EDUARDO REBELLO MIGUEL
CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
à
Universidade
Anhembi Morumbi no âmbito do
Curso de Engenharia Civil com
ênfase Ambiental.
SÃO PAULO
2003
EDUARDO REBELLO MIGUEL
CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado
à
Universidade
Anhembi Morumbi no âmbito do
Curso de Engenharia Civil com
ênfase Ambiental.
Orientador:
Prof. Eng° Fernando José Relvas
SÃO PAULO
2003
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Professor Engenheiro Fernando José Relvas pela orientação
dada no tema do trabalho.
Agradeço ao Professor Doutor Mestre Engenheiro José Rodolfo Scarati
Martins pela colaboração e orientação dada na execução do trabalho.
Agradeço aos meus pais, Manuel Amilcar Miguel e Ivone Mª Rebello Miguel,
por todo apoio e dedicação para a minha formação acadêmica.
Agradeço a minha namorada, Doutora Isabela Gil Régis do Amaral, por todo
amor, carinho e apoio.
SUMÁRIO
RESUMO ...................................................................................................... III
ABSTRACT .................................................................................................. IV
LISTA DE FIGURAS...................................................................................... V
LISTA DE FOTOGRAFIAS........................................................................... VI
LISTA DE TABELAS................................................................................... VII
1
INTRODUÇÃO........................................................................................ 1
2
OBJETIVOS ........................................................................................... 3
2.1
Objetivo Geral .............................................................................................. 3
2.2
Objetivo Específico .................................................................................... 3
3
METODOLOGIA DO TRABALHO ......................................................... 4
4
JUSTIFICATIVA ..................................................................................... 5
5
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................. 6
5.1
Definição do CAD........................................................................................ 6
5.2
Evolução Histórica ..................................................................................... 8
5.3
Materiais Empregados............................................................................. 12
5.3.1
Cimento................................................................................................. 13
5.3.2
Agregados ............................................................................................ 14
5.3.3
Água ...................................................................................................... 16
i
5.3.4
Aditivos ................................................................................................. 16
5.3.5
Adições Minerais ................................................................................. 18
5.4
Produção, Lançamento e Controle do CAD....................................... 20
5.5
Propriedades Mecânicas......................................................................... 26
5.6
Durabilidade ............................................................................................... 28
5.7
Vantagens do CAD ................................................................................... 31
6
EXEMPLOS DE OBRAS COM CAD .................................................... 33
6.1
Edifício Scotia Plaza................................................................................. 35
6.2
Edifício Water Tower Place .................................................................... 38
6.3
Petronas Tower ......................................................................................... 40
7
ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA .......................................... 43
7.1
Estudo 1....................................................................................................... 44
7.2
Estudo 2....................................................................................................... 47
8
CONCLUSÕES..................................................................................... 55
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................ 57
ii
RESUMO
Este trabalho define e aborda o uso do Concreto de Alto Desempenho
(CAD), demonstrando a sua eficiência na construção civil e sua evolução
tecnológica ao longo dos anos. São apresentados os tipos e características
específicas dos materiais utilizados na sua composição e alguns parâmetros
considerados para a produção e controle do CAD.
No trabalho é destacado a sua alta resistência à compressão e suas
propriedades mecânicas diferenciadas do concreto convencional, assim
como sua alta durabilidade mesmo em ambientes agressivos. São citadas as
vantagens técnicas e econômicas ao se especificar o CAD em obras civis.
São apresentados três casos que utilizaram este material na sua execução e
dois estudos de viabilidade econômica do uso do concreto de alto
desempenho comparados ao concreto convencional em edificações. O uso
do CAD demonstrou uma redução na quantidade de materiais utilizados e
economia de custo da ordem de 11% nesses estudos apresentados.
iii
ABSTRACT
This work defines and it approaches the use of the High-Performance
Concrete (HPC), demonstrating his efficiency in the civil building and his
technological
evolution
along
the
years.
The
types
and
specific
characteristics of the materials used in his composition are presented and
some parameters considered for the production and control of HPC.
In the work his high resistance to the compression is detached and their
differentiated mechanical properties of the conventional concrete, as well as
his high durability even in aggressive atmospheres. The technical and
economical advantages are mentioned when HPC in civil works is specified.
There are presented three cases that used this material in their execution
and two studies of economical viability of the use of the high-performance
concrete compared to the conventional concrete in constructions. The use of
HPC demonstrated a reduction in the amount of used materials and
economy in the order of 11% in these presented studies.
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 5.1: Utilização de Aço e CAD nos Edifícios mais Altos do Mundo .... 11
Figura 5.2: Materiais Empregados na Composição do HPC = CAD ............ 12
Figura 5.3: Influência do Agregado Graúdo no Concreto............................. 15
Figura 5.4: Exemplo de traço do Concreto para fck > 80 MPa..................... 22
Figura 5.5: Evolução Relativa de Resistências ............................................ 24
Figura 5.6: Faixa entre fck e fcd................................................................... 26
Figura 5.7: Comparação entre CAD e Concreto Usual, Carbonatação........ 29
Figura 5.8: Comparação entre CAD e Concreto Usual, Cloretos ................. 29
Figura 7.1: Croqui da Planta do Edifício Estudado....................................... 47
Figura 7.2: Reduções de Seção para os pilares do Modelo I....................... 49
Figura 7.3: Distribuição da Resistência à compressão no Modelo II............ 50
Figura 7.4: Distribuição da Resistência à compressão no Modelo III........... 50
Figura 7.5: Volume de CAD em comparação ao Volume total de concreto . 51
Figura 7.6: Custo Total dos Modelos I, II e III .............................................. 53
Figura 7.7: Custo Total de cada Edifício (concreto + aço + fôrmas) ............ 53
v
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Foto 5.1: Diferença de um Concreto sem e outro com Superplastificante ... 23
Foto 5.2: Concreto com Pigmento e Superplastificante ............................... 23
Foto 5.3: Comparação da Microestrutura do CAD e Concreto Usual........... 27
Foto 6.1: Edifício Scotia Plaza ..................................................................... 35
Foto 6.2: Edifício Water Tower Place........................................................... 38
Foto 6.3: Petronas Tower............................................................................. 40
Foto 7.1: Foto do Edifício Estudado ............................................................. 48
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1: Grupos de Resistência ................................................................ 6
Tabela 5.2: Classificação dos Concretos ....................................................... 7
Tabela 5.3: Evolução do consumo médio mundial de cimento, per capita..... 9
Tabela 5.4: Cimentos Mais Indicados .......................................................... 13
Tabela 5.5: Limites para produção de 1 m³ de CAD .................................... 21
Tabela 5.6: Resistência do CAD em função da Relação a/c........................ 26
Tabela 6.1: Edifícios Executados com CAD................................................. 34
Tabela 6.2: Dados Edifício Scotia Plaza ...................................................... 36
Tabela 6.3: Concreto desenvolvido para o Scotia Plaza.............................. 36
Tabela 6.4: Evolução da Idade do Concreto ................................................ 37
Tabela 6.5: Dados Edifício Water Tower Place............................................ 39
Tabela 6.6: Dados Petronas Tower.............................................................. 41
Tabela 7.1:Consumo de Materiais para Execução de um Pavimento.......... 44
Tabela 7.2: Custo Comparativo da Estrutura ............................................... 46
Tabela 7.3: Consumo e Custo do Concreto nos Modelos............................ 51
Tabela 7.4: Consumo e Custo do Aço nos Modelos .................................... 52
Tabela 7.5: Consumo e Custo de Fôrmas nos Modelos .............................. 52
vii
1 INTRODUÇÃO
O concreto foi inventado em meados do século XIX e os primeiros edifícios
em concreto armado foram construídos há pouco mais de um século
(SERRA, 1997). Desde então o concreto permaneceu uma mistura de
cimento, agregados diversos e água. Contudo, nos últimos anos a pesquisa
vem propondo alterações significativas nessa situação.
Os avanços tecnológicos na área da engenharia civil não ficam por conta
apenas da utilização de novos equipamentos e processos construtivos. Este
avanço pode ser percebido também no uso de novos materiais e na melhoria
das qualidades dos materiais já existentes. Atualmente, encontramo-nos
numa etapa de desenvolvimento da tecnologia do concreto na qual não só o
proporcionamento dos materiais e suas propriedades são estudadas, mas
aonde a própria utilização de materiais, até então não presente nas fases
constituintes de concretos tradicionais, são utilizados.
A necessidade de promover avanços na qualidade do concreto foi percebida
em função de dois aspectos, sua resistência mecânica e durabilidade. Era
necessário superar as limitações do concreto quando comparado ao aço,
principalmente na estrutura de edifícios muito altos e quanto à durabilidade,
era necessário superar o rápido envelhecimento das estruturas de concreto
armado, decorrente da infiltração de água nos capilares, carbonatação,
despasivação e conseqüente corrosão das armaduras.
O concreto de alto desempenho (CAD), foi desenvolvido na Noruega na
década de 1950 e adotado no Brasil há cerca de dez anos, era conhecido no
início como concreto de alta resistência (CAR) devido à sua alta resistência
característica à compressão. Durante muito tempo essa vantagem suplantou
outras de igual importância como durabilidade e compacidade, até que a
1
nova definição se tornasse consenso no meio técnico (TÉCHNE, 2002).
Assim, concretos com resistência a compressão em torno de 100 MPa
podem ser obtidos e utilizados em obras comuns, com uma série de
vantagens em relação aos concretos normais, dentre elas a sua maior
durabilidade.
2
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Abordar o uso do Concreto de Alto Desempenho (CAD) demonstrando a sua
eficiência na construção civil e apresentar algumas informações de estudos
realizados sobre o CAD, sua conceituação e suas principais características,
destacando sua elevada resistência à compressão e sua alta durabilidade.
