cassiana aparecida augusto kalintzis selmo chapira kuperman · 2008-08-22 · reforçam a zona...
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Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia de Construção Civil
ISSN 0103-9830
BT/PCC/274
Cassiana Aparecida Augusto Kalintzis Selmo Chapira Kuperman
São Paulo – 2001
ESTUDO DA FLUÊNCIA DO CONCRETODE ELEVADO DESEMPENHO
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Construção Civil Boletim Técnico - Série BT/PCC Diretor: Prof. Dr. Antônio Marcos de Aguirra Massola Vice-Diretor: Prof. Dr. Vahan Agopyan Chefe do Departamento: Prof. Dr. Alex Kenya Abiko Suplente do Chefe do Departamento: Prof. Dr. João da Rocha Lima Junior Conselho Editorial Prof. Dr. Alex Abiko Prof. Dr. Francisco Cardoso Prof. Dr. João da Rocha Lima Jr. Prof. Dr. Orestes Marraccini Gonçalves Prof. Dr. Antônio Domingues de Figueiredo Prof. Dr. Cheng Liang Yee Coordenador Técnico Prof. Dr. Alex Abiko O Boletim Técnico é uma publicação da Escola Politécnica da USP/Departamento de Engenharia de Construção Civil, fruto de pesquisas realizadas por docentes e pesquisadores desta Universidade. Este texto faz parte da dissertação de mestrado de mesmo título, que se encontra à disposição com os autores ou na biblioteca da Engenharia Civil.
FICHA CATALOGRÁFICA
Kalintzis, Cassiana Aparecida Augusto Estudo da fluência do concreto de elevado desempenho / C.A.A. Kalintzis, S.C. Kuperman. – São Paulo : EPUSP, 2001. 24 p. – (Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP, De- partamento de Engenharia de Construção Civil, BT/PCC/274)
1. Fluência (Resistência dos materiais) 2. Concreto de alto desempenho 3. Deformação autógena I. Kuperman, Selmo Chapira II. Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. De- partamento de Engenharia de Construção Civil III. Título IV. Série ISSN 0103-9830 CDU 620.163.1 691.32 620.19
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ESTUDO DA FLUÊNCIA DO CONCRETO DE ELEVADO DESEMPENHO
Cassiana Aparecida Augusto Kalintzis
RESUMO
O projeto de estruturas deve estar baseado no conhecimento das
propriedades do concreto, sendo que o valor da fluência é um parâmetro importante em
diversos casos. Embora seja possível encontrar na literatura internacional trabalhos
sobre fluência do concreto de elevado desempenho, no Brasil são poucos os dados
disponíveis sobre esse assunto.
Este trabalho tem como objetivo estudar a fluência do concreto de elevado
desempenho com adição de sílica ativa, a fim de se obter valores de deformação ao
longo do tempo em concretos com resistência à compressão, aos 28 dias, de 22,5 a 74,7
MPa.
São analisadas as influências da relação água/aglomerante e do grau de
hidratação sobre a fluência, tendo sido realizados também ensaios de resistência à
compressão, módulo de deformação, retração por secagem e deformação autógena.
A análise dos resultados mostrou que o concreto de elevado desempenho
apresenta menor fluência do que os concretos de menor resistência à compressão, e que
as diferenças entre as deformações do concreto de elevado desempenho e os demais
concretos variaram de vinte a quarenta por cento. Os ensaios de deformação autógena
mostraram deformação significativamente maior para o concreto de elevado
desempenho.
Com relação à retração por secagem ficou evidenciado que o teor de água
por volume de concreto é determinante neste tipo de deformação pois, todos os traços
possuíam mesmo teor de água e apresentaram valores de deformações muito próximos,
apesar de diferentes resistências à compressão.
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1 – INTRODUÇÃO
O desenvolvimento de novos materiais possibilitou importantes avanços na
tecnologia do concreto. A utilização de aditivos como o superplastificante, permitiu a
produção de concretos com relações água/cimento muito baixas, mantendo-se adequada
trabalhabilidade. Adições, tais como a sílica ativa, a cinza volante e a escória de alto-
forno, antes tratadas apenas como subprodutos industriais, são agora utilizadas na
produção do concreto, e ajudam a conferir-lhe melhoras significativas em algumas de
suas propriedades.
A conseqüência da produção de concretos com relação água/cimento muito
baixa é a melhora na qualidade da pasta, que apresenta-se mais compacta, com menor
porosidade. As adições melhoram a interface pasta-agregado e, consequentemente,
reforçam a zona preferencial de ruptura do concreto (MONTEIRO, 1993). O resultado
são concretos de elevada resistência, baixas porosidade e permeabilidade, elevada
resistência à abrasão ou desgaste e baixas deformações, imediata ou ao longo do tempo.
Estes são os chamados Concretos de Alta Resistência (CAR) ou, pela melhora
conseguida em outras propriedades, Concreto de Elevado Desempenho (CED). Neste
trabalho será utilizada esta última denominação.
No entanto, as pesquisas realizadas sobre o CED no mundo inteiro, permitiram
uma rápida evolução técnica de sua produção e da tecnologia dos materiais, quando
comparada às normas de cálculo de estruturas destes concretos.
Somente a Norma Norueguesa regulamenta o cálculo de execução de estruturas
de concreto com até 94 MPa de resistência à compressão (FILHO, 1992). O Código
Modelo CEB (1990) contempla concretos com resistências até 80 MPa. No Brasil, as
normas NBR 6118 (ABNT,1980) e NBR 7197 (ABNT, 1989) atendem a concretos com
fck até 50 MPa.
