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CONCRETOS ESPECIAIS - 2015.1
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CONCRETOS ESPECIAIS
Prof.ª D.Sc. Luciane Farias Ribas
Evolução em tecnologia do concreto
• Misturas de concretos convencionais de cimento Portland
sofrem de certas deficiências.
• Tentativas de superar tais deficiências resultaram no
desenvolvimento de alguns tipos especiais de concreto.
• O concreto comum, feito com agregado natural, tem baixa
relação resistência-peso se comparado ao aço.
• Isso coloca o concreto em desvantagem econômica quando se
projetam elementos estruturais para edificios altos, pontes
com grandes vãos e estruturas flutuantes.
• De acordo com a primeira abordagem, a densidade ou massa
específica do concreto pode ser reduzida, substituindo-se o
agregado convencional por agregado leve.
• De acordo com a segunda abordagem, a resistência do
concreto pode ser aumentada substancialmente.
• A terceira abordagem, que é um desenvolvimento
relativamente recente, combina as duas primeiras,
envolvendo o uso de partículas de agregado leve de alta
resistência em misturas com superplastificante para produzir
concreto leve de alta resistência.
Evolução em tecnologia do concreto
Concretos Especiais
• Concreto Estrutural Leve
• Concreto de Alta Resistência
• Concreto Alto-adensável
• Concreto de Alto Desempenho
• Concreto Retração Compensada
• ConcretoReforçado com Fibras
• Concreto Contendo Polímeros
• Concreto Pesado para Blindagem de Radiação
• Concreto Massa
• Concreto Compactado com Rolo
DEFINIÇÃO
• O ACI 213R-87, Guide for Structural Lightweight
Aggregate Concrete:
▫ Aqueles que têm resistência à compressão aos 28 dias
maior que 17 MPa e massa específica seca ao ar aos
28 dias que não exceda 1850 kg/m³.
DOSAGEM • O método de volume absoluto, base do método ACI de dosagem de
misturas de concreto de peso normal, não é prático para concretos
leves.
• A relação entre resistência e relação a/c não pode ser efetivamente
aplicada, já que é difícil determinar quanto da água de
amassamento do concreto será absorvida pelos agregados.
• A dificuldade é causada não apenas pelas grandes quantidades (de
10% a 20%) de absorção de água pelos agregados porosos, mas
também pelo fato de alguns agregados continuarem a absorver água
por várias semanas.
DOSAGEM
• Estimativas confiaveis do desvio de umidade da condição
saturada com superfície seca (SSS) e da massa específica
na condição SSS são bastante difícies.
• A massa específica dos agregados leves pode variar
amplamente com a granulometria.
• O abatimento máximo é limitado para evitar a
segregação.
DOSAGEM
• É utilizado incorporadores de ar entre os teores de 5 a 7% para
redução da demanda de água e, mantendo-se o abatimento
desejado, da tendencia à exudação e segregação.
• A resistência à compressão é relacionada ao consumo de
cimento para um dado abatimento, ao invés de relacioná-la à
relação a/c.
• A resistência também pode ser aumentada dimuindo a
dimensão máxima do agregado graúdo ou utilizando como
agregado miúdo areia natural de boa qualidade.
DOSAGEM
• Porém a substituição completa dos agregados miúdos
leves aumentará a massa específica em cerca de 160
kg/m³ para o mesmo nível de resistência.
• É conveniente começar com volumes iguais de agregado
miúdo e graúdo e fazer os ajustes necessarios para o
abatimento desejado com o mínimo de segregação.
• ACI 211.2 (Standard Practice for Selecting Proportions
for Strutural Lightweight Concrete)
PROPRIEDADES
• Trabalhabilidade
▫ Devido a baixa densidade e textura áspera do agregado
poroso, especialmente quando britado, a
trabalhabilidade do concreto requer atenção especial.
▫ Em geral, o lançamento, a compactação e o
acabamento do concreto de agregado leve exigem
relativamente menos esforço.