Fornecer exemplos de utilização deste material e um comparativo de custos
de um mesmo caso dimensionado para concreto usual e concreto de alto
desempenho.
2.2 Objetivo Específico
Como objetivos específicos deste trabalho sobre o Concreto de Alto
Desempenho destacam-se:
•
Definição e principais características;
•
Evolução histórica;
•
Os materiais utilizados na sua elaboração;
•
Produção, lançamento e controle;
•
Características físicas e mecânicas;
•
Exemplos de obras que utilizaram este material;
•
Vantagens técnicas e econômicas ao especificar este tipo de
concreto.
3
3 METODOLOGIA DO TRABALHO
A metodologia do trabalho foi desenvolvida considerando diversas fontes de
pesquisa.
Os conceitos básicos que norteiam o tema do estudo foram extraídos de
livros técnicos. Os “sites” da Internet contribuíram na busca de artigos e
informações adicionais sobre o tema.
As normas técnicas com especificações sobre temas relacionados ao estudo
foram coletadas para elucidar o trabalho.
Anais de congressos foram de grande valia para apresentação de relato de
casos práticos da aplicação do concreto de alto desempenho, assim como
depoimentos na utilização do material estudado proporcionaram demonstrar,
exemplificar e ilustrar o estudo.
4
4 JUSTIFICATIVA
Talvez poucas pessoas tenham conhecimento disso, mas o concreto é o
segundo material mais utilizado no mundo, atrás apenas da água
(MONTEIRO, 2003). Através do emprego do concreto armado tem sido
construída a maioria das obras de infra-estrutura dos países, assim como
edificações residenciais, comerciais e industriais. Essa enorme aceitação do
concreto justifica-se pelas suas características excepcionais de versatilidade,
durabilidade, economia e resistência.
A durabilidade do concreto usual está se tornando um assunto de
preocupação na maioria dos países porque um número muito grande de
estruturas de concreto apresenta sérios sinais de deterioração. Nos últimos
tempos a questão da durabilidade tem ganhado ênfase e devido a sua
importância já absorve grande parte da atenção dos engenheiros.
Outra característica fundamental do concreto é a sua resistência, visto que
um concreto mais resistente proporciona estruturas mais esbeltas, levando a
um melhor aproveitamento das áreas a serem projetadas. Nos últimos anos
tem havido uma maior utilização de concretos com resistência à compressão
acima de valores que antes eram normalmente empregados.
Considerando que a meta ideal é construir estruturas resistentes, com maior
durabilidade, potencializando o espaço arquitetônico e reduzindo os custos
de manutenção, o Concreto de Alto Desempenho pode ser uma boa
alternativa, por apresentar propriedades relativamente superiores às do
concreto tradicional. Portanto divulgar informações sobre este material
relativamente novo no Brasil é de grande valia, contribuindo para o
desenvolvimento da Engenharia Civil.
5
5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
5.1 Definição do CAD
Para definir o concreto de alto desempenho (CAD) ou high-perfomance
concrete (conhecido internacionalmente como HPC) deve ser feita uma
definição de concreto de alta resistência, pois o CAD não é apenas um
concreto com uma resistência mecânica elevada.
Definem-se concretos de alta resistência aqueles que apresentam médias de
resistência à compressão unixial acima das usuais em um dado local ou
época (DAL MOLIN et alli, 1997).
Conforme a NBR 8953 (1992), os concretos são classificados em dois
grupos conforme a tabela abaixo:
Tabela 5.1: Grupos de Resistência
Grupo I de
Resistência
Grupo II de
Resistência
Resistência
característica a
Resistência
característica a
compressão (MPa)
compressão (MPa)
C10
10
C55
55
C15
15
C60
60
C20
20
C70
70
C25
25
C80
80
C30
30
C35
35
C40
40
C45
45
C50
50
Fonte: NBR 8953, 1992.
6
A classificação proposta por AMARAL FILHO (1997) tem uma certa
coerência com a tendência norueguesa sempre respeitável por ser o centro
mais avançado do mundo em concretos de alto desempenho.
Tabela 5.2: Classificação dos Concretos
Diagramas de
Resistência à
Classe
compressão
(MPa)
Equipamentos
de produção
Diagrama Tensão x
Materiais
deformação
x
ε
tensões de
Tipo de
compressão
ruptura à
na flexão
compressão
simples
Parabólico c/ nítido
Baixa
< 25
Canteiro Comum
(estádio III)
Fratura áspera
Centrais com bom
25 – 50
controle
tecnológico
Centrais com
tecnológico
Parabólico c/ patamar
nítido, mas menor
Retangular
(estádio III)
comum
Fratura áspera
com parte dos
superplastificante
agregados
(com ou sem m.s.
rompidos
ou Fly – Ash)
areia agregado
rigoroso controle
intactos
comuns
Cimento Portland
50 – 90
com agregados
areia agregados
areia agregado
Alta
Retangular
plastificação
Cimento Portland
Cimento Portland
Média
patamar longo da
Triangular c/ pequeno
Triangular ou
patamar
trapezoidal
muito bom
Fratura lisa
com agregados
superplastificante
cisalhados
Microsílica Baixo
(ruptura frágil)
teor a/c
Cim. Portland
Areia de bauxita
Fábricas de préUltra
Alta
moldados e
90 – 100
instalações
especiais
calcinado
agregado idem ou
Diagrama
de ferro
determinar em cada
superplastificante
caso
microsilica
Diferente em
xεa
cada caso
A determinar
ruptura
totalmente
frágil
Baixíssimo teor
a/c
Fonte: AMARAL FILHO, 1997.
DINIZ (1997) destaca que se costuma distinguir a diferença de concreto de
alto desempenho e concreto de alta resistência, sendo alto desempenho
relacionado principalmente à durabilidade do concreto e que alguns
7
concretos atingem um bom desempenho a partir de uma resistência de
compressão aos 28 dias de 35 MPa e os concretos de alta resistência são
considerados acima dos 55 MPa de resistência à compressão.
Atualmente aplica-se o conceito ampliado de concreto de alto desempenho,
que além do aumento da resistência mecânica contempla também uma
maior durabilidade.
A redução na quantidade de água, isto é, a redução na relação água/cimento
(a/c), aumenta a resistência do concreto, mas reduz a trabalhabilidade do
concreto fresco. Por isso os concretos de alto desempenho são produzidos
com aditivos que permitem reduzir a quantidade de água mantendo e até
melhorando a trabalhabilidade.
A adição da sílica ativa ou outros “fillers” preenche os vazios da zona de
transição do aglomerante/agregado, proporcionando uma estrutura mais
compacta.
Pode-se dizer que CAD é sinônimo de concreto com sílica ativa, pois esta,
como regra geral, é a única forma de obter-se as qualidades requeridas
dentro do enfoque custo-benefício (AMARAL FILHO, 1998).
5.2 Evolução Histórica
A partir do patenteamento do cimento Portland por Joseph Aspdin em 1824
na Inglaterra e a conseqüente difusão da fabricação mundial, o concreto tem
sido o material de construção civil mais utilizados em todas as regiões do
mundo (HELENE, 1997). As estatísticas demonstram que o consumo de
cimento médio mundial, per capita, tem aumentado progressivamente neste
8
século, estando em 1990 com 210 kg/habitante/ano, quase quatro vezes o
consumo em 1950, conforme mostra a tabela (HELENE,1997).
Tabela 5.3: Evolução do consumo médio mundial de cimento, per capita
Ano/década
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
Consumo - kg/hab/ano
19
38
40
55
104
158
203
210
Fonte: HELENE, 1997.
Só no ano de 2000 o Brasil produziu cerca de 39,6 milhões de toneladas de
Cimento Portland (ABCP, 2003).
O concreto de alto desempenho (CAD), foi desenvolvido na Noruega na
década de 1950 (TÉCHNE, 2002) e FREEDMAN (apud AITCIN, 2000) diz
que no início de 1960 começou a ser usado em quantidades significativas
em estruturas importantes nos EUA.
Naquele tempo muitos projetistas estavam satisfeitos em projetar estruturas
baseadas em concretos de 15 a 20 MPa, os quais eram bem conhecidos,
econômicos e seguros (AITCIN, 2000). Não era óbvio para a maioria dos
engenheiros que o concreto um dia deslocaria o aço na construção de
arranha-céus, a sabedoria daquela época era que o concreto era bom
apenas para ser usado nas fundações e na construção dos pisos dos
edifícios de grande altura ou para proteger elementos estruturais contra o
fogo.
AITCIN (2000) diz que as resistências à compressão pararam de crescer em
torno dos 60 MPa porque uma barreira técnica foi encontrada, que somente
poderia ser superada com a disponibilidade de novos materiais.
No começo de 1970 era impossível fazer concreto com uma resistência à
compressão maior que 60 MPa porque os redutores de água de que se
dispunha normalmente à época não eram capazes de reduzir mais a relação
água/cimento (a/c) BLICK (apud AITCIN, 2000).
9
BLICK (apud AITCIN, 2000) diz também que era necessário encontrar
redutores de água que apresentassem os menores efeitos indesejáveis,
objetivando reduzir a relação a/c tanto quanto possível, pois os concretos de
alto desempenho eram entregues com um abatimento muito baixo,
tipicamente de 75 mm a 100 mm.
Foi no final dos anos 60 que os superplastificantes (superfluidificantes) foram
pela primeira vez usados no concreto, a sua introdução ocorrendo quase
que simultaneamente no Japão e na Alemanha. HATTORI, MEYER (apud
AITCIN, 2000).
Durante a década de 1980, a dosagem dos superplastificantes foi
aumentando pouco a pouco e começou-se a perceber que poderiam ser
usados como um redutor de água de grande efeito RONNEBERG (apud
AITCIN, 2000). Com o uso de uma dosagem elevada de superplastificante
descobriu que era possível reduzir a relação a/c do concreto até 0,30 e ainda
obter um abatimento inicial de 200 mm, visto que antes os concretos com
redutores de água eram entregues com abatimento inicial de apenas 75 mm
a 100 mm. BLICK (apud AITCIN, 2000).
