APLICAÇÃO DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD) EM CONJUNTOS ARQUITETÔNICOS - ESTUDO DE CASO: CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL VIRGÍNIA GOMES DE CASTRO APLICAÇÃO DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD) EM CONJUNTOS ARQUITETÔNICOS - ESTUDO DE CASO: CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA Goiânia 2007

2 VIRGÍNIA GOMES DE CASTRO APLICAÇÃO DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD) EM CONJUNTOS ARQUITETÔNICOS - ESTUDO DE CASO: CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás, para obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil. Área de concentração: Estruturas e Materiais de Construção Orientador: Prof. Dr. André Luiz Bortolacci Geyer Goiânia 2007

3 Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) (GPT/BC/UFG) Castro, Virgínia Gomes de. C355a Aplicação de concreto de alto desempenho (CAD) em conjuntos arquitetônicos Estudo de caso: Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia / Virgínia Gomes de Castro f. : il., figs., tabs., qds. Orientador: Prof. Dr. André Luiz Bortolacci Geyer. Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharia Civil, Bibliografia: f Inclui listas de figuras, tabelas, quadros e de abreviaturas. 1. Concreto de alto desempenho Tecnologias 3. Concreto Tecnologias 4. Concreto Aditivos 5. Concreto Silica 6. Centro Cultural Oscar Niemeyer Construção Goiânia, GO I. Geyer, André Luiz Bortolacci II. Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharia Civil IV. Titulo. CDU:

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5 Aos meus queridos pais, Eurípedes e Irene, pelo amor, dedicação, e pelo incentivo dado à minha incessante busca do conhecimento.

6 AGRADECIMENTOS A Deus. Aos meus pais, Eurípedes e Irene, e aos meus irmãos Maria Rita e Neto, pelo apoio e incentivo em todos os momentos. Ao orientador Prof. Dr. André Luiz Bortolacci Geyer, pela orientação e pelos importantes ensinamentos passados durante o desenvolvimento dessa dissertação. Aos demais professores do curso de Mestrado, na área de Materiais de Construção, pelo conhecimento que me foi transmitido no decorrer desta seara. Ao então Secretário de Agricultura, Pecuária e Abastecimento do Estado de Goiás, o Sr. Roberto Egídio Balestra, ao Superintendente Executivo, o Sr. Carlos César de Queiroz e ao Superintendente de Desenvolvimento Rural, o Sr. Juscelino Borges Carneiro, pela autorização e liberação de parte do meu horário de trabalho para minha dedicação ao Mestrado. Aos engenheiros Marcelo Freitas Valle e Mário Ricardo da Silva Ferreira, da Warre Engenharia, por terem dispensado valiosos momentos de trabalho no repasse das informações necessárias ao desenvolvimento dessa dissertação. À arquiteta Rosa Maria Mendes Pacheco, fiscal de obras da AGETOP (Agência Goiana de Transportes e Obras Públicas), por me permitir acompanhar a construção do Centro Cultural Oscar Niemeyer, e pelo material disponibilizado para essa pesquisa. À engenheira Bárbara, à época, estagiária da AGETOP, pela importante ajuda prestada na coleta das informações no próprio canteiro de obras. Ao arquiteto Élcio Gomes da Silva, funcionário da Câmara dos Deputados, pelas valiosas informações a mim repassadas, sem as quais não seria possível a conclusão desta dissertação. Aos meus colegas do curso de Mestrado, pela ajuda existente ao longo do curso. Meu agradecimento especial à Eliane, Raphael e Rosana que, mais do que colegas, tornaram-se meus estimados amigos. Aos funcionários da Secretaria do Mestrado, Mário e Tancredo, pela simpatia e constante boa vontade no atendimento. Aos funcionários do Laboratório de Materiais de Construção, Deusair, Manoel e Aguinaldo, pela ajuda dispensada durante a realização dos experimentos no decorrer do curso. Ao meu amigo Durval, que acompanhou toda a minha trajetória no curso de Mestrado, por suas sábias e encorajadoras palavras que me ajudaram a não esmorecer e a concluir esta dissertação.

7 Tudo que uma pessoa pode imaginar, outras podem tornar real. Júlio Verne

8 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS RESUMO ABSTRACT CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Justificativa e importância do tema Objetivo principal Objetivos secundários Estruturação da dissertação CAPÍTULO 2 A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DO CONCRETO NAS OBRAS DE OSCAR NIEMEYER Introdução Oscar Niemeyer Um breve relato da biografia de Oscar Niemeyer As características estruturais marcantes das obras de Oscar Niemeyer Estruturas com grandes vãos e balanços Estruturas apoiadas em um único pilar Estruturas suspensas pela cobertura As estruturas em casca e o concreto armado convencional Igreja de São Francisco de Assis Congresso Nacional Catedral de Brasília O concreto protendido Edifício Castello Branco Memorial da América Latina Museu de Arte Contemporânea de Niterói O concreto de alto desempenho (CAD) Museu Oscar Niemeyer ( NovoMuseu de Curitiba)... 46

9 Procuradoria Geral da República CAPÍTULO 3 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD) Introdução Materiais constituintes Água Cimento Agregados Adições minerais pozolânicas Sílica ativa Aditivos superplastificantes Aditivos de 1ª geração Aditivos de 2ª geração Aditivos de 3ª geração Dosagem Lançamento Adensamento Cura Fatores que interferem na cura dos concretos Tipos de procedimento de cura Cura úmida Cura química Procedimentos de cura recomendados Influência da cura nas propriedades mecânicas Vantagens do uso do CAD CAPÍTULO 4 TEMPERATURA NO CAD Introdução Propriedades térmicas do concreto Calor de hidratação Elevação adiabática da temperatura do concreto Calor específico Difusividade térmica... 73

10 Coeficiente de dilatação térmica Estudo termomecânico Cálculos no campo de temperaturas Cálculos no campo de tensões Elevação da temperatura Técnicas utilizadas para a prevenção de problemas térmicos Concretagem no período noturno Refrigeração do concreto Estudo das camadas de concretagem Redução da quantidade de cimento Uso de adições minerais Uso de aditivos superplastificantes CAPÍTULO 5 CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA Introdução Descrição dos prédios principais Monumento aos Direitos Humanos Descrição arquitetônica Descrição funcional Descrição estrutural Palácio da Música, Dança e Teatro Descrição arquitetônica Descrição funcional Descrição estrutural Museu de Arte Contemporânea Descrição arquitetônica Descrição funcional Descrição estrutural Administração e Biblioteca Descrição arquitetônica Descrição funcional Descrição estrutural Esplanada Cultural Juscelino Kubitschek

11 CAPÍTULO 6 TECNOLOGIAS DO CONCRETO UTILIZADAS NO CAD DO CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA Introdução Materiais e métodos empregados na produção do CAD da obra Materiais empregados Dosagem Execução do concreto Lançamento e adensamento Cura Cura por meio de aditivo anti-evaporante Cura úmida com sacos de aniagem Cura úmida por represamento de lâmina d água Cura química Considerações sobre os procedimentos de cura utilizados Controle da temperatura Estudo termomecânico Estudo térmico Estudo tensional Considerações sobre o estudo termomecânico Medidas adotadas para controle da temperatura Sistemas de fôrma e cimbramento Tipos de fôrma utilizados Moldes em polipropileno Madeira compensada Painéis metálicos Pranchas de madeira Tipos de cimbramento utilizados Torres metálicas Vigas metálicas e de madeira Cimbramento tubular Treliças metálicas Descrição do sistema fôrma x cimbramento do Palácio da Música Sistemas de protensão

12 Protensão com cordoalhas aderentes Protensão com cordoalhas não-aderentes Controle de qualidade Resistência à compressão CAD com f ck 40 MPa CAD com f ck 50 MPa Módulo de elasticidade Influência da sílica ativa nas propriedades mecânicas do CAD CAPÍTULO 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS Sugestões para trabalhos futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

