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UNIVERSIDADE SALVADOR
Engenharia CivilMateriais de Construção
Cecília GuimarãesClarissa Ferraz
Marcelo CalasansMarco Antonio Abreu
Victor Souza
Concreto de Alto Desempenho(C.A.D.)
Salvador/BA2012
Universidade SalvadorEngenharia CivilDisciplina: Materiais de ConstruçãoProfessor orientador: Carlos Henrique Gantois
Cecília GuimarãesClarissa Ferraz
Marcelo CalasansMarco Antonio Abreu
Victor Souza
Concreto de Alto Desempenho(C.A.D.)
Trabalho sobre Concreto de Alto Desempenho, da disciplina Materiais de Construção, apresentado ao professor Carlos Henrique Gantois, com resultados obtidos em práticas laboratoriais e estudos teóricos realizados em sala de aula e pesquisa.
Salvador/BA2012
Sumário
INTRODUCÃO HISTÓRICA.................................................................................. 04
1.APRESENTAÇÃO.............................................................................................. 062. PROPOSTA DO TRABALHO............................................................................ 063. PROCESSO DE PRODUÇÃO DO CAD........................................................... 07 3.1 PRODUÇÃO................................................................................................ 07 3.2 MISTURA.................................................................................................... 07 3.3 TRANSPORTE............................................................................................ 08 3.4 LANÇAMENTO............................................................................................ 09 3.5 ADENSAMENTO......................................................................................... 09 3.6 CURA.......................................................................................................... 09 3.7 SELEÇÃO DOS MATERIAIS....................................................................... 10 3.7.1 Agregados........................................................................................... 10 3.7.2 Materiais Cimentícios.......................................................................... 11 3.7.3 Aditivo.................................................................................................. 13 3.7.4 Água.................................................................................................... 13 3.8 METODOLOGIA.......................................................................................... 13 3.9 RELAÇÃO ÁGUA AGLOMERANTE............................................................ 14 3.10 TEOR DE ÁGUA....................................................................................... 15 3.11 DOSAGEM DO SUPERPLASTIFICANTE................................................. 16 3.12 TEOR DE AGRAGADO GRAÚDO............................................................ 16 3.13 TEOR DE AR INCORPORADO................................................................. 174. PRÁTICA NO LABORATÓRIO.......................................................................... 175. MEMORIAL DE CÁLCULOS............................................................................. 196. PLANILHA DE PROJETO DE TRAÇO.............................................................. 237. CÁLCULO DA UMIDADE.................................................................................. 248. DETERMINAÇÃO DO FCKest.......................................................................... 249. DETERMINAÇÃO DO SLUMP TEST................................................................ 2510. CONSUMO X CUSTO...................................................................................... 26CONCLUSÃO........................................................................................................ 28REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................... 29
River Plaza (1976): 77MPa
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Por muito tempo acreditou-se que o concreto só devia ser usado em
fundações, pisos de edifícios de grande altura, ou em caso de necessidade de
proteção ao fogo. Contudo, as décadas passaram e este paradigma foi
quebrado. Segundo Pierre-Claude Aïctin (1998), essa mudança só foi possível
devido a um excesso de “espírito pioneiro” de um pequeno grupo de projetistas
e produtores de concreto, em meados dos anos 60’s. Hoje, o Concreto de Alto
Desempenho (CAD) é de fundamental importância para a engenharia, pois
reduz o gasto espacial da obra e permite a construção de arranha-céus outrora
inimagináveis.
Entretanto, o conceito de concreto não seria mudado da noite para o dia, e este
grupo de pessoas sabia disso. É importante destacar que antes da “revolução”,
era comum o uso de concretos de 15MPa, resistência à compressão que hoje é
considerada muito baixa. Há 50 anos, um concreto que possuísse resistência
de 35MPa já era considerado muito mais
que satisfatório.
Levou cerca de 10 anos para que isso fosse mudado. O desenvolvimento do
CAD se deu de forma lenta e progressiva, fazendo, ao término desse período,
a resistência à compressão máxima da cidade de Chicago triplicar. Porém, na
década de 70 o Concreto de Alto Desempenho encontrou uma barreira técnica
em torno de 60MPa, podendo ser ultrapassada apenas com o uso de novos
materiais.
