Efeitos da Temperatura Sobre o Concreto

Transcrição

1 Efeitos da Temperatura Sobre o Concreto Professora: Carmeanne Effting Equipe: Débora Ganasini Isabeli Zenato Patruni Janine Garcia Jayne Garcia Miqueias Paulo Brikalski 13/04/2015

2 Efeitos da Temperatura Fatores externos Fatores internos o Condições climáticas (frio e calor) o Umidade do ar o Ação do vento Calor de hidratação do aglomerante é a principal fonte de variação volumétrica Manifestações patológicas Manifestações patológicas o HIDRATAÇÃO DO CIMENTO o RETRAÇÃO POR SECAGEM o RETRAÇÃO DEVIDA A EFEITOS TÉRMICOS, QUÍMICOS E CAPILARES o FLUÊNCIA Tendência a sofrer deformações plásticas o ENVELHECIMENTO geram FISSURAS

3 Mecanismos de Transmissão de Calor Condução relacionado com Coeficiente de condutividade térmica Ineficiente para o concreto Capacidade de reter grande quantidade de calor e dissipá-lo gradativamente em taxas distintas

4 Mecanismos de Transmissão de Calor Convecção Fluido em contato com uma superfície sólida de temperatura diferente Depende da área de contato Pior em estruturas esbeltas exemplos Radiers, grandes lajes, viga-parede fundação superficial que distribui toda a carga da edificação de maneira uniforme no terreno grande relação altura/vão

5 Mecanismos de Transmissão de Calor Radiação Temperatura é transmitida de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura através do espaço. Desprezível para concreto massa Concreto em contato com fornos e caldeiras Fissuras térmicas Causa deformações em grandes superfícies expostas exemplo Laje de concreto necessidade Juntas de dilatação

6 Hidratação do Cimento Libera calor Reação exotérmica Princípio de conservação de energia Provoca um aumento da temperatura de até o C o concreto tende a equilibrar a sua temperatura com o ambiente Resulta Gradiente de resfriamento Retração térmica o Quanto maior for o consumo de concreto maior será a influência da hidratação do cimento na questão térmica. o Quanto mais fino for o cimento mais rápidas serão as reações de hidratação e o calor de hidratação será maior.

7 Variação de Temperatura o Ação do frio o Ação do calor Retração térmica Dilatação térmica Maior causadora de fissuras Provoca fissuras por levantamento (quando não dispõe de juntas de dilatação adequadamente espaçadas) o Quanto maiores forem os volumes das estruturas mais lentos serão os efeitos térmicos. o Estruturas esbeltas são mais susceptíveis aos choques térmicos decorrentes de variações bruscas de temperatura.

8 Ação do Frio No Brasil = clima tropical Maiores problemas Natural Devido Artificial Devido Geadas com ocorrência de gelo e/ou neve potencializada pela ação dos ventos o Inverno o Altitudes o Câmaras frigoríficas Solução o Aditivos incorporadores de ar o Relação a/c baixa o Cura adequada Maior durabilidade Devido a grande porosidade do concreto, existe uma grande penetração da água e dos gases, que, em regiões de geadas, ocasionam os fenômenos de gelo e degelo, deteriorando a estrutura. o Temperatura baixa o Relação a/c baixa Menor resistência a compressão o Choque térmico são mais prejudiciais quando ocorrem no inicio do resfriamento do concreto, pois geram fissuras (primeiro na superfície e depois em toda a sua massa). Ocorre principalmente em estruturas esbeltas.

9 Ação do Calor

10 Ação do Calor Estruturas com o Uma dimensão muito maior que a outra o Consumo grande de aglomerante (> 400kg/m³) Exemplos Blocos, sapatas e radiers de estruturas sujeitas a grandes carregamentos; pilares e vigas-paredes de grandes estruturas e/ou com elevado consumo de aglomerante; pisos industriais; grandes lajes maçicas. Estruturas pré-moldadas, paredes de reatores e caldeiras. A execução de concretos em tempo quente Submete-o a elevações de temperaturas acima daquelas que seriam suportáveis Gera fissuras É necessária a Geram muito calor É necessária a o Pré-refrigeração do concreto com utilização de GELO o Pós-refrigeração do concreto com utilização de tubos com circulação de agua após o inicio do lançamento do concreto até que a temperatura atinja seu máximo. o Utilização de agregados frios. o Evitar a concretagem em horários de sol forte.

11 Modelagem do Problema Térmico Condução térmica de calor no concreto Resolução numérica da Equação de propagação de calor em um meio sólido Calcula a temperatura a partir de hipóteses de lançamento formuladas variáveis o Altura de camada, intervalo e temperatura de lançamento o Dosagem do concreto o Uso de pós-refrigeração o Diferentes tipos de fôrma o Temperatura ambiente (varia nas estações do ano) o Condições de cura o Distância à fundação

12 Análise do Risco de Fissuras Térmicas Deve-se o Analisar as temperaturas o Analisar as tensões e/ou deformações atuantes na estrutura (comparando as tensões de origem térmica com a resistência a tração do concreto) Restrições Grau de restrição (critério geral) Internas Devido a Externas Devido a o Coesão interna o Ligações das estruturas com suas fundações ou com outras estruturas o Ligação com as armaduras Coeficientes de Restriçao segundo ACI 207.2R (ACI, 2007)

13 Análise do Risco de Fissuras Térmicas o Diminuição da altura das camadas de concretagem o Aumento do intervalo de concretagem entre as camadas o Controle no tempo de desforma do concreto Não são suficientes para amenizar o problema térmico, deve-se adotar outras soluções: o Pré-refrigeração (GELO) o Pós-refrigeração (tubos com circulação de agua)