13 LISTA DE FIGURAS Figura Oscar Niemeyer Figura Cassino da Pampulha, em Belo Horizonte Figura Casa do Baile, em Belo Horizonte Figura Palácio do Planalto, em Brasília Figura Palácio do Itamaraty, em Brasília Figura Pavilhão de Verão 2003 da Serpentine Gallery, em Londres Figura Bloco de Classes de Constantine, em Constantine (Argélia) Figura Edifício Castello Branco, em Curitiba Figura MAC Niterói Figura NovoMuseu de Curitiba Figura Sede de Editora Mondadori, em Milão (Itália) Figura Oca do Ibirapuera, na cidade de São Paulo Figura Igreja São Francisco de Assis, em Belo Horizonte Figura Vista da parte frontal da Igreja São Francisco de Assis Figura Vista da parte posterior da Igreja São Francisco de Assis Figura Congresso Nacional, em Brasília Figura Congresso Nacional em fase de construção Figura Conjunto da Catedral de Brasília Figura Detalhe do anel de tração inferior Figura Detalhe do anel superior de compressão e da laje de fechamento Figura Esquema do escoramento das colunas da Catedral de Brasília Figura Vista de um dos balanços do edifício Castello Branco, em Curitiba Figura Vista aérea do Memorial da América Latina, na cidade de São Paulo Figura Vista do MAC Niterói Figura Seção transversal do MAC Niterói Figura a) Planta da laje do 1 pavimento do MAC Niterói. b) Planta da laje do 2 pavimento do MAC Niterói Figura Detalhes da protensão da laje nervurada do 2º pavimento do MAC Niterói Figura a) Planta da laje do mezanino do MAC Niterói. b) Planta da cobertura do MAC Niterói Figura Vista do NovoMuseu, à frente, e do edifício Castello Branco, ao fundo, em Curitiba Figura Vista geral da sede da Procuradoria Geral da República, em Brasília Figura Corte de um dos prédios principais: o núcleo central sustenta a estrutura em formato de estrela, na qual estão pendurados os pavimentos Figura Efeito fíler da sílica ativa Figura Perda de abatimento para concretos com aditivo base policarboxilato e base naftaleno Figura Resistência à compressão de concretos superplastificados Figura Grau de hidratação do silicato de cálcio para diferentes umidades relativas Figura Influência dos diferentes procedimentos de cura no CAD Figura Modelo de evolução das temperaturas em concretagens noturnas (em azul) e diurnas (em vermelho) Figura Influência da temperatura dos componentes na temperatura do concreto 80 Figura Curvas de elevação adiabática de concreto para diferentes consumos de 82

14 cimento... Figura Curvas de elevação adiabática de concretos sem e com sílica ativa Figura Elevação adiabática de temperatura dos CADs produzidos com sílica ativa e metacaulim, ambos com aditivo base policarboxilato: a) nas primeiras 24 horas, e b) nos primeiros 28 dias Figura Misturas equivalentes com superplastificantes Figura Curva dos três pontos para dosagem de aditivo superplastificante Figura Hidratação do cimento com aditivo lignossulfonato Figura Elevação adiabática de temperatura dos CADs produzidos com sílica ativa, aditivos base naftaleno (2ªa geração) e policarboxilato (3ª geração): a) nas primeiras 24 horas, e b) nos primeiros 28 dias Figura Implantação do Centro Cultural Oscar Niemeyer Figura Vista aérea do Centro Cultural Oscar Niemeyer Figura Vista do Monumento aos Direitos Humanos Figura Vista do foyer no subsolo do Monumento, cujo acesso se dá por meio de uma escada em caracol Figura Vista do Palácio da Música Figura Vista do espelho d água na entrada lateral do Palácio da Música Figura Vista interna do Palácio da Música Figura Planta baixa da sapata corrida do Palácio da Música Figura Corte AA na sapata corrida do Palácio da Música Figura Vista da parede inclinada do Palácio da Música, com espessura de 1,4 m na base Figura Vista do Museu Figura Vista da rampa interna do Museu Figura Detalhe do pilar de sustentação do prédio do Museu Figura Planta da laje do mezanino do prédio do Museu Figura Planta baixa do bloco de fundação do Museu, com a locação do seu pilar central Figura Vista do prédio da Administração Figura Vista da Esplanada Cultural Juscelino Kubitscheck Figura Bombeamento de concreto nas estruturas do Palácio da Música Figura Figura Figura Figura Vista de uma concretagem da cúpula e do adensamento do CAD por meios de vibradores de imersão Temperaturas mensais na cidade de Goiânia no período de maio de 2005 a fevereiro de Umidade relativa do ar média na cidade de Goiânia no período de maio de 2005 a fevereiro de Aplicação do aditivo anti-evaporante após lançamento do concreto em uma das lajes da Administração Figura Cura da laje do subsolo do Museu com água e sacos de aniagem Figura Cura da laje do espelho d água do Palácio da Música Figura Cura da cúpula do Palácio da Música Figura Cura com lâmina d água no bloco de fundação do Museu Figura Aplicação do agente de cura em um pilar após sua desfôrma Figura Elevação adiabática de temperatura do concreto, com dosagem de cimento equivalente de 386kg/m Figura Malha de elementos finitos utilizada nos estudos Figura Comportamento da temperatura ambiente variando com o tempo

15 Figura Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 1, localizadas no centro das respectivas camadas Figura Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 2, localizadas no centro das respectivas camadas Figura Resultado das temperaturas monitoradas in loco Figura Resistência à tração na flexão Figura Módulo de elasticidade Figura Coeficiente de fluência (x 10-6 MPa) Figura Evolução das tensões de origem térmica para os respectivos pontos de temperaturas máximas para as três camadas na hipótese 1 (T lanç =30 C) Figura Evolução das tensões de origem térmica para os respectivos pontos de temperaturas máximas para as três camadas na hipótese 2 (T lanç =15 C) Figura Vista da concretagem noturna da primeira camada do bloco de fundação do prédio do Museu Figura Vista do gelo usado em substituição de parte da água de amassamento do CAD, adicionado ao caminhão betoneira na obra Figura Fôrmas cambotadas em polipropileno usadas na laje do subsolo do Museu Figura Fôrmas em madeira compensada resinada, usadas na cúpula do Palácio da Música Figura Fôrmas em madeira compensada plastificada, usadas na pirâmide do Monumento Figura Fôrmas cambotadas em madeira compensada resinada, usadas na laje do de cobertura do Museu Figura Fôrma metálica utilizada no pilar central do Museu Figura Fôrma metálica utilizada na parede do prédio da Administração Figura Filetes de madeira usados na fôrma de pilar de seção circular do Palácio da Música Figura Pranchas de madeira usadas nas fôrmas dos degraus da escada do Monumento Figura Esquema dos elementos modulados em aço galvanizado utilizados no cimbramento de lajes e vigas Figura Vigas metálicas formadas por perfis de chapa dobrada tipo U enrijecido com sarrafos de madeira Figura Vigas de madeira seção I Figura Torres metálicas, vigas I em madeira e vigas metálicas compondo o cimbramento de laje do prédio da Administração Figura Componentes básicos que constituem o cimbramento tubular Figura Esquema da treliça em aço galvanizado utilizada no cimbramento do Palácio da Música Figura Cimbramento da cúpula do Palácio da Música Figura Disposição das torres de cimbramento sobre as vigas metálicas Figura Lançamento da treliça metálica através de um guindaste utilizado para lançamento das treliças metálicas Figura Montagem das vigas metálicas principais para execução do cimbramento da parede da cúpula do Palácio da Música Figura Montagem das vigas metálicas para execução do cimbramento da parede da cúpula do Palácio da Música Figura a) Detalhe do abaulamento do cimbramento da fôrma externa da cúpula b) Montagem da fôrma externa da cúpula

16 Figura Concretagem do primeiro trecho da parede da cúpula Figura Vista externa da cúpula em fase de construção Figura Vista das cordoalhas aderentes usadas na laje do espelho d água do Palácio da Música Figura Cordoalhas aderentes usadas na parede da cúpula do Palácio da Música 142 Figura Colocação das bainhas na laje protendida do primeiro pavimento do Museu Figura Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje protendida do primeiro pavimento do Museu Figura Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje protendida e nervurada da cobertura do Museu Figura Vista de uma das lajes do prédio da Administração, onde se vê cordoalhas não-aderentes na laje, e cordoalhas aderentes nas vigas Figura Altura reduzida da viga do 1 pavimento, para um grande vão, do prédio da Administração Figura Gráfico da evolução das resistências média à compressão, aos 28 dias de idade, para os concretos sem e com sílica ativa, de f ck 40 MPa Figura Gráfico da evolução do desvio padrão para os concretos sem e com sílica ativa, de fck 40 MPa Figura Gráfico da precipitação total mensal na cidade de Goiânia, nos meses de maio de 2005 a fevereiro de Figura Gráfico das resistências à compressão dos exemplares rompidos aos 28 dias de idade, do CAD de f ck 50 MPa Figura Módulo de elasticidade tangente inicial de concretos com diferentes tipos de agregados graúdos e resistências Figura Gráfico de crescimento das resistências dos concretos sem e com sílica ativa (de fck 40 MPa) dos 3 aos 28 dias

17 LISTA DE TABELAS Tabela Resumo das dosagens do CAD de f ck 40 MPa Tabela Resumo das dosagens do CAD de f ck 50 MPa Tabela Propriedades térmicas estimadas do concreto Tabela Hipóteses de cálculo analisadas Tabela Temperaturas máximas do concreto na estrutura Tabela Equações dos parâmetros viscoelásticos do concreto Tabela Valores do módulo de elasticidade ensaiados em comparação a valores calculados por fórmulas empíricas Tabela Resistências médias dos concretos sem e com sílica ativa, de fck de 40 MPa Tabela Resistências médias do concreto com sílica ativa, de fck de 50 MPa

18 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AGEPEL Agência Goiana de Cultura Pedro Ludovico Teixeira AGETOP Agência Goiana de Transportes e Obras Públicas BID Banco Interamericano de Desenvolvimento CAD Concreto de alto desempenho CEB Comitê Euro-Internacional do Concreto C-H Hidróxido de cálcio C-S-H Silicato de cálcio hidratado IASS Associação Internacional de Estruturas em Casca IBRACON Instituto Brasileiro do Concreto IPHAN Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional MEF Método dos Elementos Finitos NBR Norma Técnica Brasileira da ABNT NM Norma Técnica do Mercosul PFEM_2DAT Programa do Método dos Elementos Finitos Análise Termomecânica Em Duas Dimensões PFEM_2DT Programa do Método dos Elementos Finitos Análise Térmica Em Duas Dimensões UFG Universidade Federal de Goiás UNESCO Organização das Nações Unidas para a Educação, Ciência e Cultura

