CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO

TECNOLÓGICA

TÉCNICO EM EDIFICAÇÕES

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

- Cad -

Concreto de Alto

Desempenho

MATHEUS LAMAS MARSICO – 4D6 - SETEMBRO/20071. História:

1.1 Surgimento:

O concreto, a mistura de aglomerantes, água e agregados (miúdos e graúdos)m desde o patenteamento do Cimento Portland por Joseph Aspdin, em 1824, vem sofrendo sucessivos incrementos de resistência. O CAD surgiu por volta das décadas de 60 e 80, desenvolvido na Noruega, e adotado pelo Brasil a certa de 10 anos. Durante muito tempo, podemos falar em séculos, o concreto permaneceu com a mesma mistura de sempre, cimento, areia, brita e água. Em 1931, a norma brasileira que regulamentava o uso de concreto nas obras civis indicava concretos de fck ≤ 12 MPa, já na década de 1940 a resistência indicada era de cerca de 16 MPa. Em meados de 1990 esse valor já correspondia a 25 MPa, e a partir do ano 2000 a possibilidade de se conseguir com facilidade concretos com resistência na ordem de 40 a 50 Mpa.

Com os avanços em pesquisas por novas tecnologias, foram descobertos os aditivos, as adições, fatores estes que são aplicados com a finalidade de melhorar, salientar, inibir e modificar determinadas reações, propriedades e características do concreto, em estado fresco ou endurecido. Inicialmente o CAD era conhecido por Concreto de Alta Resistência (CAR), pelo fato desta ser a primeira característica de muitas outras que apresente um progresso espetacular. A partir daí a comparação com o concreto comum em relação à resistência (MPa) começou a ficar irrisória, pois enquanto um concreto comum atingia uma resistência de no máximo entre 20 e 25MPa, o atualmente chamado Concreto de Alto Desempenho já atingia uma resistência de 100MPa. Hoje em dia, considera-se CAD um concreto com mais de 40 MPa.

2. Conceito, Definição e Princípio:

Podemos dizer que o CAD com pontos importantes para a construção civil, como exemplo podemos falar da situação custo/benefício, que mesmo sendo um concreto mais caro, pois usa componentes de difícil acesso e de valores relativamente altos, este concreto proporciona um benefício ótimo. Benefícios estes que podemos citar em: - Composição de peças com menores dimensões e com mais resistência; - Baixíssima permeabilidade; - Excelente resistência; - Suporta mais carga, consequentemente possibilita maiores construções, e outros.

Além do aumento da vida útil das construções, este concreto pode proporcionar desfôrmas mais rápidas, diminuição da quantidade e metragem de formas e principalmente possibilita maior rapidez na execução da obra.

3. Propriedades:

3.1 Resistência:

De uma forma geral, entende-se como resistência a capacidade de resistir à tensão sem ruptura. Cabe ressaltar que a resistência é a primeira propriedade especificada para projeto. A resistência inicial à compressão do CAD pode demorar mais a desenvolver-se do que nos concretos convencionais devido ao tempo de início da reação de hidratação do cimento, que é um pouco mais demorada devido ao uso de superplastificantes. Como acontece em alguns casos, até mesmo a associação de plastificantes e retardadores, para viabilizar todo o processo de elaboração, transporte e lançamento contribui para que tal tempo se estenda. No entanto, a partir do momento em que se inicia a hidratação do cimento, a reação desenvolve-se rapidamente, sendo que resistências de 30 MPa podem ser obtidas em até 24 horas, se os traços forem elaborados de forma satisfatória. A obtenção de resistências maiores nas

primeiras horas torna-se muito difícil devido à perda rápida de abatimento. Para obtenção de dados comparativos, a data de 28 dias para que testemunhos sejam ensaiados. A resistência a compressão e a tração do CAD são muito maiores que a de um concreto comum.

3.2 Compacidade:

O concreto de alto desempenho é mais compacto, pois tem melhor estrutura granulométrica e menor porosidade decorrente da evaporação da água. Nas imagens abaixo é possível comparar a microestrutura de concreto comum com a microestrutura do concreto de alto desempenho. Além da estrutura mais compacta, a interface entre matriz e agregado é mais resistente no concreto de alto desempenho.