Foi quando, na década de 80, começou-se a reduzir o fator água/aglomerante,
e a usar aditivos para aumentar ainda mais a resistência do concreto, como a
microssílica e os superplastificantes.
“Além disso, objetivando minimizar o
problema da perda de abatimento, os fornecedores de concreto foram
substituindo uma certa qualidade de cimento Portland por cinza volante de alta
qualidade. Isso reduzia a demanda de água e a perda de abatimento, em
muitos casos permitindo à relação a/a diminuir mais do que o suficiente para
compensar as perdas de resistência inicial causadas pela substituição do
cimento” (AÏCTIN, 1998)
O CAD ainda vem sofrendo algumas alterações com o passar do tempo e a
descoberta de novos materiais. Edificações que um dia não passavam de
35MPa hoje atingem a marca dos 155,5MPa, possibilitando a construção de
obras colossais, além de uma grande redução do volume de concreto
necessário para que a obra fique de pé.
PROPOSTA DO TRABALHO
A proposta deste trabalho sobre concreto de alto desempenho é, que
através do método e da teoria adquiridos em sala, fazer o traço de um concreto
de alto desempenho corretamente e executá-lo na pratica realizando todas as
etapas que envolvem sua convecção, deste a escolha adequada dos materiais
a serem utilizados até a confecção de corpos de prova para após o processo
de cura realizar os rompimentos dos mesmos a averiguar se os resultados
obtidos conferem com o esperado, atentando-se para o caso de utilização
especificado para este trabalho. Determinações:
Resistência mecânica à compressão axial (fck) = maior ou igual a 45
MPa, aos 7 dias de moldado;
Materiais disponíveis: Cimento CPII – Z – 32, Areia de Camaçari da
Ottomar, Pedras britadas Gnaisse de 12,5mm e 19mm, Aditivo admenti
premium, Microssílica densificada da Ativa e Água potável.
Condições de mistura e manipulação: betoneira de eixo alternável,
transporte por bombeamento, lançamento convencional e adensamento
por vibração.
PROCESSO DE PRODUÇÃO DO CAD
Condições técnicas do concreto:
Resistência (concreto esdurecido)
Trabalhabilidade (concreto fresco)
Durabilidade (vida útil)
Higiene (propriedade do concreto de não ser insalubre)
Condições econômicas:
O CAD tem que ser um concreto que atenda às condições de
trabalhabilidade e resistência com menor custo possível.
Etapas de produção:
1. Escolha dos materiais com a definição do traço unitário
2. Proporcionamento na betoneira
3. Mistura, para garantir a homogeneização do concreto
4. Transporte
5. Lançamento
6. Adensamento
7. Cura
1. Escolha dos materiais com a definição do traço unitário:
Para gerar o traço unitário de um concreto de alto desempenho, assim como
qualquer outro tipo de concreto, deve-se primeiramente escolher os materiais
a serem utilizados de acordo com as suas especificações e necessidades que
o concreto apresenta, como resistência aos sulfatos, alta resistência inicial etc.
O tamanho da brita e a areia também são definidas a partir das condições de
projeto e resistência pedidas.
A partir daí se defini o traço unitário seguindo as norma e especificações.
o traço unitário se apresenta da seguinte forma:
C.cimento/Ccimento : C.areia/C.cimento : C.brita/C.cimento :
C.água/C.cimento
A definição do traço do concreto é o fator primordial no trabalho prático
de Concreto de Alto Desempenho. Existem diversos métodos para dosagem de
concreto, em sala de aula, para concretos convencionais utilizamos o método
de dosagem experimental. Para o trabalho, como orientado, utilizamos o
método baseado na norma ACI 211-1.
A metodologia consiste na definição dos materiais e análise das suas
características, fixação da relação água/cimento e determinação do consumo
de materiais.
Materiais utilizados
Cimento CPII-Z-32 – Cimento disponibilizado no laboratório de materiais.
