CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO CAD Estudo de Caso: Edifício e-tower

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1 ALEXANDRE LEANDRO DA SILVA CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO CAD Estudo de Caso: Edifício e-tower Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. SÃO PAULO 2003

2 ALEXANDRE LEANDRO DA SILVA CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO CAD Estudo de Caso: Edifício e-tower Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Anhembi Morumbi no âmbito do Curso de Engenharia Civil com ênfase Ambiental. Orientador: Prof. Eduardo Parente Prado SÃO PAULO 2003

3 AGRADECIMENTOS A partir do momento que ingressei na Universidade e optei pelo Curso de Engenharia Civil até a conclusão deste trabalho, sempre contei com o apoio de diversas entidades e pessoas, que me passaram força, garra e confiança e desta forma gostaria de retribuí-los por meio desta. Em especial a meus familiares, mãe, pai e irmãos, e também a minha tia Izabel, por ter me incentivado e dado condições de me realizar profissionalmente. Agradeço a minha esposa, que por vários momentos se viu privada de minha companhia, pelo grande apoio, paciência, e incentivo que sempre me deu nas horas mais difíceis. Aos meus grandes amigos com os quais compartilhei boa parte de minhas emoções e dificuldades durante estes anos acadêmicos. A todos aqueles que me atenderam cordialmente quando de minha necessidade, sem este apoio seria praticamente impossível atingir minhas expectativas e meus objetivos. Agradeço ao meu orientador Prof. Eduardo Parente Prado, pelo apoio. Agradeço a Engemix S/A, pela oportunidade oferecida de mostrar minha capacidade e aprimorar meus conhecimentos técnicos, bem como os amigos que fiz ao longo destes anos e que torceram pelo meu sucesso. Ao Eng. Eliron M.Souto Jr., amigo e responsável pelo meu crescimento profissional, pois sempre confiou e me colocou a frente dos mais diversos desafios impostos ao nosso departamento. A Deus, que fez o Céu e a Terra, a quem muito confio, e é responsável por tudo, inclusive por ter nos colocado juntos para viver e compartilhar todos estes momentos. E, finalizando, dedico o titulo de Engenheiro à todos. Deus os abençoe! i

4 SUMÁRIO RESUMO...IV ABSTRACT...V LISTA DE FIGURAS...VI LISTA DE TABELAS...VIII 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivo Específico METODOLOGIA DO TRABALHO JUSTIFICATIVA CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO C A D Definições (Dados gerais do CAD - aplicações) Características do CAD Composição do CAD Histórico Obras que utilizaram CAD Aplicações do CAD Materiais Controle Tecnológico de Materiais Cimento Portland ii

5 5.2.3 Agregados (graúdos e miúdos) Agregados Controle (Materiais NBR 7211): Aditivos Químicos Adições Minerais Sílica Ativa Propriedades Mecânicas Resistência à compressão Modulo de deformação Durabilidade ESTUDO DE CASO Edifício e-tower Desafio Estrutural Confecção do CAD Vantagens e Economias resultantes de sua aplicação Recorde Mundial ANÁLISE OU COMPARAÇÃO/CRÍTICA CONCLUSÕES...54 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...56 ANEXO iii

6 RESUMO O CAD realmente é um concreto de futuro promissor. Sua utilização, na prática, já está sendo adotada pelos principais profissionais de cálculo e técnicos da área de concreto no País. Dentro das condições estruturais e arquitetônicas encontradas no e-tower, devido as imponentes dimensões do edifício, o CAD mostra sua contribuição para este desafio estrutural, e passará a partir de então a se firmar no Brasil, como uma solução para viabilidade física-economica e social de sua aplicação, pois a cada dia que passa os espaços, ou seja, o m 2 para as novas construções ficam cada vez mais raros e caros, bem como os impactos ambientais causados por um grande empreendimento que precisam ser respeitados e minimizados. A especificação do CAD em um projeto deve ser feita com critérios, dado que seu custo é mais elevado (aproximadamente 2,5 vezes mais caro). A viabilidade desta opção deve ser sempre comparada com os benefícios de sua utilização, e estes benefícios no caso do e-tower serão mostradas ao longo deste trabalho. Muito mais do que os benefícios financeiros adquiridos com o uso do CAD, no edifício e-tower, é necessário conhecer a procedência dos materiais constituintes empregados e suas propriedades, bem como o manuseio e dosagem dos materiais componentes. iv

7 ABSTRACT High performance concrete has a bright future in the construction industry. Its use in the field is being adopted by leading structural engineers and architects around the country. Considering e-tower s architectural, structural and physical size, HPC demonstrates its compatibility to this challenging project. HPC presents a good solution to the increasing land prices and minimizes environmental impact on a large project. HPC costs more than twice the price of regular concrete, so when considering HPC for a job, the benefits must be considered. These financial, structural and architectural benefits can be seen in the e-tower project. In order to successfully produce HPC, it is necessary to study the origin, properties and quality of the raw materials. Careful handling and batching is crucial to achieve superior results. v

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Definições usuais para Concreto de Alto Desempenho...7 Figura 2 Composição do CAD...10 Figura 3 Resistências no Mundo (Fonte: Site: Figura 4 Exemplos de obras que utilizaram CAD (MASP/SP, MAM/RJ) 12 Figura 5 Exemplos de obras que utilizaram CAD (Petronas Tower/Malásia; CENU/SP; World Trade Center/EUA; Porta de Entrada Espanha/Espanha)...13 Figura 6 Exemplos de aplicações do CAD - (Pontes; Aeroportos; Rodovias; Estações de Tratamento de Esgoto)...14 Figura 7 Panteão (Roma)...17 Figura 8 Ilustração de alguns ensaios correspondentes a tabela 3 (Fonte:Laboratório Engemix S/A)...20 Figura 9 - Modelo de relatório de agregados com os diversos tipos de ensaios...21 Figura 10 Mecanismo de ação do Hiperplastificante...24 Figura 11 Efeito do Superplastificante no concreto...24 Figura 12 Efeito da ação eletrostática provocada pelo aditivo sobre o grão de cimento...24 Figura 13 Microscopia por varredura eletrônica (Fonte: Vieira/ABCP)...26 Figura 14 Comparativo de resistência entre um concreto...27 Figura 15 Ensaio de ruptura de Corpo de Prova...28 Figura 16 Ensaio de Modulo de Elasticidade...29 Figura 17 - Representação da margem de risco entre resistência especificada e resistência de dimensionamento Figura 18 - Comparação entre propriedades do CAD e dos concretos correntes, tipicamente relacionadas com a durabilidade das estruturas Figura 19 Perspectiva do e-tower...32 vi

9 Figura 20 Edifício e-tower...33 Figura 21 Detalhe dos pilares (mais solicitados) no projeto e pós concretagem...34 Figura 22 Detalhe da diminuição da seção dos pilares beneficiados pelo concreto Figura 23 Seqüência executiva dos ensaios no Laboratório da Engemix.37 Figura 24 Primeiros resultados obtidos para o concreto do e-tower...38 Figura 25 Comparativo de propriedades entre um concreto convencional e o CAD...39 Figura 26 Teste de concretagem na obra...40 Figura 27 Controle de materiais na central de concreto...41 Figura 28 - Vista da obra, parte frontal...43 Figura 29 Lançamento de concreto por grua...44 Figura 30 Concretagem dos pilares...45 Figura 31 Controle de temperatura inicial do concreto fresco...46 Figura 32 Vista do e-tower, obra em adamento(junho/02)...46 Figura 33 Vista da obra com a serie de pilares de alta resistência coloridos...48 Figura 34 Curva resistência x tempo (Fonte IPT)...50 Figura 35 Pilares que utilizaram o CAD...51 Figura 36 Vista aérea da construção do e-tower (Junho/2002)...51 vii

10 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Evolução de Resistência no Brasil (Fonte: ABCP/2002) 10 Tabela 2 Resistências no Brasil (Fonte: Relatório Premio Máster Tecnum) 11 Tabela 3 Ensaios de caracterização de agregados (Fonte: Segundo a NBR 7211) 19 Tabela 4 - Quadro de resistências obtidas no e-tower (Fonte: IPT/SP) 28 Tabela 5 - Quadro de valores obtidas no e-tower (Fonte: IPT/SP) 29 Tabela 6 - Materiais empregados no CAD e fornecedores 39 Tabela 7 Vantagens do emprego de CAD (Fonte: Helene) 47 Tabela 8 Resultados da ruptura dos corpos-de-prova a 28 dias em MPa 50 viii