- Concreto Comum -

- Concreto de Alto Desempenho -

3.3 Impermeabilidade:

Com a utilização de adições e aditivos especiais, sua porosidade e consequentemente a permeabilidade são reduzidas, tornando as estruturas elaboradas com este tipo de concreto, mais resistentes ao ataque de agentes agressivos tais como cloretos, sulfatos, dióxido de carbono e maresia.

O CAD é muito mais impermeável do que o concreto convencional pelo fato de ter uma maior compacidade. Realmente enquanto a porosidade de um concreto comum gira em torno de 25 e 30% do seu volume, no concreto de alto desempenho é cerca de 5%. Entretanto a uma boa impermeabilidade também é conseqüência de uma cura bem executada, tendo em vista o baixo fator água/cimento, que leva a uma cura que deve reter apenas a quantidade de água necessária para a reação do concreto. Cura esta que deve ser iniciada imediatamente depois da concretagem. O fato do CAD ter um bom índice de impermeabilização já o levou a ser usado no subsolo, caixas de água e obras marítimas.

3.4 Durabilidade:

Nas estruturas de concreto armado, é de fundamental importância o estudo dos mecanismos de transporte de fluidos em seu interior. Desta forma, pode-se avaliar da melhor forma as condições de durabilidade às quais elas estarão submetidas. No mundo, a preocupação com a durabilidade das estruturas de concreto já existe há bastante tempo, principalmente devido aos custos envolvidos para repará-las. No Brasil, a preocupação com a deterioração só veio acontecer, de forma organizada, nos últimos anos.

A longa durabilidade, por sua vez, faz com que o concreto de alto desempenho seja ideal para estruturas expostas a ambientes agressivos, como os marítimos, e para execução de obras-de-arte que requerem grande vida útil. A durabilidade muito maior do que a dos concretos convencionais é uma das principais vantagens do concreto de alto desempenho. Por ser mais compacto e impermeável, ações danosas decorrentes da penetração de substâncias agressivas na peça são extremamente minimizadas. A micro-sílica também aumenta a durabilidade do concreto. Cem vezes mais fino que o cimento, o material penetra em espaços minúsculos, evitando a formação de poros e vácuos.

Essa propriedade é conseqüência da redução de água empregada na hidratação do cimento e da existência de menos fissuras.

3.5 Trabalhabilidade:

Podemos dizer inicialmente que a trabalhabilidade é conseqüência de uma boa mistura, ou seja, também é conseqüente do fator água/cimento utilizado no traço. Se esse fator for abaixo do ideal o concreto terá mais resistência maior, mas um trabalhabilidade muito inferior do estimado, e se for adicionado água além do ideal ocorrera o contrário, terá menos resistência e mais trabalhabilidade. Embora o fator água/cimento para o concreto de alto desempenho seja inferior ao do concreto comum, é necessário um equilibrado, que ajudará quase que totalmente na busca de uma boa trabalhabilidade.

Com a aplicação de aditivos, como o superfluidificante e o superplastificante, o concreto de alto desempenho torna-se muito mais trabalhável, apesar de que fator água/cimento usado frequentemente seja inferior a 0,3, usa-se superplastificantes com freqüência para ajudar ou até corrigir automaticamente um possível ruim trabalhabilidade.

4. Classificação:

4.1 Quanto a Resistência a Compressão:

Exemplificando a importância dos valores de resistência a compressão, podemos classificar o CAD pelos seus devidos valores.