Para o dimensionamento de estruturas é de fundamental importância conhecer
seu comportamento quanto às deformações. Nas normas para dimensionamento de
pontes, NBR 7187 (ABNT, 1987), concreto protendido, NBR 7197 (ABNT, 1989),
concreto armado NBR 6118 (ABNT, 1980), entre outros tipos de estrutura, estão
incluídos como parâmetros de cálculo, as deformações do concreto. Com relação à
deformação lenta, conhecer o coeficiente de fluência é importante para que o projetista
possa prever perdas de tensão em peças protendidas, deformações no caso de
descimbramento e o efeito da fluência no aumento de curvatura de pilares esbeltos, por
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exemplo. Portanto, conhecer o comportamento do CED frente à fluência é um dos
requisitos para que se possa, nas normas brasileiras de dimensionamento de estruturas
de concreto armado e protendido, fornecer parâmetros condizentes com o
comportamento desse material.
De acordo com o CEB (1990) o coeficiente de fluência de um concreto de
elevado desempenho (fck = 80 MPa) é cerca de 25% menor do que o de um concreto de
resistência normal. No Brasil não há registro de dados a esse respeito. A revisão da
norma brasileira NBR 6118 (ABNT, 1980) praticamente mantém as recomendações já
existentes na norma brasileira, e atende a concretos com fck até 50 MPa.
Neste trabalho procura-se contribuir para o conhecimento do comportamento do
concreto de elevado desempenho frente ao fenômeno da fluência. Dá-se inicialmente
uma visão do que é fluência e o que se conhece atualmente sobre a fluência do concreto
de elevado desempenho. A seguir apresentam-se os resultados do programa
experimental que analisou a influência da relação água/aglomerantes e do grau de
hidratação sobre a fluência, juntamente com a retração por secagem e a deformação
autógena, de quatro concretos com resistências à compressão de 22,5 a 74,7 MPa.
2 – FLUÊNCIA, RETRAÇÃO POR SECAGEM E DEFORMAÇÃO AUTÓGENA Fluência é definida como o aumento das deformações ao longo do tempo sob
carga mantida constante. No concreto, é influenciada por uma série de fatores como
umidade relativa do ar, temperatura, dimensões da peça estrutural, intensidade de
carregamento, teor de pasta, relação água/cimento, tipo de cimento, teor e tipo de
agregado e idade de carregamento (NEVILLE, 1970; MEHTA e MONTEIRO, 1994).
A Figura 1 mostra o comportamento típico do concreto no caso de carregamento
e descarregamento. Quando carregado, o concreto apresenta uma deformação elástica
instantânea. Com a continuidade da aplicação da carga ao longo do tempo, as
deformações aumentam. Em caso de descarregamento ocorre uma recuperação elástica
imediata da deformação, aproximadamente igual à deformação elástica (recuperação
elástica), seguida de uma recuperação gradativa da deformação por fluência
(recuperação da fluência). Contudo, a fluência não é totalmente reversível, de forma que
há uma deformação residual ou fluência irreversível (NEVILLE, 1997).
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Em ambientes em que é mantida a saturação de umidade do ambiente e a
temperatura constante, a deformação que se desenvolve ao longo do tempo em uma
peça de concreto submetida à tensão constante é chamada de fluência básica.
Para concreto exposto a um ambiente com umidade relativa menor do que 100%
é possível distinguir além da deformação elástica instantânea, da fluência básica e da
deformação por secagem, uma deformação adicional, chamada de fluência por secagem.
A importância da fluência está nas deflexões ou deformações de elementos
estruturais e na perda de tensão em peças protendidas, sendo necessária a consideração
de seus efeitos no dimensionamento de estruturas de concreto.
Ao se discutir o fenômeno de fluência se procurará abordar conjuntamente a
retração por secagem. Para MEHTA e MONTEIRO (1994) isto é interessante pois,
tanto a fluência quanto a retração por secagem originam-se na pasta de cimento
endurecida, as curvas deformação-tempo são muito semelhantes, os fatores que
influenciam a fluência também influenciam a retração por secagem, a microdeformação
no concreto de cada um deles, 400 a 1000 x 10-6 é grande e não pode ser ignorada em
projeto estrutural e, ambos são parcialmente reversíveis.
A retração por secagem está associada à perda de umidade para o meio ambiente
o que a torna uma das principais causas de fissuração e faz com que assuma papel
importante, pois sua ocorrência pode afetar a durabilidade do concreto.
Ao ser exposto a um ambiente com umidade relativa abaixo de 100%, a variação
de volume do concreto não é igual à quantidade de água perdida. A perda da água
presente nos poros capilares, ou da água livre, não causa grandes variações de volume
uma vez que esta água não apresenta fortes ligações com a estrutura dos produtos
hidratados. Esta é a chamada retração reversível, que é reproduzível em ciclos de
molhagem-secagem. Com o prosseguimento da secagem, a retração aumenta
significativamente, devido à perda da água adsorvida e da água retida em pequenos
poros capilares, originando a retração irreversível, que não pode ser reproduzida em
ciclos de molhagem-secagem (Figura 2).
Diversas teorias foram elaboradas para explicar os fenômenos de fluência e de
retração por secagem. Estas teorias levam em consideração a constituição físico-
química do C-S-H para explicar seu papel na fluência e na retração por secagem.
Contudo, segundo PENTALLA e RAUTANEN (1990) as numerosas teorias podem ser
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divididas em três diferentes escolas para explicar a causa do fenômeno de fluência: os
modelos de Powers-Brunauer, Feldman-Sereda e de Munich.
Os modelos de Powers e Brunauer e de Feldman e Sereda foram apresentados na
década de 60 e, embora estejam baseados em uma estrutura em camadas, diferem
consideravelmente em sua interpretação das propriedades físicas do C-S-H (YOUNG,
1988).
