemplos importantes de estruturas de cobertura executadas entre 1960 e 2000.

Page 106: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 6 3 . Ponte Stolma, na Noruega. Fonte: FIB, 2000.

I 184 m [ _ C65l LC6Õ >05

F igu ra 6 4 . Ilustração da aplicação do concreto leve no vão central da ponte

Stolma, na Noruega. Fonte: FIB, 2000.

F igu ra 6 5 . Ponte Stovset. Fonte: FIB, 2000.

Page 107: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 6 6 . Ponte Benicia-Martinez, nos Estados Unidos. Fonte: ASPIRE, 2007

F igura 6 7 . Ponte flutuante Nordhordland, na Noruega: a) Iransporte de um "caixão" flutuante; b) Irecho

do tabuleiro apoiado nos "caixões"; c) Ponte concluída. Fonte: Jakobsen, 2000.

Page 108: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

D e n o m i n a ç ã o / L o c a l / F i g u r a s A n o V ã o (m) Y ( k g / m 3 ) ( M P a )

Terminal da TWA - Aeroporto John F. Kennedy (Novo Vori. EUA) |F>gura 68}

1960 - 1850 35

Aeroporto Internacional de Dulles [Washirqtoc, EUA) |Figura 69)

1962 51 1760 28

Assembly Hall {MWú.flM} IF-gv.ro 70j

1962 122 1680 28

Oakland Coliseum [Oaíland, EUA)

1967 128 1760 2 8 - 3 5

Hangar [Frankfurt, AWnonJia] (figura 71)

1970 130 1650 37

Pavilhão de Portugal - Expo - 98 líiiboa. Porhigafj (figuro 72)

1998 65 1850 25

Tabela 1 4 . Estruturas de cobertura executadas em concreto leve.

a)

Page 109: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

o) F igu ra 6 9 . Aeroporto Internacional de Dulles (Washington, Estados Unidos):

a) Cobertura em fase de construção;

b) Cobertura concluída. Fonte: CEMBUREAU, 1974.

122,OOm

F igu ra 7 0 . Assembly Hall (Illinois, Estados Unidos): a) Vista aérea da construção da cobertura; b) Ginásio concluído; c) Ilustração das dimensões internas. Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 110: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 7 1 . Hangar em Frankfurt (Alemanha): a) Vista aérea da construção da cobertura; b) Ilustração do sistema estrutural; c) Vista da cobertura em construção; d) Vista interna; e) Hangar concluído. Fonte: CEMBUREAU, 1974.

Page 111: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 7 2 . Pavilhão de Portugal no Parque das Nações (Expo-98), em Lisboa-Portugal.'5

6 . 1 . 4 Es t ru tu ras f lu tuantes

Os últimos 40 anos marcaram um expressivo aumento da aplicação dos con-

cretos leves estruturais em ambientes marítimos, como os tanques e as plataformas

petrolíferas (Tabela 15). Dentre esses tipos de construções, destacam-se as estrutu-

ras marítimas flutuantes, construídas em doca seca e, posteriormente, transportadas

para o local de implantação, onde podem permanecer flutuando (ancoradas) ou

apoiadas no leito marítimo.

15 Disponível em http://lpmcom.pt. Acessado em setembro de 2009.

Page 112: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F u n ç ã o / D e n o m i n a ç ã o / F i g u r a s

Local A n o T ( k g / m 3 ) ** ( M P a )

Plataforma petrolífera - CIDS EUA 1984 1840 45

Experimental Noruega 1984 1915 70

Doca Flutuante - Snorre Noruega 1991 1950 65

Plataf. petrolífera - Heidrun TLP (Figura 73)

Noruega 1995 1950 70

Plataf. petrolífera - Troll GBS (Figura 74)

Noruega 1995 1950 65

Plataf. petrolífera - Troll West Noruega 1995 2250 75

Tanque - BP Escócia 1996 1875 50

Plataf. petrolífera - South Arne (Figura 75)

Dinamarca 1999 1850 62

Plataf. petrolífera - Hibernia Canadá 2003 2000 79

Doca flutuante - Bremerton (Figura 76)

EUA 2009 - -

Tabela 15 . Exemplos de construções marítimas produzidas em concreto leve.