AITCIN (2000) relata que um concreto com relações de a/c tão baixas,
alguns cimentos Portland comerciais começavam a deixar a desejar em
termos de resistência à compressão, entretanto com uma seleção cuidadosa
do cimento e do superplastificante era possível diminuir a relação a/c.
No inicio dos anos 80 a sílica ativa começou a ser utilizada na América do
Norte, embora ao final dos anos 70 na Escandinávia, a sílica ativa começou
a ser utilizada como material cimentício suplementar no concreto (AITCIN,
2000).
Foi rapidamente reconhecida a vantagem particular de usar a sílica ativa
como uma pozolana muito fina e reativa no concreto de alto desempenho, foi
10
mostrado que é possível tornar trabalháveis concretos com resistências à
compressão acima de 100 MPa (TÉCHNE, 2002).
A figura 5.1 mostra a mudança gradual da utilização do aço por concreto,
baseada na publicação de BEEDLE (apud DAL MOLIN et alli, 1997) sobre os
cem edifícios mais altos do mundo.
Figura 5.1: Utilização de Aço e CAD nos Edifícios mais Altos do Mundo
Fonte: BEEDLE (apud DAL MOLIN et alli, 1997).
A aceitação e o uso do CAD está crescendo devagar em muitos países: na
verdade, seu uso ainda representa uma percentagem muito baixa do
mercado do concreto, entretanto vários países lançaram importantes
programas de pesquisa específicos sobre o CAD no final dos anos 80
(AITCIN, 2000).
11
5.3 Materiais Empregados
De forma geral, os materiais utilizados no concreto de alto desempenho são
os mesmos utilizados no concreto convencional.
Figura 5.2: Materiais Empregados na Composição do HPC = CAD
Fonte: ABCP, 1997.
Os CADs requerem materiais constituintes de boa procedência e alta
qualidade. São utilizados cimentos Portland, agregados miúdos e graúdos,
água potável, aditivos plastificantes redutores de água e, eventualmente,
adições de sílica ativa e aditivos superplastificantes.
A seleção de materiais para produção do CAD não é simples, pois existem
cimentos e agregados com grandes variações nas suas composições e
propriedades e ainda não foi estabelecida, na opinião de AITCIN (2000),
uma diretriz clara do tipo de cimento e agregado mais apropriado para
utilização em CAD.
AITCIN (2000) ressalta, deve ser admitido que, até o presente momento, o
progresso no campo do CAD tem sido fruto de uma abordagem empírica
mais do que fundamental e científica.
12
5.3.1 Cimento
Os tipos de cimento atualmente produzidos no Brasil são o cimento Portland
comum, cimento Portland comum com adições, cimento Portland de altoforno, cimento Portland composto, cimento Portland pozolânico e cimento
Portland de alta resistência inicial. Dentre dessas categorias, são fabricados
ainda cimentos resistentes a sulfatos (SOUZA, 1998).
Na opinião de HOWARD (apud DAL MOLIN et alli, 1997), não existem
critérios científicos que especifiquem o cimento mais adequado para a
produção do CAD.
Segundo AMARAL FILHO (1997) podem ser utilizados os do tipo Portland
comuns com as pequenas adições permitidas pelas normas.
Em geral, são utilizados cimentos Portland de hidratação rápida e com
menores teores de pozolana ou escória, mas essas adições aumentam a
durabilidade do concreto em ambientes agressivos onde há altos teores de
sulfatos e cloretos (TÉCHNE, 2002).
A tabela 5.4 mostra os cimentos fabricados no Brasil mais indicados para a
produção do concreto de alto desempenho.
Tabela 5.4: Cimentos Mais Indicados
Cimento
Classe de Resistência
Norma
CP I e I.S
40
NBR 5732
CP II.E
40
NBR 11578
CP V
ARI
NBR 5733
Fonte: ABCP, 1999.
SIMPLICIO (2003) não indica o uso do cimento aluminoso justificando para
isto que o mesmo não é de uso corrente, e várias normas o proíbem devido
13
à possibilidade de corrosão por álcalis e por causa do fenômeno de
“conversão” que é uma perda de resistência geralmente inevitável em climas
temperados.
5.3.2 Agregados
A qualificação dos agregados para o emprego em concretos de alto
desempenho baseia-se no atendimento das exigências mínimas prescritas
nas normas atuais para concretos convencionais (NBR 7211, 1983; NBR
12654, 1992). Além destas exigências, outros aspectos devem ser
considerados para elaboração do CAD.
A seleção dos agregados particularmente resistentes não é necessária para
a produção do concreto usual. Geralmente, é apenas necessário verificar se
as exigências de desempenho das normas para agregados estão sendo
atendidas. Por outro lado, no CAD, a pasta hidratada de cimento e a zona de
transição podem ser tão resistentes que, se os agregados, particularmente
os graúdos, não forem suficientemente resistentes, eles podem tornar-se o
elo mais fraco dentro do concreto (AITCIN, 2000).
De acordo com SIMPLICIO (2003), os agregados são os componentes que
irão limitar a resistência à compressão do concreto. O módulo de
elasticidade (E) vai depender quase exclusivamente do tipo de agregado
utilizado na produção do CAD (AMARAL FILHO, 1998).
a) Agregados Graúdos
Os agregados graúdos devem apresentar elevada resistência à compressão,
baixo índice de abrasão Los Angeles, baixo teor de materiais friáveis e boa
aderência à pasta de cimento. As maiores resistências são obtidas com
basaltos e diabásios. Os agregados devem ser sãos e não-reativos com os
álcalis do cimento, apresentando grãos com dimensão máxima característica
14
de 25 mm, o que reduz os efeitos negativos da zona de transição
pasta/agregado e propicia concretos de resistência mais elevada. São
recomendadas as britas de grãos próximos a uma esfera, mas com boa
rugosidade superficial para proporcionar uma boa aderência. Seixos rolados
e pedregulhos em geral não propiciam concretos com resistência à
compressão maior que 50 MPa, dentro de condições economicamente
viáveis (TÉCHNE, 2002).
De acordo com O´REILLY DÍAZ (1998) para os agregados graúdos naturais,
comumente empregados nos concretos convencionais, tem-se conseguido
resistências em torno de 120 MPa.
Figura 5.3: Influência do Agregado Graúdo no Concreto
Fonte: ABCP, 1999.
Em concretos de até 20 MPa é conveniente desde que a geometria da
estrutura assim o permita, produzir concretos com agregados de tamanho
grande, porém no caso de concretos de alto desempenho é preferível utilizar
agregados graúdos de pequena dimensão (ABCP, 1999).
AITCIN (2000), relata que quanto mais alta for resistência à compressão
pretendida, menor deveria ser o tamanho máximo do agregado graúdo.
Concretos com resistência à compressão de mais de 125 MPa têm sido
15
produzidos até hoje, com agregado graúdo tendo tamanho máximo de 10mm
a 14mm
b) Agregados Miúdos
Os agregados miúdos devem demandar a menor quantidade possível de
água para obtenção de máxima plasticidade e fluidez do concreto. É
importante que uma grande quantidade de grãos fiquem retidos nas peneiras
de malhas de abertura 2,4; 0,30 e 0,15 mm. Em contrapartida deve-se evitar
a retenção de elevados teores nas peneiras 1,2 e 0,6 mm. São preferíveis
areias de grãos arredondados, e devem-se evitar agregados miúdos moídos
ou artificiais (TÉCHNE, 2002).
A granulometria da areia deve crescer proporcionalmente à resistência à
compressão e ao consumo de cimento, é preferível o módulo de finura na
faixa de 2,70 a 3,00 quando disponível (AITCIN, 2000).
Para as areias, por exemplo, resistências de até 170 MPa podem ser
atingidas utilizando-se areias naturais, para valores maiores de resistência
torna-se necessário a utilização de areia artificial (O´REILLY DÍAZ, 1998).
5.3.3 Água
De acordo com o ACI 363 (1991) os requisitos de qualidade da água para
concretos de alto desempenho são os mesmos que para concretos
convencionais.
5.3.4 Aditivos
De acordo com J.Calleja (apud SOUZA, 1998), os aditivos “são produtos
que, acrescentados aos aglomerantes no momento de sua elaboração, e em
condições adequadas, nas formas convenientes e nas doses precisas, tem
16
por finalidade modificar ou implementar, em sentido positivo e em caráter
permanente, certas propriedades do conglomerado, para seu melhor
comportamento em todos ou em algum aspecto, tanto no estado fresco
como endurecido”.
Os superplastificantes são produtos químicos adicionados ao concreto em
teores que não ultrapassam 5 % em relação à massa de cimento. Os
superplastificantes permitem a execução de concretos de elevada
resistência e baixíssimo teor água/cimento (TÉCHNE, 2002).
Recomenda-se estudar a compatibilidade cimento/aditivo, pois os aditivos
superplastificantes são sensíveis à composição dos cimentos e vice-versa.
Esses estudos experimentais podem ser realizados em pastas através do
ensaio do mini “slump” ou através do ensaio do Cone de Marsh, utilizado no
estudo da fluidez de caldas de injeção de bainhas de cabos de protensão. O
ideal, no entanto, é estudar a eficiência desses aditivos em concretos, mas
este estudo é mais oneroso e mais demorado que o simples e rápido estudo
em pastas (ABCP, 1999).