PROPRIEDADES
• Trabalhabilidade
▫ Dessa forma, um abatimento de até 50/70 mm pode
ser suficiente para se obter uma trabalhabilidade
semelhante à de um concreto de peso normal com
abatimento de 100/125 mm.
PROPRIEDADES
• Trabalhabilidade
▫ Com misturas de concreto com agregado leve, o
abatimento elevado e o excesso de vibração
geralmente são as causas da sedimentação da
argamassa mais pesada, que falta na superfície e
necessária para o acabamento.
PROPRIEDADES
• Trabalhabilidade
▫ A perda de abatimento pode ser um problema sério
quando o agregado continua a absorver uma quantia
considerável de água depois da mistura.
▫ Esse problema pode ser controlado ao se misturar o
agregado em condição úmida.
PROPRIEDADES
• Massa específica
▫ Juntamente com a trabalhabilidade, a massa específica
e a resistência são as duas propriedades geralmente
especificadas para o concreto estrutural leve.
▫ Com determinados materiais, geralmente é
aconselhável ter a maior relação resistência/massa
específica possível, com o mais baixo custo do
concreto.
PROPRIEDADES
• Massa específica
▫ As especificações limitam a massa específica seca ao ar
do concreto a um máximo de 1840 kg/m³.
▫ No entanto, sabe-se que, quando se utiliza um
agregado altamente poroso com dimensão máxima
maior que 19 mm a massa específica do concreto pode
ser reduzida a menos de 1440 kg/m³.
PROPRIEDADES
• Massa específica
▫ Mas o produto pode não atingir a resistência à
compressão mínima de 17 MPa aos 28 dias, que é
exigido para concreto estrutural leve de qualidade.
PROPRIEDADES
• Massa específica
▫ O uso de areia natural para controlar as propriedades
do concreto endurecido tende a aumentar a massa
específica, embora essa tendência seja parcialmente
compensada pelo efeito oposto ao do ar incorporado,
que é prescrito invariavelmente para melhorar a
trabalhabilidade.
▫ A maioria dos concretos estrutural leves pesa entre
1600 e 1760 kg/m³.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ Projetos de resistência à compressão de 20 a 35 MPa
aos 28 dias são comuns, embora, ao utilizar um alto
consumo de cimento e um agregado leve de pequena
dimensão (isto é, 9 ou 13 mm no máximo) e de boa
qualidade, algumas indústrias de pré-moldados e
protendidos consiguem produzir concretos de 40 a 50
MPa.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ Agregados leves com microporosidade controlada têm
sido desenvolvidos para produzir concretos de 70 a 75
MPa com massa específica de 1840 a 2000 kg/m³.
▫ A relação entre a resistência à tração por compressão
diametral e a resistência à compressão decrescem
significativamente com o aumento da resistência no
concreto leve.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ O exame de corpos-de-prova de concreto de agregado
leve rompidos, depois do ensaio de tração por
compressão diametral, revela que, diferentemente do
concreto de peso normal, é o agregado, e não a zona de
transição na interface, o componente mais fraco do
sistema.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ Estudo com microscopia eletrônica de varredura
mostram que, devido à reação pozolânica, a resistência
de aderência agregado-pasta de cimento é geralmente
maior do que as partículas de agregado.
APLICAÇÃO
• De acordo com o ACI 213R-87, o uso de concreto com
agregados leves numa estrutura, normalmente implica
custo total mais baixo.
• Enquanto o concreto leve custa mais do que o concreto
de peso normal por metro cúbico, a estrutura pode
custar menos como resultado da redução no peso
próprio e custo menor para as fundações.
APLICAÇÃO
• Enquanto o concreto leve custa mais do que o concreto
de peso normal por metro cúbico, a estrutura pode
custar menos como resultado da redução no peso
próprio e custo menor para as fundações.
• Em 1936, a construção do tabuleiro de ponte de concreto
leve para a Ponte da Baía de São Francisco-Oakland
resultou numa economia de US$ 3 milhões em aço.