Powers e Brunauer consideram o C-S-H constituído por partículas individuais
formadas por 2 ou 3 camadas simples (YOUNG, 1988). De acordo com este modelo, a
fluência e a retração por secagem são causadas pelo mesmo mecanismo, isto é, pelo
movimento da água adsorvida na estrutura do C-S-H. Powers supôs que em vazios
muito estreitos, dentro da estrutura do C-S-H, a água adsorvida tem uma capacidade de
suportar cargas. Se uma carga é aplicada em um corpo com microporos parcialmente
ligado com água, alguma água que suporta carga será removida para restabelecer o
equilíbrio. A expulsão dos filmes de água adsorvida, de lugares tão estreitos entre
partículas, áreas de fortes ligações, resulta em deformação (COUTINHO, 1977). No
caso da fluência a migração da água é iniciada por uma carga externa aplicada,
enquanto que na retração por secagem a mudança na umidade relativa seria a causa
(WITTMANN, 1982).
Para Feldman e Sereda, o C-S-H possui uma estrutura em camadas muito mais
irregulares. As propriedades são influenciadas pela água interlamelar entre as camadas
irregulares, a qual pode ser removida em parte reversivelmente. Os microporos são
considerados como regiões entre camadas e são criados conforme o C-S-H se estabiliza
(YOUNG, 1988, WITTMANN, 1982).
Segundo WITTMANN (1982), um novo modelo foi proposto por Kondo e
Daimon, tentando unificar as divergências dos modelos de Powers-Brunauer e de
Feldman-Sereda. Neste modelo há distinção entre poros partículas intergel, poros
intercristalinos e poros intracristalinos. Sobre a superfície de partículas de gel, dentro
dos poros intercristalinos, há água adsorvida que pode influenciar as propriedades do C-
S-H, conforme sugeriu Powers. A água interlamelar entre as camadas do gel pode ser
movimentada de acordo com Feldman e Sereda.
No modelo de Munich a ligação entre partículas coloidais de C-S-H são feitas
pela energia interfacial entre as partículas. Esta energia é reduzida pela adsorção de
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água e, adicionalmente, são criadas pressões de deslocamento entre as partículas
(RILEM TC 69, 1988).
A Figura 3 ilustra os modelos de Munich, Powers-Bruauer, Feldman-Sereda e de
Kondo e Daimon.
Outro importante tipo de deformação no concreto, especialmente no concreto de
elevado desempenho, é a deformação autógena. A reação química entre o cimento e a
água se dá com redução de volume, de tal forma que a água quimicamente combinada
(22 a 32%) sofre uma contração de 25% de seu volume original, chamada de contração
química.
Enquanto a pasta está plástica (supondo o concreto selado, sem perda de água), a
contração química diminui o volume aparente externo da pasta, o que é denominado de
deformação autógena externa. Uma vez iniciado o endurecimento, a pasta perde
gradualmente sua deformabilidade. Um esqueleto rígido se forma, impedindo a
deformação externa da pasta. Então, inicia-se a deformação autógena interna, em que o
volume total diminui devido à remoção da água dos poros capilares pela hidratação do
cimento ainda não hidratado, num processo denominado de auto-secagem. A retração
autógena total é a soma das retrações externas e internas (GAGNÉ et al., 1999).
Portanto, este tipo de retração é proporcional ao consumo de cimento por m3 de
concreto e à quantidade de água estequiometricamente necessária à hidratação do
cimento. A deformação autógena tende a aumentar a temperaturas muito altas, com
teores de cimento maiores e relações água/cimento menores (NEVILLE, 1997). Desta
forma, pode se esperar que o CED apresente maior deformação autógena.
Uma importante conseqüência da deformação autógena no CED é o
desenvolvimento de microfissuras internas no concreto. Isto pode ser prevenido com
uma cura úmida eficiente (NEVILLE e AÏTCIN, 1998).
3 – FLUÊNCIA, RETRAÇÃO POR SECAGEM E DEFORMAÇÃO AUTÓGENA DO CONCRETO DE ELEVADO DESEMPENHO
Ao contrário dos concretos de resistência normal, são poucos os trabalhos
desenvolvidos para o estudo da fluência e da retração por secagem do CED mas, os
trabalhos de alguns pesquisadores permitem tecer importantes observações.
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Pela menor quantidade de água disponível e pela melhoria conseguida na
qualidade da pasta, que é onde a fluência efetivamente ocorre, espera-se que as
deformações por fluência no CED sejam menores.
Para a retração por secagem, parece não haver uma relação direta com a relação
a/c, mas é aproximadamente proporcional à porcentagem de água por volume de
concreto (FIP/CEB, 1990). Isto explicaria a retração relativamente alta encontrada em
alguns dos “primeiros” CED, obtidos pelo aumento do consumo de cimento ao invés da
redução de água com o uso superplastificante.
Devido à baixa relação água/cimento e microestrutura refinada, o CED apresenta
deformação autógena quase tão grande quanto a retração por secagem (FIP/CEB, 1990).
A retração autógena do CED com sílica ativa é 2 a 2,5 vezes maior do que a do concreto
normal, para a maioria dos autores (ISAIA, 1995).
Segundo FIP/CEB (1990), o coeficiente de fluência de concretos de elevado
desempenho, mantidos a uma umidade relativa de 60% e carregados com 30 a 50 % da
carga última, é cerca de 25% menor do que o de concretos de resistência normal, em
iguais condições.
PENTTALA e RAUTANEN (1990) ensaiaram concretos com três tipos de
cimento (baixo calor de hidratação, alta resistência inicial e com escória de alto-forno)
sendo um com adição de sílica ativa e compararam com um concreto de resistência
média. A resistência à compressão dos concretos variou de 61 a 111 MPa, aos 28 dias.