Existem quatro famílias principais de superplastificantes comerciais segundo
BRADLEY (apud AITCIN, 2000):
1. Sais sulfonados de policondensados de naftaleno e formaldeído,
usualmente
denominados
polinaftalenos
sulfonados
ou
mais
simplesmente superplastificantes de naftaleno;
2. Sais sulfonados de policondensados de melanina e formaldeído,
usualmente denominados polimelaninas ou mais simplesmente
superplastificantes de melanina;
3. Lignossulfonatos com teores muito baixos de açúcar e de
surfactantes;
4. Poliacrilatos.
17
Atualmente, as bases mais largamente usadas para fazer superplastificantes
são dos dois primeiros tipos (naftaleno e melanina) e eles podem ser usados
em conjunto com redutores de água, com retardadores de pega e ainda com
aceleradores (AITCIN, 2000).
Estes aditivos redutores de água conduzem a um aumento de retração e são
úteis por permitirem uma redução do fator a/c. Possuem efeito relativamente
curto, em torno de 60 minutos e não influenciam de forma nenhuma a
resistência final do concreto (SIMPLICIO, 2003).
5.3.5 Adições Minerais
Aditivos minerais como a microssílica (sílica ativa) ou as cinzas volantes,
possuem duas formas básicas de atuação no concreto: uma física,
denominado efeito filler (preenchimento dos vazios), que colabora para
aumentar a coesão e a compacidade tanto da fase pasta quanto da ligação
agregado-pasta, e outra química, a clássica reação pozolânica de
transformação do frágil hidróxido de cálcio no resistente silicato de cálcio
hidratado (ALMEIDA, 1997).
A sílica ativa é um pó fino pulverizado de tom cinza, subproduto da
fabricação do silício metálico, das ligas de ferro-silício e de outras ligas de
silício (AITCIN, 2000).
Atua no concreto alterando suas características tanto no estado fresco
quanto no estado endurecido e sua ação está diretamente ligada às suas
características pozolânicas, com teores de sílica amorfa, SiO2, maior ou
igual a 85 % em sua composição, e de seu efeito microfiller, devido a
partículas esféricas com diâmetro médio da ordem de 0,2 µm que, além de
preencherem os vazios, colaboram para maior reatividade do material
(SOUZA, 1998).
18
Atualmente a sílica ativa é disponível em quatro diferentes formas: em bruto,
como produzida, em forma de nata de sílica ativa, em forma densificada e
misturada com o cimento Portland (AITCIN, 2000).
Os grãos da sílica ativa são cerca de cem vezes menores que os do cimento
e preenchem os espaços vazios existentes na zona de transição entre
cimento e agregado (TÉCHNE, 2002).
De acordo com SOUZA (1998), comparando os concretos convencionais, os
concretos com sílica ativa apresentam as seguintes vantagens:
•
Maiores resistências à compressão e à tração;
•
Menor permeabilidade, porosidade e absortividade;
•
Maiores resistências à abrasão e à erosão;
•
Maior resistência a ataques químicos, como de sulfatos e de cloretos;
•
Maior aderência concreto novo – concreto velho;
•
Menor índice de reflexão no concreto projetado.
BONINI et all (1999) destaca que um concreto com 8% de sílica ativa do
peso de cimento utilizada na composição de um concreto incrementa 50 %
na aderência média e 57 % na aderência de ruptura entre concreto e
armadura.
Dados os materiais disponíveis atualmente, é quase impossível exceder o
limite de 100 MPa de resistência à compressão em um determinado
concreto sem usar a sílica ativa na sua composição (AITCIN, 2000).
19
5.4 Produção, Lançamento e Controle do CAD
A produção, o transporte e o lançamento do CAD devem ser da mesma
forma que um concreto usual, com maior atenção no fato da enorme coesão
das partículas o que exige concretos de abatimento do tronco de cone um
pouco maior que os usuais, ou seja, mais fluidos (AITCIN, 2000).
Em geral o CAD é muito trabalhável e de fácil assimilação pela mão de obra
operacional, que gosta da substituição do concreto convencional pelo CAD
(ABCP, 1999).
De acordo com AITCIN (2000), para obter sucesso na produção de um
concreto de 100 MPa, por exemplo, exige-se:
•
Um agregado muito resistente, limpo, áspero e cúbico (com algumas
exceções para cascalhos glaciares);
•
Um
cimento
com
desempenho
notavelmente
bom,
tanto
reologicamente com em termos de resistência;
•
Um superplastificante que seja totalmente compatível com o cimento
selecionado.
Pouco tem sido feito na área dos métodos de dosagem do CAD, até
recentemente pesquisadores e produtores de concreto tendiam a adotar ou
modificar formulas convencionais, testadas ao longo do tempo. Em qualquer
caso, ainda não existem métodos rápidos e seguros para formular o CAD
(O´REILLY DÍAZ, 1998). Através dos anos, foi desenvolvido e usado com
sucesso, na Universidade de Sherbrooke, um método semi-empírico que é
simples de compreender e fácil de ser colocado em prática (AITCIN, 2000).
Os traços dos CADs são muito sensíveis a qualquer variação das
proporções, especialmente na quantidade de água, um aumento de 3 a 5
20
litros por metro cúbico na mistura pode representar um decréscimo de 10 a
20 MPa na resistência a compressão (AITCIN, 2000).
SERRA (1997) indica as proporções usuais dos diversos materiais para
produzir 1 m³ de concreto de alto desempenho, em média, dentro dos
seguintes limites conforme a tabela 5.5.
Tabela 5.5: Limites para produção de 1 m³ de CAD
400 kg
< Cimento
< 600 kg
650 kg
< Agregado Miúdo
< 750 kg
1000 kg
< Agregado Graúdo
< 1100 kg
1%
< Superfluidificantes
< 2%
(do peso do cimento)
120 kg
< Água
< 160 kg
7%
< Sílica Ativa
< 15%
(do peso do cimento)
Fonte: SERRA, 1997.
O traço exemplificado a seguir é da estrutura utilizada no edifício E-Tower,
localizado em São Paulo/SP – Brasil, no qual obteve resistência à
compressão de 125 MPa, um valor relativamente alto e portanto nota-se
uma leve diferença nos limites de traço citado acima por SERRA, 1997.
21
Material
Característica
Massa (Kg)
Proporção
Cimento
CP V – ARI – Alta Resistência Inicial - RS
623
1
Pedra
Brita 1–basalto (pedreira basalto/Campinas-SP)
1027
1,65
Areia
Quartzo róseo Itaporanga (granulometria constante)
550
0,88
Sílica Ativa
Camargo Corrêa
93
0,15
Pigmento
Óxido de ferro 4% Bayer
25
0,04
130
0,18
Toda
Gelo
água
do
traço
com
relação
a/c
0,18
(água/aglomerante)
Aditivo 1
Super plastificante de 3ª geração ( ~ 1%)
6,2
0,01
Aditivo 2
Estabilizador da hidratação ( ~ 0,5%)
3,60
0,0058
Figura 5.4: Exemplo de traço do Concreto para fck > 80 MPa
Fonte: MEDEIROS, 2002.
O tempo da mistura é usualmente maior para os concretos de alto
desempenho do que para os concretos usuais sendo recomendável que o
CAD seja produzido em centrais de concreto, pois exige controle rigoroso da
massa dos materiais (AITCIN, 2000).
Se a Central estiver no local de aplicação, a execução é como a usual. Se a
Central estiver distante, o ideal é trazer o concreto já pronto, com parte da
água, até o local de lançamento. Nesse local é feita uma lama com o
restante da água, os aditivos e a sílica ativa. Essa lama é obtida num
misturador de alta turbulência e lançada no caminhão betoneira. Neste, ela
deve misturar por 8 minutos e sob rotação em torno de 25 rpm. É necessário
ficar atento ao tempo útil de superplastificante (AMARAL FILHO, 1998).
O slump do CAD tem que ser maior do que o de um concreto convencional,
pois, em igualdade de slump, o CAD requer maior energia de vibração. O
tempo de aplicação é função do tipo de superplastificante usado e, como
regra geral, é inferior a 40 minutos (AMARAL FILHO, 1998).
22
Foto 5.1: Diferença de um Concreto sem e outro com Superplastificante
Fonte: SERRA, 1997.
Não há risco de segregação, seja por causa da ferragem densa, altura de
lançamento ou vibração exagerada. A vibração da ferragem também é
inócua, pois a alta coesão e a ausência de exsudação impedem o
isolamento das ferragens por película d´água que se formaria no concreto
convencional (AMARAL FILHO, 1998).
Foto 5.2: Concreto com Pigmento e Superplastificante
Fonte: MEDEIROS, 2002.
O
lançamento
do
CAD
não
difere
do
lançamento
de
concretos
convencionais. Pode-se bombear o CAD, fazer o lançamento por grua,
correia transportadora, jericas ou caçambas. Na etapa de adensamento é
importante evitar o surgimento de bolhas aprisionadas de ar, geradas pela
23
alta viscosidade e coesão da massa, é recomendável a utilização de
vibradores de fôrma.
O projeto, montagem e desmontagem das fôrmas para estruturas de CAD
devem obedecer às técnicas de bem construir, válidas para as fôrmas
destinadas a concretos convencionais (AITCIN, 2000).
A retirada das fôrmas pode se dar precocemente, desde que prevista no
projeto, pois as resistências iniciais dos CADs são sempre superiores à dos
concretos convencionais e outra razão que permite a retirada precoce é o
fato de se obterem altos módulos de elasticidade a baixas idades (ABCP,
1999).
Figura 5.5: Evolução Relativa de Resistências
Fonte: ABCP, 1999.
Um concreto de fck 20 Mpa, por exemplo, pode atingir 40% da resistência
aos três dias, enquanto que um concreto de fck 50 MPa, pode apresentar
70% de sua resistência nos mesmo três dias (ABCP, 1999).
Se a cura com água é essencial para o concreto usual, ela é crucial para o
CAD. O rigor da cura tem que ser maior do que no concreto convencional. A
falta de exsudação e a baixa relação a/c obrigam que a cura seja feita
imediatamente após a retirada da fôrma ou acabamento da superfície
(AMARAL FILHO, 1998).