19 RESUMO O presente trabalho apresenta um conjunto de tecnologias utilizadas no concreto de alto desempenho (CAD), de f ck 40 e 50 MPa, usado nas estruturas do Centro Cultural Oscar Niemeyer, construído em Goiânia no período de março de 2005 a fevereiro de A obra, cujo projeto de arquitetura foi desenvolvido por Oscar Niemeyer, constitui um conjunto arquitetônico formado por quatro prédios distintos: o Monumento aos Direitos Humanos, formado por uma imponente pirâmide triangular vermelha de 36 metros de altura; o Palácio da Música, o qual constitui uma enorme cúpula em casca fina de concreto; o Museu, constituído por um volume cilíndrico sustentado por um único pilar central; e o prédio da Administração e Biblioteca, formado por um prisma retangular suspenso sobre pilotis, com maior dimensão em planta de aproximadamente 100 metros, sem junta de dilatação, e com fachada em pele de vidro. Algumas das tecnologias utilizadas constituíram inovações, como foi o caso do estudo termomecânico do CAD. Esse tipo de estudo ainda não é usual para concretos utilizados em conjuntos arquitetônicos, nem tampouco para CAD, e não havia sido realizado para as demais obras projetadas pelo arquiteto Oscar Niemeyer até então. Também constituiu inovação tecnológica o uso conjunto de sílica ativa, em substituição de parte do cimento do CAD, e de aditivo superplastificante de 2ª geração na redução do consumo de cimento, promovendo uma redução do calor gerado no concreto e, por conseqüência, reduzindo a probabilidade de fissuras de origem térmica no mesmo. Ainda no que tange às inovações, há que se salientar o uso de um aditivo anti-evaporante no procedimento de cura das estruturas, em função do clima desfavorável da cidade de Goiânia, com ventos fortes, temperaturas elevadas e baixíssimos teores de umidade relativa do ar. Nesse estudo também foi abordado o controle de qualidade das estruturas dos prédios principais, seja no quesito materiais, através do controle da resistência à compressão e do módulo de elasticidade, seja no quesito serviços, através dos sistemas de fôrma, cimbramento e protensão. Constatou-se ao final do estudo que essa grandiosa obra trouxe significativos avanços tecnológicos, tanto em relação às demais obras projetadas por Oscar Niemeyer, ao longo dos seus setenta anos de carreira, como em relação ao uso do CAD em conjuntos arquitetônicos. Palavras-Chave: aditivo superplastificante; concreto de alto desempenho; controle tecnológico; controle térmico; cura; protensão; sílica ativa; Oscar Niemeyer.

20 ABSTRACT This study is about technologies applied to high performance concrete (HPC), with f ck 40 and 50 MPa, used in the structures of Oscar Niemeyer Cultural Center, built in Goiânia from March 2005 to February The construction, projected by Oscar Niemeyer, is an architectural complex composed by four distinct buildings: the Monument to the Human Rights, formed by an imponent triangular pyramid of 36 meters of height, the Music Palacio, an enormous cupola of rind concrete, the Museum, formed by a cylindrical volume supported by only one central pile, and the building named Administration and Library, formed by a retangular suspense prism, with the bigest dimension of approximately 100 meters in plan, withou any expansion joint, and with frontal parts in glass skin. Some of the technologies used in this complex constituted innovations, like the HPC thermomechanical study. This kind of study is not usual for architectural complexes concrete, neither to the others buildings projected by Oscar Niemeyer until this one. The use of fume silica and superplasticizer admixture, acting together to reduce cement consumption and the heat generated in the concrete and, consequently, to reduce the probability of thermal cracks, was another innovation. And also concerning to the innovations, the use of an aditive antievaporation in the proceedings of curing of the structures, because of the Goiânia s unfavorable weather, with strong winds, high temperatures and low relative humidity air content, constituted an innovation too. In this study it was also discussed the quality control of the main buildings, concerning materials, by the compressive strength and modulus of elasticity control, and in the services, by the systems of mold, shoring and prestress. The study showed that this imposing construction brought significant technological advances, in comparison to the other constructions projected by Oscar Niemeyer throughout his seventy years of career, and related to the use of HPC in architetural complexes. Key words: superplasticizer admixture; high-performance concrete; prestress; technological control; thermal control; curing; fume silica; Oscar Niemeyer.

21 19 CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO 1.1. JUSTIFICATIVA E IMPORTÂNCIA DO TEMA Ao se analisar uma obra projetada por Oscar Niemeyer recentemente construída, tem-se a certeza de encontrar algum tipo de inovação tecnológica. Isso porque Niemeyer está constantemente criando novos desafios para os engenheiros que executam seus projetos, seja ao aumentar os vão livres e os balanços, ou ao diminuir os apoios e as dimensões dos elementos estruturais. As obras projetadas por Niemeyer, fiel defensor do uso do concreto, também possuem outras características marcantes, como as formas curvas e as estruturas em casca. Niemeyer valoriza a estrutura de concreto da obra, integrando-a completamente à arquitetura. Em seus projetos é comum, ao se terminar a estrutura, notar que a arquitetura está pronta, e tal peculiaridade demanda uma preocupação ainda maior com o concreto a ser utilizado. Na maioria das vezes, essas estruturas são construídas em grandes centros urbanos, numa atmosfera cada vez mais poluída e mais agressiva ao concreto. Nesse contexto, o concreto de alto desempenho (CAD) enquadra-se como um concreto ideal para a construção desse tipo de estrutura, por suas incomparáveis vantagens: sua alta trabalhabilidade permite a moldagem de estruturas das mais variadas formas e espessuras; sua alta resistência mecânica proporciona estruturas mais leves e esbeltas, com maiores vãos e menores quantidades de apoios; e ainda, sua baixa porosidade e permeabilidade favorecem o aumento da durabilidade dessas estruturas. Entretanto, a produção do CAD necessita de cuidados muito maiores se comparados aos do concreto convencional, no intuito de se garantir a obtenção das propriedades acima mencionadas. Seu controle tecnológico, quer seja no quesito materiais, tais como o controle da trabalhabilidade e resistência, quer seja no quesito serviços, como fôrmas, lançamento, adensamento e cura, deve ser bem mais rigoroso, devendo ser cuidadosamente planejado e executado. A cura do CAD, por exemplo, é fator crítico na sua produção, principalmente em estruturas construídas num clima quente e seco, como é o caso da cidade de Goiânia. Outro assunto ainda carente de estudos é o controle térmico do CAD. É sabido que a produção do CAD envolve um alto consumo de cimento que, por sua vez, gera um alto calor de hidratação, agravando o risco de surgimento de fissuras nesse concreto. A situação

22 20 pode ser agravada se os elementos estruturais possuírem grandes dimensões. Nesse sentido não se tem relatos de estudos térmicos de CAD utilizado em complexos arquitetônicos, nem tampouco em obras monumentais projetadas pelo arquiteto Oscar Niemeyer. Pela bibliografia pesquisada o controle térmico do concreto tem se restringido, principalmente, a concretos massa, utilizados, por exemplo, em barragens. O Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia, construído com concretos de alto desempenho de F cks 40 e 50 MPa, demandou uma série de novas tecnologias para CAD, dentre as quais destaca-se o estudo térmico desse tipo de concreto, técnicas executivas e procedimentos de cura, entre outras, tornando-o uma obra referência dentre as obras da sua categoria (conjuntos arquitetônicos). Nesse trabalho encontram-se descritas e discutidas essas novas tecnologias OBJETIVO GERAL O presente trabalho tem como objetivo apresentar as tecnologias de concreto de alto desempenho (CAD) aplicadas às estruturas do Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia OBJETIVOS ESPECÍFICOS Os objetivos específicos desse trabalho consistem nas aplicações de tecnologias para CAD usadas no Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia, sendo elas: estudo termomecânico; efeito do uso de sílica ativa; efeito do uso de aditivo superplastificante; pré-resfriamento; e procedimentos de cura. O estudo termomecânico do CAD, realizado em função do alto consumo de cimento e das grandes dimensões dos elementos estruturais, constituiu uma inovação tecnológica por se tratar de um conjunto arquitetônico, uma vez que esse tipo de estudo é feito normalmente para estruturas massivas. A sílica ativa teve um caráter inovador ao ser usada no Centro Cultural Oscar Niemeyer para reduzir o consumo de cimento do CAD e, por conseqüência, reduzir a sua