Page 113: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 7 3 . Ilustração da Plataforma Petrolífera Heidrun TLP

em operação (Noruega). Fonte: FIB, 2000.

F igura 7 4 . Plataforma petrolífera Troll GBS (Noruega), com 472 m de altura: a) Construção da

plataforma em doca seca; b) Transporte da plataforma; c) Plataforma apoiada no leito marítimo e em

funcionamento; d) Ilustração da plataforma em funcionamento.16

l ó Disponível em http://www.shell.no. Acessado em setembro de 2009.

Page 114: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 7 5 . Plataforma petrolífera South Arne (Dinamarca): a) Construção da

plataforma em doca seca; b) Inundação da doca; c) Transporte da plataforma;

d) Plataforma apoiada no leito marítimo e em funcionamento. Fonte: FIB, 2000.

F igu ra 7 6 . Doca flutuante em Bremerton, Estados Unidos: a) Construção dos seguimentos em doca seca; b) Transporte das estruturas; c) Doca concluída. Fonte: ESCSI, 2009 .

Page 115: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

6 .2 Aplicações no Brasil

Pode-se afirmar que no Brasil a utilização dos concretos com agregados leves

ainda é modesta, frente ao seu potencial de utilização, estando concentrada no

Estado de São Paulo e em estados vizinhos, tendo em vista a localização da fábrica

de argila expandida Cinexpan em Várzea Paulista - SP.

Desde o início da produção de argila expandida no Brasil, em 1968, a maioria

das aplicações dos concretos leves estruturais no setor da construção civil nacional

ocorre em elementos estruturais pré-fabricados e na estrutura de edificações de múlti-

plos pavimentos moldado in loco, em especial nas lajes. A seguir serão apresentados

alguns exemplos dessas aplicações em obras de destaque no cenário nacional ocor-

ridas após o início da produção de agregados leves no Brasil.

6 . 2 . 1 Es t ru tu ras pré-fabricadas produzidas pela Cinasa entre

1 9 6 8 e 1 9 7 3

As primeiras aplicações do concreto com argila expandida ocorreram em ele-

mentos pré-fabricados estruturais executados pela Cinasa, no Estado de São Paulo.

Destacam-se as edificações apresentadas a seguir, executadas entre os anos de

1968 e 1973, utilizando concretos com valores de massa específica e de resistên-

cia à compressão (aos 28 dias) variando, respectivamente, entre 1800 kg/m3 e

2000 kg/m3 e entre 16 MPa e 26 MPa.

• Fábrica da Rhodia em Santo André - SP (Figura 77);

• Fábrica da Mangels em São Bernardo - SP (Figura 78);

• Escola na Vila Sônia, em São Paulo - SP (Figura 79);

• Escritório da Cinasita em Jundiaí - SP (Figura 80);

• Cobertura do escritório da Camargo Corrêa S/A em São Paulo - SP (Figura 81 );

• Garagem-padrão da Prefeitura Municipal de São Paulo - SP (Figura 82);

• Fábrica da Elastic em São Paulo - SP (Figura 83).

As figuras 77 a 83 foram gentilmente cedidas pelo Eng. Augusto Carlos Vasconcelos

Page 116: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 7 7 . Fábrica da Rhodia em Santo André - SP.

a]

F igu ra 7 8 . Fábrica da Mangels em São Bernardo - SP.

Page 117: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 7 9 . Escola na Vila Sônia, em São Paulo - SP.

F igura 8 0 . Escritório da Cinasita em Jundiaí - SP.

Page 118: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igura 8 1 . Cobertura do escritório da Camargo Corrêa S/A em São Poulo - SP.