4.1.1 Classes do CAD Quanto a Resistência a Compressão:

CLAS RESISTÊNCIA A

E COMPRESSÃO (MPa)I 50 – 75 MPaII 75 – 100 MPaIII 100 – 125 MPaIV 125 – 150 MPaV Maior que 150 MPa

4.1.2 Classe do CAD Quanto o MPa Atingido:

RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO (MPa)

Baixa < 25 MPaMédia 25 - 50 MPaAlta 50 - 90 MPa

Ultra Alta > 90 MPa

4.2 Quanto a Forma de Produção:

Pelo fato do concreto de alto desempenho ser altíssimo nível, ele também necessita de um rigoroso controle de produção, sendo este com certeza um aspecto que influência profundamente na resistência final do concreto. Na tabela abaixo podemos visualizar, de acordo com estatísticas e pesquisas rigorosas, a resistência em MPa resultante de cada local de produção de concreto.

RESISTÊNCIA A PRODUÇÃO (Local)Canteiro de Obra Comum < 25 MPa

Centrais Com Um Bom Controle Tecnológico

25 - 50 MPa

Centrais Com Um Rigoros Controle Tecnológico

50 - 90 MPa

Fábrica de Pré-Moldados e Instalações Especiais

> 90 MPa

4.3 Quanto os Materiais:

Com as pesquisas avançadas na busca de novos materiais, começaram a surgir elementos, até então alguns conhecidos e outros desconhecidos, que podem ajudar no desenvolvimento e no aumento da resistência do concreto de alto desempenho. Visualizar tabela abaixo.

RESISTÊNCIA A PRODUÇÃO (Local)

BAIXA< 25 MPa

Cimento Portland ComumAreia

Agregado Comum

MÉDIA20 – 50

MPa

Cimento Portland ARIAreia

Agregado ComumSuperplastificante

Com ou sem micro-sílica ou cinza volante

ALTA Cimento Portland ARI

50 – 90 MPa

AreiaAgregado Selecionado

SuperplastificanteSílica Ativa

ULTRA ALTA

> 90 MPa

Cimento Portland ARI ou AlumínioAreia de Bauxita Calcinada

Agregado de Bauxita Calcinado ou de Ferro

SuperplastificanteSílica Ativa

5. Produção:

O concreto de alto desempenho possui os mesmo componentes básicos do concreto convencional, porém tem o acréscimo de aditivos e adições, itens estes que podem varias de finalidade.

Os especialistas recomendam que o CAD seja produzido em centrais de concreto, pois exige controle rigoroso da massa dos materiais. Se a central estiver fora do canteiro, a mistura pode ser feita com todos os componentes exceto o superplastificante, que deve ser adicionado na última hora por ter efeito por tempo limitado. Por isso, deve-se dedicar especial atenção ao tempo de transporte desde a saída da usina até o local de aplicação. Em geral não se recomenda a adição posterior de água na mistura, pois as características controladas da massa podem ser alteradas. No caso de concretos de abatimento elevado, a capacidade do caminhão-betoneira deve ser limitada a 75%.

5.1 Componentes:

5.1.1Agregados (Areia e Brita):

Como já foi dito acima o CAD preciso de um controle rigoroso em todos seus aspectos, portanto os agregados não poderiam ficar fora. É necessário um controle granulométrico muito alto, ou seja, uma granulometria que inclua grãos muitos finos para preencher os vazios entre os grãos maiores.

A resistência, o tamanho e a forma dos agregados devem ser compatíveis com a matriz, sendo fundamental, no caso de CAD, que estes fatores sejam bem avaliados, evitando-se os efeitos indesejáveis de problemas na face do concreto.

5.1.2 Cimento:

Conforme o tipo de cimento adotado, há influência significativa na resistência, principalmente nas primeiras idades.

No concreto de alto desempenho não podemos usar qualquer cimento, o mais usado hoje em dia é o Cimento Portland ARI, que como já no seu nome é um cimento de alta resistência inicial.

5.1.3Água:

Como em todos mistura de pasta, seja ela direcionada a argamassa ou concreto, a água tem um papel fundamental, pois influencia quase que em 100% em todos os aspectos. Um dos mais importantes e discutidos hoje

em dia é o fator água/cimento, que é o ponto fundamental para um concreto de bom resultado.