23 21 liberação de calor, trazendo ainda para suas estruturas os benefícios mais usuais, tais como a melhoria das propriedades mecânicas dos concretos. Já o aditivo superplastificante, além de imprescindível para dar a trabalhabilidade adequada ao CAD, foi usado para reduzir a relação a/c, reduzir o consumo de cimento e, por conseqüência, reduzir a sua liberação de calor. O pré-resfriamento do CAD através da substituição de parte da água de amassamento por gelo moído, técnica essa normalmente utilizada para estruturas massivas, foi realizado a fim de se controlar as temperaturas do CAD, minimizando o efeito térmico sobre as estruturas. O uso conjunto da sílica ativa, do aditivo superplastificante e do pré-resfriamento do concreto foram técnicas escolhidas para evitar as fissuras de origem térmica nas estruturas do Centro Cultural. Por último, no que diz respeito aos procedimentos de cura, uma nova técnica foi acrescida aos procedimentos usuais, no intuito de evitar o fissuramento do concreto, causado por retração hidráulica e secagem superficial, garantindo assim suas propriedades mecânicas e proporcionando uma boa aparência ao concreto, uma vez que as estruturas eram em concreto aparente ESTRUTURAÇÃO DA DISSERTAÇÃO A presente dissertação foi estruturada num total de sete capítulos, incluindo-se os capítulos de introdução (Capítulo 1) e de conclusão (Capítulo 7). O capítulo 2 traz uma revisão bibliográfica acerca de algumas das mais importantes obras projetadas por Oscar Niemeyer ao longo de sua carreira, as quais registram a evolução tecnológica do material concreto nesse período, desde a década de 1940 até os dias atuais. O capítulo 3, que também constitui a parte de revisão bibliográfica dessa dissertação, aborda aspectos tecnológicos importantes sobre o concreto de alto desempenho (CAD), tais como materiais constituintes e cura. O Capítulo 4, que finaliza a parte de revisão bibliográfica dessa dissertação, aborda especificamente a temperatura no CAD, incluindo o estudo termomecânico e as medidas de controle da temperatura desse tipo de concreto. No capítulo 5 é feita uma descrição do Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia, abordando seus aspectos arquitetônicos e funcionais, bem como suas técnicas

24 22 executivas e especificações de projeto. No capítulo 6 são descritas as tecnologias do concreto aplicadas ao CAD do Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia. São discutidas as tecnologias no campo dos materiais e no campo da execução do CAD, incluindo a cura, o controle da temperatura do concreto, e os sistemas de fôrma, cimbramento e protensão. Nesse capítulo também são discutidos aspectos do controle de qualidade empregado nas estruturas da obra. As considerações finais são apresentadas no último capítulo.

25 23 CAPÍTULO 2 A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DO CONCRETO NAS OBRAS DE OSCAR NIEMEYER 2.1. INTRODUÇÃO Em 1936 Oscar Niemeyer começou sua carreira de arquiteto, projetando suas obras-primas em concreto, e tirando proveito desse versátil material de construção. A partir da segunda metade do século XX, houve uma intensificação do estudo da tecnologia do concreto como material, aprimorando-se as técnicas de investigação e a aplicação dos conhecimentos adquiridos pela ciência no estudo da microestrutura do concreto, o que permitiu grandes avanços na utilização do concreto. E foi nesse período de intenso desenvolvimento tecnológico do concreto que Niemeyer esteve no auge de sua carreira, projetando obras, não só no Brasil, mas por todo o mundo. É fato que Niemeyer, ao longo de sua carreira, aproveitou-se das inovações tecnológicas do concreto desenvolvidas por todo o mundo, mas cabe aqui ressaltar que a sua ousadia ao projetar obras difíceis de serem executadas, do ponto de vista estrutural, também impulsionou o desenvolvimento tecnológico do concreto. Assim, ao se estudar as obras projetadas por Oscar Niemeyer desde o início de sua carreira, nos anos de 1930, até os dias atuais, percebe-se nitidamente como o concreto evoluiu tecnologicamente ao longo desses anos. Nesse capítulo foram eleitas apenas algumas de suas obras, as quais foram representativas dos marcos da evolução do concreto, partindo do uso do simples concreto armado, com f ck em torno de 15 MPa, e chegando ao concreto de alto desempenho, que é, na verdade, o estágio atual da evolução do concreto. Também faz parte desse percurso evolutivo a utilização das estruturas em casca fina e dos sistemas de protensão OSCAR NIEMEYER Um breve relato da biografia de Oscar Niemeyer Oscar Ribeiro de Almeida de Niemeyer Soares é um arquiteto brasileiro, considerado um dos nomes mais influentes na Arquitetura Modernista internacional (WIKIPEDIA, 2007). Nasceu em 15 de dezembro de 1907, no Rio de Janeiro, e dali saiu para

26 24 espalhar sua arte pelo mundo. É considerado o mais importante arquiteto brasileiro, em função da quantidade e qualidade de obras construídas, e um dos mais respeitados do mundo (BORGES, 2007; GUIMARAENS, 2005). Figura 2.1 Oscar Niemeyer. Fonte: FUNDAÇÃO OSCAR NIEMEYER, Em 1929 entrou para a Escola Nacional de Belas Artes do Rio de Janeiro, e já no terceiro ano iniciou estágio no ateliê de Lúcio Costa, onde trabalhou sem remuneração durante algum tempo, tendo porém a oportunidade de conhecer pessoas que marcariam definitivamente sua vida profissional e pessoal (GALVANE JUNIOR, 2004). Em 1934 recebeu o diploma de engenheiro arquiteto (WIKIPEDIA, 2007). Em 1937 projetou o edifício da Associação Beneficente Obra do Berço no Rio de Janeiro, no qual incorporou as principais inovações da arquitetura da época, o sistema brisesolei (GDF, 2006). Dois anos depois viajou com Lúcio Costa à Nova Iorque para projetar o Pavilhão do Brasil na Feira Mundial daquela cidade, recebendo a Medalha de Nova Iorque (GDF, 2006). No ano de 1940 Niemeyer conheceu Juscelino Kubitshek quando este era o prefeito de Belo Horizonte, capital de Minas Gerais. Nessa época, Niemeyer foi convidado por Juscelino a projetar uma série de prédios conhecidos como Conjunto da Pampulha, projeto esse que foi o primeiro trabalho individual do arquiteto, com 33 anos de idade (WIKIPEDIA, 2007). Entre esses prédios encontram-se um cassino (Figura 2.2), um salão de baile (Figura 2.3) e a Igreja de São Francisco de Assis.

27 25 Figura 2.2 Cassino da Pampulha, em Belo Horizonte. Fonte: MACEDO, Figura 2.3 Casa do Baile, em Belo Horizonte. Fonte: MACEDO, O Conjunto da Pampulha constitui o primeiro grupo de obras de Oscar Niemeyer, o qual contribuiu para a definição de uma linguagem arquitetônica que viria a ser conhecida internacionalmente como Estilo Brasileiro.O segundo grupo de obras viria a constituir a manifestação mais madura e depurada deste vocabulário, dando mostras de um encaminhamento do pensamento do arquiteto rumo ao que viria a ser uma mudança radical em sua prática ocorrida a partir da segunda metade dos anos 1950, com o projeto para o Museu de Caracas (1955) e com as obras de Brasília ( ) (MACEDO, 2006). Nesse período de 20 anos, da Pampulha a Brasília, Niemeyer deu início também à sua carreira internacional. Em 1947, seu reconhecimento mundial foi atestado: Niemeyer viajou para os Estados Unidos para compor uma equipe de arquitetos renomados que fariam o projeto da sede das Nações Unidas em Nova Iorque (WIKIPEDIA, 2007). Em 1950, o primeiro livro sobre seu trabalho (The work of Oscar Niemeyer) foi publicado nos EUA, por Stamo Papadaki (GDF,2006). Em 1954, foi convidado a participar dos projetos para a reconstrução da Berlim pós-guerra (BORGES, 2007). Mais uma vez convidado por Juscelino Kubitshek, que àquela época fora eleito presidente do Brasil, no ano de 1956, Niemeyer projetou dezenas de edifícios da nova capital do país, Brasília (GDF, 2006). Foram edifícios residenciais, comerciais e administrativos, dos quais pode-se citar o Palácio da Alvorada, o Palácio do Planalto (Figura 2.4), o Palácio do Itamaraty (Figura 2.5), o Congresso Nacional, a Catedral de Brasília e os prédios dos ministérios.

28 26 Figura 2.4 Palácio do Planalto, em Brasília. Fonte: WIKIPEDIA, Figura 2.5 Palácio do Itamaraty, em Brasília. Fonte: SENADO, Nenhuma cidade no Brasil seria melhor para descrever a evolução tecnológica do concreto nas obras de Oscar Niemeyer do que Brasília. Desde os projetos dos primeiros e mais importantes monumentos da capital federal, no ano de 1958, continuou a projetar na cidade, mesmo durante a ditadura, intensificando sua presença na capital federal entre os anos de 1985 a Nesse período, foram 10 obras construídas em Brasília, e ao todo, mais de 60 obras edificadas na capital (FREITAS, 2002). Durante a ditadura militar de 1964, Niemeyer passou maus bocados ao ser impedido de trabalhar no país. Foi nessa época que o arquiteto exilou-se na França, num convite pessoal do presidente Charles Gaule (BORGES, 2007). Em 1972, abriu seu escritório na avenida Champs Elysés, período no qual realizou obras importantes de sua carreira na Europa e na África, até início da década de 80, assim como muitos outros trabalhos para o Brasil. Niemeyer possui obras espalhadas em 24 países de quatro continentes (BORGES, 2007): Alemanha, Arábia Saudita, Argélia, Bélgica, Bolívia, Cabo Verde, Congo, Cuba, Emirados Árabes Unidos, Espanha, Estados Unidos, França, Inglaterra, Israel, Itália, Líbia, México, Nicarágua, Noruega, Portugal, Rússia, Senegal, Uruguai e Venezuela. Nos anos 80, quando se distendeu uma abertura política lenta e gradual no Brasil, Niemeyer retornou ao seu país de origem. Ele próprio define esta época como o início da última fase de sua vida (GDF, 2006). Nesta época fez o Memorial JK em Brasília, o Sambódromo no Rio de Janeiro, o Memorial da América Latina em São Paulo, entre outros. Em 1988 foi então criada a Fundação Oscar Niemeyer com o objetivo de preservar o seu acervo.