F igu ra 8 2 . Garagem-padrõo da Prefeitura Municipal de São Paulo - SP.

Page 119: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 8 3 . Fábrica da Elastic em São Paulo - SP.

6 . 2 . 2 Ginás io do Clube Atlético Sant ista e Elevado Paulo de Front in

Além das estruturas pré-fabricadas executadas pela Cinasa, dentre as primeiras

aplicações do concreto com argila expandida merece destaque, ainda, as aplica-

ções na estrutura do Ginásio do Clube Atlético Santista (Ginásio do Tamboréu), em

1971, em Santos (Figura 84), e no tabuleiro do Elevado Paulo de Frontin (Figura

85) no Rio de Janeiro, em 1974.

F i g u r a 8 4 . Ginásio de Tamboréu, na fase de construção, em Santos.18

1 8 Disponível em http://www.novomilenio.inf.br. Acessado em setembro de 2 0 0 9 .

Page 120: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 8 5 . Elevado Paulo de Frontin, em construção,

no Rio de Janeiro.19

Especificamente no Ginásio do Clube Atlético Santista foi utilizado concreto leve

com resistência à compressão de 18 MPa e massa específica de 1800 kg/m3 nas

duas vigas principais (tipo verendel), com 75 m de comprimento (dois vãos de 25 m

e dois balanços de 12,5 m) e nas vigas de piso e da cobertura com 34 m de vão.

6 . 2 . 3 Construção de Bras í l ia

Na construção de Brasília, especialmente entre 1968 e 1972, o concreto com argila

expandida foi utilizado em diversas edificações, em especial nas executadas pela Cons-

trutora Rabello S/A, com destaque para a relação a seguir. A Tabela 16 apresenta uma

relação de traços de concretos com agregados leves aplicados nessas construções.

• 120 edifícios de três pavimentos, tipo "R-2" (24 apartamentos com 75 m2)

nas quadras sul (Figura 8ó20);

• Dezenas de edifícios do tipo "R-3" (36 apartamentos com 170 m2) nas

quadras sul (Figura 87);

19 Disponível em http://fotolog.terra.com.br/carioca_da_gema:41 1. Acessado em setembro de 2009 .

2 0 As figuras 86 a 92 foram gentilmente cedidos pelo Eng. José Carlos S. Jovine.

Page 121: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 8 6 . Seqüência de execução de um

edifício tipo "R-2" em Brasília - DF.

Page 122: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

• Dezenas de edifícios "R-7" para a Portobras (Figura 88);

• Cúria, Sacristia e Batistério da Catedral de Brasília;

• Terminal de carga rodoviário de Brasília-DF (Figura 89);

• Conjunto Habitacional da Codebras (Coordenação do Desenvolvimento de

Brasília);

• Edifício-sede da Construtora Camargo Corrêa (Figura 90);

• Anexo I do Itamaraty (Figura 91 );

• Construção de 500 habitações para suboficiais e sargentos da Marinha do

Brasil;

• Instituto Central de Ciências da Universidade de Brasília (UnB);

• Clube do Congresso Federal;

• Quartel-general da 12o Região Militar (Forte Apache) para o Ministério do

Exército (Figura 92).

r i " T I K ? s y i y

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v S " i l

1 1 «

F i g u r a 8 7 . Edifício tipo "R-3" em Brasília - DF.

Page 123: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 8 8 . Edifício tipo "R-7" em Brosílio - DF. F igu ra 8 9 . Terminal de carga rodoviário de

Brasília - DF.

F i g u r a 9 0 . Edifício-sede da Construtora F igu ra 9 1 . Anexo I do líamaraty em Brasília - DF.

Camargo Corrêa em Brasília - DF.

Page 124: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 9 2 . Seqüência de execução do Quartel-general da 12o Região

Militar em Brasília - DF.

