Concreto Auto-Adensável Utilizando Materiais Encontrados na Região de Belém

ANAIS DO 52º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2010 – 52CBC0321 1

CONCRETO AUTO-ADENSÁVEL UTILIZANDO MATERIAIS ENCONTRADOS NA REGIÃO DE BELÉM

SELF-COMPACTING CONCRETE USING MATERIALS FOUND IN THE REGION OF BELÉM

Mariana Domingues von Paumgartten (1); Fernando França de Mendonça Fillho (2); Antônio

David Peixoto Pinheiro Filho (3); Pedro Leonardo Secco Gomes; (4); José Zacarias Rodrigues da Silva Junior (5)

(1) Aluna de Graduação do Curso de Engenharia Civil e Monitora da Universidade da Amazônia (UNAMA). (2,3,4) Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Civil da Universidade da Amazônia (UNAMA). (5) Profº M.Sc. UNAMA. Diretor Concreteste. Diretor Regional do IBRACON – [email protected]

RESUMO

O concreto auto-adensável é uma das evoluções dos concretos convencionais que se mostra como sendo uma tecnologia que possui características nunca alcançadas com o concreto convencional, que era constituído somente por aglomerante, agregado e água. Trata-se de um concreto que têm como fundamento a utilização de aditivos e adições minerais, que irão fazê-lo alcançar suas três principais propriedades: coesão, habilidade passante e resistência à segregação. Por possuir adensamento próprio, permite que o material tenha propriedades reológicas muito mais fluidas, aumentando sua área de atuação, já que é possível usar tal material pra formas mais exóticas ou armaduras mais densas. Apesar da tecnologia não ser exatamente nova, ainda não há um consenso teórico de como dosar um CAA, sendo que os traços são desenvolvidos de maneira experimental e os métodos teóricos já existentes ainda não são muito populares, variando de pesquisador para pesquisador. Este trabalho propõe o estudo de um traço feito a partir de materiais encontrados na região de Belém, caracterizada por possuir um agregado natural fraco e não ter difundido a utilização do CAA. Palavras-chave: Auto-adensável. Coesão. Habilidade passante. Resistência à segregação.

ABSTRACT

The self-compacting concrete is one of the evolutions of the conventional concrete which shows itself as a technology that possesses characteristics never achieved with conventional concrete, which was constituted only by the binder, aggregate and water. This is a concrete that are founded on the use of additives and mineral addition that are going to make the concrete achieve its three main properties: cohesion, passing ability and resistance to segregation. By having the ability to compact itself, allows the material to have rheological properties much more fluid, increasing its area of operation, since it is possible to use such material to more exotic forms or thicker armor. Although the technology is not exactly new, there is still no theoretical consensus on how to dose a CAA, in a way that the trace is produced by experimental means and theoretical methods already existent are not yet very popular, differing from researcher to researcher. This work proposes the study of a trace made from materials found in the Belém region, characterized by having a weak natural aggregate and not have widespread the utilization of CAA. Keywords: Self-compacting. Cohesion. Passing ability. Resistance of segregation.