24
A cura tem que ser feita por 7 dias e 7 noites sem interrupção, nunca sem
autorizada uma cura úmida por menos de três dias. Uma solução cômoda e
eficaz é o uso de camadas de aniagem mantidas úmidas com a circulação
de água gotejando de furos em tubos plásticos (AMARAL FILHO, 1998).
Além disso, esperar 24 horas para começar a cura úmida é um grande erro
porque a retração autógena do CAD começa tão logo a hidratação se inicia e
isso ocorre bem antes de 24 horas (AITCIN, 2000).
Segundo AITCIN (2000), quanto mais baixa for à relação a/c, maior atenção
deverá ser dada à implementação da cura úmida o mais cedo possível.
A resistência à compressão evolui com a mesma taxa tanto na cura úmida
como na cura seca tendendo a estabilizar nas últimas idades do concreto
(SPEGLICH et alli, 1997).
A cura deve ser feita imediatamente após o adensamento do concreto
fresco, para impedir a perda precoce de água de hidratação, evitar retração
e controlar a temperatura do concreto até que alcance o nível de resistência
desejado (AMARAL FILHO, 1998).
A ABCP (1999) recomenda que o controle da resistência à compressão dos
concretos de alto desempenho deve seguir as recomendações da NBR
12.655 Concreto, Preparo, Controle e Recebimento da ABNT. No caso de
construção de estruturas de concreto com CAD, recomenda-se implantar um
controle tipo NBR ISSO 9002.
Dimensionar e construir com o CAD reduz os riscos de conseqüências
desastrosas devido a uma eventual entrega de concreto com fck abaixo do
especificado, conforme a figura 5.6.
25
Figura 5.6: Faixa entre fck e fcd
Fonte: ABCP, 1999.
5.5 Propriedades Mecânicas
AITCIN (2000), destaca que é um equívoco acreditar que as propriedades
mecânicas do CAD são simplesmente aquelas de um concreto mais
resistente.
Como para os concretos usuais, a resistência à compressão do CAD
aumenta à medida que a relação a/c diminui, mas diferentemente do
concreto usual, a “lei” da relação a/c é apenas valida até a “resistência de
ruptura” do agregado graúdo tornar-se o elo mais fraco dentro do CAD
(AITCIN, 2000).
Tabela 5.6: Resistência do CAD em função da Relação a/c
Relação água/cimento
Faixa da Resistência Máxima (MPa)
0,40 – 0,35
50 – 75
0,35 – 0,30
75 – 100
0,30 – 0,25
100 – 125
0,25 – 0,20
> 125
Fonte: AITCIN, 2000.
26
AMARAL FILHO (1998), diz que as resistências à tração e tração na flexão
seguem aproximadamente as mesmas leis do concreto convencional.
A designação de módulo de elasticidade pode e deve ser usada em vez de
módulo de deformação, pois, acima de 50 MPa (de fck), os diagramas
tensão-deformação tendem a ser retos-triangulares, e a Lei de Hook e
Hipótese de Navier são integralmente obedecidas (AMARAL FILHO, 1998).
A obtenção do módulo de elasticidade vai depender quase exclusivamente
do tipo de agregado (AMARAL FILHO, 1998), SIMPLICO (2003), diz que a
maioria das expressões empregadas para o cálculo do módulo de
elasticidade são baseadas apenas na resistência à compressão do concreto,
sem levar em consideração os demais fatores influentes, por isto, torna-se
necessário verificar a validade destas expressões aplicadas ao CAD.
SIMPLICIO (2003) destaca que as diferenças entre os gráficos tensãodeformação para os concretos normais e de alto desempenho seriam: uma
maior linearidade para maiores resistências à compressão, uma deformação
relativa à tensão máxima também maior e uma reduzida deformação última
comparada à dos concretos de baixa resistência.
Concreto de Alto Desempenho
Concreto Convencional
Foto 5.3: Comparação da Microestrutura do CAD e Concreto Usual
Fonte: ABCP, 1997.
27
As fotos obtidas com microscópio eletrônico (com aumento de 3500 vezes),
permitem
comparar
a
microestrutura
do
concreto
comum
com
a
microestrutura do concreto de alto desempenho.
O CAD é mais compacto, pois tem melhor estrutura granulométrica e menor
porosidade decorrente da evaporação de água. Além da estrutura mais
compacta, a interface entre matriz e agregado é mais resistente no CAD
(ABCP, 1997).
Conforme a Foto 5.3, o CAD é muito mais impermeável do que o concreto
convencional, enquanto a porosidade de um concreto comum está em torno
de 25 % a 30 % do seu volume, no CAD essa porosidade é cerca de 5 %
(ABCP, 1997).
5.6 Durabilidade
A expressão “durabilidade do concreto” é usualmente empregada para
caracterizar em termos gerais, a resistência do concreto ao ataque de
agentes agressivos físicos e químicos (AITCIN, 2000).
Especificar um concreto de alto desempenho com baixa relação a/c é uma
condição necessária para obter-se concreto durável, mas isso não é
suficiente (AITCIN, 2000).
28
Figura 5.7: Comparação entre CAD e Concreto Usual, Carbonatação
Fonte: ABCP, 1999.
Na comparação entre propriedades do CAD e dos concretos correntes,
tipicamente relacionadas com a durabilidade das estruturas de concreto, a
profundidade de carbonatação do CAD não atinge 1 cm em cem anos.
Figura 5.8: Comparação entre CAD e Concreto Usual, Cloretos
Fonte: ABCP, 1999.
Nesta outra figura, a comparação entre propriedades do CAD e dos
concretos correntes, tipicamente relacionadas com a durabilidade das
estruturas de concreto prova que o CAD é recomendável para estruturas em
ambientes marítimos, devido à baixa profundidade de penetração dos
cloretos ao decorrer dos anos.
29
GIAMUSSO (1992) apresenta que nos concretos de alto desempenho, a
permeabilidade à água e ao oxigênio pode ser até 40 vezes menor do que
os concretos convencionais.
A importância da baixa porosidade é permitir atingir altos ganhos de
resistências
mecânicas
e
proporcionar
um
concreto
com
baixa
permeabilidade garantindo uma proteção de estrutura frente aos agentes
que promovem a deterioração do concreto, tornando assim o CAD um
material com grau de durabilidade muito superior ao dos concretos
convencionais (JORGE et alli, 2003).
A baixa porosidade requer cuidados com relação à segurança contra fogo
nas estruturas devido ao risco do “spalling”, ou seja, o lascamento explosivo
da peça, pois em presença de fogo intenso o vapor derivado do
superaquecimento da água presente na massa do material não encontra
saída para a superfície em razão da alta compacidade do concreto
(TÉCHNE, 2002).
Do ponto de vista do material, o CAD definitivamente não é tão poroso
quanto o concreto usual, ele não contém praticamente nenhuma água livre e
quando submetido a um rápido aumento de temperatura, a sua tendência é
lascar. Entretanto, as barras da armadura de aço podem parar o
desenvolvimento deste lascamento e ajudar o elemento estrutural a ganhar
suficiente resistência residual para manter a integridade do todo da
construção (AITCIN, 2000).
A introdução de uma fibra de polipropileno no CAD aumenta drasticamente a
sua resistência ao fogo, quando fundindo ou queimando, as fibras criam
pequenos canais no CAD através dos quais o vapor d´água pode ser
liberado, evitando o surgimento de pressões internas que resultariam
lascamento do concreto (AITCIN, 2000).
30
5.7 Vantagens do CAD
De acordo com ABCP (1999), o concreto de alto desempenho apresenta
algumas vantagens técnicas e econômicas.
As vantagens técnicas citadas do CAD são:
•
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 gases;
•
Risco de corrosão de armadura reduzido;
•
Alto módulo de elasticidade, ou seja, pequenas deformações.
As vantagens econômicas do concreto de alto desempenho são:
•
Estruturas duráveis com baixo custo de manutenção;
•
Elementos estruturais de menores dimensões;
•
Economia nas fundações, em fôrmas de pilares e vigas e em
armaduras;
31
•
Redução do número e dimensão dos pilares;
•
Maior resistência para a mesma dimensão de fundação, o que
possibilita aumento do número de pavimentos;
•
Prazos curtos de desforma;
•
A resistência à flexão limita a acentuada esbeltez das estruturas
horizontais (vigas), exceto em estruturas protendidas onde o uso do
CAD é recomendado;
•
Quando se compara o preço da peça pronta, o CAD pode ser mais
econômico em pilares. Em lajes e vigas a economia fica dentro de
certos limites;
•
Pode ser econômico quando o peso próprio da peça é significativo
frente à sobrecarga aplicada;
•
A utilização de vigas e lajes deve passar por uma verificação
econômica e técnica criteriosa, pois o aproveitamento total das
características de resistência à compressão é limitado pela resistência
à tração, tipo de solicitação de grande importância nesse tipo de
estrutura.
Outra vantagem que AITCIN (2000) destaca é em relação ao meio ambiente,
pois sempre que o CAD é usado no lugar do concreto convencional, ficou
demonstrado que o poder aglomerante do cimento Portland foi usado mais
eficientemente. O consumo mais elevado de água no concreto usual resulta
uma microestrutura fraca e porosa. Uma vez que a produção de cimento
demanda muita energia, preparar um concreto usual pode ser considerado
um desperdício parcial, pois comparando o uso de materiais necessários
para suportar uma mesma carga em uma determinada estrutura com
concreto usual e com CAD, o concreto de alto desempenho usa menos
cimentos e menos agregados.