Massa específica: 3100 kg/m³
Pedra britada Gnaisse de 19mm
Massa Específica: 2770 kg/m³
Massa Unitária compactada: 1510 kg/m³
Areia da Ottomar (RMS)
Massa Específica: 2630 kg/m³
Módulo de finura 1,8
Fixação da Relação Água/Cimento
O cimento utilizado foi o Cimento CPII – Z – 32, e interpolando a curva
de Abrams em busca de produzir um concreto com resistência a compressão
de 45Mpa em 7 dias, foi definido o fator água/cimento de 0,31.
Determinação do consumo de água
Para determinar o consume de água é necessário analisar a tabela dada,
levando em conta o tamanho máximo do agregado graúdo (19mm) e o
abatimento, neste caso de 80mm a 120mm por se tratar de concreto
bombeável.
Logo, o consumo de água é de 205 litros por m³.
Consumo de Cimento
Para determinar o consumo de cimento utiliza-se a relação
Consumo de cimento = consumo de água ÷ fator a/c
Utilizando a relação, têm-se:
Consumo de Cimento = 205 ÷ 0,31
Consumo de Cimento = 661,29 kg/m³
Determinação do consumo de agregado graúdo
Para definir o consumo de agregado graúdo é necessário analisar a tabela,
levando em conta o módulo de finura (1,8) do agregado miúdo e da dimensão
máxima do agregado graúdo (19mm).
d
Neste caso o volume de agregado graúdo seco por m³ de concreto ficou
definido o valor de 0,770.
Para determinar o consumo têm-se que:
Consumo de brita = volume do agregado graúdo por m³ X massa unitária
compactada
Logo,
Consumo de brita = 0,770 X 1510
Consumo de brita =1162,7
Consumo de agregado miúdo
Para definir o volume de agregado miúdo utiliza-se a relação:
Volume de agregado miúdo = 1 –{ ( Consumo de cimento ÷ massa específica)
+ (consumo de brita ÷ massa específica) + (consumo de água ÷ massa
específica)
Volume de agregado miúdo = 1 – {(661,29÷3100) + (1162,7÷2770) +
(205÷1000)}
Volume de agregado miúdo = 1 – {(0,2133)+(0,4197) +( 0,205)
Volume de agregado miúdo = 1 -0,803
Volume = 0,162
Multiplicando pela massa específica da areia temos:
0,162 X 2630 = 426,06
Apresentação do traço
Para se apresentar o traço é necessário proporcionar todos os materiais em
função do cimento, logo temos:
(661,29 ÷ 661,29) : (426,06 ÷ 661,29) : (1162,7 ÷ 661,29) : (205 ÷ 661,29)
TRAÇO
1 : 0,644 : 1,75 : 0,31
Silica
A sílica ativa é um material pozolânico muito reativo devido basicamente a
três fatores: seu alto teor de SiO², sua extrema finura, e seu estado amorfo. Por
possuir tal característica, fornece ao concreto certa resistência aos sulfatos,
além elevar também a resistência à compressão do concreto, especialmente
entre 7 e 28 dias. Tal fenômeno acontece devido à sua alta finura, que
possibilita às suas partículas ocupar os espaços vazios deixados pelas
partículas maiores de cimento. No traco do CAD foi utilizado 9% de silica.
Super Plastificante
Aditivo Plastificante O aditivo disponibilizado é o Admenti Premium, não
possui cloretos na sua composição e é composto basicamente por
policarboxilatos. A utilização de aditivo superplastificante é necessário por
conto do baixo fator água/cimento, que compromete bastante a trabalhabilidade
do concreto. Por se ter como objetivo a produção de concreto bombeável é
necessário aumentar a trabalhabilidade/fluidez do concreto, o que pode ser
medido pelo slump test. Na produção do CAD utilizou-se 0,6% do Adment
Premium.
2. Proporcionamento na betoneira:
Depois de definidos os materiais e o traço é hora de adicionar todos os
materiais na betoneira para que seja então efetuada a mistura dos
componentes do concreto até que se torne uma massa homogênea.
3. Mistura
É nessa etapa que todos os matérias se unem para formar então o concreto.