Os corpos-de-prova foram carregados com 30% da resistência à compressão aos 7 dias e
mantidos em ambiente com umidade relativa de 45% e 60%. Eles observaram que as
deformações por fluência e retração por secagem do CED foram de 40 a 70% das
deformações dos concretos de média resistência.
A fim de analisar a retração por secagem e os efeitos de elevadas tensões de
compressão sobre a fluência, SMADI et al. (1987) estudaram concretos de baixa, média
e alta resistência, submetidos a carregamentos de 40 a 80% da resistência à compressão.
Os autores concluíram que a retração por secagem é maior para os concretos de baixa
resistência à compressão do que para os concretos de média e alta resistência à
compressão, a deformação por fluência, o coeficiente de fluência e a fluência específica,
para o mesmo nível de tensão aplicada, incluindo altas tensões, são menores para o
CED, em relação aos concretos de média e baixa resistência, a tensão no CED pode ser
aumentada até 0,65 fc sem causar significativa formação de fissuras e que o coeficiente
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de fluência de concretos de alta, média e baixa resistência, à 0,4 fc, foram 0,9, 1,9 e 2,8,
respectivamente.
SWAMY e MAHMUD (1989) também estudaram a fluência e a retração por
secagem, em concretos de 20, 40 e 60 MPa, produzidos com cimento Portland comum e
50% de cinza volante tipo F com baixo cálcio. Os resultados mostraram que o concreto
de 20 MPa exibiu maior retração por secagem. O concreto de 60 MPa apresentou
retração ligeiramente maior do que o concreto de 40 MPa, sob as mesmas condições de
exposição. A fluência específica aumentou com a redução da resistência à compressão
do concreto e com o aumento do nível de tensão aplicada. Para o concreto de 60 MPa, a
fluência específica variou de 35-45 x 10-6/MPa e o coeficiente de fluência de 1,0 a 1,5.
Para o concreto de 40 MPa, estes valores foram de 80-100 x 10-6/MPa e 2,1 a 2,5.
YAMATO et al. (1983) investigaram a fluência e a retração por secagem de
concretos com 91, 180 e 365 dias de idade, mantidos em 3 temperaturas diferentes,
20ºC, 40ºC e 60ºc. Foram utilizados 3 tipos de cimento, o cimento Portland comum com
20% de cinza volante, cimento Portland de moderado calor de hidratação e uma mistura
de cimento Portland de moderado calor de hidratação com 20% de cinza volante. Nos
ensaios de retração os corpos de prova foram colocados em ambiente com umidade
relativa de 50%, aos 28 dias. Os ensaios de fluência foram realizados em corpos de
prova selados e não selados.
Os resultados mostraram que os valores de fluência variaram conforme o tipo de
aglomerante empregado, sendo que os concretos com a mistura de cimento de médio
calor de hidratação com cinza volante tiveram menor fluência do que os concretos com
cimento Portland comum com cinza volante ou com o cimento de moderado calor de
hidratação.
A análise da influência da idade de carregamento revelou que a fluência de
concretos com idade inicial de 3 meses foi cerca de 125% da fluência dos concretos
com idade inicial de 6 meses.
A fluência a 40ºC foi aproximadamente 160% da fluência de concretos a 20ºC e,
para os concretos não-selados foi 220% da fluência de concretos selados.
Nos ensaios de retração por secagem os concretos contendo cinza volante
tiveram menor deformação do que os concretos sem cinza volante.
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TAZAWA et al. (1986) ao estudarem a deformação autógena de concretos com
cimento Portland comum e 10% de sílica ativa, obtiveram uma deformação de 700x10-6
para o concreto com relação água/aglomerante igual a 0,20.
DE LARRARD (1991) estudou a deformação autógena e a fluência dos
concretos utilizados na construção de duas pontes na França. Em uma ponte foi usado
concreto sem adição de sílica ativa e relação água/aglomerante igual a 0,35. Para a outra
ponte foram ensaiados concretos com 7% de sílica ativa e relação água/aglomerante de
0,30 e 0,35. Os resultados dos ensaios mostraram que com a redução da relação
água/aglomerante a deformação autógena aumenta e a fluência diminui.
4 – ESTUDO EXPERIMENTAL
4.1 - Materiais
- Cimento: foi utilizado cimento Portland composto CP-II-F-32.
- Sílica ativa: foi utilizada sílica ativa Silmix.
As características físicas do cimento e da sílica ativa utilizados são apresentados
na Tabela 1.
- Agregado miúdo: utilizou-se areia artificial tipo gnaisse, proveniente de
pedreira, na região de Cumbica-SP.
- Agregado graúdo: empregou-se pedra britada tipo gnaisse, proveniente
de pedreira na região de Cumbica-SP.
As características dos agregados são apresentados na Tabela 2.
- Aditivo: foi utilizado aditivo superplastificante, à base de melamina
sulfonada. O teor de sólidos foi 39,3%, a densidade 1,265 kg/dm3 e o pH=12,40.
Para medida das deformações nos ensaios de fluência, deformação autógena e
retração por secagem, foram utilizados extensômetros elétricos tipo Carlson, modelo
M4, com precisão (microdeformação) de 5,8x10-6.
4.2 – Ensaios dos concretos
Os concretos foram dosados de acordo com o Método do Módulo de Finura, que
é empregado pelo Laboratório de Concreto de Furnas, em Goiânia, onde foram
realizadas todas as dosagens e ensaios desse programa experimental.
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Foram produzidos concretos com quatro relações água/aglomerantes: 0,29, 0,37,
0,52 e 0,76, com substituição de 6% do cimento por sílica ativa e abatimento do tronco
de cone de 6,0 ± 1,0 cm. A Tabela 3 mostra o consumo de materiais, por m³ de
concreto, para cada traço.
A fim de se avaliar a influência do grau de hidratação sobre a fluência, os
concretos foram ensaiados aos 3, 7, 28 e 90 dias de idade.