Page 125: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Tipo Traço* Consumo Rel.a/c Resistência à compressão (MPa) (em massa) Figuras de cimento

(Kg/m3» Cura a vapor Cura normal de cimento

(Kg/m3» 6 hs 15 hs 28 dias 3 dias 28 dias

CLO 1 : 1,13 : 1,59 4 8 0 0 , 4 6 9 ,0 13,0 33,4 20 ,0 34 ,5

CL1 1 : 1 , 1 3 : 1,59 4 1 0 0 ,48 8,5 11,3 30 ,5 19,8 32 ,5

CL2 1 : 1,35 : 2 ,05 3 8 0 0 ,53 6 ,7 9 ,0 28,8 18,9 3 0 , 9

CL3 1 : 1,43 : 2 ,22 365 0 , 5 6 4 ,5 6 ,7 27 ,1 17,3 30 ,0

CL4 1 : 1 , 6 0 : 2 , 5 8 315 0 ,58 3,4 4,5 26 ,6 14,8 28 ,5

CL5 1 : 1 ,66 : 2,73 3 0 0 0 , 6 0 2,3 2,8 24 ,3 13,5 27 ,1

CL6 1 : 1,70 :2,92 285 0 , 6 2 2,3 2 ,6 24 ,0 13,0 25 ,0

CL 7 1 : 1,75 : 2 ,74 3 0 0 0 ,63 2,2 2 ,6 26 ,5 13,0 2 6 , 6

CL8 1 : 1,88 : 2 ,83 2 8 0 0 , 6 5 1,4 2,2 24,8 12,4 2 4 , 9

Tabe la 1 6 . Traços de concretos leves utilizados em algumas edificações na construção de Brasília - DF.22

'Cimento : argila expandida (Cinexpan 1506) : areia.

22 Os dados da Tabela 16 foam gentilmente cedidos pelo Eng. José Carlos S. Jovine.

Page 126: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

6 . 2 . 4 Cobertura da Rodov iár ia Municipal de São Car los - SP

Sendo o autor deste livro docente da Universidade de São Paulo, no Campus I de

São Carlos - SP, merece aqui destaque uma dessas aplicações na cidade de São Car-

los. Trata-se da cobertura da Rodoviária Municipal, inaugurada em 1982, executada

com vigas-calhas em concreto com argila expandida, com 15 m de vão (Figura 93).

Figura 9 3 . Rodoviária Municipal de São Carlos - SP.

6 . 2 . 5 Ampl iação do Centro de Convenções Riocentro em 1 9 9 6

Na ampliação do Centro de Convenções Riocentro, no Rio de Janeiro, realiza-

da em 1996 pelo consórcio das construtoras Odebrecht e OAS, utilizou-se aproxi-

madamente 15.000 m3 de concreto leve estrutural em elementos pré-fabricados

protendidos, em especial vigas e lajes. As Figuras 94 a 9821 ilustram a execução

dos elementos pré-fabricados e a Tabela 17 apresenta as informações sobre os

concretos utilizados.

21 Figuras gentilmente cedidas pela empresa Cinexpan Ind. e Com. Ltda.

Page 127: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 9 4 . Concretagem das lajes pré-fabricadas na ampliação do Riocentro

em 1996.

F igu ra 9 5 . Viga-calha pré-fabricada com

concreto leve estrutural utilizada na ampliação do

Riocentro em 1996.

F i g u r a 9 6 . Viga-I pré-fabricada com

concreto leve estrutural utilizada na

ampliação do Riocentro em 1996.

Page 128: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 9 7 . Processo de cura térmica dos elementos pré-fabricados na ampliação do

Riocentro em 1996.