11 1 INTRODUÇÃO O termo concreto de alto desempenho não possui uma definição única, podendo referir-se a diferentes faixas de resistências altas (acima de 40MPa), e também para aqueles concretos que oferecem um alto desempenho para o cliente, ou então, aqueles concretos que de certa forma oferecem um grande grau de satisfação, seja em termos de resistência ou de durabilidade. Mas no geral, na maioria das vezes ainda são considerados de alto desempenho, aqueles que apresentam resistências à compressão uniaxial acima das usuais. O concreto de alta resistência começou a ser utilizado nos Estados Unidos em meados da década de 1960 em virtude da altura dos edifícios. Nesta época, o uso da estrutura metálica ou estrutura metálica combinada com pequena porcentagem de concreto predominava quase que em sua totalidade em construções com grande número de pavimentos, e, o que se vê nos dias atuais é uma inversão desta combinação que vem se alterando gradativamente, com um consumo mais acentuado do concreto. Outro fato importante é que a partir do advento da sílica ativa e sua utilização na elaboração dos traços, o CAD conseguiu aumentar sua participação em obras de grande altura e volume de concreto. Em conseqüência disto, nos últimos 20 anos, têm-se observado um crescente interesse pelo emprego de concretos de resistências mais elevadas. Apesar da simplicidade da maior parte dos materiais utilizados na elaboração do C.A.D. (cimento, areia, brita, sílica ativa, água e aditivos) similar ao concreto convencional, sua fabricação requer um excelente controle de qualidade de materiais e homogeneização. A consistência necessária e ideal para dar produtividade e trabalhabilidade na produção é obtida por aditivos superfluidificantes de ultima geração, capazes de levar abatimentos em torno de 18+/-03 cm para um fator água cimento inferior a 0,25 (valor encontrado em diversas publicações como mínimo para hidratação do cimento). 1

12 O Brasil sempre se destacou pelo bom uso da tecnologia do concreto em estruturas e, como orgulho nacional, ostenta obras de grande complexidade e magnitude como a Hidroelétrica de Itaipu, a Ponte Rio-Niteroi e a Rodovia dos Imigrantes, e o Centro Empresarial Nações Unidas-CENU. Quando do projeto do e-tower e análise de sua estrutura, a engenharia brasileira se viu desafiada e incentivada a executar uma obra com concreto de alto desempenho, com valores nunca antes utilizados no país, abrindo caminho para novas propostas arquitetônicas. No edifício mais alto do mundo, as Torres Petronas em Kuala Lumpur, foi utilizado CAD de 80 MPa para as suas bases e pilares. Em outros edifícios importantes no mundo também foram utilizados estes tipos de concreto, como o Arco de La Defense em Paris, o Banco do Comércio em Frankfurt, o Scotia Plaza em Toronto e o Pacific Tower em Seattle, USA, onde os concretos atingiram resistências da ordem de 100 MPa de compressão. Para o desafio estrutural do e-tower foram discutidas e descartadas duas opções que não satisfaziam o projeto arquitetônico e nem a viabilidade técnica, com isso foi decidido reduzir a seção dos pilares do subsolo aumentando resistência à compressão (f ck ). Feitos os cálculos para as dimensões requeridas para os pilares, ficou determinado que seu f ck não poderia ser menor do que 80 MPa. Observa-se que este valor nunca havia sido utilizado em projetos de execução de obras no Brasil, sendo até então utilizados apenas em laboratórios e reparos localizados. No Japão, EUA e Europa, as resistências atualmente utilizadas na elaboração de projetos são da ordem de 90.0 Mpa. No Brasil, ainda executamos obras com resistências de 15,0 MPa em sua grande maioria, porém a nova norma NBR 6118 que recentemente foi revista, os projetistas não poderão projetar estruturas convencionais com f ck menor do que 25,0 MPa e estruturas especiais com uma relação A/C pré-definida, ou seja, teremos para os próximos anos, projetos com valores de resistências à compressão cada vez mais elevados. 2

13 Dentro deste conceito de modernidade e conhecimentos tecnológicos avançados a Incorporadora Munir Abbud junto com a Construtora Tecnum, resolveram apostar na engenharia brasileira e iniciaram o projeto e a construção do edifício e-tower na cidade de São Paulo, um dos mais altos do Brasil (162 m), que conta com pilares de concreto pigmentados da mais alta resistência à compressão obtida e conhecida no mundo até o momento: Na média 125 MPa, com valor máximo de 155,5 MPa (Recorde Mundial de Concreto Produzido em Usinas de Concreto). 3

14 2 OBJETIVOS Objetivo Geral Uma das principais aplicações do concreto de alta resistência na construção civil tem sido em edifícios altos, pavimentos rodoviários, pisos industriais e obras de arte. Seu uso viabiliza a redução nas seções dos pilares, podendo aumentar o espaço útil dos diversos pavimentos, principalmente dos andares próximos ao térreo. Alem disso, com a utilização do concreto de alta resistência é possível aumentar a velocidade de execução dos edifícios, reduzindo a carga permanente da estrutura e, nas fundações; quando otimizado, também é possível reduzir a utilização de sistemas de formas e aumentar a durabilidade do concreto. Para que essa solução seja mais bem aproveitada, é necessário que se conheça todas as etapas do desenvolvimento do CAD, para assim então podermos desfrutar dos seus benefícios Objetivo Específico A partir do estudo de caso referente ao Edifício e-tower, e a contribuição bibliográfica citada nos capítulos posteriores, será possível conhecer um pouco mais sobre o que esta excelente tecnologia (CAD) pode proporcionar, não somente aos empreendedores, mas também a todo meio técnico profissional, que buscam a cada dia se atualizar e se aperfeiçoar neste ambiente, que a cada dia que se passa, superam as dificuldades e os desafios que lhe são apresentados. 4

15 3 METODOLOGIA DO TRABALHO Este trabalho busca apresentar de uma forma geral o compromisso que se faz necessário e o comprometimento que os profissionais envolvidos neste tipo de projeto, entre construtores, industria do concreto e especialistas em tecnologia do concreto, trouxeram com suas pesquisas na produção dos concretos com elevado desempenho na América Latina, e também mostrará a aplicação da tecnologia do concreto, em particular o procedimento utilizado neste empreendimento, desde o projeto, distribuição, construção e precauções indispensáveis para alcançar os melhores resultados. Dentro do exposto acima, e dentro do estudo de caso, estarão sendo abordados temas diretamente relacionados ao CAD e ao edifício e-tower que justificam e corroboram para a afirmação do CAD no mercado de construção brasileiro, por meio de uma visão mais abrangente do custo benefício que o mesmo representa, tais como: Características do CAD; Economia resultante de sua aplicação (espaço, volume de concreto); Desafio Estrutural; Adições utilizadas no CAD (aditivo estabilizador e superplastificante, sílica ativa, gelo, pigmento) e suas funções; Durabilidade; Modulo de Deformação; Controle Tecnológico; Dados gerais do CAD; O Recorde mundial; Dados do Empreendimento; entre outros, Em suma, estará sendo apresentado o que há de mais atual e moderno na construção mundial, bem como a forma e escolha do CAD para obras em geral, seu uso, aplicação e tecnologias empregadas. 5

16 4 JUSTIFICATIVA O fato mais relevante para o desenvolvimento e escolha deste tema está relacionado ao enriquecimento tecnológico que o uso da CAD e a concepção do edifício e-tower fornecerá aos profissionais da área de construção civil, pois se trata de uma estrutura que engloba, em seu projeto, o que há de melhor em desenvolvimento tecnológico. Há de se lembrar que nem todo concreto utilizado na obra e-tower foi feito com o CAD, sua utilização foi especificada para os pilares, totalizando um volume de 151m 3, desde os quatro subsolos até o 3 o andar. Em relação às inúmeras vantagens técnicas que o CAD representa, no caso do e-tower, foi proporcionado uma economia no volume de concreto, na área ocupada e na mão-de-obra e, o mais interessante possibilitou o ganho de mais quatro vagas por subsolo (total de 16 vagas). Pela sua apresentação imponente e a tecnologia aplicada, o edifício e-tower tornou-se uma referencia para a construção civil, principalmente pelos pilares cujo concreto utilizado atingiram resistência de destaque internacional, e com isso ficará conhecido como um marco na engenharia brasileira. 6