1 Introdução

Nos dias atuais, concretos convencionais de Cimento Portland perderam seu espaço. Por possuírem várias deficiências, obteve-se necessidade de estudar novos tipos de misturas que melhorassem o desempenho dos concretos. Com o advento dos superplastificantes, conseguiram-se misturas de alta resistência, em torno de 60 a 120 MPa e essa adição também melhorou outras propriedades do concreto. Por reduzir a quantidade da água, o concreto torna-se menos poroso, assim, reduzindo a ocorrência de patologias e elevando a vida útil do mesmo, que anteriormente era de 40 a 50 anos, para, 100 a 150 anos. Os concretos especiais têm como objetivo melhorar as propriedades do concreto convencional e, conseqüentemente, diminuindo os gastos de energia e mão-de-obra, tornando-os viáveis economicamente. A obtenção de concretos que otimizem o processo construtivo vêm sendo estudada há muitos anos. Problemas com o processo de adensamento do concreto convencional em estruturas muito complexas, fizeram com que, no final da década de 70, pesquisadores da Itália, Alemanha e Japão desenvolvessem misturas que possuíssem alta trabalhabilidade, ou seja, coesão e fluidez simultaneamente. Desta forma, surgiu o concreto auto-adensável (CAA). (MEHTA e MONTEIRO, 2008) Segundo OKAMURA (1997), o primeiro concreto auto-adensável foi desenvolvido na Universidade de Tóquio por Ozawa, em 1988. Devido à região sofrer abalos sísmicos, as estruturas utilizadas possuem alta taxa de armadura, onde o problema com a adensiblidade seria sanado com a utilização de um concreto fluido. No Brasil, o concreto auto-adensável ainda não é largamente utilizado. Segundo Tutikian e Dal Molin (2008), o uso incipiente tem como causa principal, a falta de conhecimento sobre o assunto por parte de alguns profissionais. A falta de normatização de procedimentos e ensaios e a grande variedade de estudos de dosagens experimentais, também fazem com que o CAA não seja utilizado. Na região de Belém, há poucas utilizações desta tecnologia. A região é caracterizada por utilizar em suas construções, uma areia natural fina e seixo rolado, que proporcionariam uma melhor coesão e trabalhabilidade ao CAA. A importância do estudo de uma dosagem de concreto auto-adensável com a utilização dos materiais da região é grande, tendo em vista que, esta tecnologia apresenta vantagens econômicas, atendendo as exigências de mercado e oferecendo os benefícios que esta nova tecnologia pode obter.

2 Concreto Auto-adensável

2.1 Histórico

A partir do ano de 1983, problemas com a durabilidade de estruturas de concreto foi um assunto discutido no Japão e desencadeou problemas para a sociedade japonesa. Uma ótima adensibilidade é necessária para obter-se estruturas duráveis, contudo, a gradual redução da quantidade de mão-de-obra na indústria da construção japonesa levou a queda da qualidade das peças estruturais (OKAMURA, 1997).


Em 1986, o CAA é desenvolvido na Universidade de Tóquio e tem seu primeiro protótipo feito por Ozawa em 1988 para sanar o problema do adensamento (GOMES, 2009). Em meados da década de 90, o CAA surge na Europa e desencadeia uma série de estudos no mundo todo. Uma das primeiras utilizações do concreto auto-adensável foi nas duas ancoragens da ponte Akashi-Kaikyo (Figura 2.1), no Japão, em 1998. Na época, ela possuía o maior vão do mundo (1.991 m), e foram lançados 290.000 m³ de CAA.

Figura 2.1 – Ponte Akashi-Kaikyo (Geyer apud Araújo, 2008).

No Brasil, a partir de 1970, o concreto auto-adensável, com características diferentes, era utilizado somente em concretagens submersas como na Ponte Rio Niterói e nas paredes diafragmas da Estação São Bento do metro de São Paulo (GEYER; SENA apud ARAÚJO, 2008). A partir de 2004, em cidades como Goiânia, Belo Horizonte, Florianópolis e Porto Alegre surgiram as primeiras aplicações de CAA em edificações. Na região de Belém, somente aplicações de concretagem submersa com concreto auto-adensável foram utilizadas, na Ponte do Rio Guamá.

2.2 Vantagens e Aplicação

O concreto auto-adensável foi desenvolvido no final da década de 80 para melhorar a durabilidade das estruturas. Desde então, foram feitas investigações e o CAA vem sendo utilizado em estruturas, principalmente por grandes empresas de construção japonesas. (OKAMURA e OUCHI, 2003). Após inúmeras pesquisas de vários países que estudaram sua adensibilidade e suas vantagens, podemos citar (EFNARC, ARAÚJO e CAVALCANTI, 2006):

acelera a construção;

reduz mão-de-obra no canteiro, assim, reduzindo o custo de aplicação por m³;

melhora o acabamento final da estrutura;

melhora a durabilidade da estrutura;

fácil de adensar;

permite uso de várias formas e tamanhos;

permite concretagens em peças com seções reduzidas;

elimina o barulho de vibração


torna o local de trabalho mais seguro;