Existem dois tipos de mistura, a manual e a mecânica. A mistura manual, que
deve se ater à obras de pouco volume e nunca se deve misturar manualmente
um volume com mais de 100kg de cimento. Já a mistura mecânica utiliza-se de
betoneiras ou misturadores. Tempo e velocidade de mistura são influenciados
pelo tipo de eixo.
Eixo inclinado - Tempo: 120√D
Velocidade: 20/√D, sendo D = diâmetro
Eixo vertical - Tempo: 30√D
Velocidade: 15/√D
Eixo horizontal - Tempo: 60√D
Velocidade: 18/√D
Os misturadores de mistura forçada são os melhores, por permitirem uma
homogeneização melhor e mais rápida.
4. Transporte
O transporte deve ser o mais rápido e direto possível, deve-se evitar que o
tempo comprometa a resistência.
Tipos de transporte: Horizontal, vertical e inclinado.
Horizontal: Gerica , carrinho-de-mão, caminhão, betoneira
Imagem 1 caminhão betoneira, fonte: http://www.br3000.com.br/fotos/mercedes01.jpg
Imagem 2 carrinho-de-mão, fonte:
http://images03.olx.com.br/ui/11/07/30/1306235507_89530730_4-Carrinho-de-mao-aco-com-
rolamentos-dir-fabrica-48x-cartao-bndes-Compra-Venda.jpg
Inclinado: Calhas
Imagem 3 - Concreto caindo de uma calha
fonte: http://www.concretousinado.com.br/images/concreto/concreto1.jpg
Vertical: Elevadores, guindastes, gruas
Imagem 4 - Grua
fonte: http://www.jblmaquinas.com.br/obras/produtos/grua01.jpg
Bombeamento é considerado transporte, mas é necessário cuidado com a
limpeza da tubulação. O concreto que vai se bombeado tem que ter um nível
de umidade crítico. Concretos muito secos ou muito úmidos tem baixa coesão,
facilitando a segregação.
5. Lançamento
O lançamento é a ação de despejar o concreto na forma de maneira que ele
preencha todo espaço delimitado. Essa etapa envolve também o preparo da
forma para receber o concreto. A forma deve estar estanque, para evitar
vazamentos, lisa, com armaduras bem dispostas e devidos espaçadores.
Imagem 5 - Formas
Fonte: http://www.formasparaconcreto.com/imagens/prod_119_140209376.jpg
6. Adensamento
O adensamento é responsável pela retirada dos vazios que estão no concreto
e por garantir uma melhor distribuição do concreto em toda a forma. Nessa
fase, a trabalhabilidade é de fundamental importância.
Tipos de adensamento:
1. Manual - Deve ser evitado, só é utilizado em última opção
2. Mecânico - utilização de vibradores, são eles de imersão com agulha
vibrante (imagem 6), vibrador de forma, régua de superfície e mesa
vibratória.
Imagem 6
fonte: http://www.bosch.com.br/br/ferramentas-profissionais/produtos/vibrar-concreto/img/
destaque-gvc-20-ex.png
A falta ou o excesso de adensamento podem prejudicar o concreto, o excesso
gera segregação, e a falta deixa vazios.
Deve-se parar de adensar quando se observar predominância de finos com
umidade uniforme na camada superficial.
7. Cura
A cura, é o processo que visa garantir a perfeita hidratação do concreto,
evitando assim as retrações e para que o concreto endureça corretamente e as
estruturas apresentem, após o processo completo, o desempenho esperado.
Tipos de cura:
Úmida - por irrigação, por submersão
De forma - Isolamento da forma
Por membrana - resina (química)
Por cloreto de cálcio - O sal absorve a umidade do ar e cria uma capa no
concreto
À vapor
Fatores que influenciam na resistência do concreto
Os fatores que influenciam na resistência do concreto são: a variabilidade do
cimento, dos agregados, da água, a proporção dos materiais, a mistura,
operação dos equipamentos e manuseio adequado do concreto nas etapas de
produção.