Os ensaios de resistência à compressão e de módulo de deformação foram feitos
de acordo com a NBR 5739 e NBR 8522, respectivamente. Os resultados desses ensaios
encontram-se na Tabela 4.
A determinação da retração por secagem foi feita de acordo com o projeto de
norma CB.18 : 04.10-001- Retração por secagem do concreto – Método de Ensaio.
Foram moldados dois corpos de prova prismáticos 150x150x600 mm para cada traço.
Após a moldagem, os corpos de prova foram estocados em câmara úmida, à temperatura
de 23,0 ± 2,0 °C e umidade relativa acima de 95%. Decorridos 24,5 ± 0,5 h, os corpos
de prova foram removidos dos moldes e colocados em recipientes com água saturada de
cal, à temperatura de 23,0 ± 2,0 °C, por 30 minutos, antes de se proceder à leitura do
comprimento inicial. Após a leitura do comprimento inicial, os corpos de prova foram
novamente estocados em recipientes com água, até a idade de 28 dias. Ao fim do
período de cura, foi tomada a segunda medida de comprimento. A seguir, os corpos de
prova foram transferidos e estocados em sala climatizada (23,0 ± 2,0 °C ) e com
umidade relativa igual a 50 ± 4%. As medidas das deformações foram feitas através de
extensômetros elétricos do tipo Carlson, embutidos nos corpos de prova. Foram feitas
leituras diárias até a estabilização das deformações.
Os ensaios de fluência e de deformação autógena foram realizados de acordo
com a norma NBR 8224/83 – Determinação da Fluência (ABNT, 1983).
Para cada concreto foram moldados dois corpos de prova de 10 x 20 cm, que
receberam cura úmida. Vinte e quatro horas após a moldagem, os corpos de prova foram
desmoldados e selados para evitar a perda de umidade. Para a selagem, os mesmos
foram envolvidos com uma borracha, colada com resina epóxi. No período de
endurecimento da resina epóxi, a borracha foi totalmente envolta por uma fita adesiva,
para garantir melhor aderência da mesma. A temperatura da sala foi mantida em 23,0 ±
2,0 °C. A tensão aplicada correspondeu a 40% da resistência à compressão do concreto
naquela idade. O tempo de carregamento foi de 90 dias.
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Os corpos de prova para a determinação da deformação autógena permaneceram
selados e descarregados durante todo o período de ensaio.
A medida das deformações foi feita utilizando-se extensômetros elétricos tipo
Carlson, modelo M4, embutidos nos corpos de prova.
Para aplicação e manutenção da carga foi utilizada uma aparelhagem baseada no
sistema de Pirtz, um sistema com aplicação e correção manual da carga desenvolvido
pela Emic e uma máquina para ensaios de fluência com utilização de nitrogênio (
EQUIPE DE FURNAS, 1992 ).
4.3 – Apresentação e discussão dos resultados Para análise dos dados obtidos serão empregadas duas terminologias:
- Deformação unitária: ∆L/L – variação de comprimento (∆L) em relação
ao comprimento inicial (L).
- Fluência específica: deformação por fluência por unidade de tensão aplicada.
4.3.1 -Fluência
Nas Figuras 4 a 11 a fluência é apresentada sob a forma de fluência específica,
tendo sido calculada com a média dos valores de dois corpos de prova, descontada a
deformação autógena também obtida pela média de dois corpos de prova.
Os valores de fluência específica para os concretos estudados, carregados até 90
dias, são apresentados na Tabela 5.
As Figuras 4 a 7 possibilitam uma comparação entre os resultados de fluência
específica e a relação a/agl, nas quatro idades de carregamento (3, 7, 28 e 90 dias).
Esperava-se que a fluência do concreto C037 fosse maior do que a do concreto
C029, para idade de 3 dias, e menor do que a do concreto C052, para idade de 28 dias.
De acordo com as Figuras 4 e 7 isto não foi constatado. Não foi possível repetir esses
ensaios a fim de se confirmar os resultados obtidos ou de se verificar se houve algum
problema durante a realização desses ensaios. Assim, os resultados do concreto C037,
com 3 e 28 dias de idade, são apresentados mas em sua análise é levada em conta a
possibilidade de problemas durante a realização de seus ensaios.
Os resultados obtidos mostram que a fluência diminui para concretos com maior
relação a/agl e isso foi observado em todas as idade de carregamento, o que confirma
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dados da literatura, segundo os quais a fluência do concreto de elevado desempenho é
menor do que a dos concretos convencionais (de LARRARD, 1990; PENTALLA e
RAUTANEN, 1990; SWAMY e MAHMUD, 1989; CARBONARI, 1996; FIP/CEB,
1990).
As reduções apresentadas nos valores da fluência específica do concreto C029
(fc28 = 74,7 MPa) em relação ao concreto C076 (fc28 = 22,5 MPa) foram de 38%, 46,9%,
45,2% e 43,0%, com 3, 7, 28 e 90 dias de idade de carregamento, respectivamente. Em
relação ao concreto C052 (fc28 = 46,5 MPa) as reduções foram de 24,8%, 33,6%, 27,6%
e 26,2%, para 3, 7, 28 e 90 dias de idade de carregamento, respectivamente. E, em
relação ao concreto C037 (fc28 = 65,2 MPa) as reduções foram de 11,9% e 16,2%, com 7
e 90 dias de idade de carregamento.
As diferentes idades de carregamento adotadas na realização dos ensaios
permitem que seja avaliada a influência do grau de hidratação sobre as deformações ao
longo do tempo, conforme pode ser observado nas Figuras 8 à 11.
A Tabela 6 apresenta as reduções nas deformações dos concretos carregados aos
7, 28 e 90 dias em relação às deformações dos concretos quando carregados aos 3 dias.