29 27 No final do ano de 2007 Oscar Niemeyer completará cem anos, mas nem o peso da idade o impede de continuar projetando. Como disse o arquiteto Cláudio Queiroz, professor da Universidade de Brasília (UnB), em entrevista ao jornal O Popular, parece que ele nasceu três mil anos atrás e que vai viver mais mil anos (BORGES, 2007) As características estruturais marcantes das obras de Oscar Niemeyer Ao longo de sua vida profissional Oscar Niemeyer tem se aproveitado de uma importante característica do concreto: por apresentar consistência plástica no estado fresco pode ser moldado em fôrmas que podem apresentar ampla liberdade de formas e dimensões. A geometria das peças pode ser adaptada ao valor dos esforços solicitantes, de acordo com o delineamento estético no projeto arquitetônico, possibilitando a união da função estrutural com a forma estética desejada. Niemeyer é um escultor do concreto. Em sua extensa lista de projetos não se nota em destaque a presença de obras em estrutura metálica. Pelo contrário, muitas vezes o arquiteto prescinde do uso desse material em favor do concreto, mesmo que em troca pudesse ganhar menor prazo e obter diminuição do custo da obra (GALVANE JUNIOR, 2004). No entanto, no ano de 2003 o arquiteto projetou o Pavilhão de Verão da Serpentine Gallery (Figura 2.6), em Londres, em estrutura metálica. Esta obra desmontável, temporária e totalmente produzida em aço, foi recusada por Niemeyer num primeiro momento, ao alegar que sua arquitetura era em concreto, e que não era temporária (COM, 2006). Após a insistência de Júlia Peyton-Jones - diretora da Serpentine Gallery - para que Niemeyer aceitasse o convite, propondo que a obra fosse desmontável, mesmo com o uso do concreto, Niemeyer então concluiu: Não faz sentido um prédio temporário em concreto, vou fazê-lo em metal. Esta foi sua primeira obra construída no Reino Unido.

30 28 Figura 2.6 Pavilhão de Verão 2003 da Serpentine Gallery, em Londres. Fonte: COM, Niemeyer é defensor dessa evolução, da engenharia aliada à arquitetura, e da evolução do material concreto, como se pode observar no seguinte texto (NIEMEYER, 1986): Antigamente, as estruturas de concreto armado eram mais simplificadas e os vãos menores e regulares. As vigas quase sempre aparentes e as colunas projetadas sem outra razão senão sustentarem os edifícios. (...) E foi a conveniência de criar esses espaços mais amplos e flexíveis que levou o arquiteto e o calculista a intervirem nos sistemas estruturais, embutindo vigas, dando aos apoios maior afastamento, criando outra filosofia do ferro-concreto e do espaço interior. (...) E como as estruturas passaram a caracterizar a própria arquitetura... (...) Tudo isso demonstra o apuro com que tentamos elaborar nossos projetos e como discutimos com os técnicos especializados, desejosos, como nós, de demonstrar o progresso na arte de construir, a ligação estreita do arquiteto com o engenheiro, da imaginação com a técnica construtiva. E vale a pena olhar para trás e sentir como o vão livre constituiu sempre um objetivo a vencer: primeiro, com vigas e vergas de pedra e madeira; depois, com vigas treliçadas de madeira e ferro e, finalmente, com o concreto armado, vigas vierendel, cascas e placas lisas de concreto. E continuando o texto de Niemeyer, este poderia ser finalizado com o uso dos concretos protendido e de alto desempenho (CAD), muitas vezes, utilizados conjuntamente. A união do concreto de alto desempenho com a protensão tem permitido ao arquiteto cada vez mais desafiar as leis da Física, criando prédios com estruturas cada vez mais esbeltas, com poucos apoios, e com formas curvas inusitadas. As obras curvas e as estruturas em casca são outras características marcantes na arquitetura de Niemeyer. A necessidade do arquiteto em projetar grandes espaços, sem dúvida, é o maior interveniente no projeto estrutural. Quase sempre a solução manifesta-se em estruturas com: grandes vãos, audaciosos balanços, estruturas suspensas pela cobertura e edifícios apoiados

31 29 em um único pilar. Em todos os casos, a idéia inicial é que a estrutura interfira pouco no uso do empreendimento, permitindo a circulação e uma planta flexível (GALVANE JUNIOR, 2004). Em virtude da importância dada por Niemeyer às estruturas, o arquiteto sempre se cercou de importantes engenheiros, como Emílio Baumgart, Joaquim Cardozo, Bruno Contarini e José Carlos Sussekind. Essa importância pode ser percebida na forma com que o arquiteto desenvolve seus projetos: os primeiros estudos são feitos por ele de forma solitária, e baseados nas exigências do programa; depois, com os espaços, volumes e dimensões definidas, Niemeyer discute com o engenheiro a concepção estrutural, as dimensões das peças e a viabilidade estrutural (GALVANE JUNIOR, 2004). Nos tópicos a seguir serão apresentados alguns aspectos estruturais marcantes nas obras de Oscar Niemeyer Estruturas com grandes vãos e balanços Estruturas com grandes vãos, grandes balanços e, conseqüentemente, com poucos apoios, fazem parte do processo de criação de Oscar Niemeyer. Segundo Galvane Junior (2004), são exemplos de estruturas projetadas com grandes vãos: o Auditório da Universidade de Constantine, com vigas de 60 m de vão e 3,5 m de altura; o Bloco de Classes de Constantine (Figura 2.7), com vigas de 68 metros de vão; e o Edifício Castello Branco (Figura 2.8), com vigas de 65 m de vão e 9,8 m de altura. Figura 2.7 Bloco de Classes de Constantine, em Constantine (Argélia). Fonte: FUNDAÇÃO OSCAR NIEMEYER, Figura 2.8 Edifício Castello Branco, em Curitiba. Fonte: A PARTE, Estruturas apoiadas em um único pilar Um dos desejos de Niemeyer é criar obras que flutuem no ar, o que até hoje não

32 30 foi possível. O que ele conseguiu mais próximo disso foi criar volumes apoiados em um único pilar central, tocando o solo o minimamente possível. Nesse caso, os exemplos mais importantes de estruturas apoiadas em um único pilar são o Museu de Arte Contemporânea de Niterói (Figura 2.9) e o NovoMuseu de Curitiba (Figura 2.10). Figura 2.9 MAC Niterói. Fonte: FMC, Figura 2.10 NovoMuseu de Curitiba. Fonte: BBC, Estruturas suspensas pela cobertura Um outro recurso estrutural utilizado por Niemeyer em alguns de seus projetos é a estrutura suspensa pela cobertura. Dentre as obras nas quais Niemeyer utilizou-se desse recurso encontram-se a sede da Editora Mondadori (Figura 2.11) e a sede da Fata Engenharia, ambas construídas na Itália. A sede da Editora Mondadori, por exemplo, consiste em 5 andares pendurados em 56 tirantes metálicos suportados por vigas transversais que, por sua vez, se apóiam em duas vigas longitudinais que descarregam nas 23 colunas da fachada (GALVANE JUNIOR, 2004). Figura 2.11 Sede de Editora Mondadori, em Milão (Itália) Fonte: RETROSPECTIVA, 2003.