F i g u r a 9 8 . Montagem dos elementos pré-fabricados na ampliação do Riocentro em 1996

Page 129: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Dosagem do concreto (kg/m3)

Lajes Vigas

Cimento Portland ARI 350 400

Microssílica 20 -

Agregado miúdo (areia) 750 590

Argila expandida (1506) 390 600

Brita 0 107 -

Aditivo superplastificante 4 4

Relação água/aglom. 0,22 0,23

Água 85 93

Características do concreto

índice de consistência 20 - 40 mm

Massa específica 1.600 a 1.700kg/m3

Resist. compr. (28 dias) 20 a 25 MPa

Tabe la 17 . Dosagem e características dos concretos leves utilizados na ampliação do Riocentro em

1996.2 3

6 . 2 . 6 Hotel Grand Hyat t

No hotel Grand Hyatt, situado na avenida das Nações Unidas em São Paulo

- SP, construído em 2001 pela empresa Método Engenharia, com projeto do es-

critório americano Lohan, a totalidade dos painéis de fachada em concreto foi

23 Informações gentilmente cedidas pela empresa Cinexpan Ind. e Com. Ltda.

Page 130: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

executada com argila expandida com a finalidade de aliviar as solicitações estru-

turais e facilitar a montagem.

Foram utilizados 1300 painéis, totalizando 15.000 m2, fornecidos pela em-

presa Stamp Painéis Arquitetônicos já revestidos com rocha ornamental, conforme

ilustra a Figura 99.

F i g u r a 9 9 . Fachada do hotel Grond

6 . 2 . 7 Continental Square Far ia Lima

Planejado com o objetivo de constituir um empreendimento diferenciado na

região da Vila Olímpia, em São Paulo, o Continental Square Faria Lima é composto

pela torre de escritórios Continental Office Tower e por dois blocos justapostos que

abrigam o flat Caesar Business e o hotel Caesar Park (Figura 100).

Esse empreendimento foi executado pela Inpar Engenharia em 2002, com pro-

jeto do escritório Aflalo & Gasperini Arquitetos, e dos 2800 painéis de fachada em

concreto fornecidos pela Stamp Painéis Arquitetônicos, cerca de 20% (560 painéis)

foram executados em concreto com argila expandida com a finalidade de reduzir

as solicitações estruturais.

Hyatt, em São Paulo, executada

com 1300 painéis em concreto

leve estrutural revestidos com rocha

ornamental.

Page 131: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F igu ra 1 0 0 . Visto aéreo do Continental Square Faria Lima, em São Paulo, onde foram utilizados

cerca de 5 6 0 painéis em concreto leve (20% do total de painéis da fachada).

6 . 2 . 8 Hotel Hol iday Inn no Parque Anhembi

Na execução do Hotel Holiday Inn Anhembi (Figura 101), em São Paulo - SP,

em 2004, pela Construtora São José, foram utilizados cerca de 1500 m3 de con-

creto com argila expandida em uma camada de reforço nas lajes existentes.

Na estrutura existente, executada no fim da década de 1960, as lajes tinham

ó cm de espessura e receberam uma capa adicional em concreto leve estrutural,

com massa específica em torno de 1 100 kg/m3, segundo a recomendação do res-

ponsável pelo projeto estrutural. O concreto leve foi utilizado, em substituição ao

concreto com agregados convencionais, com a finalidade de reduzir as solicitações

estruturais originadas por essa camada adicional.

F i g u r a 1 0 1 . Hotel Holiday Inn no Parque Anhembi, em Sâo Paulo - SP.

Page 132: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

6 . 2 . 9 Rochaverá Corporate T o w e r s

O Rochaverá Corporate Towers, complexo empresarial localizado na Marginal

do Rio Pinheiros em São Paulo - SP (Figuras 102 a 104), foi executado pela em-

presa Método Engenharia, com projeto do escritório Aflalo & Gasperini Arquitetos,

e utilizou painéis de fachada em concreto leve estrutural nas duas torres (A e B)

inauguradas em 2008, com a finalidade de aliviar as solicitações estruturais.

Foram utilizados 920 painéis (8900 m2) revestidos com rocha ornamental (gra-

nito) nas torres A e B, entre os andares 2o e 22°, fornecidos pela Stamp Painéis

Arquitetônicos, utilizando concreto leve com argila expandida (Cinexpan 1506)

com massa específica de 1900 kg/m3 e resistência à compressão de 13 MPa na

desforma ( ló horas) e de 35 MPa aos 28 dias.