Os resultados mostram uma redução na deformação por fluência à medida que
aumenta a idade de carregamento e que a deformação dos concretos submetidos a
carregamento aos 3 dias de idade é significativamente maior do que a deformação dos
concretos carregados aos 28 dias, para qualquer relação a/agl empregada.
Todos os resultados estão dentro do que era esperado pois, a fluência é um
fenômeno que já foi largamente estudado e a literatura é vasta ao explicar quais os
fatores que a influenciam. Contudo, o CED extrapola os limites conhecidos para os
concretos de resistência normal e, os ensaios mostram claramente isso.
Conforme visto anteriormentee, ainda não há consenso sobre as causas da
fluência mas, todas as teorias para explicá-las estão baseadas na microestrutura do
concreto, de maneira especial no C-S-H e na remoção da água adsorvida e água
interlamelar.
Segundo ROY (1989), a sílica ativa, devido à sua extrema finura, preenche os
vazios intergranulares, produz uma pasta mais densa e acelera a hidratação do cimento,
modificando a microestrutura do concreto. Portanto, a sílica ativa atua justamente na
causa da fluência, associada ao fato de que o concreto de elevado desempenho tem
menor relação água/cimento ou seja, menor quantidade de água disponível. Isso explica
13
os resultados obtidos, desde a resistência à compressão e módulo de deformação,
maiores proporcionalmente nas primeiras idades e da menor fluência.
4.3.2 -Retração por secagem
A Figura 12 mostra em gráfico os resultados de retração por secagem para os
concretos com diferentes relações a/agl. Os dados utilizados no gráfico referem-se à
média dos resultados de dois corpos de prova.
A Tabela 7 apresenta os valores de retração, obtidos nessa investigação
experimental.
Observa-se que os valores de retração por secagem são muito próximos, para
todas as relações água/aglomerante estudadas, especialmente até os 40 dias sob
secagem. Como a quantidade de água nos quatro traços é muito próxima, uma vez que
todos tem a mesma consistência, fica confirmado que a quantidade de água é
determinante na retração.
Os resultados estão de acordo com FIP/CEB (1990a) segundo o qual a retração
por secagem parece estar mais relacionada à porcentagem de água por volume de
concreto.
Para NEVILLE (1997) em concretos com mesmo teor de água, o aumento do
teor de cimento não altera a retração que pode mesmo diminuir, uma vez que reduzida a
relação água/cimento o concreto estará mais resistente à retração, como ocorreu com o
concreto C029 que para 120 dias de secagem apresentou retração praticamente igual a
do concreto C076.
4.3.3 – Deformação autógena
Os valores da deformação autógena, aos 90 dias, obtidos pela média de dois
corpos de prova são apresentado na Tabela 8. A Figura 13 mostra o desenvolvimento da
deformação autógena ao longo do tempo.
A Figura 13 mostra que as deformações aumentaram conforme diminuiu a
relação a/agl. Este comportamento está relacionado ao maior conteúdo de cimento por
volume de concreto, no concretos de menor relação a/agl. Os resultados obtidos estão de
acordo com o FIP/CEB (1990a) segundo o qual, devido à baixa relação a/agl e
microestrutura refinada, o concreto de elevado desempenho exibe um a deformação
14
autógena quase tão grande quanto a retração por secagem. Enquanto os concreto C076,
C052 e C037 apresentaram deformação autógena quase tão grande quanto a retração por
secagem, o concreto C029 apresentou deformação autógena 23,6% maior do que a
retração por secagem, aos 90 dias.
5 – CONCLUSÕES
As principais conclusões que se chega através dessa investigação experimental
são as seguintes:
- A revisão bibliográfica mostra que o concreto de elevado desempenho
por possuir uma microestrutura mais densa, com menos água disponível e maior
refinamento dos poros, apresenta um comportamento com relação às deformações
diferente dos concretos de menor resistência à compressão, o que foi confirmado pelos
ensaios realizados;
- O concreto de elevado desempenho apresentou maior ganho de
resistência, especialmente nas idades de 3 e 7 dias, sendo que nessas idades a resistência
à compressão correspondeu à 69% e 80% da resistência aos 28 dias, contra 49% e 68%
do concreto de menor resistência à compressão;
- O módulo de deformação do concreto de elevado desempenho foi
consideravelmente maior nas primeiras idades em relação aos demais concretos.
Contudo a diferença diminuiu para as idades de 28 e 90 dias;
- O comportamento dos concretos ensaiados com relação à fluência refletiu
os dados de resistência à compressão e módulo de deformação obtidos sendo que, os
concretos de menor relação água/aglomerante apresentaram menor fluência específica.
As reduções na fluência específica do concreto de relação água/aglomerante igual a 0,29
(fc=74,7 MPa) para o concreto de relação água/aglomerante 0,76 (fc=22,5MPa) foram
de 38% a 43%. Para os concretos com relação água/aglomerante igual a 0,52 (fc=46,5
MPa) e 0,37 (65,2 MPa), as reduções na fluência específica foram de 25% a 33% e de
12% a 16%, respectivamente;
- A análise da influência do grau de hidratação dos concretos no momento
da aplicação da carga mostrou que concretos carregados aos 3 e 7 dias apresentam
maior fluência específica, e que quando carregados aos 28 e 90 dias a diferença diminui.
15
A fluência específica dos concretos carregados aos 3 dias foi de 2,1 a 2,4 vezes maior
do que a dos concretos carregados aos 28 dias, para qualquer relação água/aglomerante;
- Não foi possível estabelecer uma relação entre a retração por secagem e a
relação água/aglomerante. Os ensaios confirmaram que em concretos com mesma
consistência, a quantidade de água por m3 de concreto é determinante na retração por
secagem independente da relação água/aglomerante;
- A retração por secagem, aos 40 dias variou de 185 a 230x10-6 e, aos 120
dias de 280 a 355x10-6.