17 5 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO C A D 5.1 Definições (Dados gerais do CAD - aplicações) O que é concreto de alto desempenho? Embora a expressão concreto de alto desempenho seja muito utilizada, ela também encontra muita resistência e também muitas críticas por ser considerada por pesquisadores como muita vaga, ou até mesmo, para alguns como não tendo significado algum. E até então, ainda não existe um teste simples para medir o desempenho do concreto. Portanto, não existe até o momento uma definição única ou conceito universalmente aceito sobre o CAD, mas de certa forma, podemos diferenciá-lo por algumas características obtidas: Concreto com propriedades de resistência e durabilidade superiores às dos concretos comuns; Qualquer concreto com características especifica para um determinado uso; Concretos que apresentam resistências à compressão, vida útil, resistência à abrasão e demais propriedades acima das usuais. Em geral a diferença básica entre o concreto comum e o concreto de alto desempenho está na redução da relação água/cimento. CAR CAD Figura 1 Definições usuais para Concreto de Alto Desempenho Segundo Aitcin (1997), o concreto que era conhecido como concreto de alta resistência no final dos anos 70, hoje é chamado de concreto de alto desempenho, já que foi descoberto que suas propriedades são mais amplas do que simplesmente concretos com resistência superior, tal concreto possui 7

18 desempenho superior em atributos como durabilidade e resistência à abrasão. Segundo o Comitê 363 do American Concrete Institute (ACI, 1990), o conhecimento e aplicação do concreto de elevado desempenho vem sendo progressivo através dos anos, apesar de, muitas vezes ser considerado um material relativamente novo. Como o seu avanço vem mantendo-se contínuo, o termo concreto de elevado desempenho vem sofrendo variações em sua definição. Na década de 1950 o concreto com resistência a compressão de 34 MPa era considerado de alta resistência. Na década de 60 a resistência do concreto usado comercialmente passou para o intervalo de resistência de 40 a 50 MPa. No início dos anos 70 o concreto de alta resistência era produzido com uma resistência em torno de 60 MPa. Mais recentemente, vem sendo usado em construções de edifícios concretos com uma resistência a compressão de aproximadamente 140 MPa. Segundo Coutinho (1988), concreto de alto desempenho é aquele que apresenta uma resistência à compressão no intervalo de 50 a 100 MPa e, por sua vez, considera como concreto de ultra-alto desempenho aquele que possui uma resistência a compressão acima de 100 MPa. De acordo com a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 1996), o concreto de elevado desempenho é um concreto com propriedade superior àqueles concretos tradicionais, sobretudo quanto à durabilidade e à resistência. Considera ainda: Concreto tradicional: 15 a 35 MPa Concreto de alto desempenho: > 35 MPa. Esta faixa apresenta-se mais apropriada a nossa realidade, onde mesmo apresentando uma ênfase maior em relação à resistência, considerações já são feitas quanto à durabilidade. Segundo (Freedman, (1971); Perenchio, (1973), Blick, Petersen e Winter, (1974), em meados de 1970, exceto pelo cuidado com a escolha dos materiais utilizados, este termo era mais conhecido como concreto de alta resistência, e, além disso, era usado apenas para diferenciar um concreto 8

19 comum utilizado nas construções, para um concreto de alta resistência obtidas nas especificações da época). Segundo Diniz, (1997) a fronteira entre concretos convencionais e de alto desempenho é pequena e varia de país para país, embora exista um consenso de que no Brasil, CAD seria o concreto com resistências acima de 35 MPa. Silva & Liborio (1999), ressaltam que o concreto de elevado desempenho deve ser visto, caracterizado e definido em função das suas características globais, que são evidenciadas pelo seu comportamento através das avaliações das propriedades mecânicas, da durabilidade, da característica da microestrutura e do meio da qual esta inserido. Desta forma poderíamos considerar que, concretos de elevado desempenho são aqueles que apresentarem resistência a compressão acima dos padrões usuais, e que apresentam características especiais de durabilidade em função do meio ambiente ou microrregião onde a obra esteja inserida Características do CAD Dentro daquilo que é encontrado em livros, literaturas e trabalhos em relação ao CAD e suas características, não é de se estranhar uma grande semelhança com o titulo Vantagens do Cad, pois é o que induz a descrição de suas características, com podemos observar: Baixa permeabilidade Alta resistência química Alta resistência à compressão Menor possibilidade de carbonatação Baixo índice de fissuração Maior durabilidade Maior módulo de elasticidade Redução de carbonatação e difusão de cloretos Maior resistência à tração e ao cisalhamento 9

20 5.1.2 Composição do CAD Cimento Portland Agregado miúdo Agregado graúdo Concreto comum Aditivos químicos C A D Água + Adições minerais Figura 2 Composição do CAD Histórico Por muitos anos, o concreto com resistência mecânica característica acima de 40 MPa pôde ser aplicável em poucas localidades, não meramente por falta de conhecimento e habilidades, mas, principalmente por não haver necessidade de resistências desta ordem, haja visto, as inúmeras edificações antigas existentes até hoje, encontradas em diversas partes do mundo. Entretanto, nos anos mais recentes, a aplicação de concreto de elevado desempenho aumentou, sendo utilizado, atualmente, em várias partes do mundo e realçando sobremaneira os aspectos de durabilidade. Até que chegássemos ao concreto de alto desempenho, nos moldes de como o definimos hoje, não data de um passado tão distante pelo que se pode ser observado no Brasil, como histórico, de resistências elevadas, conforme demonstram as tabela 1 e 2, a seguir; Evolução das resistências de concreto no Brasil: Tabela 1 - Evolução de Resistência no Brasil (Fonte: ABCP/2002) Época/Ano Resistência (Mpa) 10

21 Altas resistências no Brasil: Tabela 2 Resistências no Brasil (Fonte: Relatório Premio Máster Tecnum) Obras: Local: f ck (MPa): MASP São Paulo 45 Centro Empresarial Previnor Salvador 60 Banco de Tókio Salvador 60 Edifício Suarez Trade Center Salvador 60 Edifício do STJ Brasília 60 Edifício dos Plenários Brasília 70 CENU São Paulo 50 Edifício do Bank Boston São Paulo 50 Edifico e-tower São Paulo 80 Altas resistências no Mundo: Figura 3 Resistências no Mundo (Fonte: Site: 11

22 5.1.4 Obras que utilizaram CAD Em relação ao histórico de resistências no Brasil e no mundo, com o uso do CAD, algumas obras podem ser destacadas, pela solução técnica empregada em suas aplicações e também por possuírem estruturas imponentes, que fogem um pouco do convencional, e, por este mesmo motivo, tanto nos chamam a atenção: Museu de Arte São Paulo Museu de Arte Moderna/RJ 4 vigas protendidas com 74 metros de vão livre; f ck 45.0 MPa; Recorde mundial na época. Projeto de Oscar Niemeyer; f ck 35.0 MPa. Figura 4 Exemplos de obras que utilizaram CAD (MASP/SP, MAM/RJ) 12

23 Petronas Tower/Malásia Centro Empresarial Nações Unidas Localizado na Malásia; Cidade de Kuala Lumpur; Altura 530m c/subsolos; f ck 80.0 MPa até 60 o andar. World Trade Center/EUA Três edifícios; O maior possui 158m de altura; Pilares com f ck 50 Mpa; Lajes e vigas com f ck 35 MPa; Recorde brasileiro de bombeamento em altura. Puerta de Entrada Espanha Estrutura de concreto e aço, com mais de 400 metros de altura; Sofreu ataque terrorista (11/09/01). Resistências elevadas; Modulo Elasticidade > 45GPa; Compressão > 50 MPa. Figura 5 Exemplos de obras que utilizaram CAD (Petronas Tower/Malásia; CENU/SP; World Trade Center/EUA; Porta de Entrada Espanha/Espanha). 13