32
6 EXEMPLOS DE OBRAS COM CAD
O CAD apesar de ter tido um desenvolvimento relativamente recente e de
ainda estar sendo intensamente investigado em muitos centros de pesquisa
de todo o mundo, vem sendo a cada dia que passa mais utilizado nas obras
civis realizadas em diversos países.
O CAD pode ser utilizado em vários tipos de estruturas: Edifícios altos com
poucos pilares ou de dimensões reduzidas; Estruturas de concreto aparente
em ambientes agressivos; Estrutura de concreto para desforma precoce;
Pontes e viadutos de grandes vãos, protendidas, que necessitam de longa
vida útil; Soleiras de vertedouros de barragens que exigem reduzido
desgaste por abrasão; Pisos industriais com reduzida abrasão e elevada
resistência química; Obras marítimas, devido à proteção que confere as
armaduras contra corrosão eletroquímica; Obras de reparo e reforços
estruturais devido à excelente aderência ao concreto já endurecido;
Estruturas protendidas e pré-fabricadas, onde confere maior durabilidade,
permite protensão e desforma precoces e apresenta reduzida deformação
(TÉCHNE, 2002).
Apesar do CAD ser um material relativamente novo no Brasil, em prédios
comerciais e públicos, recuperações estruturais, lajes, bases de máquinas,
plataformas “offshore”, pavimentos de aeroporto, estruturas marítimas,
tanques e silos, barragens, pontes, paredes diafragma, estacas, vigas,
fôrmas, anéis e aduelas pré-moldadas, reservatórios, revestimentos, pisos
industriais, etc., em todas essas aplicações o CAD vem sendo utilizado no
Brasil. Se o volume ainda não é grande, pelo menos a diversidade de uso já
pode ser considerada (ALMEIDA et alli, 1995).
33
A tabela 6.1 apresenta as características de alguns edifícios realizados no
Brasil e no exterior com o CAD.
Tabela 6.1: Edifícios Executados com CAD
EDIFÍCIO
LOCAL
ANO
MASP
Lake Point Tower
Water Tower Place
River Plaza
Columbia Center
Interfirst Plaza
311 South Wacker
Drive Tower
Grand Arche de la
Défense
Two Union Square
Pacific First Center
São Paulo
Chicago
Chicago
Chicago
Seattle
Dallas
Chicago
1963
1965
1975
1976
1983
1983
1989
Paris
1988
Seattle
Seattle
1989
1989
Scotia Plaza Building
Toronto
1988
One Wacker Place
CNEC
225 W. Wacker Drive
Melbourne Central
Tower
Cond. Emp. Previnor
Chicago
São Paulo
Chicago
Melbourne
1990
Salvador
1989
1990
No Pav.
70
79
56
76
72
79
58
44
fck
(MPa)
45
52
62
62+
66
69
83
a/(c+ag.)
C
(kg/m3)
Adições
(kg/m3)
0,32
565
0,35
0,35
0,25
505
505
384
CV-12%
CV-12%
CV-20%
272
MS
65
0,40
425
MS-7%
115
115
0,20
513
534
70
0,30
315
MS-8%
CV-11%
MS-1%
E-43% MS11%
0,28
523
MS-12%
MS
MS
560
MS-10 a
12%
MS-11%
CV-42%
100
18
31
55
80
60
96++
80
0,33
18
60
0,32
Suarez Trade
Salvador
1993
31
60
0,29
First Republic Bank
Dallas
1986
72
69
0,35
Plaza
One Peachtree
Atlanta
1991
95
83
0,29
Center
LEGENDA: CV - Cinza Volante; MS - Microssílica; E - Escória.
NOTA: +. dois pilares experimentais de 76 MPa; ++. pilar experimental de 117 MPa.
Fonte: DAL MOLIN et alli, 1997.
540
354
MS-8,7%
Neste trabalho será relatado características e especificações de três
edifícios executados em concreto de alto desempenho no mundo.
34
6.1 Edifício Scotia Plaza
O Scotia Plaza é um edifício de 68 andares e 275 m de altura, construído
entre 1986 e 1987 no centro de Toronto, Canadá. Esse edifício de grande
altura foi inteiramente projetado em concreto com resistência especificada
de 70 MPa. Foi o primeiro edifício de grande altura canadense para o qual
era especificada uma resistência à compressão tão alta. Recentemente, tem
sido construídos diversos outros edifícios de grande altura com concretos
com resistência à compressão de 70 MPa ou ainda mais alta, mas em
muitos aspectos a construção do Scotia Plaza representa uma realização
significativa no domínio da tecnologia do CAD no Canadá e um dos
primeiros usos de escória de alto-forno na composição de um concreto de
alto desempenho (AITCIN, 2000).
Foto 6.1: Edifício Scotia Plaza
Fonte: CITIES, 2003.
35
Tabela 6.2: Dados Edifício Scotia Plaza
Cidade: Toronto
País: Canadá
Ano: 1989
Altura: 275,0m
Andares: 68
Arquitetos: Webb Zerafa Menkes Housden Partnership
Engenherios: Quinn Dressel Associates
Clients/Developers: Campeau Corporation and the Bank of Nova Scotia
Custo Inicial: US$ 200.000.000,00
Fonte: STRUCTURAE, 2003.
O estudo apresenta as características deste concreto utilizado na construção
do Scotia Plaza e dados do controle tecnológico que foi feito neste concreto.
O concreto desenvolvido especificamente para este projeto foi, de fato,
preparado com uma mistura de cimento Portland, escória de alto-forno
finamente moída e sílica ativa, cuja composição é apresentada na tabela
abaixo.
Tabela 6.3: Concreto desenvolvido para o Scotia Plaza
Água
Materiais Cimentícios
Agregados kg/m³
Kg/m³
Cimento
Sílica*
Escória
Graúdos
Finos
145
315
36
135
1130
745
* Sílica Ativa
** Redutor de Água
Aditivos l/m³
Redutor** Super***
0,835
6,0
*** Superfluidificante
Fonte: AITCIN, 2000.
De acordo com AITCIN (2000) esse concreto foi preparado numa central
dosadora, o que significa que o concreto foi misturado no caminhão
betoneira. Tiveram que ser desenvolvidos uma seqüência e procedimentos
especiais de carregamento para se obter um traço reprodutível. O
procedimento desenvolvido teve sucesso porque a resistência a compressão
36
das 142 partidas de concreto que foram ensaiadas apresentou uma média
de 93,6 MPa aos 91 dias, com um coeficiente de variação de 7,3 %.
Durante a construção foi desenvolvido um extensivo programa de controle
de qualidade. Os resultados mostraram que o fornecedor do concreto estava
apto a manter um controle de traço, considerando que a concretagem
estendeu-se por 20 meses.
Tabela 6.4: Evolução da Idade do Concreto
Idade em dias
2
7
28
56
91
N° de cargas testadas
124
149
149
146
142
f´ck (MPa)
61,8
67,1
83,7
89,5
93,6
s (MPa)
5,5
4,7
6,1
6,1
6,8
V (%)
8,9
7,0
7,3
6,8
7,3
Fonte: AITCIN, 2000.
O cliente afirmou que o fato de que a resistência do concreto fosse mais alta
do que a necessária era para ele um grande conforto. Além disso, o
construtor afirmou ser razoável o custo do CAD por metro quadrado,
enquanto os benefícios eram significativos (AITCIN, 2000).
Segundo AITCIN (2000), para resistir as cargas causadas por ventos de alta
velocidade, um concreto de 70 MPa resultaria uma alternativa não
competitiva para um edifício de estrutura metálica, enquanto, com uma
resistência à compressão de 85 MPa, a alternativa de concreto parecia ser
mais econômica e poderia fornecer algumas vagas de estacionamento a
mais nos subsolos.
37
6.2 Edifício Water Tower Place
Os dados deste edifício foram retirados do estudo de AITCIN (2000).
O edifício Water Tower Place foi construído em 1970, possui 86 andares e
situado em Chicago, EUA. Apesar de que pelos padrões atuais os 60 MPa
de resistência à compressão de concreto utilizado nas colunas dos andares
inferiores não representam uma conquista principal, é necessário lembrar
que essa resistência a compressão foi obtida numa época em que os
superplastificantes ainda não eram usados na produção do CAD. Na época
em que este edifício foi construído, somente plastificantes baseados em
lignossulfonatos estavam sendo usados no concreto e não era fácil obter
resistências a compressão muito altas. Para atingir altos níveis de
resistência usando plastificante comum, a composição do concreto tinha que
ser cuidadosamente otimizada e um programa de qualidade rigoroso tinha
que ser implementado. A idéia foi concebida para produzir a mais alta
resistência à compressão, por meio da redução da relação água/cimento,
tanto quanto possível.
Foto 6.2: Edifício Water Tower Place
Fonte: CITIES, 2003.
38
Tabela 6.5: Dados Edifício Water Tower Place
Cidade: Chicago
País: EUA
Ano: 1976
Altura: 261,1 m
Andares: 86
Arquitetos: Loebl Schlossman Dart & Hackl
Fonte: STRUCTURAE, 2003.
O cimento foi cuidadosamente selecionado dentre os disponíveis na região
de Chicago naquela época. Cerca de dez diferentes cimentos foram testados
para determinar as suas características reológicas e mecânicas. Diversos
plastificantes comerciais disponíveis foram testados com o cimento
selecionado, com vistas a escolher o aditivo mais conveniente. Os objetivos
desse programa de ensaios era produzir um abatimento de 100 mm na obra,
para reduzir a quantidade de água de mistura necessária para obter este
abatimento, aproximadamente 15 % de cinza volante classe F de alta
qualidade foi colocada em substituição de um peso igual de cimento.
Essa cinza volante ASTM classe F tinha uma cor cinza clara, uma baixa
perda ao fogo e um baixo teor de álcalis. A cinza volante se mostrou
eficiente para permitir uma redução suficiente da água da mistura,
necessária para se obter o abatimento exigido. A areia usada foi natural,
silicosa e relativamente grossa. O agregado graúdo foi calcário dolomítico
britado com um tamanho nominal de 10 mm. Era limpo, razoavelmente
cúbico e muito resistente.
