concreto auto-adensável, de alta resistência, com baixo consumo

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  • UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ESTRUTURAS LABORATRIO DE MATERIAIS AVANADOS BASE DE CIMENTO

    USP EESC SET LMABC

    TOBIAS AZEVEDO DA COSTA PEREIRA

    Concreto auto-adensvel, de alta resistncia, com baixo consumo de cimento Portland e com adies de fibras de l de rocha ou

    poliamida

    So Carlos

    2010

  • TOBIAS AZEVEDO DA COSTA PEREIRA

    Concreto auto-adensvel, de alta resistncia, com baixo consumo de cimento Portland e com adies de fibras de l de rocha ou

    poliamida

    Dissertao apresentada Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia de Estruturas.

    Orientador: Prof. Dr. Jefferson B. L. Liborio

    So Carlos

    2010

  • Ofereo minha famlia: Humberto, Zlia, Maria Vanderlei, Humberta, Germana, Llian, Eduarda, Joo, Sofia e Maria Pereira.

  • AGRADECIMENTOS

    minha esposa, Llian Bastos Leal Pereira, que acompanhou e incentivou todo este

    trabalho.

    Ao professor Jefferson B. L. Liborio que me confiou esta tarefa, orientou todas as etapas

    da pesquisa e disponibilizou, sem restries, a cultura LMABC.

    USP-EESC pela excelncia em recursos humanos e infra-estrutura.

    Aos professores da UFPE: zio da Rocha Arajo e Paulo Rgis que me recomendaram a

    esta Ps-Graduao.

    Aos profissionais que inspiraram e/ou influenciaram na minha formao como Engenheiro

    civil, especialmente no campo dos concretos: Humberto Luiz da Costa Pereira, Amaro Jos do

    Rgo Pereira, zio da Rocha Arajo, Felisberto Jauhar Fonseca, Juarez Jos Gomes e Jos Vieira.

    Aos colegas do LMABC, predecessores e contemporneos, e demais colegas da ps-

    graduao do SET pela convivncia nas disciplinas e discusso das pesquisas.

    Aos companheiros de concretagens e ensaios: Rodrigo Vieira da Conceio, Jos Eduardo

    Rodrigues Sanches Junior, Jorge Luis Rodrigues Brabo e Ana Paula Moreno Trigo.

    Em especial ao Rodrigo, que muitas vezes deixou o prprio trabalho de lado para ajudar

    no s a mim como a qualquer outro que necessitava de auxlio no laboratrio.

    Ao Sr. Wilson Moreira e dona Neuza Gasparim P. Nascimento pelos servios de apoio

    manuteno do laboratrio.

    Aos professores da ps-graduao dos quais fui aluno: Jefferson B. L. Liborio, Mounir

    Khalil El Debs, Wilson Sergio Venturini, Jos Samuel Giongo, Joo Bento de Hanai, Sergio

    Persival Baroncini Proena, Libnio Miranda Pinheiro e Roberto M. Gonalves.

    Rosi Aparecida Jordo Rodrigues, Maria Nadir Minatel e Sylvia Helena Morette pelo

    pronto atendimento nas questes administrativas.

    Ao laboratrio central de Estruturas, atravs de Luiz Vicente Vareda e Amaury Igncio da

    Silva e ao da Geotecnia, atravs do professor Oswaldo Augusto Filho, Jos Luis e do Sr. Antnio

    Garcia.

    Aos professores Ercio Thomaz e Mrcio Raymundo Morelli pelas valiosas contribuies

    no ato da defesa pblica.

    UFSCAR/DEMA, atravs do professor Mrcio Raymundo Morelli e do doutorando

    Daniel Vras Ribeiro, pela viabilizao dos ensaios dos concretos submetidos s altas

    temperaturas.

    Ao povo de Pernambuco do qual sou servidor e que financiou minha estada em So

    Carlos-SP e aos colegas do Tribunal de Contas do Estado de Pernambuco que me apoiaram no

    difcil processo de afastamento para executar esta tarefa.