Variabilidade do cimento, a escolha dentre os variados tipos de cimento,
que apresentam finura e composição diferentes, por suas propriedades
diversas exercem grande influencia na resistência final do concreto.
Variabilidade dos agregados, por apresentarem propriedades diversas,
finura, massa especifica; torna-se essencial a escolha adequada dos
mesmos.
Variabilidade da água, o principal fator na resistência do concreto é o
fator água-cimento.
Proporção dos materiais, para alcançar a resistência desejada à correta
realização do traço seguindo as normas e técnicas adequadas é
indispensável.
Mistura, deve-se realizar uma mistura homogenea do concreto afim de
adquirir um traço equivalente por todo seu volume.
Operação dos equipamentos.
Manuseio adequado do concreto nas etapas de produção, isso envolve
toda a parte pratica da convecção do concreto, desde o peneiramento
dos agregados até o adensamento e processo de cura; O manuseio
adequado é de extrema importância para que o calculado e esperado na
teoria seja alcançado na pratica.
Trabalhabilidade e consistência
A trabalhabilidade é um conceito subjetivo e envolve as características do
concreto, condições de projeto e condições de manipulação. O concreto é dito
trabalhável quando se é obtido equilíbrio entre essas três condições e o menor
custo possível. A trabalhablidade envolve o tamanho máximo do agregado e a
consistência.
A consistência de um concreto fresco pode ser aferida de várias formas.
O método mais usual para os concretos que não sejam auto adensáveis é
chamado de Abatimento do cone de Abrams (slump test).
Prática no laboratórioDepois de feito e proporcionado o traço, foi necessário peneirar-se os agregados, a fim de excluir do nosso concreto aqueles que possuíssem um diâmetro maior que o recomendado, ou impurezas, como galhos e pedras.
Os materiais foram colocados na betoneira (primeiramente a água e a brita, seguidos do cimento e da areia).
Após obter-se uma certa homogeneidade do concreto, tornou-se necessário fazer o “slump test” para medir a consistência do mesmo.
Slump Test O Slump Test, também conhecido como teste do abatimento, é usado para se medir a consistência do concreto, e consiste em colocar-se o concreto em um molde em forma de tronco de cone, com as medidas especificadas pela ABNT, tendo o cuidado de adensá-lo bem para minimizar os vazios colocando três camadas de concreto retirado da betoneira, cada camada recebe 25 golpes feitos com uma barra de aço de 600mm e comprimento e 16mm de diâmetro, sendo que os golpes devem ser dados de maneira distribuída de fora para dentro, não permitindo que a barra ultrapasse a camada que está sendo adensada. Feito isso, o molde é retirado cuidadosamente, e observa-se uma redução na altura do concreto, em comparação com o mesmo no interior do molde. Esta diferença é chamada de Slump, e deve pertencer a um determinado intervalo especificado por tabela.
Foi usado o adensamento manual com o auxílio de uma barra de metal, e dando-se 25 golpes a cada camada de concreto colocado. No total são 3 camadas colocadas, até atingir-se o topo do tronco de cone.
Algumas tentativas e correções no traço foram feitas até que o slump encontrado fosse aceitável.
Com este traço foram feitos quatro corpos de prova.
Os corpos de prova foram colocados submersos para sofrer o processo de cura por imersão.
Passados cinco dias retornamos ao laboratório para retirar os corpos de prova de seus respectivos moldes testar a resistência dos corpos de prova.
Por fim, testamos a resistência à compressão dos corpos de prova.
Fator Água/Cimento
O Fator água/cimento são as proporções de água e de cimento a serem utilizadas
no traço concreto.Esta proporção interfere diretamente na resistência final do concreto.
Quanto menor o fator água/cimento, maior a resistência do concreto. Caso a quantidade
de água seja inferior à ideal a reação com o cimento não ocorrera completamente e caso
a quantidade de água seja superior à ideal a resistência do concreto diminuirá por conta
dos poros no concreto apos a evaporação da água.
Por definição o fator água/cimento é dado pela formula:
X = Pag/Pc
Sendo:
X= Fator água/cimento
Pag= Peso da água
Pc= Peso do cimento
Curva de Abrams