O CAD somente foi usado para os pilares dos 13 primeiros andares. Para os
andares seguintes a seção dos pilares foi mantida constante mais a
resistência a compressão aos 28 dias foi reduzida aos poucos para 50, 40,
35 e 30 MPa. Manter a seção das colunas constante permitiu usar apenas
um conjunto de formas metálicas para toda a altura do edifício e dessa forma
39
reduzir o custo da obra. Além disso, manter a seção dos pilares constante
resultou em economias por ocasião do acabamento e no custo dos pisos,
uma vez que cada andar tinha geometria e área exatamente iguais. Alguns
dos pilares foram instrumentados para monitorar o comportamento a longo
prazo deste concreto de alto desempenho pioneiro.
6.3 Petronas Tower
A construção das duas torres foi iniciada em 1993 e em 1998, na cidade de
Kuala Lumpur, Malásia, concluiu-se um empreendimento composto de duas
torres de escritórios. Petronas Tower foi desenvolvido com concreto de alto
desempenho de 80 MPa. Apesar de ser uma das edificações mais alta do
mundo com 452 m, seus 88 andares perdem para a Sears Tower de
Chicago, que tem 110 (VSL, 1999).
Foto 6.3: Petronas Tower
Fonte: CITIES, 2003.
40
Tabela 6.6: Dados Petronas Tower
Cidade: Kuala Lumpur
País: Malásia
Ano: 1998
Altura: 452,0 m
Andares: 88
Arquitetos: Cesar Pelli & Associates, Inc.
Engenherios: Ranhill Bersekutu Sdn. Bhd. ; Thornton-Tomasetti Engineers
Área Total: 341.760 m²
Volume de concreto: 160.000 m³
Custo Inicial: US$ 1.200.000.000,00
Fonte: AITCIN, 2000.
O custo do projeto das Petronas Towers foi de US$ 1,2 bilhão com uma área
construída de 341.760 m², para o deslocamento interno, as torres possuem
29 elevadores double-deck em cada uma e a equipe de engenheiros e
arquitetos conceberam uma ponte metálica, batizada com “skybridge”, que
interliga as duas torres gêmeas entre os andares 41º e 42º (STRUCTURAE,
2003).
A ponte exigiu um ano de preparativos e 32 horas de trabalho, ela possui
58,4 m de comprimento e pesa 750 t, sustentada por dois grandes braços
dispostos num ângulo de 63º e fixados ao nível do 29º andar. Esses braços
pesam cerca de 60 t e são dotados de terminações artificiais, capazes de
compensar as movimentações entre as duas torres e a ponte (TÉCHNE,
1997).
No desenvolvimento da estrutura participaram a norte-americana Thornton
Tomasetti em parceria com a Ranhill Bersekutu, da Malásia. Após quase
dois anos de estudos, ensaios dinâmicos em modelos e testes em túnel de
vento, a equipe chegou a uma solução mista, que combina concreto e aço,
tomando partido das melhores características dos materiais. Como as torres
41
medem 452 m a partir do solo e quase 530 m se consideradas as fundações,
o problema de vibrações poderia tornar-se critico nos andares do topo. Além
disso, era necessário reduzir a movimentação das torres em função da ponte
metálica de ligação, disposta nos 41º e 42º andares (STRUCTURAE, 2003).
Por fim optou-se por uma estrutura em CAD com fck = 80 MPa até o 60º
andar, ponto de transição para uma estrutura em aço-carbono. Os pilares de
concreto são dispostos em circulo e interligados por vigas de aço, sobre os
quais repousam lajes de concreto moldadas em fôrmas metálicas
incorporadas à estrutura, essa solução foi aplicada até o 88º pavimento
(VSL, 1996).
Abaixo do solo, as fundações consistem de 208 estacas-barrete com
profundidades variando entre 60 e 115 m, sobre as quais apóiam-se blocos
de concreto (fck = 60 MPa) com 4,5 m de altura e volume de 13.200 m³.
Todo o conjunto é circundado por uma parede-diafragma com 0,8 m de
espessura (TÉCHNE, 1997).
42
7 ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA
Os CADs são viáveis tecnicamente e economicamente, não só a longo prazo
em função da sua alta durabilidade reduzindo os custos de manutenção,
mas também e principalmente há curto prazo na própria implantação do
empreendimento. Estudos de viabilidade comparando custos de construção
com concretos de resistência à compressão usuais com os concretos de alto
desempenho com fck de 50, 60 e 65 MPa estão concluindo que os CADs
vêm trazendo economias já na etapa de implantação.
As seguintes vantagens decorrentes resultam na otimização dos custos de
implantação (ABCP, 1999):
•
A diminuição das dimensões implica menor peso da estrutura; em
conseqüência, permite substancial economia nas fundações quando
essa carga for relevante no conjunto;
•
Substancial economia em fôrmas para vigas e pilares e armadura em
pilares;
•
A redução de dimensões em pilares, e do número de pilares, permite
ampliação de áreas úteis das edificações, aspecto de grande
importância para os pavimentos inferiores e de especial significado na
utilização de garagens;
•
A maior resistência do CAD admite, para as mesmas dimensões dos
pilares na fundação, edificações com maior número de pavimentos;
•
A maior resistência do concreto nas primeiras idades permite prazos
mais curtos de desforma dos elementos estruturais, implicando
maiores velocidades de construção e otimização do reaproveitamento
de fôrmas.
43
Neste capítulo, serão apresentados dois estudos de viabilidade econômica
do CAD, com dados e custos comparativos com estruturas de concretos
convencionais.
7.1 Estudo 1
Para efeitos de um estudo econômico comparativo entre a execução de um
edifício convencional com concreto usual e CAD foi selecionado um prédio
de 15 andares com área do pavimento tipo de 320 m², cujo cálculo referia-se
ao 3º pavimento do prédio, tendo sido utilizado fck de 21 e 60 MPa (DAL
MOLIN et alli, 1997). Os resultados obtidos de consumo de concreto,
armadura e fôrmas constam na tabela abaixo.
Tabela 7.1:Consumo de Materiais para Execução de um Pavimento
CONCRETO (m3)
ARMADURA (kg)
FÔRMAS (m2)
fck 21
fck 60
%
fck 21
fck 60
%
fck 21
fck 60
%
PILARES
13,2
6,8
-49
2.981
1.192
-60
137
93
-32
VIGAS
14,9
12,1
-19
1.623
1.623
-
180
149
-17
LAJES
27,0
26,1
-3
994
994
-
281
281
-
TOTAL
55,1
45,0
-18
5.598
3.809
-32
598
523
-12
Fonte: DAL MOLIN et alli, 1997.
DAL MOLIN et alli, 1997, relata que as teorias utilizadas para o cálculo foram
convencionais, não sendo ajustados os valores do módulo de elasticidade,
comprimento de ancoragem, coeficientes de fluência, etc, que se alteram na
medida que a resistência se eleva, o que resultaria em valores mais
favoráveis de consumo para o CAD. Além disso, as seções das vigas
externas que servem como verga foram mantidas constantes, embora
pudessem sofrer reduções significativas com o fck de 60 MPa. Por fim, a
locação dos pilares não foi alterada, resultando muitas peças estruturais com
seção mínima de armadura e concreto ao passar-se de um fck de 21 MPa
44
para o de 60 MPa. Mesmo assim nota-se uma economia significativa de
concreto, armadura e fôrmas, principalmente nas peças submetidas
essencialmente a esforços de compressão e cisalhamento.
As características dos materiais utilizados são as seguintes (DAL MOLIN et
alli, 1997):
a) CONCRETOS:
; fck 21 MPa
traço - 1:2,2 : 4,29 - a/c=0.62
C = 292 kg/m³
Areia do Jacuí e brita basáltica
Custo estimado: US$ 36,00/m³
; fck 60 MPa
traço - 1:1,58 : 3,42 - a/c+ms = 0.40
aditivo/cimento = 0.0154
adição de 10% de microssílica (sobre o peso de cimento)
Areia do Jacuí e brita basáltica
Custo estimado: US$ 68,00/m³
b) ARMADURAS:
Aço CA-50, disponível no mercado.
c) FÔRMAS:
Convencionais plastificadas.
45
A partir da tabela de consumos dos materiais e do preço dos materiais
constituintes do concreto e mão-de-obra pela cotação de setembro de 1991 Porto Alegre/RS, realizada por DAL MOLIN et alli foram calculados os
valores da tabela abaixo.
Tabela 7.2: Custo Comparativo da Estrutura
CONCRETO
PILARES
VIGAS
LAJES
TOTAL
ARMADURA
FÔRMAS
TOTAL
fck 21
fck 60
fck 21
fck 60
fck 21
fck 60
fck 21
fck 60
MAT.
468
464
1.591
636
3.871
2.628
5.931
3.728
M.O.
507
261
1.163
465
774
525
2.443
1.251
MAT.
528
826
867
866
5.086
4.210
6.481
5.903
M.O.
572
464
633
633
1.016
841
2.221
1.939
MAT.
958
1.782
531
531
7.940
7.940
9.428.
10.252
M.O.
1.036
1.002
388
388
1.587
1.587
3.011
2.976
MAT.
1.954
3.073
2.989
2.034
16.896
14.777
21.839
19.884
M.O.
2.115
1.727
2.184
1.486
3.377
2.395
7.675
6.166
4.069
4.800
5.173
3.520
20.273
17.730
29.515
26.050
TOTAL GERAL
*Valores em dólares.
Fonte: DAL MOLIN et alli, 1997.