24 5.1.5 Aplicações do CAD Grandes Estruturas Pavimentos Aeroportuários Grande durabilidade; Redução de cargas nas fundações; Aderência e rapidez na execução reparos. Pátios de estacionamento aviões; Cabeceiras de pista de pouso e decolagem; Resistência a cargas elevadas Pisos e pavimentos de Concreto Estação Tratamento Esgotos Grande durabilidade e segurança; Baixo custo de manutenção; Resistência ao desgaste e ausência de deformações. Maior resistência a ataques químicos; Obras marítimas. Figura 6 Exemplos de aplicações do CAD - (Pontes; Aeroportos; Rodovias; Estações de Tratamento de Esgoto). 14

25 5.2 Materiais Esta é uma etapa muito importante na produção do concreto de alto desempenho, pois é a fase em que se faz a seleção dos materiais utilizados, os quais têm influência significativa no resultado final do concreto de elevado desempenho. Para a confecção de um concreto de alta resistência geralmente são utilizados os seguintes materiais: cimento portland, aditivos superplastificantes e estabilizadores de pega (quando necessário), sílica ativa, agregados graúdos provenientes de rochas duras (Basalto, por ser mineral de dureza natural, superior aos demais agregados, como o calcário e o granito, comumente usados nas dosagens de concreto), pórem, também podem ser empregados vários tipos de agregados, a escolha é em função da resistência e da disponibilidade de encontrar, agregados miúdos com finura ideal em torno de 2,7, e gelo (em substituição de parte da água, e como controlador do grau de hidratação para concretos com um consumo elevado de cimento). Em uma usina de concreto, as famílias de traços são dimensionadas a partir de uma dosagem experimental executada em laboratório com materiais préqualificados tecnicamente e economicamente. Portanto na produção do concreto, os materiais constituintes do concreto (cimento, agregados, aditivos e água) têm que manter as mesmas características de laboratório, caso contrário a qualidade do concreto poderá ser seriamente comprometida em termos, principalmente, de resistência à compressão. Segundo (Perenchio, 1973; Aitcin, 1980), o desempenho e a qualidade de cada componente tornam-se cruciais à medida que se almeja ganhos de resistências elevadas. De acordo com a ABCP (1996), a qualidade do concreto de alto desempenho é obtida pela otimização da sua composição e pelo uso de adições e aditivos que permitem a redução da relação água/cimento, com grande influencia na melhoria da impermeabilidade e da resistência. 15

26 Silva A. Filho (1996), conta que com o advento do concreto de alto desempenho constituído pela adição da sílica ativa, ocorre um salto tecnológico qualitativo em termos da concepção estrutural de edifícios, concebendo-se estruturas bem mais simples, ou também com sua utilização obter redução na seção dos pilares sujeitos a elevadas cargas de compressão, consolos e zonas especiais. Pode-se dizer, com isso, que com a utilização conjunta dos aditivos químicos e das adições minerais é possível promover concretos com elevado desempenho Controle Tecnológico de Materiais Os ensaios que compreendem a qualidade e segurança dos materiais utilizados na obra são definidos conforme as Normas NBR (Concreto Preparo, Controle e Recebimento) e a NBR 6118 (Projeto e Execução de obras de concreto armado), e são acompanhados de laboratório especializado e credenciados pelo INMETRO, contratados pelo cliente. Em geral, os ensaios correspondem às verificações das dosagens utilizadas e deverão apresentar todas as condições de aprovação e aceitação do produto fornecido, tais como: Trabalhabilidade (Ensaio de Abatimento/Tronco de Cone); Materiais componentes; Resistência mecânica/compressão (deveram ser fornecidos os certificados de ensaio de compressão); Amostragem do concreto; Coleta dos Corpos de Prova; Relatórios Estáticos; Certificados de Aprovação em casos de extração de corpos de prova. 16

27 5.2.2 Cimento Portland Cimento é uma palavra que vem do latim Caementum que significa união. A origem do cimento remonta a cerca de 4500 anos. Os grandes monumentos do Egito já utilizavam uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado. Figura 7 Panteão (Roma) O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em meados de 1700 com a calcinação de calcários moles e argilosos. No inicio de 1800 o inglês Joseph Aspdin patenteou o Cimento Portland por apresentar cor e propriedades de durabilidade e rigidez similar às rochas da ilha britânica de Portland. Cimento é um aglomerante hidráulico constituído de óxidos (cálcio, silício, ferro e alumínio) que em contato com a água tem a capacidade de aglomerar e endurecer. Segundo Brunauer e L. Copeland (1964), as reações de hidratação do cimento, como qualquer reação química, envolvem transferência de matéria, variação de energia e velocidade de evolução das reações, sendo esses os principais pontos de interesse no estudo da química do concreto. Aitcin e Adam Neville (1990), comentam que o cimento mais adequado para a produção do concreto de elevado desempenho seria um cimento não muito fino (Finura Blaine em torno 5000 cm 2 /g), com baixo teor de C 3 A e com reatividade da fase intersticial facilmente controlada por íons sulfatos, estes sendo derivados da dissolução de sulfatos presentes no cimento. Tal 17

28 argumento se fundamenta no fato de que, no caso de concreto de alto desempenho, o problema da compatibilidade cimento-aditivo é muito mais significativo do que no concreto convencional. Assim, o teor de C 3 A, C 4 AF, o sulfato de cálcio no cimento e presenças de materiais carbonaticos irão afetar as características defloculantes do cimento, bem como inibir o comportamento dos aditivos. De uma maneira prática e resumida é necessário que se conheça, quando da aquisição e estocagem dos materiais, suas propriedades e suas características de resistência, calor de hidratação e composição Agregados (graúdos e miúdos) Para Mehta e Monteiro (1994), a fase de definição do agregado é predominantemente responsável pela massa unitária, módulo de elasticidade e estabilidade dimensional do concreto. Estas propriedades são dependentes de sua densidade e resistência, dos quais, são determinadas mais pela suas características físicas do que por sua estrutura. Os agregados para concreto representam de 50 a 80% da massa de um metro cúbico deste material de construção e, no Brasil, são constituídos quase que inteiramente de minerais e escassamente de resíduos industrializados inorgânicos. A norma sobre agregados NBR 7211; contêm dois tipos de prescrições uma quanto ao limite de substancias nocivas e as que se destinam a minimizar o teor da pasta de cimento que deve colar entre si todos os grãos deste espectro, e o qual se subdivide, pela peneira 4,8 mm de abertura de malha, em agregados graúdos e miúdos. 18

29 5.2.4 Agregados Controle (Materiais NBR 7211): Para se fazer um bom concreto é necessário que os materiais utilizados no preparo tenham um acompanhamento de sua qualidade. Para tanto, além das condições descritas acima, os agregados miúdos (areia) e graúdos (britas) deverão ser controlados através dos seguintes ensaios com os procedimentos definidos por normas: Tabela 3 Ensaios de caracterização de agregados (Fonte: Segundo a NBR 7211) ENSAIO UNIDADE NBR OBSERVAÇÕES 1-Granulometria MM NBR 7217 Diâmetro Máximo e Modulo de Finura 2-Peso Esp.Real Miúdo Kg/dm³ NBR 9776 Chapman 3-Peso Esp.Real Graúdo Kg/dm³ Não Normalizado Picnomêtro 4-Peso Esp. Aparente Kg/dm³ NBR 7251 Recipiente c/ volume conhecido 5-Material Pulverulento (% ) NBR 7219 Amostra seca ret. # 0,075mm 6-Impurezas orgânicas Coloração NBR 7220 Compara-se c/solução padrão 7-Argila em torrões (% ) NBR 7218 Limite < 1 8-Coefic. Volumétrico C.V. NBR 7809 AFNOR Os ensaios descritos acima são determinantes para efeito de classificação e qualidade dos agregados, pois os resultados obtidos serão utilizados pelos técnicos que fazem não somente o controle de qualidade dos mesmos, mas também para as dosagens dos traços de concreto, seja para determinação dos teores de argamassa (bombeamento e aplicação), bem como também para os cálculos de determinação do volume. Por exemplo, o ensaio de granulometria, além de determinar o diâmetro máximo e o modulo de finura de tal agregado, serve para classificar se uma brita é classificada como n o 0, 1, 2, 3 ou 4, etc... e, se uma areia é fina, media, ou grossa; estes valores que classificam estes materiais são determinados por norma. Ainda como exemplo, o ensaio de peso especifico (3 e 4), determinam a densidade dos materiais, essencial para a determinação e composição do metro cúbico. Já o AFNOR, ensaio (8), influencia na questão da argamassa 19