- A deformação autógena do concreto de elevado desempenho é
consideravelmente maior do que a dos demais concretos, tendo sido registrados valores
da ordem de 310x10-6 (m/m).
6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Cálculo e execução de
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obras de concreto armado: NBR 6118. Rio de Janeiro, 1980. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto e execução de
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16
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YOUNG, J. F. Physical Mechanisms and their Mathematical Descriptions. In:
BAZANT, Z. P. (ed). Mathematical Modeling of Creep and Shrinkage of Concrete, 1988.
18
Figura 1 – Reversibilidade da fluência (MINDESS E YOUNG apud MEHTA E MONTEIRO, 1994)
Figura 2 – Reversibilidade da retração por secagem (MEHTA e MONTEIRO, 1994)
Figura 3 – Modelos da estrutura do C-S-H: (a) Modelo de Munich; (b) Modelo de Powers-Brunauer;
(c) Modelo de Feldman-Sereda; (d) Modelo de Kondo e Daimon (YOUNG, 1988).
19
F ig u ra 4 - In flu ên cia d a re la çã o á g u a /a g lom era n te sob re a flu ên c ia , em con cretos su b m etid os a ca rreg a m en to a os 3 d ia s d e id a d e
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
1 1 0
1 2 0
1 3 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0
T em p o so b ca rga (d ias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
) C 0 2 9C 0 3 7C 0 5 2C 0 7 6
F igura 5 - Influência da relação água/aglomerante sobre a fluência, em concretos submetidos a carregamento aos 7 dias de idade
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100110
120
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tem po sob carga (d ias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
)
C 029C 037C 052C 076
Figura 6 - Influência da re lação água/aglomerante sobre a fluência , em concretos submetidos a carregamento aos 28 dias de idade
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo sob carga (dias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
)
C029C037C052C076
20
F igura 7 - In fluência da relação água/ag lom erante sobre a f luência , em concretos subm etidos a carregam ento aos 90 d ias de idade
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 80 90 10 0
T em po so b carg a (dias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
) C 0 29C 0 37C 0 52C 0 76
Figura 8 - Influência da idade de carregamento sobre a fluência, para o concreto C029
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo sob carga (dias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
)
3 dias7 dias28 dias90 dias
Figura 9 - Influência da idade de carregamento sobre a fluência, para o concreto C037
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo sob carga (dias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
) 3 dias7 dias28 dias90 dias
21
Figura 10 - Influência da idade de carregamento sobre a fluência, para o concreto C052
0
10
20
30
40
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70
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tem po sob carga (dias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
) 3 dias7 dias28 dias90 dias
Figura 11 - Influência da idade de carregamento sobre a fluência, para o concreto C076
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo sob carga (dias)
Fluê
ncia
esp
ecífi
ca (x
10-6
/MPa
)
3 dias7 dias28 dias90 dias
Fig u ra 1 2 - R e tra çã o po r s e ca g e m de co rpo s de pro v a co m 2 8 dia s de ida de , co lo ca do s e m a m bie n te co m UR = 5 0 %
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
4 0 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0
Te m po (dias )
Def
orm
ação
Uni
tári
a (x
10-6
)
C076C052
C037C029
22
Tabela 1 – Características físicas do cimento e da sílica ativa
Cimento Sílica Ativa
Massa específica (kg/dm3) 3,12 2,20 Área específica (m2/kg) 354 --- Perda ao fogo (%) 5,04 3,75 Resíduo na peneira 200 (%) 2,80 67,80 Resíduo na peneira 325 (%) 12,40 ---
Tabela 2 – Características físicas dos agregados
Agregado Miúdo Agregado Graúdo
Dmáx (mm) 4,8 19 Módulo de Finura (mm) 3,00 6,77 Massa específica (kg/dm3) 2,66 2,66
Figura 13 - Deformação Autógena
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
325
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Tempo (dias)
Def
orm
ação
Uni
tári
a (x
10-6
)
C 076
C 052
C 037
C 029
23
Tabela 3 – Dados de composição e propriedades do concreto fresco
Dosagem C029 C037 C052 C076 Traço em peso 1:2,32 1:3,2 1:4,96 1:7,38
Cimento 615 481 335 236 Sílica Ativa 38 30 21 14 Cimento Equivalente 653 511 356 250 Água 187 188 186 190
Dados de Areia Artificial (kg/m3) 541 670 849 948 Composição Brita 19 mm 1009 1004 958 948
Superplastificante 10 7,8 5,5 3,9
Relação a/agl 0,29 0,37 0,52 0,76 Areia em Peso (%) 35 40 47 50 Teor de Argamassa Seca (em %) 54,5 54,3 55,9 55,9
Abatimento (cm) 6,0 6,0 6,5 6,0 Propriedades do Ar Incorporado (%) 1,9 2,0 1,6 1,7 Concreto Fresco Massa Específica (kg/m3) 2373 2354 2354 2342
Volume de Pasta, c1, em % 42,0 37,6 31,9 28,9 Volume de Agregado, c2, em % 58,0 62,4 68,1 71,1
Tabela 4 – Resultados de resistência à compressão e módulo de deformação
Dosagem C029 C037 C052 C076 3 dias 51,8 36,4 23,6 11,1
Resistência à 7dias (MPa) 60,0 50,8 35,8 15,4 Compressão 28 dias 74,7 65,2 46,5 22,5
90 dias 85,3 66,0 51,1 26,5 3 dias 29,4 26,4 23,9 19,1
Módulo de 7 dias (GPa) 34,3 28,0 25,0 23,7 Deformação 28 dias 36,1 31,2 32,7 33,3
90 dias 36,2 34,4 33,6 34,2
24
Tabela 5 – Fluência específica aos 90 dias (x10-6/MPa)
Concretos Idade (dias)
C029 C037 C052 C076
3 71,06 59,93 94,48 114,69
7 53,37 60,56 80,37 100,48
28 29,52 52,34 40,78 53,84
90 31,2 37,24 42,25 54,69
Tabela 6 – Redução nas deformações dos concretos, em relação às deformações dos
respectivos concretos carregados aos 3 dias (%).