APLICAÇÃO
• A resistência não é o fator de maior importância para
lajes de pisos, no entanto, uma grande quantidade de
concreto de agregado leve é usada para reduzir o peso
próprio do concreto em pisos de edifícios altos.
APLICAÇÃO
• Para a construção do edificio Australian Square em
Sydney, uma torre circular de 50 andares com 184 m de
altura, houve uma economia de 13% no custo de
construção com o uso de 31.000 m³ de vigas, pilares e
pisos de concreto de agregado leve acima do nível do
sétimo andar.
APLICAÇÃO
• A economia básica do concreto de agregado leve pode ser
demonstrada pela economia na armadura.
• Com concreto armado comum, a vantagem econômica
não é tão evidente quanto com concreto protendido.
APLICAÇÃO
• A resistência a protensão na maioria dos casos é
computada estritamente a partir da carga total da
estrutura, consequentemente, uma redução de 25% no
peso resulta em uma redução substâncial no peso dos
cabos de protensão.
• Porém uma das maiores aplicações do concreto com
agregado leve são em elementos pré-moldados e painéis
pré-fabricados, devido aos custos mais baixos de
manuseio, transporte e construção.
O concreto de alta resistência com resistência à compressão
variando de 60 a 120 Mpa está comercialmente disponível em
várias regiões metropolitanas.
DEFINIÇÃO
• Em 2002 o ACI Committee on High Strength Concrete
revisou a definição para abranger dosagens com resistência de
projeto especificada de 55 MPa ou mais.
• Embora a prática convencional seja de especificar a
resistência do concreto com base nos resultados de ensaios
aos 28 dias, há um movimento crescente para especificar a
resistência aos 56 ou 90 dias, uma vez que vários elementos
estruturais não estão totalmente carregados por períodos de
dois ou três meses, ou até após um ano.
DOSAGEM
• As exigências de alta resistência e pequena dimensão do
agregado significam que o teor de materiais cimentícios
no concreto é alto, comumente acima de 400 kg/m³.
• Teores de materiais cimentícios de 600 kg/m³ e até mais
altos têm sido investigados, mas não são desejáveis por
causa do alto custo, da retração térmica e da retração por
secagem.
DOSAGEM
• Adicionalmente maiores quantidades de cimento no
concreto levam a um patamar de resistência, dificilmente
havendo algum ganho de resistência acima de certo
consumo de cimento.
DOSAGEM
• A literatura publicada contém vários métodos de
proporcionamento de dosagem de concreto de alta
resistência, como os discutidos pelo ACI Committee 363,
De Larrad , Metha e Aitcin.
• O ultimo método é caracterizado pela suas simplicidade,
de acordo com o qual dosagens de concreto de alta
resistência são classificadas em cinco graus de
resistência, com resistência à compressão de 65, 75, 90,
105 e 120 MPa.
DOSAGEM
• Para manter a retração por secagem e fluência baixas, a
relação do volume de pasta de cimento/agregado é
fixada em 35:65.
• O aumento de resistência é alcançado pela redução do
consumo de água com a ajuda de um aditivo
superplastificante e pela substituição parcial de cimento
por adições minerais.
• Como a primeira abordagem, a relação de volume de
agregado miúdo/graúdo é mantida em 2:3.
DOSAGEM
• Dependendo da taxa de desenvolvimento de resistência
desejada e da disponibilidade local de cinza volante,
escória de alto forno granulada moída e silica ativa
condensada, esse procedimento oferece três opções ao
produtor do concreto, ou seja:
▫ Usar apenas cimento;
▫ Usar em combinação com cinza volante ou escória
▫ Usar sílica com cinza volante ou escória
PROPRIEDADES
• Consistência
▫ Usando-se uma alta dosagem de superplastificante, é
possível se obterem concretos com abatimento da
ordem de 200 a 500 mm com um teor muito baixo de
água e um alto consumo de cimento e adições
minerais.