30 dos traços, pois conforme o formato do agregado, e o tamanho e configuração de sua estrutura, tende a solicitar do traço, uma maior ou menor quantidade de pasta para cobrir sua superfície. Os ensaios, cada qual com suas funções e características são utilizados, quando do controle e dosagens de concreto em empresas de concretagem e laboratórios de especializados Figura 8 Ilustração de alguns ensaios correspondentes a tabela 3 (Fonte:Laboratório Engemix S/A) 20

31 A figura a seguir apresenta um modelo de relatório enviado as filiais da empresa Engemix S/A, para verificação e análise por parte dos gerentes e do Departamento Técnico da empresa, com os devidos ensaios necessários ao controle e qualidade dos materiais : Figura 9 - Modelo de relatório de agregados com os diversos tipos de ensaios (Fonte: Laboratório de Concreto Engemix S/A, 2001 ) 21

32 5.2.5 Aditivos Químicos É o material adicionado em quantidade pequena (menos que 5% sobre massa de cimento), durante a mistura para modificar as propriedades no estado fresco ou endurecido de concretos, argamassas, pastas e groutes. A ASTM (C ), define aditivo como um material, além da água, agregados, cimentos hidráulicos e fibras, empregado como um constituinte do concreto ou argamassa e adicionado na betoneira imediatamente antes ou durante a mistura. Já a NBR (EB-1763/92) define aditivos como produtos que adicionados em pequena quantidade a concretos de cimento portland modificam algumas de suas propriedades, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições. Segundo MEHTA & MONTEIRO (1994), A relação água/cimento determina a porosidade e está diretamente ligada à resistência. Entretanto, a sua minoração implica numa perda de trabalhabilidade do concreto no estado fresco. A partir daí surgiu à necessidade de um produto que, incorporado à mistura, possibilitasse a confecção de um concreto trabalhável, mesmo utilizando uma relação água/cimento baixa, e que, quando endurecido, fornecesse altas resistências sem influenciar desfavoravelmente as reações de hidratação do cimento. Melhor explicando, com o uso de aditivos plastificantes é possível aumentar o teor de cimento, ou ainda, reduzir o teor de água mantendo-se uma mesma consistência no concreto fresco por determinado período de tempo. Este determinado momento depende do tipo e da quantidade de aditivo adicionado ao concreto ou ao cimento. Segundo a ASTM (C 494/86), os aditivos segundo seu efeito, podem ser classificados em: Tipo A: redutor de água; Tipo B: retardador; Tipo C: acelerador; 22

33 Tipo D: redutor de água e retardador; Tipo E: redutor de água e acelerador; Tipo F: redutor de água e consistência elevada; Tipo G: redutor de água e consistência elevada e retardada. Segundo Malhotra (1979), o desempenho de muitos aditivos é influenciado fortemente pelas características do cimento, dos agregados e suas relativas proporções, bem como pela temperatura, umidade e condições de cura. Na composição do CAD, os aditivos químicos têm a propriedade de melhorar a plasticidade e a hidratação do concreto, sem aumentar a quantidade de água. Os aditivos utilizados que conferem estas propriedades são: Hiperplastificantes (chamados de 3 a geração) produzido a base de policarboxilato. São aditivos introduzidos recentemente no mercado nacional. Estabilizador de hidratação (retardador). Nem sempre é necessário a sua utilização, é também pode ser substituído por gelo Aditivo Hiperplastificante Conhecidos comercialmente como aditivos de 3 a geração, com base nos policarboxilatos (formulação química), estes aditivos podem reduzir até 40% da água da mistura. Dentro das propriedades que lhe são conferidas os aditivos hiperplastificantes, funcionam e contribuem com o CAD, da seguinte forma: Redutor de água Aumento da resistência e durabilidade Plastificante Melhora da trabalhabilidade Menor Consumo Menor custo, retração e tensões térmicas 23

34 Cimento Portland + água MECANISMO DE AÇÃO Floculação Aprisionamento de água entre os grãos de cimento floculado disperso Hiperplastificante Redução da fluidez e da área Especifica disponível p/ hidratação Figura 10 Mecanismo de ação do Hiperplastificante Figura 11 Efeito do Superplastificante no concreto Com relação aos mecanismos de atuação dos aditivos plastificantes e superplastificantes Mehta & Monteiro (1994), Neville (1982) e Rixom (1977), concordam que os mesmos atuam nas partículas do cimento equidirecionalmente no sentido de carregá-las causando conseqüentemente a sua repulsão. cadeia polimérica principal repulsão eletrostática cadeias laterais (carga negativa) Superplastificante Figura 12 Efeito da ação eletrostática provocada pelo aditivo sobre o grão de cimento 24

35 A adição dos superplastificantes alguns minutos após a água de mistura causa maior dispersão das partículas de cimento, produzindo misturas com maior trabalhabilidade inicial e com menor perda dessa característica ao longo do tempo Estabilizador de Hidratação Os aditivos estabilizadores de hidratação têm como característica principal à possibilidade de estabilizar ou retardar as reações da mistura, de modo que com isso possibilite uma melhor hidratação dos grãos de cimento, bem como a manutenção de sua trabalhabilidade, além de inibir também a liberação de calor pelo consumo elevado de cimento. Estes aditivos ainda são poucos difundidos no meio técnico, porém, possuem propriedades muito úteis à construção civil e ao meio ambiente. Até pouco tempo atrás, quando um concreto era recebido na obra, e este atingisse o tempo de 2,5 horas de sua mistura e não tivesse sido descarregado, o mesmo deveria retornar a central dosadora e ser descartado no pátio das usinas de concreto ou bota-foras regularizado, conforme NBR Porém, com a utilização dos estabilizadores, já é possível aplicá-lo no reaproveitamento de sobras de concreto, e também na lavagem do lastro de caminhões betoneira, diminuindo consideravelmente o acúmulo de lastro de concreto nas usinas, gerados pela lavagem dos caminhões a cada viagem realizada. Uma outra aplicação para este aditivo, e em substituição a concretos que precisam ser dosados com gelo para controlar o calor de hidratação, pois o estabilizador cumpre com sucesso este papel, fazendo com que, no caso de grandes blocos, o calor de hidratação seja dissipado lentamente, evitando trincas e fissuras. Após o termino de ação (que varia em função da dosagem sobre a massa de cimento) deste aditivo, as reações começam e logo as resistências são atingidas. 25

36 5.2.6 Adições Minerais São materiais finamente moídos, adicionados à concretos e argamassas com a finalidade de melhorar ou adquirir propriedades especiais. De modo geral são utilizados na proporção de 5 à 70% sobre a massa de cimento, onde é usado como adição ou como substituição a parte do cimento. Exemplos: Sílica Ativa, Filler calcário, Escoria de Alto Forno, Cinza volante, Cinza de casca de arroz e Metacaulim. Segundo Mehta e Aitcin, a utilização de pozolanas juntamente com o cimento portland promove uma melhoria da microestrutura do concreto. A incorporação da sílica ativa modifica várias propriedades físicas do concreto no estado fresco, tais como seu fácil lançamento e adensamento, pois se observa um aumento na coesão e viscosidade deste concreto, bem como torna a pasta mais homogênea em termos de distribuição de finos Sílica Ativa As adições minerais possuem uma parcela fundamental na formulação do CAD, no caso específico estamos nos referindo à Sílica Ativa, que se trata de um material extremamente fino, de 10 a 100 vezes menor do que o grão de cimento e por esta propriedade proporciona o preenchimento do vazios entre os grãos maiores de cimento, propiciando uma estrutura mais compacta. Além disso, a sílica ativa é uma pozolana altamente reativa, contribuindo também na resistência dos compostos hidratados da pasta. Concreto Convencional (aumento 1500 x) Concreto de Alto Desempenho Figura 13 Microscopia por varredura eletrônica (Fonte: Vieira/ABCP) 26