33 AS ESTRUTURAS EM CASCA E O CONCRETO ARMADO CONVENCIONAL As estruturas em casca são conhecidas por terem sido aplicadas em grandes monumentos da história tais como as catedrais, com suas cúpulas em forma de abóbadas, baseadas no principio de compressão. Apesar de sua eficiência estrutural, essas cúpulas possuíam grandes espessuras, o que implicava num grande consumo de material e gastos com mão-de-obra (VIEIRA, 2003). Já no início do século XX, pesquisadores desenvolveram novas teorias, criando novos conceitos e modelos utilizados para se projetar e construir coberturas com cascas mais finas e de aspectos estéticos diferentes do convencional. É nessa época que surge a denominação estruturas em casca fina (VIEIRA, 2003). A casca é definida como um corpo limitado por duas superfícies curvas, em que a distância entre as superfícies é pequena diante das outras dimensões (PEREIRA, 1986). Segundo Melaragno (1991), cascas finas são a forma mais lógica de expressão das estruturas de concreto quando a integridade arquitetônica é considerada. O referido autor diz ainda que por seus próprios méritos, cascas finas devem à sua geometria especial a capacidade de absorver as forças externas e filtrá-las através de usa superfície para os membros de borda, que as transmitem e encaminham dos apoios à fundação. Após disseminação do uso do concreto em 1910, na Alemanha e França, nos anos de 1920 são então construídas as primeiras estruturas em cascas finas, na própria Alemanha. Nesse período são realizados os primeiros desenvolvimentos teóricos, principalmente para cascas geométricas de formas cilíndricas (VIEIRA, 2003). Já nos anos de 1940 esse tipo de estrutura teve seu grande crescimento, e nesse período se deu o desenvolvimento das formas parabolóides hiperbólicas e conóides. A disseminação das estruturas de cascas de concreto armado na metade do século passado deveu-se em grande parte à atuação de personalidades como Eduardo Torroja, fundador da Associação Internacional de Estruturas em Casca (IASS) em 1959, com sede em Madri, na Espanha (VIEIRA, 2003). Profissionais de outras partes do mundo também se destacaram na arte de estruturas em casca, os quais podemos citar: Felix Candela, no México e Estados Unidos; Nervi, na Itália; Eugéne Freyssinet, na França; e Heinz Isler, na Suíça. No Brasil, em 1940, Oscar Niemeyer inaugurou a técnica das cascas de concreto com a construção da Igreja São Francisco de Assis, em Belo Horizonte (PEREIRA; ALENCAR, 2005), com formas parabólicas. Essa obra constitui um marco tanto na utilização

34 32 das cascas finas como no uso do concreto armado no Brasil, sinônimo de avanço da arquitetura e engenharia do país. A época áurea das cascas de concreto armado se deu nos anos 50 e 60, tendo sido gradualmente diminuída sua utilização nas décadas que se seguiram (BRANDÃO, 2005). E no Brasil Niemeyer seguiu dando continuidade aos seus projetos com estruturas em casca, sendo que no ano de 1958, projetou então as duas cúpulas do Congresso Nacional, em Brasília. No decorrer de sua carreira o arquiteto projetou várias outras obras com estruturas em casca, tanto aqui como fora do Brasil, dentre as quais podem ser citadas: a Oca do Parque Ibirapuera (Figura 2.12), em São Paulo; a sede do Partido Comunista Francês, em Paris ; o Auditório da Universidade de Constantine, na Argélia; o Memorial da América Latina, em São Paulo, e mais recentemente o Museu Nacional Honestino Guimarães, em Brasília. Figura 2.12 Oca do Ibirapuera, na cidade de São Paulo. Fonte: GUIA ONDE, Ressalta-se que nessa trajetória das obras em casca projetadas por Niemeyer ocorreram grandes progressos científicos e tecnológicos, seja na área de modelagem (incluindo a evolução dos computadores), projeto, ciência dos materiais (como o surgimento do concreto de alto desempenho) e a execução das estruturas de concreto. Mais uma vez há que se dizer que o início do uso concreto armado por Niemeyer funde-se ao início da utilização das cascas finas. E em se tratando de obras em concreto armado, não há como não falar da construção da Catedral de Brasília, no ano de 1959 a 1970, cuja construção foi extremamente ousada e inovadora para época, afirmando a competência e ousadia dos profissionais brasileiros no cenário mundial (PESSOA, CLÍMACO, 2002).

35 Igreja de São Francisco de Assis Em 1940 Niemeyer projetou a Igreja de São Francisco (Figura 2.13), que constitui uma das edificações do Conjunto da Pampulha, em Belo Horizonte (GDF, 2006). A obra, inaugurada em 1945 (AGUIAR et al, 2003), é constituída por cinco cascas em concreto armado, em forma de parábolas, e por uma torre sineira ligada à entrada por meio de uma marquise inclinada (MACEDO, 2006). Figura 2.13 Igreja São Francisco de Assis, em Belo Horizonte. Fonte: VIVA BRASIL, A estrutura da igreja está assentada sobre uma laje de concreto em forma de radier, executada sobre estacas de madeira. Tanto o concreto da casca quanto o da fundação possuem resistência média à compressão de 24,6 MPa (AGUIAR et al, 2003). Segundo Macedo (2006), a excepcionalidade da igreja deve-se precisamente à comunhão coerente e clara de artifícios estilísticos, estruturais e funcionais os mais diversos. Duas grandes abóbadas parabólicas autoportantes envolvem a nave e o altar maior, e dominam o conjunto, se desenvolvendo em sucessivas abóbadas (BOTEY, 1996). A nave vai estreitando e perdendo altura desde a fachada até o coro.

36 34 Figura 2.14 Vista da parte frontal da Igreja São Francisco de Assis. Fonte: LUZES, Figura 2.15 Vista da parte posterior da Igreja São Francisco de Assis. Fonte: LUZES, A composição parabólica gera recorrentes debates acerca de sua suposta contradição estrutural. O estudo do projeto estrutural de Joaquim Cardoso revela que a cobertura da nave não foi concebida como arco de compressão pura, até porque várias cargas concentradas - do coro e da marquise, por exemplo impedem-lhe este funcionamento. De fato, as pequenas abóbadas da sacristia são travadas por vigas tirante e descarregam em pilares verticais ocultos pelo tímpano, ao fundo, e pela parede revestida em vidro jateado, à frente (MACEDO, 2006). Antes do tombamento de todo o Conjunto da Pampulha, concluído em dezembro de 1994, a Igreja São Francisco de Assis já se encontrava tombada pelo atual Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (IPHAN), desde dezembro de 1947 (AGUIAR, 2007) Congresso Nacional Em 1958 mais uma vez Niemeyer realizou um projeto em casca, que foi o Congresso Nacional (Figura 2.16), em Brasília. O conjunto do Congresso é constituído por dois edifícios gêmeos, em estrutura metálica, e um bloco sobre o qual foram projetadas duas cúpulas, em concreto armado, sendo uma para o Senado e a outra, invertida, para a Câmara dos Deputados.

37 35 Figura 2.16 Congresso Nacional, em Brasília. Fonte: BRANDÃO, As cúpulas foram construídas com concreto armado de f ck 15 MPa (SILVA, 2007). No desenvolvimento do projeto estrutural, feito pelo engenheiro Joaquim Cardozo, foram utilizados modelos matemáticos como ferramenta para o desenvolvimento da cúpula invertida, tanto do ponto de vista geométrico, cumprindo as exigências decorrentes da forma arquitetônica, como também sob a ótica do comportamento estrutural (GALVANE JUNIOR, 2004). Niemeyer desejava que a cúpula da Câmara parecesse apenas pousada na laje, no entanto, para ser viabilizada essa idéia precisava ser formalizada matematicamente. Ao final, utilizando-se as equações das cascas em regime de membrana, definiu-se a superfície média da Cúpula da Câmara como uma zona de elipsóide de revolução possuindo um tronco de cone tangente segundo uma circunferência de determinada cota (CARDOZO, 1960). A cúpula invertida da Câmara possui diâmetro máximo de 60 m (VASCONCELOS, 1985), e do ponto de vista estrutural, é uma das mais importantes obras de Brasília. A cobertura é feita por intermédio de uma casca abatida que se apóia na própria cúpula. Já cúpula do Senado possui uma estrutura menor e menos armada do que a cúpula invertida da Câmara.

38 36 Figura 2.17 Congresso Nacional em fase de construção. Fonte: GEOCITIES, Catedral de Brasília Uma das mais belas obras projetadas por Niemeyer, e também uma das mais admiradas pelo próprio arquiteto, é a Catedral de Brasília, o exemplo mais bem sucedido da interação estrutura-arquitetura. A catedral de Brasília é um monumento de características únicas, de extrema importância para o patrimônio histórico nacional e um marco na Arquitetura e Engenharia Estrutural brasileiras (PESSOA; CLÍMACO, 2002). Figura 2.18 Conjunto da Catedral de Brasília. Fonte: PESSOA; CLÍMACO, 2002.

39 37 A catedral de Brasília foi construída no período de 1959 a 1970: na primeira fase, de seis meses, apenas a estrutura da nave principal ( ), e a conclusão do restante ( ), envolvendo o espelho d'água, batistério, campanário, interior da nave, vitrais, sacristia, rampa etc (PESSOA; CLÍMACO, 2002). A maior parte da estrutura foi construída em concreto armado, uma vez que a estrutura do espelho d água que circunda a catedral foi executada, dez anos mais tarde, em concreto protendido. O concreto utilizado foi dosado na própria obra e, segundo o projeto original, para um f ck 35 MPa (PESSOA; CLÍMACO, 2002) A Catedral possui uma estrutura auto-equilibrada, composta por 16 pilares dispostos, em planta, circunferencialmente. Cada pilar funciona como uma peça curva, articulada na base e, na altura de 20 metros, se encostam uns aos outros, unidos por um anel embutido na própria seção dos pilares, onde se transmite a força de compressão que caracteriza o empuxo (VASCONCELOS; ISAIA, 2005). O anel superior, que possui aproximadamente 6,8 metros de diâmetro, passa por dentro dos pilares, tornando-se imperceptível aos olhos do observador. Já o anel inferior, com 60,0m de diâmetro, ao nível do piso, absorve os esforços de tração, funcionando como um tirante, reduzindo as cargas nas fundações, que recebem apenas esforços verticais. Esse anel só é visível no interior da Catedral. A laje de cobertura não tem função estrutural, mas apenas de vedação (PESSOA; CLÍMACO, 2002). O anel inferior, que funciona como um tirante, se subdivide em outros quatro anéis, um desses com dois metros de base, unidos por vigas e formando uma grelha circular. O fechamento dessa grelha se dá através de duas lajes de vedação, na parte inferior e superior. Figura 2.19 Detalhe do anel de tração inferior. Fonte: PESSOA; CLÍMACO, Figura 2.20 Detalhe do anel superior de compressão e da laje de fechamento. Fonte: PESSOA; CLÍMACO, 2002.