permite bombeamento em grandes distâncias;

permite o uso de grandes volumes de aditivos minerais provenientes de resíduos industriais, contribuindo para a diminuição do impacto ambiental;

reduz o custo final da oba comparado com o ccv. Segundo Okamura e Ouchi (2003), no Japão, apenas 0,1% dos concretos usinados são auto-adensáveis. Apesar de vários países como Japão e países europeus já existam aplicações do CAA, ele ainda é pouco utilizado. Dentre as aplicações co concreto auto-adensável pelo mundo, podemos citar: A ponte Akashi Kaikyo, com vão de 1991 metros, teve em sua execução a utilização do CAA nas duas ancoragens (Figura 2.2). O concreto foi bombeado em tubos de 200 metros de comprimento. A economia de tempo foi da ordem de 20%, tendo seu tempo de execução reduzido de 2,5 anos para 2 anos. (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2008).

Figura 2.2 – Bloco de ancoragem da ponte Akashi-Kaikyo.

Outro exemplo de aplicação do CAA ocorreu na cidade de Ilinois nos Estados Unidos. A Universidade local desenvolveu um projeto que consiste em uma parede densamente armada em forma de “L” que seria indestrutível para simulação de diversos terremotos (Figura 2.3). A estrutura possuía vários tubos horizontais para futuras medições e os mesmos não poderiam de mover, portanto, o uso da vibração foi descartado. Utilizou-se o CAA e depois da desfôrma, observou-se que a parede não necessitava de reparos e que os tubos não haviam sido danificados. (TUTIKIAN e DAL MOLIN, 2008).

Figura 2.3 – Parede para simulações de terremotos.


No Brasil, destacam-se algumas aplicações do CAA descritas no artigo da Revista Téchne (2008). Na obra do Residencial Pateo São Paulo, da construtora BKO, pôde ser verificado que o tempo de lançamento foi reduzido pela metade utilizando o mesmo número de trabalhadores. O mesmo aconteceu na ampliação do Shopping Flamboyant, em Goiânia. Outra aplicação do CAA foi no Metrô de São Paulo com uma laje de 8.000 m³ de volume (Figura 2.4), foram utilizados 600 m³ nas regiões de engaste da laje com as paredes dos poços.

Figura 2.4 – Laje do metrô de São Paulo.

Em Novo Hamburgo, Rio Grande do Sul, a Mosmann Incorporações utilizou o CAA na execução da estrutura de um edifício residencial. Verificou-se que ao todo, os funcionários tinham 162 horas livres por andar, onde foram usadas para acelerar outros tipos de serviços.

2.3 Materiais de Belém Utilizados

2.3.1 Cimento Portland

Foi utilizado no experimento o cimento CP II F – 32 fabricado pela POTY. Este cimento contém adição de material pozolânico variável entre 6 a 14%, o que confere baixo índice de permeabilidade, sendo ideal principalmente com a presença de água, características que garantem aplicabilidade na região de Belém, uma vez que há grande incidência de chuvas e presença de cloretos e sulfatos na maior parte dos rios e bacias da região.

2.3.2 Agregados

O agregado graúdo utilizado foi o seixo rolado, originário de São Miguel do Guamá - Pará, onde possui massa específica de 3,01 g/cm³. A areia utilizada é encontrada no município de Santa Bárbara – PA. É do tipo quartzoza com grãos esféricos, é classificada como fina e possui massa específica de 2,64 g/cm³.

2.3.3 Adições Minerais


A adição mineral escolhida para ser utilizada foi o metacaulim. O metacaulim é uma adição mineral de alta eficácia para concretos e produtos à base de cimento Portland, destinado a inúmeras aplicações na construção civil em geral, largamente utilizado na Europa, Estados Unidos e Ásia, conferindo inúmeras vantagens, como por exemplo, aumento de resistência mecânica e durabilidade com redução de vazios estruturais. Possui massa de específica de 2,60 kg/dm³ e diâmetro máximo de 0,045 mm.