Pela análise dos valores obtidos nas tabelas pode-se chegar às seguintes
constatações em relação à substituição de um concreto convencional de
fck21 por um concreto de alto desempenho com fck60 na estrutura estuda
por DAL MOLIN et alli (1997).
•
A alternativa do pavimento em CAD apresentou uma economia de
11,73% em relação a um concreto usual;
•
Para peças submetidas à compressão, a redução do consumo de
concreto é da ordem de 50%, simultaneamente o consumo de
armaduras representa uma redução de 60%.
46
7.2 Estudo 2
Este estudo realizado por FERREIRA et alli (2001), apresenta comparações
de custos totais, a partir dos resultados de cálculos de dimensionamento
realizados para três modelos adotados para um mesmo edifício. Foram
empregados no dimensionamento do edifício, os aspectos, propriedades e
critérios de cálculo sugeridos por normas e pesquisadores do CAD.
A estrutura utilizada para estudo foi a de um edifício real de 33 pavimentos,
composto de: cintamento, térreo, dois pavimentos garagem, 25 pavimentostipo, dois pavimentos referentes a apartamentos duplex, além dos
pavimentos referentes à casa de maquinas e reservatório. Foi especificado,
no projeto original deste edifício, um concreto de fck 30 MPa para pilares,
vigas e lajes, em todos os pavimentos. A planta do pavimento-tipo, de área
igual a 310,3 m², é mostrada na figura 7.1.
Figura 7.1: Croqui da Planta do Edifício Estudado
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
47
Foto 7.1: Foto do Edifício Estudado
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
Os três modelos de estruturas adotadas para cálculo por FERREIRA et alli
(2001) são:
•
Modelo I: Concreto de resistência à compressão de 30 MPa para
pilares vigas e lajes (edifício com a estrutura original);
•
Modelo II: CAD aplicado somente nos pilares da estrutura. Variação
da resistência ao longo da altura (65, 45 e 30 MPa);
•
Modelo III: CAD aplicado nos pilares e vigas da estrutura. Variação da
resistência por pavimento ao longo da altura (65, 45 e 30 MPa).
FERREIRA
et
alli
(2001)
procurou
empregar
nos
cálculos
de
dimensionamento do edifício adotado, os aspectos, propriedades e critérios
de calculo sugeridos por diversas normas e pesquisadores do CAD. Alguns
fatores como o modelo estrutural adotado, o módulo de elasticidade, o
coeficiente de Poisson dos concretos.
48
MODELO I
Este Modelo adotado para o edifício se constituiu em uma repetição do seu
cálculo original, utilizando fck = 30 MPa em todos os pavimentos. Foram
mantidas as mesmas seções transversais dos elementos estruturais, bem
como o mesmo número de reduções de seção sofridas pelos pilares ao
longo da altura.
Figura 7.2: Reduções de Seção para os pilares do Modelo I
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
MODELO II
O objetivo do Modelo II é o de fazer com que as seções dos pilares fiquem
constantes ao longo da altura do edifício, inibindo, assim, os gastos
adicionais com fôrmas, decorrentes da redução das seções dos pilares e
também os gastos elevados com consumo de aço.
As variações de resistência ao longo dos pavimentos são apresentadas na
figura 7.3.
49
Figura 7.3: Distribuição da Resistência à compressão no Modelo II
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
MODELO III
No Modelo III adotou-se também concretos com classes de resistência
variando de 65 a 30 MPa ao longo da altura do edifício, contudo, neste
modelo considerou-se os pilares e as vigas compartilhando das mesmas
classes de resistências em seus concretos.
Figura 7.4: Distribuição da Resistência à compressão no Modelo III
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
50
Resultados Obtidos
No Modelo II o volume total de CAD é pequeno se comparado ao volume de
concreto convencional utilizado (fck 30 MPa). O volume total de CAD,
somando-se os volumes correspondentes aos concretos de resistências de
45 e 65 MPa, é cerca de 13,7% neste modelo em relação ao volume total de
concreto consumido no edifício. No Modelo III o volume total de CAD
utilizado é correspondente a 29,18% do volume total de concreto usado no
edifício.
Figura 7.5: Volume de CAD em comparação ao Volume total de concreto
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
Comparando-se globalmente os três modelos com relação aos volumes
consumidos de concreto, independentemente da classe de resistência,
verifica-se que o edifício calculado a partir do Modelo II apresentou um
volume total de 2089,3 m³ contra 2247,8 m³ no Modelo I, uma redução de
7,05% no volume total de concreto empregado. O Modelo III apresentou um
volume total de 1969,7 m³, representando uma redução maior no volume
total de concreto em relação ao Modelo I, de 12,37%.
Tabela 7.3: Consumo e Custo do Concreto nos Modelos
Modelo
Consumo Concreto (m³)
Custo Concreto (R$)
I
2247,8
314.706,00
II
2089,3
298.371,44
III
1969,7
287.484,47
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
51
Em relação ao custo do aço, o Modelo II apresenta uma economia de
11,48% em relação ao Modelo I. Já o Modelo III mostra uma economia ainda
maior em relação ao Modelo I, 14,22%.
Tabela 7.4: Consumo e Custo do Aço nos Modelos
Modelo
Consumo Aço (kg)
Custo Aço (R$)
I
186.066,68
236.304,70
II
164.703,66
209.173,65
III
159.606,84
202.700,68
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
Conforme a tabela 7.5, referente ao custo de fôrmas, o Modelo III foi o que
consumiu menos fôrma por pavimento, logo sendo o mais econômico dentre
os Modelos estudados.
Tabela 7.5: Consumo e Custo de Fôrmas nos Modelos
Modelo
Consumo Fôrma (m²)
Custo Aço (R$)
I
25.176,7
246.741,66
II
24.193,6
237.097,28
III
23.026,2
225.656,76
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
Os Modelos II e III apresentam, desde os andares iniciais até os últimos,
custos por pavimento significativamente menores do que os do Modelo I,
conforme a figura 7.7.
52
Figura 7.6: Custo Total dos Modelos I, II e III
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
Figura 7.7: Custo Total de cada Edifício (concreto + aço + fôrmas)
Fonte: FERREIRA et alli, 2001.
53
Foram comparados também os resultados relativos às cargas solicitantes
nas fundações dos Modelos I e III. Com relação ao peso próprio, as
fundações do Modelo I sofrem um total de 5871,01 tf de carregamento,
contra 5133,72 tf nas fundações do Modelo III.
Comparando-se as cargas máximas nas fundações, correspondentes à
soma das cargas devidas ao peso próprio, cargas permanentes e cargas
acidentais, foi verificado que as fundações do edifício calculado a partir do
Modelo I são solicitadas com um total de 11244,07 tf, contra 10505,42 tf nas
fundações do Modelo III.
Pela análise dos valores obtidos no estudo de FERREIRA et alli (2001)
pode-se chegar às seguintes conclusões em relação aos três Modelos de
estruturas.
•
O CAD promoveu uma economia de consumo de matérias em ambos
os edifícios em que foi empregado;
•
Em relação ao edifício com concreto convencional, os índices globais
de economia de custos obtidos foram de 6,7% no Modelo II (CAD só
nos pilares) e de 10,37% no Modelo III (CAD aplicado nos pilares e
nas vigas);
•
O edifício do Modelo III apresentou uma suavização de carga em
suas fundações de cerca de 12,56% relativamente ao peso próprio e
de 6,57% relativamente às cargas máximas atuantes (peso próprio +
cargas permanentes + cargas acidentais), em relação ao Modelo I
(concreto convencional).
54
8 CONCLUSÕES
O Concreto de Alto Desempenho é um concreto com relação água/cimento
baixa, com utilização de componentes químicos e sílica ativa, ou outros
“fillers”, no seu traço.
Sua densa microestrutura além de conferir-lhe uma alta resistência e reduzir
a permeabilidade, resulta numa durabilidade mais elevada do que um
concreto usual, apresentando também melhor trabalhabilidade devido ao
emprego de aditivos e adições minerais na sua composição.
A eficiência do CAD na construção civil pôde ser constatada na revisão
bibliográfica. A utilização proporciona estruturas mais resistentes, esbeltas e
duráveis além de outras vantagens, devido as suas características e
propriedades mecânicas terem um desempenho relativamente melhor que
um concreto convencional.
Ao contrário do conceito de que o CAD para construção de estruturas de
concreto gera custos maiores, os dois estudos de viabilidade econômica
com emprego do CAD apresentados no trabalho mostraram uma tendência
clara de benefícios tanto sob ponto de vista da economia de custo como a
garantia da durabilidade das estruturas, quando comparado a um concreto
usual. As economias em relação ao consumo de materiais nas alternativas
com o CAD mostraram uma significativa redução. Com relação ao custo
global, os estudos de casos apresentaram uma economia da ordem de 11%
em relação ao emprego de um concreto usual e conseqüentemente
reduções nos custos de futuras manutenções devido as suas vantagens
perante um concreto convencional.
55
O CAD já é uma realidade no meio da Engenharia Civil e cada dia que passa
vem sendo utilizado em maior escala em diversas aplicações. Apesar da sua
tecnologia para produção ser rigorosa, não difere muito da produção dos
concretos convencionais. Por se tratar de um dos materiais que mais
evoluíram nos últimos anos e com um volume cada vez maior de
informações disponíveis, deixou de ser um grande desafio utilizar o CAD.
56
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de Alto Desempenho, 1CD, versão 1.0, 1997.
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de Alto Desempenho, Segundo CD-ROM, 1CD, versão I, 1999.
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do Cimento. Disponível em <http://www.abcp.org.br> Acesso em 10 ago.
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A
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Tecnológica dos Concretos Tradicionais, ABCP, 1CD, 1997.
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abril/julho 1998.
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57
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.
NBR 8953:
concretos para fins estruturais – classificação por grupos e resistência. Rio
de Janeiro, 1992.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12654:
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