40 38 Segundo Pessoa e Clímaco (2002), a fundação da catedral consiste em tubulões escavados a céu aberto com diâmetro de 0,70 m e profundidade de aproximadamente 28,00 m, com as bases alargadas. Existem 16 blocos ligados através de cintamento, apoiados em tubulões. Nos blocos de fundação nascem 16 pilares, um em cada bloco, que suportam o anel de onde saem as 16 colunas que marcam a estrutura da catedral. O anel de tração está separado dos pilares da infra-estrutura por placas de neoprene (50x50x2,5 cm), as quais impedem que as deformações do anel ocasionem esforços horizontais na fundação. As colunas, de seção transversal triangular variável, emergem do anel de tração, maciças e delicadas, armadas com vergalhões CA-50 de uma polegada. Em razão da alta densidade de aço em algumas seções das colunas, a solução convencional de trespasse dos vergalhões foi substituída por solda. Em seguida, as suas dimensões vão aumentando e o cálculo estrutural criou caixões perdidos, que evitam o aumento exagerado do peso da peça, mantendo as dimensões estabelecidas pelo arquiteto e a estabilidade da construção (GALVANE JUNIOR, 2004). As fôrmas de madeira das colunas foram verdadeiras obras-de-arte, de difícil concepção e execução, em função da geometria das seções. Para que essas fôrmas pudessem ser construídas, foi necessário desenhar no canteiro de obras, com as dimensões reais, uma das colunas e, a partir daí, montar aproximadamente 20 cortes transversais, a fim de que fosse possível transferir para o concreto a forma projetada pelo arquiteto (PESSOA; CLÍMACO, 2002). Pessoa e Clímaco (2002) relatam que sobre o escoramento foi montado o fundo das colunas, depois a armação, os caixões perdidos e o complemento das armações. As fôrmas eram fechadas, de maneira a permitir que a concretagem fosse feita por etapas e que as colunas recebessem o mesmo volume de concreto a cada etapa. A concretagem dos pilares foi realizada em segmentos de quatro metros, e o concreto era lançado através de guindastes. O projeto de escoramento previa o uso de pilares metálicos, para sustentar a execução dos pilares definitivos. Segundo Magalhães (2001) apud Pessoa e Clímaco (2002), o escoramento da estrutura da Catedral foi montado com tubos Mills, em forma de leque, apoiando cada coluna. Foram construídos 16 blocos e 80 estacas inclinadas. As estacas de sustentação desse escoramento foram cortadas no nível do piso inferior e permanecem até hoje sob o terreno da Catedral.

41 39 Figura 2.21 Esquema do escoramento das colunas da Catedral de Brasília. Fonte: PESSOA,CLÍMACO, A cura foi feita através de molhagem contínua das formas, e a desfôrma foi realizada cerca de 28 dias após a concretagem dos últimos trechos de cada pilar (PESSOA; CLÍMACO, 2002) O CONCRETO PROTENDIDO O concreto protendido foi utilizado pela primeira vez no Brasil no ano de 1947, com a construção da ponte do Galeão, que dá acesso ao aeroporto do galeão no Rio de Janeiro (CAUDURO, 2005). No início esse tipo de concreto era aplicado predominantemente em pontes e viadutos, mas ao longo do tempo as aplicações evoluíram para peças pré-moldadas, passarelas, reservatórios e reforço estrutural, sendo que nos últimos dez anos tal evolução chegou às lajes cogumelos e às pontes estaiadas (DUARTE, 2006). Nos últimos anos vem crescendo muito a aplicação da protensão em pisos industriais, devido a sua grande versatilidade de eliminar a maioria das juntas estruturais. A protensão foi uma importante evolução tecnológica para as estruturas de concreto acima mencionadas, mas foi, sem sombra de dúvida, imprescindível para a materialização de muitas da obras monumentais projetadas Niemeyer. O arquiteto tornou-se ainda mais ousado após o surgimento do concreto protendido, criando estruturas mais esbeltas e com menos apoios. Na seqüência desse capítulo serão descritas três obras de Niemeyer, as quais são representativas do uso do concreto protendido.

42 Edifício Castello Branco O Edifício Castello Branco (Figura 2.22) foi projetado por Oscar Niemeyer em 1967 e construído entre 1974 e 1976, na cidade de Curitiba (A PARTE, 2006). Foi criado para abrigar o Instituto de Educação do Paraná, mas esse nunca se mudou para o local, sendo o prédio ocupado por órgãos públicos estaduais. Tal edificação consiste em uma caixa suspensa sobre pilotis, com um pavimento e subsolo, ocupando, em planta, uma área de 30 por 200m (GALVANE JUNIOR, 2004). Foi construído em concreto protendido, com vãos entre 30 e 60m (MEDEIROS, 2006). Possui fachadas completamente cegas e sua iluminação é zenital (A PARTE, 2006). Figura 2.22 Vista de um dos balanços do edifício Castelo Branco, em Curitiba. Fonte: A PARTE, O edifício exibe características não encontradas em outras construções de Niemeyer pelo Brasil. Seus vãos e balanços, por exemplo, não têm paralelo em suas obras em São Paulo e Brasília e, além disso, os espaços livres são mais amplos (A PARTE, 2006). Segundo Junior (2005), o edifício foi construído com concreto de f ck 40 MPa, tratando-se portanto de um concreto de alto desempenho, assunto discutido no item 2.5 desse capítulo Memorial da América Latina Em 1988 projetou o Memorial da América Latina (Figura 2.23), na cidade de São Paulo. Trata-se de um complexo composto principalmente por nove obras, ocupando uma área de m 2. Dessas nove obras, duas têm estrutura em casca: o Salão de Atos e a Biblioteca.

43 41 Salão de Atos Biblioteca Figura 2.23 Vista aérea do Memorial da América Latina, na cidade de São Paulo. Fonte: CIDADE DE SÃO PAULO, Como já mencionado anteriormente, ao uso das estruturas em casca foram se incorporando novas tecnologias do concreto. No caso específico dessa obra, foi incorporado o uso do concreto protendido na sustentação das cascas. Segundo Galvane Junior (2004) a estrutura do Salão de Atos consiste em um pórtico protendido de 60 m de vão (com pilares de seção elíptica) que suporta uma casca em concreto armado. Além do grande vão da viga, outro aspecto importante dessa estrutura é a altura da casca, cerca de 20 m no ponto mais alto. A viga de 60 m possui seção transversal vazada e trapezoidal com 4,5 m de altura. A casca se apóia de um lado na viga principal e de outro em um pilar parede de quase 6 m de altura e 60 cm de espessura. Já a estrutura da Biblioteca consiste em um pórtico protendido de 90 m de vão que recebe a carga de três cascas em concreto armado, duas menores de um dos lados da viga e, uma maior, do outro lado. A área coberta sem apoios da Biblioteca é de aproximadamente m 2. O f ck do concreto foi especificado em mais de 32 MPa (GALVANE JUNIOR, 2004).

44 Museu de Arte Contemporânea de Niterói Segundo Duarte (2006), o maior exemplo da utilização do concreto protendido nas obras de Oscar Niemeyer é o Museu de Arte Contemporânea (MAC) de Niterói (Figura 2.24). O MAC Niterói começou a ser construído no ano de 1991, sendo concluído em 2 de setembro de Para erguê-lo trabalharam 300 operários em três turnos, durante 5 anos (VAZ, 2006). Esta obra é composta por dois grandes monumentos, o próprio Museu e a Passarela que lhe dá acesso, além de um anexo para abrigar os equipamentos. É o exemplo vivo de obra com solução predominantemente protendida. Foi construído com um concreto de f ck 35 MPa (BESERRA, 2005). O Museu é composto por uma estrutura em forma de cálice, onde os balanços se lançam de forma exuberante através do fuste da base, sobre uma rocha que aflora do leito da Baía de Guanabara. Figura 2.24 Vista do MAC Niterói. Fonte: GUIA NITEROI, O MAC está plantado em uma praça aberta de metros quadrados, em placas de concreto. As intervenções no exterior são o espelho d água, na base do museu, criando a ilusão de ausência de peso, e um relvado separando a praça das escarpas do Mirante da Boa Viagem (VAZ, 2006). Esse espelho possui uma área de 800 m 2. A estrutura principal possui subsolo, térreo, dois pavimentos e um mezanino. A rampa dá acesso ao 1º pavimento, onde está o setor administrativo e a recepção, e continua até o 2 pavimento, onde fica o salão principal de exposições, com 1000 m 2 de área (VAZ, 2006). Tal salão possui uma área envidraçada, permitindo a visão panorâmica do entorno. O mezanino, sobre o salão principal, circunda todo o interior do museu e é compartimentado em seis salas menores.