PROPRIEDADES
• Retração térmica
▫ Devido ao alto consumo de cimento, o aumento da
temperatura adiabática é considerável no caso de
misturas de concreto de alta resistência.
▫ O que favorece a retração térmica.
▫ Os membros estruturais de grande porte feitos de
concreto de alta resistência geralmente são vulneraveis
a fissuras nas primeiras idades.
PROPRIEDADES
• Retração térmica
▫ Quando o concreto fresco é lançado e exposto, poucos
dias após a moldagem, a um ambiente com
temperatura baixa, pode ocorrer retração térmica com
pouca idade em peças estruturais de grande porte.
PROPRIEDADES
• Retração por secagem e fluência
▫ A retração por secagem é elevada em concretos de alta
resistência devido ao alto teor de material cimentício.
▫ A redução da relação a/c pode promover pequena
redução na retração por secagem (0,29 a 0,23).
▫ A fluencia chega a ser 1/3 da fluencia observada em
concretos comuns, ou seja, a fluência específica é mais
baixa em concretos com alta resistência de a menor
relação a/c.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ Para a resistência à compressão variando 90 a 130
MPa aos 90 dias, observa-se que a resistência de 50-75
MPa foi obtida nas primeiras idades, aos três dias.
▫ Isso favorece o uso de concreto de alta resistência para
aumentar a produtividade da construção e da
produção de produtos pré-moldados e protendidos.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ O aumento da resistência a compressão aos 90 dias foi
alcançado com a combinação de uma relação a/mc
mais baixa e com substituição parcial do cimento por
silica ativa, ou silica ativa com cinza volante.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ Porém somente com 14% de sílica ativa e relação a/mc
de 0,22 apresentou maior resistencia aos tres dias em
relação a ref.
▫ Quanto as relações de resistencia a tração/resistencia
a compressão e resistencia a flexão/resistencia a
compressão são significativamente mais baixos que em
concreto comuns devido a microestrutura mais frágil.
PROPRIEDADES
• Resistência
▫ Com o concreto de alta resistência, devido a uma
diminuição na microfissuração da zona de transição na
interface, a linha ascendente da curva de
tensão/deformação é mais pronunciada e mais linear
para uma porcentagem mais alta do pico de resistencia
do que com um concreto de resistencia normal.
APLICAÇÃO
• Para a construção de edificios com estrutura de concreto
armado de 30 andares ou mais, pilares de tamanho
normal podem ser feitos no terço superior do edificio
com concreto convencional de 30 a 35 MPa, no entanto,
o uso de concreto de altra resistência é justificado por
pilares mais finos nos dois terços inferiores do edificio.
APLICAÇÃO
• Concreto de alta resistência proporcionou uma
alternativa economica para pilares maciços de concreto
convencional em andares mais baixos
À medida que as estruturas se tornam maiores e mais complexas,
grandes volumes de concretos altamente trabalhaveis são necessarios
para a produção de elementos estruturais densamente armados.
DEFINIÇÃO
• O uso de concreto fluído apresenta o risco de exudação,
segregação e assentamento, debilitando a zona de
transição na interface entre a pasta de cimento e os
agregados (inclusive o aço da armadura), o que teria um
efeito adverso sobre as propriedades mecânicas e
durabilidade do concreto.
DEFINIÇÃO
• O risco de segregação dos materiais do concreto se torna
especificamente alto em estruturas densamente armadas
com lançamento em lugares altos e uso excessivo de
vibradores durante a consolidação.
DEFINIÇÃO
• Como se pode aumentar a estabilidade do sistema
composto que, quando exposto a uma alta taxa de
cisalhamento, comporta-se como uma dispersão instável
de partículas agregadas suspensas em uma pasta
fluidificada de cimento?
DEFINIÇÃO
• Em outras palavras, como produzir misturas de concreto
de alta trabalhabilidade, ou seja, alta fluidez e coesão
simultaneamente?