5.1.4Aditivos:

Hoje em dia existem muitos tipos de aditivos usados em concreto, mas o indispensável para se ter um concreto de alto desempenho com ótimo resultado são os Superplastificantes e os Superfluidificantes, os demais tipos de aditivos podem ser usados de necessário, de acordo com as necessidades e/ou exigências da construção. Aditivos estes que podem varias em muitas finalidades, sendo estas:

- Incorporador de ar, ou seja, melhor trabalhabilidade;

- Redução do índice de vazios, consequentemente redução de água;

- Aceleração de pega, ou seja, aceleração do tempo de cura;

- Redução de Pega, ou seja, redução do tempo de cura;

5.1.5Adições:

Com os passar do tempo foram surgindo cada vez mais elementos para serem adicionados ao concreto, com a finalidade de não só melhorar a resistência como outras características também. Na atualidade citar todos seria praticamente impossível, pois muitos materiais são peculiares de cada região. Porém existem os mais comuns, utilizados em grande escala, são esses:

- Fibra de Nylon;

- Fibras de Polipropileno;

- Fibras de Aço (substituem a armadura);

- Poliestireno Expandido (isopor)

- Sílica Ativa ou Micro-Sílica

- Metacaluim

O mais usado hoje em dia, mesmo sendo de um custo alto, é a micro-sílica. Que é aplicada em torno de 10% da massa do cimento.

5.2 Execução:

Neste ponto é onde se deve ter o máximo de controle, cuidado e rigorosidade, pois é aqui que começa a execução do concreto de alto desempenho.

5.2.1Dosagem e Mistura:

Em muitos locais de obra, a dosagem é feita sem controle e sem supervisão nenhuma. Fato este que influência profundamente no resultado final do concreto, ainda mais por se tratar de um concreto de alto desempenho, que existe uma dosagem perfeita e um controle de alto nível.

Em geral 5 a 15 litros de superfluidificantes podem substituir de 45 a 75 litros de água por m³ de concreto, ou seja, uma proporção que se remete em cerca 30% do concreto. Já na adição de sílica ativa ou micro-sílica, é essencial acima de 50 MPa, essa adição faz-se numa proporção de

8%, podendo chegar até 15% de todo concreto. No gráfico abaixo podemos visualizar as proporções, na forma mais usual, do concreto de alto desempenho.

As proporções usuais dos diversos materiais para se produzir 1m³ de concreto de alto desempenho estão, em média, dentro dos seguintes parâmetros.

- Cimento:entre 450 e 600 kg.

- Agregado Miúdo:entre 600 e 500kg

- Agregados Graúdos:entre 1.100 e 1000kg

- Fator Água/Cimento:entre 0,2 e 0,4

- Superplastificantes e Superfluidificantesentre 0,3 e 0,2%

- Micro-Sílica ou Sílica Ativaentre 7 e 15%

- Superplastificantes Retardadores, usados eventualmenteentre 0 e 0,5%

Nota-se que a relação água/cimento varia entre 0,2 e 0,4, podendo ser menor ainda, enquanto que nos concretos convencionais essa relação está em torno de 0,50.

5.3 Controle de Alta Tecnologia:

A execução de um controle de alta tecnologia em uma obra não é de grande dificuldade, pois a maior trabalhabilidade do concreto facilita, a cura como já foi citado acima se deve iniciar logo após a concretagem. Embora seja fácil a execução na maioria dos casos não é feito controle algum, e quando é feito não é muito rigoroso.

Em toda obra com concreto armado se deve haver um controle de alta tecnologia. Mais ainda quando se trata de um concreto de alto desempenho, que necessita dos seguintes cuidados:

- Após a adição do superplastificante, a concretagem deve ser executada rapidamente, tendo que vista que o efeito desses aditivos é de +- 40 min.

- O manuseio da micro-sílica exige extremo cuidado, por ela possuir um grande com uma finura de aproximadamente 1/100 do grão de cimento.

Contudo, a hora de saber qual é o momento certo para adicionar o superplastificante e realizar o slump test, pode exigir uma assistência técnica especializa.

6. Vantagens:

Apesar de apresentar um custo inicial maior do que o do material tradicional, o concreto de alto desempenho acaba gerando dividendos em longo prazo, já que é mais resistente a impactos, além de mais durável. O uso do concreto de alto desempenho também possibilita o aumento da área útil das construções, que precisaram de menos vigas de sustentação.