2.3.4 Aditivo Superplastificante

No experimento foi adicionado o aditivo superplastificante sintético de alto desempenho MC-Powerflow 2241 MC-Bauchemie, ideal para aplicação em CAA. Possui as seguintes propriedades:

Grande redução na quantidade de água;

Longa manutenção do slump;

Rápida dispersão no concreto;

Dosagens econômicas;

Boa compatibilidade com incorporadores de ar;

Boa estabilização em altas consistências.

2.3.5 Água

Utilizou-se na mistura da pasta água da concessionária local de abastecimento da região metropolitana de Belém – COSANPA.

3 Metodologia experimental A metodologia adotada para desenvolver o estudo experimental, compreendeu: - Dosagem utilizada; - Ensaio slump flow; - Ensaio L-box; - Ensaio U-box; - Ensaio de compressão axial; - Ensaio de compressão diametral; - Ensaio de absorção capilar; - Ensaio de módulo de elasticidade; - Ensaio de carbonatação - Instrumentação necessária para coletar os dados dos ensaios.

3.1 Programa Experimental


3.1.1 Ensaios de Compressão Axial e Diametral A resistência à compressão ao longo do tempo foi analisada por meio de ensaio de compressão axial e diametral. Para analisar a resistência à compressão, foram adotados parâmetros para as idades de 14 e 28 dias. Foram adotados modelos de acordo com a norma NBR 5739 que possuem forma cilíndrica com dimensões de 10 cm de diâmetro e 20cm de altura.

3.1.2 Sistema de Aplicação de Força

Os ensaios de compressão axial e diametral para análise da compressão ao longo do tempo foram realizados na prensa da marca EMIC do Laboratório de Materiais de Construção do CCET – UNAMA, que tem capacidade de carga de 100 ton.

Os corpos-de-prova eram posicionados entre placas de aço, bem ao centro, para que as forças atuassem de forma centralizada. As bases dos corpos-de-prova foram posicionadas em placas de aço fixas, enquanto o topo ficava sob uma placa de aço vinculada a uma rótula, a fim de permitir uma atuação centrada.

3.2 Instrumentação No ensaio de compressão axial e diametral de resistência ao longo do tempo, apenas a força máxima aplicada pela prensa foi monitorada, sendo esta, a mesma que provocou a ruptura dos modelos. A prensa utilizada possuía células de carga com dispositivo automático onde o mesmo detectava o valor máximo, sendo o registro feito de forma digital e o deslocamento do atuador hidráulico tinha velocidade controlada. As leituras dos dados foram feitas por intermédio de um sistema de aquisição de dados digital, composto por um computador com um software de controle do MTESC.

3.3 Materiais Utilizados e Dosagem Adotada Os materiais utilizados no concreto de pó reativo foram definidos no item 2. A dosagem utilizada pode ser vista na tabela a seguir:


Tabela 1: Dosagem desenvolvida para o estudo do concreto auto-adensável.

Material Relação (em peso) Consumo (kg/m³)

Cimento 1 559,3

Areia 1,5 911,9

Seixo 1,07 650,5

Metacaulim (8%) 0,08 48,6

Superplastificante (5%) 0,05 36,0

Água (a/c = 0,36) 0,36 194,5

Na mistura, foi utilizada água de amassamento em temperatura ambiente e após a desmoldagem de 24 horas, os modelos eram levados à câmara úmida onde permaneciam até a data de ensaio.

4 Moldagem e Cura dos Modelos

4.1 Mistura dos Materiais

Inicialmente, foi colocado na betoneira primeiramente o seixo com 1/3 da água total. Em seguida, colocou-se o cimento e a areia na betoneira e deixou-se misturar por 1 minuto. Após este tempo, com o outro 1/3 da água de amassamento, foram adicionados o Metacaulim e o Superplastificante, formando uma pasta fluida e coesa, onde esta foi introduzida na betoneira com o restante dos materiais e deixou-se bater por 3 minutos até se obter a consistência desejada. As figuras 4.1 e 4.2 mostram a sequência do procedimento.

Figura 4.1 - Mistura de metacaulim, superplas- Figura 4.2 - Mistura sendo introduzida na tificante, e água. betoneira. .