37 O aumento da coesão no estado fresco do concreto é um dos mais importantes parâmetros que o diferencia do concreto convencional. Concretos com adição de sílica ativa são propícios a obter maiores resistências devido a diminuição da porosidade do concreto e maior durabilidade contra ataques de agentes químicos, que passam a ter maior dificuldade de penetração pelo refinamento dos poros e reduzida permeabilidade. Figura 14 Comparativo de resistência entre um concreto com adição de sílica e outro sem adição(fonte:engemix) 5.3 Propriedades Mecânicas Resistência à compressão A determinação da resistência à compressão, é determinada através do Ensaio de Moldagem e Ruptura, através de corpos de prova cilíndricos 15x30 cm ou 10x20 cm: Moldagem segundo a NBR 5738; e, Rompidos segundo a NBR Para que estas características não sejam alteradas o concreto precisa ser adensado manualmente ou de preferência com o auxilio de vibradores. Após 24 horas da moldagem, os corpos de prova devem ser desmoldados e acondicionados em câmera úmida ou permanecerem imersos até o ensaio, 27

38 que deve também ser realizado com velocidade controlada por norma até o momento da ruptura. O valor da tensão de ruptura de compressão é obtido por: ƒc = P / S, onde: P = valor da carga de ruptura (indicada pelo equipamento) S = área calculada em função do diâmetro do corpo de prova Figura 15 Ensaio de ruptura de Corpo de Prova A tabela abaixo mostra alguns resultados de resistência à compressão obtidos durante a execução do CAD no e-tower, já com o traço de concreto definitivo aplicado nos pilares. Tabela 4 - Quadro de resistências obtidas no e-tower (Fonte: IPT/SP) 28

39 5.3.2 Modulo de deformação O conhecimento da deformação do concreto é indispensável para o cálculo das deformações nas estruturas. A determinação deste resultado é feita através da NBR 8522/84 Determinação do módulo de deformação estática e diagrama de tensão deformação Tipo III. Figura 16 Ensaio de Modulo de Elasticidade O modulo de elasticidade/deformação, aumenta quando o concreto é menos deformável, ou melhor, quanto maior a resistência do concreto, menos deformável ele se torna, e maior será o seu modulo de elasticidade. Em geral, o modulo de deformação, pode variar entre e kgf/cm², ou seja, de 20 a 50 GPa. A tabela a seguir mostra alguns resultados de modulo de elasticidade obtidos durante a execução do CAD no e-tower. Tabela 5 - Quadro de valores obtidas no e-tower (Fonte: IPT/SP) 29

40 5.4 Durabilidade A durabilidade e a resistência têm o mesmo princípio, ou seja, ambas dependem muito da porosidade do concreto. Portanto se a porosidade for reduzida e o concreto bem compacto, tanto a resistência quanto a durabilidade devem aumentar. A diferença em MPa entre a resistência especificada f ck e a resistência efetiva em obra é muito maior no caso do emprego de CAD (vide Fig. 17), o que reduz o risco e as conseqüências de uma eventual entrega de concreto abaixo da especificada. 100 resistência característica do concreto à, e resistência efetiva ou compressão, f ck, utilizada disponível na estrutura, f cd para dimensionamento, em MPa margem de risco f cd resistência característica do concreto à compressão, f, em MPa ck f ck Figura 17 - Representação da margem de risco entre resistência especificada e resistência de dimensionamento. (Fonte: Helene/Eliron sobre uso do CAD no Centro Empresarial Nações Unidas/1998) Por essas razões os concretos de elevada resistência - CAR são também denominados de concretos de alto desempenho - CAD, apropriados para os tempos atuais de tendência nítida de crescimento vertical das edificações, localizadas cada vez mais em atmosferas densamente urbanas ou industriais carregadas de agentes agressivos. O alto desempenho desses concretos abre também novas perspectivas de uso em obras industriais, tanques, reservatórios, obras enterradas em solo agressivo, canaletas e pisos sujeitos a produtos químicos ou a elevada abrasão, conforme ilustrações anteriores (vide item 5.1.5) e também na figura a seguir, onde a 30

41 penetração dos cloretos, e o índice de ataques de agentes agressivos ao concreto variam de acordo com a resistência do concreto, ou seja, um concreto de resistência mais elevada por ter a estrutura mais compacta, menos porosa dificulta e aumenta a resistência a carbonatação pelo ingresso destes cloretos. Figura 18 - Comparação entre propriedades do CAD e dos concretos correntes, tipicamente relacionadas com a durabilidade das estruturas. (Fonte: Helene/Eliron sobre uso do CAD no Centro Empresarial Nações Unidas/1998) Segundo Aitcin (2000), até agora o concreto de alto desempenho tem sido usado principalmente em aplicações onde a alta resistência é o parâmetro principal. E, inevitavelmente, num futuro muito próximo, o concreto de alto desempenho passará a ser mais recomendado e utilizado pela sua durabilidade do que especificamente, pela sua alta resistência a compressão. Este autor também prevê que, quando a comunidade da engenharia vier a entender isto e atualizar sua percepção sobre o concreto de alto desempenho, a industria da construção dará um grande passo para o progresso e qualidade nas obras. 31

42 6 ESTUDO DE CASO 6.1 Edifício e-tower O Edifício e-tower São Paulo, é um projeto que está em andamento com previsão de conclusão e inauguração para o 2 o semestre de 2004, cujo projeto é de propriedade da Incorporadora Munir Abbud, com a construção sendo coordenada e administrada pela Tecnum Construtora. Figura 19 Perspectiva do e-tower Este empreendimento conta de um edifício com 162 m de altura (do piso do 4º subsolo à cobertura). É o terceiro edifício mais alto de São Paulo e um dos cinco mais altos do país. Os pilares mais solicitados (5 pilares) atingiram resistências médias da ordem de 125 MPa. Possui 42 pavimentos onde serão instalados escritórios de altíssimo padrão, 800 vagas de garagem, 32

43 auditório, heliponto, dois restaurantes, academia de ginástica (19 o andar), piscina semi-olímpica (37 o andar) aquecida na cobertura, 15 elevadores, 2 escadas rolantes, geradores para suprimento de 100% de energia do prédio, ar condicionado central com volume de ar variável (VAV), piso elevado nas áreas de escritório, sistemas inteligentes de automação e supervisão predial, totalizando m² de área construída. Todas estas características o qualificam como um edifício de escritório de alto padrão denominado triple A. Figura 20 Edifício e-tower 33

44 6.1.1 Desafio Estrutural Logo após a definição sobre a utilização do CAD, alguns desafios deveriam ser batidos e cumpridos, dentro de todas as especificações de controle e seleção de materiais e profissionais. Os desafios consistiam em: Reduzir o numero e a dimensão de alguns pilares (total de 5 pilares, conforme figura 28), para com isso haver um ganho da área útil e da produtividade na obra. Como um dos objetivos era o de romper a barreira dos 100 MPa em obra, valor até então nunca utilizado em projetos no Brasil, estes pilares seriam pigmentados ou coloridos, para realçar a imagem deste feito. Diante desta situação foi revisto e analisado o projeto arquitetônico e o projeto estrutural, pois houve aumento dos espaços e dos vãos neste setor do edifício, os prazos de execução, vida útil e imagem do empreendimento foram reforçados com a viabilização desta solução técnica, possibilitando com isso demonstrar também a qualidade profissional dos funcionários e participantes envolvidos nesta obra. Estes são os pilares que utilizaram o concreto c/125 MPa Figura 21 Detalhe dos pilares (mais solicitados) no projeto e pós concretagem. 34

45 Projeto e-tower A seguir serão apresentadas algumas características do projeto; Coordenação modular rigorosa - eixos a cada 1,25m nas 2 direções; Ocorrência de pilares a cada 5 metros na fachada norte; Dimensões máximas dos pilares de 60 cm x 70 cm; Carga dos pilares: de 1380 a 1820 toneladas; Distancia entre pilares: mínima de 4,20m (02 vagas médias); Faces alinhadas com o corredor (facilitar a circulação de veículos); Obs.: Com a solução empregada para as dimensões do pilares foram geradas 4 vagas a mais em cada subsolo (04), totalizando mais 16 vagas de garagem ao edifício. Figura 22 Detalhe da diminuição da seção dos pilares beneficiados pelo concreto. 35