Concretos Idade (dias)
C029 C037 C052 C076
7 24,9 1,05(acréscimo)* 14,9 12,4
28 58,5 12,7 56,8 53,1
90 56,1 37,9 55,3 52,3 * Observação: Conforme mencionado anteriormente, provavelmente houve
algum problema durante a realização do ensaio do concreto C037, por isso os valores obtidos para esse concreto divergem dos obtidos para os demais concretos.
Tabela 7 – Valores de retração por secagem em concretos com 28 dias de idade, colocados em ambiente com umidade relativa de 50%, durante 120 dias.
Relação a/agl Retração por secagem (x10-6)
0,29 279,55 0,37 354,23 0,52 355,15 0,76 283,89
Tabela 8 – Deformação autógena de concretos ensaiados durante 90 dias
Concreto Deformação autógena (x10-6)
C029 309,98 C037 220,6 C052 124,62 C076 63,49
BOLETINS TÉCNICOS PUBLICADOS
BT/PCC/255 Impactos Ambientais Causados por Resíduos Sólidos Urbanos: O Caso de Maringá/PR. GENEROSO DE ANGELIS NETO, WITOLD ZMITROWICZ. 24p.
BT/PCC/256 Produção e Obtenção de Barras de Fios de Aço para Concreto Armado. OSWALDO CASCUDO MATOS, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 16p.
BT/PCC/257 Influência do Tipo de Cal Hidratada na Reologia de Pastas. FABÍOLA RAGO, MARIA ALBA CINCOTTO. 25p.
BT/PCC/258 Metodologia para Análises Ergonométricas de Projetos Arquitetônicos com Base na Teoria dos Sistemas Nebulosos. ANA LÚCIA NOGUEIRA DE CAMARGO HARRIS, CHENG LIANG-YEE. 33p.
BT/PCC/259 Estudo da Água do Poro de Pastas de Cimento de Escória pelo Método da Água de Equilíbrio. CLÁUDIA T. A. OLIVEIRA, VAHAN AGOPYAN. 12p.
BT/PCC/260 Concreto com Fibras de Aço. ANTÔNIO DOMINGUES DE FIGUEIREDO. 68p.
BT/PCC/261 Alocação de Espaços em Arquitetura: Uma nova metodologia utilizando lógica nebulosa e algoritmos genéticos. MARIO MASAGÃO ANDREOLI, DANTE FRANCISCO VICTÓRIO GUELPA. 24p.
BT/PCC/262 Contribuição ao Estudo da Resistência à Corrosão de Armaduras de Aço Inoxidável. LEONEL TULA, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 20p.
BT/PCC/263 Ferramentas e Diretrizes para a Gestão da Logística no Processo de Produção de Edifícios. FRED BORGES DA SILVA, FRANCISCO FERREIRA CARDOSO. 25p.
BT/PCC/264 Indicadores de Salubridade Ambiental em Favelas Localizadas em Áreas de Proteção aos Mananciais: O caso da favela Jardim Floresta. MARCO ANTONIO PLÁCIDO DE ALMEIDA, ALEX KENYA ABIKO. 28p.
BT/PCC/265 Difusão de Cloretos e a Influência do Grau de Saturação do Concreto: Ensaio em laboratório e medição de obra em uso. ANDRÉ T. C. GUIMARÃES, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 19p.
BT/PCC/266 Análise Econômica de Empreendimentos de Longo Horizonte de Maturação: Taxa de Retorno Compensada. JOÃO DA ROCHA LIMA JR. 15p.
BT/PCC/267 Arbitragem de Valor de Hotéis. JOÃO DA ROCHA LIMA JR. 55p.
BT/PCC/268 Diretrizes para Produção de Contrapisos Estanques. EDUARDO HENRIQUE PINHEIRO DE GODOY, MERCIA M. S. BOTTURA DE BARROS. 36p.
BT/PCC/269 Produtividade da mão-de-obra na execução de alvenaria: detecção e quantificação de fatores influenciadores. LUÍS OTÁVIO COCITO DE ARAÚJO, UBIRACI ESPINELLI LEMES DE SOUZA. 24p
BT/PCC/270 Influência do volume de pasta na zona de transição pasta/agregado com relação às propriedades mecânicas e de durabilidade do concreto. ELIANE PEREIRA DE LIMA, PAULO R. L. HELENE. 13p.
BT/PCC/271 Análise Econômica de Empreendimentos de Longo Horizonte de Maturação - Indicadores Avançados para Análise da Qualidade do Investimento. JOÃO DA ROCHA LIMA JR. 24p.
BT/PCC/272 Resistência à corrosão no concreto dos tipos de armaduras brasileiras para concreto armado. OSWALDO CASCUDO, PAULO ROBERTO DO LAGO HELENE. 20p.
BT/PCC/273 A provisão habitacional e a análise de seu produto. LEANDRO DE OLIVEIRA COELHO. EDMUNDO DE WERNA MAGALHÃES. 32p.
BT/PCC/274 Estudo da fluência do concreto de elevado desempenho. CASSIANA APARECIDA AUGUSTO KALINTZIS. SELMO CHAPIRA KUPERMAN. 24p.
Escola Politécnica da USP - Deptº de Engenharia de Construção Civil Edifício de Engenharia Civil - Av. Prof. Almeida Prado, Travessa 2
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