14 Retração Térmica Ocorre mais em Contração térmica Ocorre devido ao Estruturas de grande porte o Reação de hidratação do cimento é TERMOATIVADA Resfriamento nas primeiras idades Inicia-se após a Expansão do concreto (devido a elevação da temperatura gerada pelo calor de hidratação ou pela dificuldade em dissipar o calor) A temperatura tem função catalisadora Acelera a reação o Concreto de alto desempenho Consumo de cimento elevado Acentuada queda de temperatura, uma vez que a superfície de exposição à perda de calor para o ambiente é maior

15 Retração Térmica Contração térmica A SUPERFÍCIE perde mais rapidamente calor do que o NÚCLEO Assim O núcleo terá uma elevação de temperatura maior A propagação de calor do núcleo expandirá a superfície Expansão térmica Mas O concreto possui um modulo de elasticidade baixo e a tensão térmica será absorvida pela fluência A propagação de calor do núcleo expandirá a superfície Quando a tensão ou capacidade de deformação de tração for ultrapassada ocorrerá FISSURAS INTERNAS O concreto ganhará resistência e RIGIDEZ O centro contrairá mais do que a superfície

16 Retração Térmica Contração súbita Gera Tensões de tração na superfície CHOQUE TÉRMICO Se as tenção de tração ou a capacidade de deformação do concreto forem ultrapassadas ocorrerão FISSURAS o Se o isolamento do concreto (para evitar o choque térmico) for removido muito cedo a superfície resfriará mais rápido enquanto o núcleo manterá uma temperatura relativamente mais alta.

17 Retração Térmica Expansão do concreto É proporcional Coeficiente de dilatação térmica linear Sem restrição Há restrições Nas PRIMEIRAS IDADES (estado PLÁSTICO) Com o aumento da idade Fissuras Resultando em As tensões de compressão sejam anuladas e a temperatura continuar caindo, criará tensões de tração no concreto Gera tensões de compressão Caso: Reduz as tensões de compressão Expansão até atingir a temperatura máxima Contração do concreto

18 Fatores que Influenciam a Retração Térmica o Condições climáticas o Exposição da estrutura o Variações sazonais da temperatura ambiente (estação do ano) o Temperaturas de lançamento e de estabilização do concreto o Tipos e quantidades de materiais empregados o Propriedades do concreto endurecido o Dimensões e forma da estrutura o Espaçamento das juntas de contração o Tipos e tempo de permanência das formas empregadas o Tipo e tempo de cura do concreto o Altura e intervalos de lançamento das camadas de concretagem o Temperatura e propriedades térmicas e elásticas da rocha de fundação o Presença de descontinuidades indutoras de fissuras no revelo da rocha de fundação

19 Aspecto externo da evolução da corrosão da armadura no concreto Patologias Associadas à Retração Térmica FISSURAS Principal são as Deterioração da estrutura Abertura de um Caminho livre para a percolação da água Gerando Lixiviação do concreto O cimento é dissolvido pela água e é carregado para fora da laje. Ocorre a perda do cálcio da estrutura. Promovendo Penetração de agentes agressivos e contribuindo para a corrosão das armaduras

20 Fissuras de Retração Térmica Ângulos retos 100 vezes a profundidade da fissura de retração hidráulica Podendo Seccionar a estrutura Ocorre geralmente no Trecho central da peça de concreto

21 Medidas Preventivas da Retração Térmica o Escolha dos materiais o Uso de concretos mais adequados o Estudos de dosagens e de caracterização o Zoneamento do concreto o Aditivos redutores de água materiais POZOLÂNICOS reduzem o calor de hidratação cimento com baixo calor de hidratação e finura adequada agregados com maiores Dmáx o Alturas das camadas de concretagem máximas possíveis o Analisar os intervalor e temperaturas de lançamento o Juntas o Sílica ativa priorizando o uso de concretos com menores consumos de cimento reduzindo o uso de cimento reduz o calor de hidratação em peças estruturais, reduz também a permeabilidade do concreto, aumentando sua durabilidade reduzindo o uso de cimento principalmente próximas à fundação, onde a restrição é maior

22 Juntas Válvula de escape Serve para que as deformações ocorram em uma zona livre de restrição. Juntas de CONTRAÇÃO Evitam Grandes retrações restringidas do concreto Juntas CONSTRUTIVAS Reduzem Tensões internas que impeçam qualquer tipo de movimentação da estrutura Devido Retração ou redução da temperatura Juntas de DILATAÇÃO Necessárias Grandes obras de infraestrutura Como o Pontes o Barragens o Pavimento rígido Espaçamento e espessura Dependem o Propriedades do concreto o Formato da estrutura o Condições ambientais propulsoras das deformações Flexibilidade e estanqueidade Perfil elástico PVC de alta densidade

23 Juntas Seção enfraquecida (corte ou ranhura na superfície da placa) Juntas de DILATAÇÃO Juntas CONSTRUTIVAS Selante Utilizam barra de transferência Juntas de CONTRAÇÃO Pode-se utilizar espaçadores Tela soldada

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25 Bibliografia ISAIA, G.C. Concreto: Ciência e tecnologia, v. I-II. São Paulo, Instituto Brasileiro do Concreto, IBRACON, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, AMERICAN CONCRETE INSTITUTE, ACI 224.R: Control of Cracking in Concrete Structures. Farminftono Hills, American Concrete Institure,