46 6.1.2 Confecção do CAD Estudo de Dosagens Após a decisão sobre o tipo de concreto a ser utilizado, iniciaram-se os trabalhos de confecção do CAD, através do uso das mais avançadas tecnologias de concreto existentes até então. Para esta fase do trabalho, foi contratado um Consultor Especialista em Concreto para coordenar os estudos, e em conjunto com o corpo técnico da concreteira contratada que já possuía experiência em concretos e obras com estas características especiais, iniciaram-se os trabalhos de campo com busca de agregados e materiais com as características capazes de produzir o concreto. Alem da especificação de resistência elevada (80 MPa), havia uma solicitação arquitetônica exigindo que este concreto deveria ser colorido, ou seja, seria necessário um concreto de alta resistência, com alto desempenho e durabilidade, com adição de pigmento na cor terracota. Para a confecção e definição deste concreto, os trabalhos tiveram que seguir algumas etapas como: Ensaios em laboratório; Estudos de traços piloto; Teste em caminhão betoneira; Concretagem de pilares da periferia. 36

47 Ensaios em Laboratório Definidos quais seriam os melhores materiais para composição do traço de concreto, a moldagem de traços piloto foi iniciada no Laboratório da Engemix S/A, localizado na Barra Funda/SP, e no Centro de Pesquisas e Desenvolvimento em Engenharia Civil da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo USP. (a) (b) (c) (d) Figura 23 Seqüência executiva dos ensaios no Laboratório da Engemix (a) Colocação de aditivo no concreto; (b) Homogeneização para ensaio de abatimento; (c) Medida da consistência, ensaio de slump test ; (d) Corpos de prova já moldados, ainda no estado fresco. 37

48 A apresentação dos resultados conforme figura 24, demonstra todo o sucesso e a satisfação do Consultor em relação aos primeiros resultados obtidos no experimento. Haja visto que, para isto, toda uma estratégia foi traçada referentes ao controle dos materiais empregados no traço, não esquecendo de se considerar as condições operacionais tanto da Central de Concreto, bem como também da Obra, como poderemos observar neste trabalho. Figura 24 Primeiros resultados obtidos para o concreto do e-tower. (Fonte: Paulo Helene, POLI/SP) Traço Antes de qualquer coisa, vale lembrar que, a resistência característica especificada, almejada, e projetada era de 80 MPa, porém diante dos resultados obtidos (média de 125 MPa), o traço passou a ser fornecido pela concreteira com a seguinte descrição: Concreto Fck MPa c/hidratação Controlada e com as seguintes exigências: Slump Inicial de 02+/-01 cm, com uma relação água/cimento de 0.19, e slump de aceitação 38

49 de 14 a 20 cm, após a adição do aditivo hiperplastificante, com temperatura máxima de lançamento de 21 o C. Figura 25 Comparativo de propriedades entre um concreto convencional e o CAD (Fonte: Relatório da Tecnum enviado a Comissão do Premio Master Imobiliário/2002) Para o cumprimento destas exigências foram selecionados e empregados os seguintes materiais: Tabela 6 - Materiais empregados no CAD e fornecedores MATERIAL/TIPO: FORNECEDOR: CARACTERISTICAS: Cimento CPV ARI RS Votoran Rio Branco <teor de adição; >resistência inicial e final. Brita 01 / Basalto Pedreira Basalto Origem basáltica; Maior dureza natural. Areia Média Rosa Quartzo Itaporanga Modulo de Finura 2.04; Baixa retenção de água. Sílica Ativa (15%) Microssílica Material muito fino; Estrutura mais compacta. Pigmento (4%) Bayer Origem do Oxido de Ferro; Cor resultante Terracota. Aditivo/Hiperplastificante MBT e GRACE Superplastif. de 3 a geração; Reduz até 40% da água; Aditivo/Estabilizador MBT e GRACE Estabilizador de hidratação Efeito retardador. Gelo/Escamas ou cubos Inibir o calor de hidratação; Substituição parte da água. 39

50 Testes de Concretagem Com o sucesso dos testes laboratoriais, e definição de um traço padrão, partiu-se para os testes de concretagem, onde na ocasião, seria simulado todo o processo de produção e recebimento do concreto de alto desempenho. Para esse teste foi acordado que o concreto seria utilizado em alguns pilares da periferia que não necessitavam da resistência característica superior a 80 MPa, ou seja, caso não se atingisse o esperado em relação a resistência de 80 MPa, não haveria complicações estruturais, pois os pilares escolhidos não eram os mais solicitados e as resistências de laboratório estavam em torno de 120 MPa. Alem disso, neste mesmo teste o concreto foi submetido a condições extremas de execução, com temperatura de lançamento em torno de 37 o C e temperatura ambiente de 32 o C. Para esta situação, propositalmente, não foi adicionado o pigmento e nem gelo. Figura 26 Teste de concretagem na obra Controle dos materiais Com a definição dos materiais, seria necessário a partir de então, a delegação ou divisão de algumas responsabilidades em relação ao controle 40

51 dos materiais, onde presença de um líder na Central de concreto era indispensável, pois os materiais empregados no CAD não eram materiais de uso comum/diário e por isso teria que ter muito cuidado quando da dosagem do concreto, foi necessário também a presença de um técnico laboratorista para a dosagem dos aditivos e das adições, bem como o controle da temperatura dos materiais na usina. Na obra também havia um técnico responsável pelo controle de recebimento e aceitação do concreto, preparado e consciente de que, aquele concreto era diferente, pois, devido ao uso do aditivo hiperplastificante, a variação de slump seria maior, conforme descrição na nota fiscal remessa (14+6 cm), um pouco diferente das especificações normais de entrega de concreto, sem se preocupar com este fato, pois o controle rigoroso da água do traço, já estava sendo feito na usina, e o mesmo deveria se preocupar mais com a temperatura de lançamento e com a moldagem dos corpos de prova. Devido a importância desta concretagem, todos estes serviços foram sempre supervisionados pelo Consultor contratado, pelo departamento técnico da empresa e o controle de qualidade da obra. Figura 27 Controle de materiais na central de concreto 41

52 Carregamento do Traço Devido às particularidades e a quantidade de materiais envolvidos neste concreto, a ordem e o carregamento propriamente dito, tiveram que seguir critérios de maneira que a homogeneização não fosse prejudicada, haja visto a relação água cimento bastante reduzida (0,19). Para garantir o controle de temperatura do concreto, e diminuir o calor de hidratação do cimento, foi adicionado gelo em escamas, fazendo, com isso, que a temperatura de lançamento chegasse a 19º C, para uma temperatura ambiente em torno de 30 o C. Desta forma, a produção do concreto na central teve esta seqüência: 1º Gelo, após a verificação da umidade dos materiais; 2º Sílica Ativa; 3º Pigmento; Estes materiais foram colocados na betoneira fora do ponto de carga (local de dosagens do caminhão na central de concreto), com o auxilio de ajudantes e pá carregadeira para elevar os mesmos até o funil do balão. Após estas adições o caminhão betoneira, segue até o ponto de carga e carrega os agregados (primeiro a brita, depois o cimento e por ultimo a areia), na forma convencional, ou seja; 4º Britas; 5º Cimento; 6º Areia; Pela pouca quantidade de água existente neste traço, o concreto sai praticamente com Slump 0. Desta forma o caminhão betoneira sai novamente do ponto de carga, para que sejam adicionados os aditivos; 7º Hiperplastificante. Tem a função de dispersar as partículas de cimento e aumentar a trabalhabilidade; e, 8* Estabilizador de hidratação. Neste concreto teve a função de melhorar a hidratação dos grãos de cimento, e de estabilizar a mistura e a trabalhabilidade do concreto até o momento de sua aplicação. 42

53 Controle de Execução do concreto Da mesma forma que a central de concreto deve estar preparada, a obra também tem que estar capacitada não somente para o controle de aceitação e recebimento do concreto, mas, também para a execução da concretagem em relação a estrutura da peça e da obra e os preparativos finais. Figura 28 - Vista da obra, parte frontal. Dentro deste processo de execução na obra, os responsáveis devem estar atentos e verificar, antes da liberação do concreto: 1º Armadura: tem que estar de acordo com as especificações do projeto; 2º Fôrmas: em relação ao prumo, travamento, estanqueidade e aplicação de desmoldante; 3ºTransporte na obra: é necessário que haja carrinho, gruas ou até bombas para facilitar o transporte do caminhão ate a peça; 4º Lançamento: quando da utilização do CAD, a altura de lançamento pode até ser um pouco mais alta do que a recomendada pela Norma (2,5 m), pois o CAD devido a alta quantidade de aglomerantes e uso de aditivos especiais é mais coeso, evitando a separação (segregação) dos materiais componentes, proporcionando um ganho de produtividade; 5º Adensamento: por ser um concreto auto adensavel, o uso de vibradores de imersão foi minimizado, o uso de vibradores de parede nas fôrmas, foi para evitar possíveis falhas de concretagem (bicheiras) nos pilares; 43