DEFINIÇÃO
• Pesquisas pioneiras da Itália, da Alemanha e do Japão
levaram ao desenvolvimento de misturas de concreto de
alta trabalhabilidade que são comercialmente
conhecidas por vários nomes, como concreto auto-
adensavel, concreto autocompactável, concreto
autonivelante e concreto reoplástico.
DEFINIÇÃO
• O concreto auto-adensável pode ser definido com um
concreto fluido que pode ser moldado in loco sem o uso
de vibradores para formar um produto livre de vazios
(isto é, sem espaços não preenchidos no interior da
fôrma) e falhas (isto é, sem ar aprisionado).
DOSAGEM
• Além da areia, agregados graúdos (dimensão máxima de
19 ou 25 mm) e cimento Portland comum ou composto,
os ingredientes necessários para produzir concreto auto-
adensavel incluem superplastificantes, aditivos
modificadores de viscosidade e adições minerais finas.
DOSAGEM
• Em geral, dependendo da abordagem escolhida para controlar
a exudação e a segregação, os concretos auto-adensaveis
podem ser classificados em duas categorias:
▫ Com grande teor de finos (por exemplo, mais de 400 kg/m³
de cimento + cinza volante + escória ou calcário
pulverizados);
▫ Com aditivos químicos modificadores de viscosidade como
goma, goma hidrolisada, sílica ativa e sílica coloidal amorfa
ultrafina, também chamada de nanossílica.
PROPRIEDADES
• Um concreto auto-adensavel típico é um concreto fluido
com um valor de abatimento acima de 200 mm e um
valor de espalhamento acima de 600 mm (diâmetro da
amostra de concreto após a remoção do cone de
abatimento), de alta coesão, e pode ser lançado e
adensado sem a ajuda de vibradores.
PROPRIEDADES
• Essas propriedades são comumente alcançadas com uma
maior proporção de pasta de cimento-agregado do que a
normalmente utilizada em concretos comuns.
• Consequentemente, a retração por secagem do concreto
auto adensavel tende a ser alta.
PROPRIEDADES
• A retração térmica também será alta caso o concreto
contenha uma proporção relativamente grande de
cimento Portland e outros pós reativos (por exemplo,
escória de alto-forno granulada finamente moída, ou
cinza volante ASTM Classe C).
APLICAÇÃO
• Na Europa e no Japão, o concreto auto-adensável é
utilizado para concretagem submersa e para a
construção de estruturas densamente armadas.
• Na America do Norte, concretos altamente auto-
adensaveis vêm sendo utilizado principalmente em
fábricas de concreto pré-moldado onde há um alto grau
de controle de qualidade.
O termo concreto de alto desempenho (CAD) é usado em parte
da literatura para se referir a concretos especiais que são
superiores aos concretos convencionais em uma ou mais
propriedades, tais como trabalhabilidade, resistência e
durabilidade.
DEFINIÇÃO
• Misturas de concreto que possuem as três propriedades
a seguir: alta trabalhabilidade, alta resistência e alta
durabilidade.
PROPRIEDADES • Exemplos de características que podem ser consideradas
críticas para a aplicações específicas são:
▫ Facilidade de aplicação;
▫ Adensamento sem segregação;
▫ Resistências nas primeiras idades;
▫ Resistência de longo prazo e propriedades mecânicas;
▫ Permeabilidade;
▫ Densidade;
▫ Calor de hidratação;
▫ Tenacidade;
▫ Estabilidade de volume;
▫ Longa vida útil em ambientes agressivos.
APLICAÇÃO
• Concretos de alto desempenho vêm sendo utilizados na
construção de componentes de plataforma marítimas de
prospecção de petróleo, pontes de vão longo e tabuleiros
de viadutos.
A retração restringida na secagem é, com frequência, a causa de
fissuras no concreto.
DEFINIÇÃO
• De acordo com o ACI 223, o concreto com retração
compensada é um concreto de cimento expansivo que,
ao ser devidamente restringido por armadura ou outros
meios, expandir-se-á em quantidade igual ou um pouco
maior que a retração por secagem esperada.