4.2 Moldagem dos corpos-de-prova


Após a mistura estar pronta, iniciou-se a moldagem dos modelos. Para isso, utilizou-se uma concha côncava para auxiliar na retirada do material. A moldagem dos modelos era feita sem auxílio de adensamento externo. Ao finalizar o preenchimento das formas com o concreto, iniciou-se o acabamento da superfície dos modelos expostos ao ar livre. A finalidade deste acabamento era tornar a superfície exposta mais plana e lisa possível e era executado com auxílio da colher de pedreiro.

4.3 Cura dos corpos-de-prova Após a moldagem, deixou-se os corpos-de-prova por 24 horas no molde e após este período, eram retirados do molde e levados à câmara úmida.

5 Descrição dos Ensaios Realizados

5.1 CAA no estado fresco

5.1.1 Slump-flow test

O slump flow test é utilizado para medir a capacidade do concreto auto-adensável de fluir livremente sem segregar. Segundo TUTIKIAN (2005), foi desenvolvido primeiramente no Japão, para ser usado em concretos submersos. A medida de fluidez a ser obtida do CAA é o diâmetro do círculo formado pelo concreto. O slump flow test também permite observar, visualmente, se o concreto está segregando ou não. A figuras 5.1 mostra o CAA ensaiado.

Figura 5.1 - Concreto auto-adensável sendo submetido ao ensaio Slump-flow test.

5.1.2 Caixa L (L-box)

O ensaio da Caixa L (L-Box) é feito preenchendo-se o espaço vertical da caixa de concreto e após a abertura da porta da caixa são medidos os parâmetros H2/H1, que é a relação final entre as alturas do concreto no final do trecho horizontal e a altura do


concreto remanescente do trecho vertical da caixa. A figura 5.2 mostra o concreto sendo submetido ao ensaio.

Figura 5.2 - Concreto auto-adensável sendo submetido ao ensaio de Caixa L.

5.1.2 Caixa U (U-box)

A caixa U também desenvolvido no Japão, serve para medir e a habilidade passante do CAA. O procedimento do ensaio consiste em preencher 16 litros de concreto na parte esquerda da caixa, onde após 1 minuto, abre-se a porta e deixa-se escoar o concreto até ele ficar estático (Figura 5.3). Após isso, tira-se as medidas R1 e R2, respectivamente altura do concreto na esquerda e altura do concreto na direita, onde a diferença das duas dimensões tem que ser menor que 30 mm.

Figura 5.3 - Concreto auto-adensável sendo submetido ao ensaio de Caixa U.

5.2 CAA no estado endurecido

5.2.1 Resistência à compressão axial

Este ensaio foi realizado de acordo com a ABNT 5739 usando a prensa da marca EMIC do Laboratório de Materiais de Construção do CCET – UNAMA, que tem capacidade de


carga de 100 ton. Ele deve determinar a tensão que o traço de concreto é capaz de suportar se aplicada axialmente em dada idade. 5.2.2 Resistência à compressão diametral

Este ensaio foi realizado d acordo com a ABNT 7222 usando a prensa da marca EMIC do Laboratório de Materiais de Construção do CCET – UNAMA, que tem capacidade de carga de 100 ton. Ele deve determinar a tensão que o traço de concreto é capaz de suportar se aplicada diametralmente em dada idade.

5.2.3 Módulo de deformação

Para a constatação do módulo de deformação dos corpos de prova se optou por uma metodologia diferente da convencional, de maneira que os autores usaram um sistema de leitura de ondas (ultra-som PUNDIT PLUS) para a leitura direta dos valores correspondentes a essa propriedade (figura 5.4).

Figura 5.4 – Aparelho de ultra-som medindo o módulo de elasticidade do concreto.