54 6º Desforma: só pode ser feita após o concreto alcançar resistência superficial, ou aparente capaz de se sustentar sem dano a estrutura. No caso do CAD, devido ao uso de gelo e aditivo estabilizador de hidratação, tende a retardar um pouco mais o inicio e fim de pega, podendo o concreto ficar até dois dias no estado fresco, o que neste caso é muito relevante, pois possibilita uma hidratação e liberação de calor do cimento mais lenta, mas, em conseqüência desta melhor hidratação sobre os grãos de cimento, o concreto terá um ganho adicional de resistência; Figura 29 Lançamento de concreto por grua 7º Cura adequada: a influencia e a ação das condições de cura do concreto, se não for o fator principal para alcançar as condições de resistência e qualidade do concreto, está entre eles, pois é a cura que vai favorecer a hidratação do cimento, e conseqüentemente o aumento das resistências do concreto. A cura evita o processo de fissuração por retração de secagem e autógena e proporciona ao concreto maior durabilidade. Para que o sucesso das resistências desejadas seja alcançado, a cura deve ser feita de forma intensa nas primeiras 72 horas, devendo permanecer até 28 dias, que é o período principal de ganho de resistência dos concretos, para que o processo de cura não seja falho ou sofra interrupções, existem algumas 44

55 formas de evitar interrupções e falhas no processo de cura, através do uso de produtos químicos de cura, sacos de aniagem, com água por represamento e filmes plásticos, etc.. O importante é manter uma cura constante. No caso do e-tower, a cura foi realizada pela manutenção das fôrmas por 72 horas e molhagem constante das mesmas Concretagem dos pilares Após todos estes cuidados, minuciosamente repassados e bem definidos, iniciaram-se as concretagens dos pilares do sub-solo e do térreo, com o traço de concreto definitivo, com adição do gelo e do pigmento, onde algumas condições teriam que ser atendidas tanto por parte da central, como também da obra. Figura 30 Concretagem dos pilares A central de concreto, além de tomar cuidados com a dosagem do concreto, também deveria traçar um plano de logística de maneira que não houvesse 45

56 intervalos na concretagem pela falta de caminhões, e na obra o técnico responsável deveria atentar quanto a temperatura de recebimento do concreto que não poderia ser superior a 22ºC, para assim aplicá-lo, e também com o slump do concreto que não poderia ser inferior a 14cm e nem superior a 20 cm. Problemas Aceitável Ideal Aceitável Problemas Figura 31 Controle de temperatura inicial do concreto fresco Vantagens e Economias resultantes de sua aplicação Na concepção do e-tower, já considerando o uso do CAD, foram estudados os benefícios e as implicações de usar este concreto. Figura 32 Vista do e-tower, obra em adamento(junho/02) Como o concreto de alto desempenho (CAD), traz consigo alta resistência à compressão, eleva conseqüentemente o fator durabilidade; Ainda mais, trata-se de um concreto menos poroso, mais impermeável pela relação 46

57 água/cimento reduzida, que protege de maneira mais efetiva a estrutura no seu interior, prolongando a vida útil (mais de 500 anos, segundo Prof.Paulo Helene/Poli-SP). Isto, de uma maneira mais resumida, significa que: diminui a possibilidade de ataque por cloretos, diminui a possibilidade de carbonataçao, diminui a possibilidade de presença de fissuras e destacamentos. Tabela 7 Vantagens do emprego de CAD (Fonte: Helene) RESISTENCIA A COMPRESSAO (mpa) TEMPO CLORETOS (ANOS) TEMPO CARBONATAÇAO (ANOS) De acordo com Prof. Paulo Helene/POLI, embora o Brasil não tenha problemas desta ordem, uma estrutura com alta resistência melhora as suas características diante de sismos e possíveis ataques terroristas, aumentando a segurança estrutural; Neste caso, a aplicação do CAD, permitiu a redução da área da seção dos pilares e o aumento da área útil nos andares da edificação. Isto possibilitou economizar no volume de concreto e mão de obra para execução. A economia que talvez não seja a mais significativa, porque temos a questão da durabilidade, foi em relação a redução dos pilares ou ao espaço adquirido, conforme ilustração anterior tabela 7: Cada espaço do estacionamento tem um valor de dólares. Com o CAD foi possível o ganho de 16 espaços, que equivalem a dólares. Outra economia de fácil visualização é em relação ao volume de concreto; Área inicial de pilares (f ck 40 MPa) = 0,9 m x 1,0 m = 0,90 m². Área final de pilares (f ck 80 MPa) = 0,6 m x 0,7 m = 0,42 m². Economia em quantidade de concreto = 0,9 m² x 0,42 m² = 0,48 m². Total de economia = 52% a menos de concreto, nos pilares. Economia em custos = O concreto de 80 MPa custou 45% a mais do que um concreto de 40 MPa. O total da economia em custos de concreto foi equivalente a 7%. 47

58 6.1.4 Recorde Mundial No segundo semestre do ano de 2001 a Tecnum Construtora se deparou com um grande desafio: o de executar uma obra com altíssima resistência de concreto, com valores nunca antes utilizados no Brasil. Isto decorria da necessidade de viabilizar a proposta arquitetônica. Neste momento de difícil decisão, a Tecnum recorreu à incorporadora do edifício, Munir Abbud Empreendimentos Imobiliários Ltda., que deu todo o apoio para que se seguisse em frente na busca da melhor solução. Com tanta tecnologia, seria coerente que a estrutura de concreto também recebesse um tratamento especial. Foi o que aconteceu. Para manter a proposta arquitetônica, elevou-se a resistência à compressão do concreto de alguns pilares a valores nunca antes especificados no Brasil. O desafio foi, portanto, aceito e mais tarde, realizado, pois a resistência solicitada no projeto de estrutura de 80 MPa (oitenta mega pascal ou 800 kgf/cm²) foi atingida e amplamente superada, com resultados médios da ordem de 125 MPa. Recorde brasileiro e possivelmente, recorde mundial em concreto lançado em obra. Figura 33 Vista da obra com a serie de pilares de alta resistência coloridos 48

59 Atestado Para dar credibilidade a este resultado, declarações de renomadas instituições técnicas brasileiras estão a seguir apresentadas, atestando os valores obtidos como recordes brasileiros e provavelmente mundiais. Elas foram emitidas por: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland pertencente à Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaio e credenciada pelo INMETRO. ABESC Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Concretagem. Obs.: As cartas originais encontram-se em poder da Tecnum Construtora e a disposição do júri do Prêmio Master Imobiliário. 49

60 A figura a seguir, apresenta a evolução média das resistências dos corposde-prova em função do tempo, para os valores obtidos nos ensaios do IPT. Houve ruptura de corpos-de-prova com idades de 03, 06, 10, 14, 28, 93 e 184 dias da moldagem. Resistência do Concreto Fc ( MPa ) Tempo ( dias ) Figura 34 Curva resistência x tempo (Fonte IPT) A tabela 8 a seguir mostra um resumo dos valores obtidos nos três laboratórios, incluindo os dados obtidos pela ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland. É importante salientar a coerência dos resultados apurados nos três laboratórios, o que dá maior credibilidade aos números e salienta a qualidade da produção. Tabela 8 Resultados da ruptura dos corpos-de-prova a 28 dias em MPa IPT TESTIN ABCP * Valores mínimos 105,6 108,2 - Valores médios 124,3 120,6 123,3 Valores máximos 149,9 134,7 - Os valores médios encontrados na tabela acima, que variam de 120,6 a 124,3 MPa, representam o recorde brasileiro em resistência de concreto 50

61 aplicado em obra (não inclui os executados em laboratório). Este recorde é, provavelmente, também mundial, mas ainda em fase de confirmação, pois depende de institutos estrangeiros. Em anexo, carta enviada a Engemix S/A à respeito dos resultados obtidos no e-tower. Figura 35 Pilares que utilizaram o CAD Figura 36 Vista aérea da construção do e-tower (Junho/2002). 51

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