F igu ra 1 0 2 . Montagem dos painéis de fachada durante a construção do Rochaverá Corporate Towers.

Page 133: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 1 0 4 . As torres

A e B do Rochaverá

Corporafe Towers,

finalizadas em 2 0 0 8 .

6 . 2 . 1 0 Sedes adminis t rat ivas da Pet robras em Macaé - RJ

Nas duas sedes administrativas da Petrobras executadas pela Hochtief do Brasil

em 2008 em Macaé - RJ, uma em Imboassica (Figura 105) e outra em Imbetiba

(Figura 106), na região da cobertura que une os dois blocos de cada sede foram

utilizados painéis de fachada em concreto leve (300 m2), fornecidos pela Stone Pré-

Fabricados Arquitetônicos. Os dados do concreto utilizado são apresentados na Ta-

bela 1 8.

F igu ra 1 0 5 . Sede administrativa da Petrobras em F i g u r a 1 0 6 . Sede administrativa da Petrobras em

Imboassica, Macaé - RJ. Imbetiba, Macaé - RJ.

Page 134: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Dosagem do concreto (kg/m3)

Cimento Portland ARI 4 2 0

Microssíl ica 6 8 6

Agregado miúdo (areia) 4 6 0

Argila expandida (1506) 2 0 0

Brita 0 4 , 2

Aditivo superplastificante 2 0 6

Relação água/aglom. 0 , 4 9

Características do concreto

Massa específica 1 . 9 7 0 kg/m3

Resist. compr. 12 horas 15 MPa

2 8 dias 3 5 MPa

Tabela 1 8 . Dosagem e características dos concretos leves utilizados nos painéis de

fachada da cobertura entre os blocos das sedes da Petrobras em Macaé - RJ.23

23 Informações gentilmente cedidas pela empresa Stone Pré-Fabricados Arquitetônicos.

Page 135: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

6 . 2 . 1 1 W T Nações Unidas

O edifício corporativo W T Nações Unidas em São Paulo - SP, inaugurado em

2008, foi construído pela empresa WTorre Engenharia e utilizou 3600 m3 de con-

creto com argila expandida nas lajes (Figuras 107 a 111).

A empresa Codeme, fornecedora da estrutura metálica, especificou a utilização

de concreto leve nas lajes tipo steel deck como fator determinante no alívio das

solicitações na estrutura. Além disso, a utilização do concreto leve nas lajes reduziu

o escoramento, antecipando o início das atividades subsequentes, diminuiu as de-

formações em vigas e lajes e aumentou a carga de utilização das lajes tipo.

As características do concreto leve utilizado no W T Nações Unidas, fornecido

pela Tupi Concreto, são apresentadas na Tabela 19 e os parâmetros norteadores

para desenvolvimento do traço foram: ser bombeável (slump 200 ± 30 mm); apre-

sentar massa específica em torno de 1800 kg/m3; resistência á compressão aos 28

dias superior a 20 MPa; e permitir o início de acabamento superficial no menor in-

tervalo possível, para que as operações finais fossem concluídas até às 22 horas.

F i g u r a 1 0 7 . Execução da estrutura do edifício W T Nações Unidas, em São Paulo - SP.

Page 136: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

F i g u r a 1 0 8 . Concretagem da laje do W T Nações

Unidas, em São Paulo - SP.

F igura 1 0 9 . Concretagem da laje do W T Nações Unidas, em São Paulo - SP.

Figura 110. Execução da

fachada do

edifício W T

Nações Uni-

das, em São

Paulo - SP.

Figura 111. Edifício W T

Nações

Unidas, em

São Paulo -

SP, concluído

em 2008 .