Com relação ao consumo de concreto ele é bem menor, pelo fato de se adicionar aditivos e adições, a diferença é compensada na relação consumo/custo do m³ de concreto. Já nas estruturas de fundação e amarração, como foram citadas acima as vigas, não só elas, mas como todas peças em concreto podem ter uma diminuição de tamanho e um ganho de espaço útil e consequentemente uma diminuição de gasto. Abaixo podemos vez um gráfico que remete uma comparação entre custo do m³ / resistência.

Abaixo estão outros pontos a serem citados, que deixam o CAD mais vantajoso:

- Altas resistências à compressão em baixas idades e idades avançadas;- Retração de secagem menor que de concretos convencionais;- Reduzida deformação lenta (fluência) sob cargas de longa duração;- Ausência de exsudação - desde que bem dosado e com o aditivo

superplastificante compatível com o cimento;

- Ausência de segregação no lançamento e adensamento - desde que bem dosado;

- Excelente aderência ao substrato de concreto já endurecido. Adequado para retomada de concretagens, pisos, revestimentos, reparos e reforços;

- Elevada resistência elétrica;- Reduzida carbonatação;- Baixo coeficiente de difusão de cloretos;- Reduzida permeabilidade a gradientes de pressão de água e de gases;- Risco de corrosão de armaduras reduzido;- Alto módulo de elasticidade, ou seja, pequenas deformações.

7. Desempenho:

A diferença de desempenho do CAD com relação às estruturas usadas atualmente na construção civil é grande. Enquanto a maioria dos edifícios atuais, construídos na década de 70 a 80, exige manutenção estrutural a cada vinte anos, por possuírem estruturas mais sensíveis às agressões ambientais, o CAD dispensa qualquer manutenção estrutural. O custo da estrutura também pode reduzir-se em até 15% com o uso do CAD já que a alta resistência desse material permite reduzir a taxa de armaduras, a área de fôrmas e o volume total de concreto, pois reduz a espessura de lajes, de vigas e principalmente as dimensões dos pilares. Essa redução de tamanho dos pilares aumenta a área útil interna dos pavimentos de forma significativa, sobretudo em garagens, salões de festa, térreos e primeiros andares de edifícios altos. Por enquanto o uso do CAD no Brasil se limita a edifícios de escritórios, pois o custo ainda é elevado para edifícios residenciais.

8. Conclusão:

Levando em conta todo o material apresentado, e o conteúdo de grande significado de cada, posso concluir que o aprendizado deste trabalho foi excepcionalmente fantástico. Muito rico em dados e explicações de embasamentos fortes e fontes de grande confiabilidade. Outro ponto a ser citado, por ter sido muito significativo, foi a tentativa de mostrar para os engenheiros e arquitetos que atuam hoje em dia e também para os futuros técnicos em edificações presentes, o quanto é valioso o uso do Concreto de Alto Desempenho, que posso dizer com certeza, depois de ter estudado, lido e organizado muitos materiais, que é um novo conceito em concreto e que venho para ficar.

9. Bibliografia:

- PORTAL DO CONCRETO, www.portaldoconcreto.com.br.

- VITRUVIUS, http://www.vitruvius.com.br/arquitextos/arq000/esp214.asp.

- COMUNIDADE DE CONSTRUÇÃO, http://www.comunidadedaconstrucao.com.br/comunidade/calandra.nsf/0/6D7EE730CBB53C2D03256C6200695060?OpenDocument&pub=T&proj=Novo&can=MoldadasInLoco&secao=Clipping.

- UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS, http://www.ufmg.br/boletim/bol1276/pag6.html

- CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO, Núcleo de Pesquisa em Tecnologia da Arquitetura e Urbanismo, CD Versão 1.0, 1997,

- PUC/ Rio de Janeiro, Certificado Digital do Concreto.

- REVISTA “O CONSTRUTOR” O Construtor Nº03 - 2005