DOSAGEM
• Para determinar a dosagem do concreto, sugere-se o uso
dos procedimentos do ACI 211.1, exceto que, comparado
ao concreto de cimento Portland, uma relação
água/cimento um pouco mais alta pode ser empregada
no concreto com retração compensada para que seja
atingido o mesmo nível de resistência.
DOSAGEM
• Devido ao volume relativamente grande de água
necessario para a formação de etringita e sua capacidade
de absorção de água, aproximadamente 10% a mais de
água podem ser usados com um concreto de cimento
expansivo, sem prejuízo à resistência, para produzir uma
consistência semelhante à do concreto de cimento
Portland Tipo I com o mesmo consumo de cimento.
PROPRIEDADES
• Por causa da característica de absorção de água da
etringita, que se forma em quantidades relativamente
altas durante os estágios bem iniciais da hidratação, as
dosagens de concreto tendem a ser rígidas, mas
altamente coesivas.
PROPRIEDADES
• São permitidas relações mais alta de água/cimento com
cimentos expansivos.
• Abatimentos na faixa de 100 a 150 mm.
• Altamente recomendavel o lançamento por
bombeamento.
PROPRIEDADES
• A perda de abatimento sob condições secas e quentes
(temperaturas de concreto de 32°C ou mais) é um
problema mais sério para o concreto com retração
compensada do que para o concreto de cimento Portland
normal.
PROPRIEDADES
• Devido à falta de água de exudação e ao endurecimento e
pega mais rápidos do concreto sob condições quentes,
secas e com vento, a fissuração por retração plástica é
um outro problema, exigindo precauções adicionais ao se
usar o concreto com retração compensada.
PROPRIEDADES
• Substratos absorventes que entrarão em contato com o
concreto fresco, como solo seco ou concreto antigo,
devem ser integralmente saturados com água já na noite
anterior ao lançamento do concreto.
APLICAÇÃO
• Os cimento expansivos têm sido usados em vários países
desde a década de 1960, com a finalidade de produzir
tanto concretos com retração compensada quanto
concretos auto-adensaveis.
APLICAÇÃO
• A maioria das aplicações ocorre em elementos
estruturais, tais como lajes, pavimentos, vigas
protendidas e telhados.
• Devido ao volume de concreto e as condições de
concretagem são relatados usos em construções de
estruturas para tratamento de água e esgoto.
A baixa resistência ao impacto é ainda outra deficiencia que o
concreto enfrenta como material de construção.
Essa propriedade tem sido substancialmente aprimorada pela
utilização da microarmadura de reforço.
DEFINIÇÃO
• O concreto que contém cimento hidraúlico, água,
agregado e fibras discretas descontínuas é denominado
concreto reforçado com fibras – CRF (FRC – Fiber-
reinforced concrete).
DOSAGEM
• O ACI 544 estabelece que o concreto reforçado com
fibras de aço normalmente é especificado pela
resistência e pelo teor de fibras.
• Normalmente, a resistência à flexão é especificada para
aplicações de pavimentos e resistência à compressão
para aplicações estruturais.
DOSAGEM
• Tipicamente especifica-se a resistência à flexão de 5 a 7
MPa aos 28 dias ou a resistência a compressão de 34 a
48 MPa.
• Para concretos de peso normal, teores de fibras baixos,
de até 30 kg/m³ (0,38% em volume) e altos (de até 220
kg/m³) são especificados, embora o limite máximo
normal seja 95 a 120 kg/m³ (1,2% a 1,5% em volume).
PROPRIEDADES
• Possuem consistencia muito baixa.
• Para teores de fibra baixo e moderado, a contribuição
mais importante do reforço de fibra no concreto não é
para a resistência, mas para a tenacidade à flexão do
material.
• Tenacidade à flexão – é a energia total absorvida quando
um corpo de prova é rompido à flexão.
APLICAÇÃO
• Paineis pré-moldados
• Pista para aeroportos
• Estruturas em casca
• Revestimentos de tuneis
• Argamassas de estabilização