Page 137: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

Dosagem do concreto (kg/m3)

Cimento Portland CPIII-40 3 5 0

Agregado miúdo 9 5 1

Brita 0 164

Argila expandida (1506) 2 3 1

Aditivo polifuncional 1,6

Aditivo densificador 0 ,04

Água 2 2 8

Relação água/cimento 0 ,65

Características do concreto

índice de consistência 2 0 0 ± 3 0 mm

Massa específica 1 .800 kg/m3

Resist. compr. (28) dias 20 MPa

Tabela 1 9 . Dosagem e características dos concretos leves utilizados nas lajes do edifício W T Nações Unidas, em Sâo Paulo - SP.24

24 Informações gentilmente cedidas por Marcus Sugawara (empresa WTorre Engenharia).

Page 138: João adriano rossignolo   concreto leve estrutural

6 . 2 . 1 2 Vedações verticais em concreto armado moldadas in loco

Merecem destaque, ainda, as pesquisas realizadas no Laboratório de Cons-

trução Civil (LCC) da Escola de Engenharia de São Carlos (USP), desde 2004,

direcionadas ao desenvolvimento de concreto com argila expandida para utiliza-

ção em painéis de vedação vertical moldados in loco. Nesse tipo de vedação, que

possui também função estrutural, os painéis são moldados in loco utilizando forma

dupla e podem incorporar, durante o processo de produção, parte das instalações

dos sistemas prediais e esquadrias (Figuras 112 a 1 16).

As pesquisas desenvolvidas no LCC-EESC/USP englobaram o desenvolvimento

de concreto leve e a avaliação da influência das características das vedações no

desempenho térmico das habitações. Com relação ao desenvolvimento dos con-

cretos, destacam-se as seguintes especificidades: trabalhabilidade adequada ao

bombeamento e a moldagem (slump acima de 150 mm); condições favoráveis de

produção e cura; valores de resistência à compressão às 12 horas de idade acima

de 2 MPa, favorecendo a rápida desforma dos painéis, e aos 28 dias acima de

30 MPa; massa específica aparente entre 1600 e 2000 kg/m3 aos 28 dias; e ab-

sorção de água por imersão aos 28 dias de idade abaixo de 2,5% (Rossignolo;

Ferrari, 2006).

As pesquisas relacionadas ao desempenho térmico das edificações avaliaram

a influência da espessura da vedação e da massa específica do concreto no con-

forto térmico das tipologias usualmente construídas pela CDHU, nas oito regiões

bioclimáticas brasileiras. Com os resultados dessa avaliação foi possível determi-

nar, para as tipologias em questão, os valores ideais de espessura e de massa

específica do concreto para cada uma das oito regiões bioclimáticas (Sacht, 2008;

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O livro "Concreto Leve Estrutural" apresenta, em seis capítulos, o assunto de forma clara e didática. Inicialmente, nos dois primeiros capítulos, são apresentadas as definições e a evolução do desen-volvimento do concreto leve estrutural, assim como informações so-bre a produção, as características e as propriedades dos agregados leves - com destaque para a argila expandida brasileira. As alterações promovidas pela argila expandida na dosagem e na produção dos concretos e a forma de definição da relação água/cimento são relata-das no capítulo posterior.

O livro prossegue com a avaliação dos efeitos desse agregado nas propriedades dos concretos. Resultados de estudos correlatos desenvolvidos em outros países são comparados com os obtidos pelo autor, utilizando concretos com argila expandida brasileira. Com isso, foi possível propor alguns modelos teóricos para previsão do comportamento desse material no estado endurecido.

São apresentados também os estudos referentes à microestru-tura dos concretos com argila expandida, mais especificamente so-bre a zona de transição pasta-agregado. Foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica de transmissão (MOT) para avaliar o efeito da argila expandida brasileira na espessura e na qualidade da zona de transição pasta-agregado, de forma comparativa ao agregado convencional. Para finalizar o tex-to, são discutidos exemplos de aplicações dos concretos leves em diversos países, com destaque para aplicações recentes em obras de destaque no cenário nacional.

CLES 06.1955 ISBN: 978-85-7266-220-8