  • RESUMO

    PEREIRA, T. A. C. Concreto auto-adensvel, de alta resistncia, com baixo consumo de cimento Portland e com adies de fibras de l de rocha ou poliamida. 2009. 281f. Dissertao (Mestrado) - Departamento de Estruturas, EESC. Universidade de So Paulo, So Carlos SP, 2010. O objetivo deste trabalho apresentar uma metodologia que possibilita a obteno de uma linha de concretos auto-adensveis de alta resistncia, econmicos e com reduzido impacto ambiental quando comparados com os concretos correntes. Para atingir estes resultados foram estabelecidos critrios de dosagem e de produo visando sinergia entre os materiais constituintes do concreto. Foram pesquisados mtodos de empacotamento dos agregados e adies minerais, estudada a interao entre o aditivo superplastificante e os materiais cimentcios e a incorporao de fibras de l-de-rocha ou poliamida. Os concretos com matriz densa sob efeito de temperaturas elevadas tendem a sofrer lascamentos explosivos. Diante disso foi verificado o comportamento de corpos de prova e os resultados indicaram a importncia da adio da fibra de poliamida nessa condio, onde o concreto resistiu a uma temperatura de 400C. Ensaios de resistncia abraso indicaram que a fibra de l-de-rocha melhora essa propriedade do concreto e, como esperado, essa adio no inibe o lascamento explosivo do concreto. Tambm foram determinadas as propriedades mecnicas dos concretos e concluiu-se que possvel o emprego de um concreto estrutural auto-adensvel com consumo de cimento Portland da ordem de 325 kg/m, fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa e Ec28 = 43 GPa. Devido ao das adies minerais, estes concretos atingiram uma grande reserva de resistncia compresso aps a idade de referncia de 28 dias, obtendo-se 89 MPa aos 131 dias de idade. A densificao da pasta hidratada, a melhoria da zona de interface desta com os agregados, alm da fissurao reduzida decorrente do baixo consumo de cimento e da adio de fibras indicam que este material tem desempenho superior ao prescrito pela NBR 6118 para as diversas classes de agressividade ambiental e de resistncia.

    Palavras-chave: Concreto de alta resistncia. Concreto auto-adensvel. L de rocha. Poliamida. Consumo de cimento. Temperatura. Abraso.

  • ABSTRACT

    PEREIRA, T. A. C. High strength self-consolidating concrete, with low content of cement Portland and addition of polyamide or rock wool fibers. 2009. 281 f. M.Sc. Dissertation - Departamento de Estruturas, EESC. Universidade de So Paulo, So Carlos SP, 2010. The aim of this work is to show a methodology that allows to realize a set of high strength self-consolidating concrete, economic and with lower environmental impact when compared with current concretes. To get these results, criteria for production and mix design had been established aiming at to synergy between constituent materials of the concrete. Methods of particles packing (aggregates and mineral additions), the interaction between the superplasticizer and cementitious materials and the fiber incorporation were researched. The concretes with dense matrix under effect of high temperatures are susceptible to explosive spalling. In this situation, concretes were evaluated by testing cylindrical specimens and results evidenced the importance of the polyamide fiber when the concrete supported 400C. Tests of abrasion resistance indicated a good application for the wool-of-rock fiber, but this material not avoids explosive spalling. The mechanical properties of the concretes were determined and show that is possible to product a self consolidate concrete with low cement content (325 kg/m), fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa and Ec28 = 43 GPa. Due to action of the mineral additions, these concretes had a great reserve of compressive strength after the age of reference of 28 days and achieved 89 MPa at 131 days of age. The high density cement paste, the improvement of the matrix-aggregate interfacial zone and the reduced cracking due to the low cement content and the fibre addition indicate that these materials has superior performance to those prescribed for the NBR 6118 for diverse strength classes and aggressive environmental exposure. Keywords: High strength concrete. Self-consolidating concrete. Rock Wool. Polyamide. Cement content. Temperature. Abrasion.

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 - Conselhos de Mehta para atingir a sustentabilidade da indstria do cimento(1). ..... 27 Figura 2 - Fases do concreto armado segundo Liborio (2). ....................................................... 28 Figura 3 Formao de aglomerados de poros para diversas porosidades. Adaptado de King et al.(15). ..................................................................................................................................... 39 Figura 4 Arranjo de poros em malha retangular finita, King et al.(15). .................................. 40 Figura 5 - Diferentes valores de P para a mesma porosidade p, em malha finita, King et al.(15). ......................................................................................................................................... 40 Figura 6 Frao de poros conectados em funo da porosidade. Adaptado de King et al.(15). .................................................................................................................................................. 41 Figura 7 - Modelo simplificado da estrutura da pasta. Powers(20 p. 8). ...................................... 43 Figura 8 - Composio das pastas de cimento para diferentes graus de hidratao e vrias relaes a/c. Adaptado de Powers(20 p. 3). .................................................................................. 43 Figura 9 Representao grfica da hidratao, a/c=0,60. Adaptado de Jensen e Hansen apud Atcin (22 p. 177;179). ...................................................................................................................... 48 Figura 10 - Representao grfica da hidratao, a/c=0,42. Adaptado de Jensen e Hansen apud Atcin (22 p. 178;180). ...................................................................................................................... 48 Figura 11 - Passos na formao da microestrutura. Adaptado de Bentz e Garboczi(16). .......... 50 Figura 12 - Imagem virtual tridimensional da microestrutura da pasta endurecida. Bentz(23). 52 Figura 13 - Frao

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