5.2.4 Ascensão Capilar

Este teste foi realizado seguindo as diretrizes da NBR 9779, que diz que se deve manter os corpos, a uma idade de 27 dias, durante 24 horas em uma estufa com temperatura de aproximadamente 105ºC, depois pesá-los secos, em seguida deixá-los por um minuto em um recipiente com 1 cm de água e pesá-los novamente. Então finalmente aplica-se a

seguinte fórmula:

, em que:


5.2.5 Carbonatação

O ensaio de carbonatação foi aplicado 90 dias após a moldagem, nesse tempo o corpo foi deixado em condições ambientes, não sendo confinado em câmara úmida. Durante a execução, o concreto deve reagir com a fenolftaleína de modo a adquirir uma coloração violeta forte, assim indicando que não houve carbonatação.

6 Análise dos Resultados

6.1 CAA no estado fresco

Para as três características fundamentais do concreto auto-adensável, foram feitos os ensaios de slump-flow, caixa-L e caixa-U. Dentre os resultados mostrados na tabela 2, pôde-se concluir que todas as características foram alcançadas.

Tabela 2: Resultados dos ensaios do CAA no estado fresco.

6.2 CAA no estado endurecido

6.2.1 Resistência à compressão axial e diametral As tabelas a seguir listam os resultados aferidos tanto para compressão axial quanto para diametral:

Tabela 3: Resultados dos ensaios de compressão axial

Resistência a compressão axial (MPa)

CP 14 dias 28 dias

01 28,45 33,73

02 33,09 40,05

03 36,27 40,40

04 40,70 41,45

05 42,36 42,85

06 44,39 45,50

PROPRIEDADES ENSAIOS UNIDADE LIMITES ADOTADOS

RESULTADOS MÁX. MÍN.

FLUIDEZ SLUMP FLOW

mm 600 800 640

HABLIDADE PASSANTE

L-BOX (H2/H1) 0,80 1,00 0,89

RESISTÊNCIA À SEGREGAÇÃO

U-BOX (R1-R2) mm 30 0 20


Tabela 4: Resultados dos ensaios de compressão diametral

Resistência a compressão diametral (MPa)

CP 14 dias 28 dias

01 2,91 3,17

02 3,39 3,36

03 3,75 3,86

04 3,93 4,46

05 3,53 3,99

06 3,81 4,58

São resultados coerentes com as resistências usadas em obras na região paraense, ou seja, o objetivo inicial da pesquisa. Seguem gráficos das regressões lineares feitas a partir das resistências encontradas.

Gráfico 1: Compressão axial.


Gráfico 2: Compressão diametral.

6.2.2 Módulo de deformação A tabela a seguir lista os resultados aferidos:

Tabela 5: Resultados dos ensaios de módulo de deformação.

CP Módulo de

deformação (GN/m²)

1 173,1

2 193,1

3 180,2

4 180,3

5 164,5

6 181,0

O módulo de deformação seguiu uma coerência, pois o módulo depende basicamente do grão, e o CAA é um concreto mais rico em pasta. 6.2.3 Ascensão capilar A tabela a seguir mostra os resultados obtidos durante o experimento:


Tabela 6: Resultados dos ensaios de ascensão capilar.

CP 1 CP 2 CP3 CP 4 CP 5 CP 6

Peso seco (g) 3457,55 3329,60 3418,38 3507,63 3498,01 3357,42

Peso molhado (g) 3459,87 3332,81 3424,73 3509,92 3500,49 3359,87

Peso de água absorvida (g)

2,32 3,21 6,35 2,29 2,48 2,45

Absorção de água por capilaridade (g/cm²)

0,029 0,040 0,080 0,029 0,031 0,031

Nota-se que as dosagens utilizadas, absorveram menos líquido que os concretos convencionais. 6.2.4 Carbonatação Constatou-se que não houve carbonatação, sendo que o corpo de prova utilizado assumiu a coloração esperada em toda a seção em contato com o agente químico (figura 6.1).

Figura 6.1 - Concreto sem traços de carbonatação.

9. Considerações Finais

A região possui materiais e tecnologia para a execução deste tipo de concreto;

O CAA se insere no contexto da sustentabilidade;

O CAA atende perfeitamente as propriedades mecânicas exigidas nos projetos regionais;

O CAA atende os requisitos de desempenho tanto no estado fresco, quanto no estado endurecido.


Referências

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