45 43 No subsolo estão localizadas zonas de armazém, uma plataforma elevatória para o transporte de obras de arte para o salão de exposições, as instalações dos equipamentos técnicos, o bar, o restaurante e um auditório com capacidade para 60 pessoas, onde são realizadas palestras e conferências (VAZ, 2006). O museu possui altura total, a partir do térreo, de 16 metros. O fechamento da estrutura é feito por uma laje de cobertura circular de 50 metros de diâmetro. O pilar central, que apóia toda a estrutura, possui seção transversal circular vazada (coroa) com diâmetro externo de 9 metros, e 1,2 metros de espessura (GALVANE JUNIOR, 2004). A sua concepção estrutural está eminentemente ligada às possibilidades da protensão, haja vista as dificuldades existentes devido às formas curvas e aos rasgos ao longo das paredes de concreto (DUARTE, 2006). Todas as cargas do MAC são transferidas para o pilar central por meio de 6 vigas localizadas entre o 1 e o 2 pavimento, com a altura do espaço entre eles. São vigas em balanço, engastadas no pilar central, e submetidas a grandes momentos negativos, pois suportam, além do 1 e 2 pavimentos, as cargas do mezanino e da cobertura transferidas por 6 pilares circulares posicionados próximos à extremidade livre da viga, protendidos (GALVANE JUNIOR, 2004). Figura 2.25 Seção transversal do MAC Niterói. Fonte: GALVANE JUNIOR, 2004.

46 44 (a) (b) Figura 2.26 a) Planta da laje do 1 pavimento do MAC Niterói. b) Planta da laje do 2 pavimento do MAC Niterói. Fonte: GALVANE JUNIOR, Em planta, a disposição das cordoalhas se assemelha a uma estrela, conforme a Figura 2.27, solução encontrada para passar os cabos de um lado para outro da estrutura e contornar o problema provocado pela abertura na laje para a passagem do elevador. Isso também evitou o cruzamento das cordoalhas na região central da estrutura. Figura 2.27 Detalhes da protensão da laje nervurada do 2º pavimento do MAC Niterói. Fonte: GALVANE JUNIOR, A cobertura do museu consiste em uma laje nervurada de 50 m de diâmetro

47 45 apoiada em vigas radiais, executadas em concreto protendido e suportada pelos 6 pilares mencionados anteriormente. O mezanino é pendurado na cobertura, de um lado, na borda, e do outro, em uma treliça de concreto armado, cujo banzo superior é a própria cobertura (GALVANE, 2004). Assim, o mezanino também tem seus esforços transferidos para os pilares. (a) Figura 2.28 a) Planta da laje do mezanino do MAC Niterói. b) Planta da cobertura do MAC Niterói. Fonte: GALVANE JUNIOR, (b) Uma característica brilhante da estrutura concebida para este edifício é sua total simetria, que leva os esforços horizontais a se auto-equilibrarem, e a carga transferida pelo grande pilar vazado a ser praticamente centrada. A fundação do museu consiste em uma grande sapata circular de 2 m de altura que apóia o pilar central. Para a construção da fundação foram retirados cerca de 17 m de solo, promovendo um alívio nas camadas inferiores do solo. Tal fato, somado ao dimensionamento coerente da sapata, garantiu que os esforços do prédio no terreno fossem praticamente os mesmos dos que originalmente existiam no local (GALVANE JUNIOR, 2004) O CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO Aproveitando-se das vantagens da utilização do CAD Niemeyer seguiu o desenvolvimento tecnológico projetando obras para serem construídas com esse novo material. É fato que, no contexto geral das obras projetadas por Niemeyer, existem menos

48 46 obras construídas com CAD do que com os outros concretos anteriormente mencionados. Isso porque o uso desse tipo de concreto é, de certa forma, recente. Assim, tem-se a seguir a descrição de duas obras de Niemeyer, escolhidas para representar essa fase do desenvolvimento tecnológico do concreto Museu Oscar Niemeyer ( NovoMuseu de Curitiba) No ano de 2002 foi inaugurado, em Curitiba, o segundo prédio que compõe o Museu Oscar Niemeyer, conhecido como NovoMuseu de Curitiba (Figura 2.29), construído mais de 30 anos após o primeiro, o Edifício Castello Branco, já descrito anteriormente. Para não esconder o Edifício Castello Branco e suas características modernistas Niemeyer projetou o olho, como também é chamado o segundo prédio, como uma edificação elevada (MEDEIROS, 2006). Os dois prédios são conectados por sinuosas rampas que conduzem ao seu interior, e por um túnel no seu subsolo (UM, 2006). Aliás, as rampas nas edificações tornaram-se assinatura de Niemeyer ao longo de sua carreira. Figura 2.29 Vista do NovoMuseu, à frente, e do edifício Castello Branco, ao fundo, em Curitiba. Fonte: UM, A obra foi construída em concreto de alto desempenho(cad), protendido, com classes de resistência variando entre 25 e 40 MPa (MEDEIROS, 2006), somando um volume de concreto totalizado em cerca de m 3. O concreto especificado para um fck de 35 MPa

49 47 apresentou, aos 28 dias de idade, resistência de 50,9 MPa. Esses resultados de resistência permitiram uma significativa redução nos prazos de decimbramento e protensão (MEDEIROS, 2006 ). O olho tem quase o caráter de uma escultura, sendo ao mesmo tempo local de exposições e obra a ser apreciada (UM, 2006). Possui dois pavimentos: o primeiro piso tem áreas de convivência e exposições, contendo infra-estrutura para bar e coquetéis, área para apresentações digitais e áudio-visuais, além de áreas de apoio; o segundo piso é constituído por um salão de exposições (GALVANE JUNIOR, 2004). As características geométricas da obra são impressionantes: o segundo piso possui laje de 30 x 70 m livres de apoios, possuindo pé-direito máximo de 11 m, e o apoio central possui uma altura de 21 m (GALVANE JUNIOR, 2004). O prédio parece flutuar sobre o espelho d água na base. Sustentando o olho estão duas vigas longitudinais protendidas de altura variável e 70 m de comprimento, com duplo balanço. Estas vigas, com altura máxima de 5,5 m, apóiam vigas transversais invertidas e protendidas de 30 m, que sustentam a laje curva inferior e a laje do primeiro pavimento. Elas também dão apoio às vigas transversais protendidas que sustentam a laje do segundo pavimento. A laje curva da cobertura é suportada por arcos de concreto armado, os quais se apóiam em duas vigas transversais situadas nos extremos das vigas longitudinais. Os esforços horizontais provenientes dos arcos são auto-equilibrados, transferindo-se pela laje do segundo piso. Cada viga longitudinal principal se apóia em um pilar de 9,10 x 1,20 m. Os dois pilares estão posicionados na mesma direção. Na outra direção existem paredes de fechamento, e em uma delas foi prevista uma abertura para o acesso ao museu. Este conjunto todo funciona como um grande pilar vazado, no interior do qual existem lajes que, junto com a escada, permitem a circulação entre os pavimentos e têm a função de travamento horizontal (GALVANE JUNIOR, 2004). Os pilares descarregam em dois blocos de 170 m 3 cada que, por sua vez, coroam 112 estacas-raiz de 30 cm de diâmetro, com capacidade de 100 toneladas cada (MEDEIROS, 2006). O primeiro desafio da obra foi a execução dos dois blocos de fundação. Isso porque o projeto havia especificado uma relação água/cimento máxima de 0,50, o que implicaria num elevado consumo de cimento, num aumento do calor de hidratação e no conseqüente risco de fissuração da estrutura. Assim, optou-se pela utilização do cimento tipo CP IV (cimento portland pozolânico) de baixo calor de hidratação, associado aos aditivos

50 48 polifuncional e superplastificante de terceira geração, combinados (MEDEIROS, 2006). Outra condição especial foi a estrutura, que deveria receber um concreto com: f ck de 35 MPa; relação a/c igual ou menor que 0,45 e agregado de dimensão máxima igual a 9,5 mm. Mais uma vez o uso de aditivos especiais tornou-se obrigatório, sendo usado também cimento CP V ARI RS. O rígido controle de qualidade adotado em todas as etapas da obra, somado à baixa porosidade do concreto proporcionada pela relação a/c, permitiu prever uma vida útil da obra superior a 300 anos (CIMENTO ITAMBÉ, 2006) Procuradoria Geral da República A sede da Procuradoria Geral da República (Figura 2.30), inaugurada em agosto de 2002, é uma das obras que marcam a recente retomada de Oscar Niemeyer aos projetos monumentais de Brasília, acompanhando também a evolução tecnológica do concreto. Possui aproximadamente 70 mil m 2 de área (DAL MOLIN, 2005), e localiza-se nas proximidades da Esplanada dos Ministérios. A obra é composta por um conjunto de quatro edifícios interligados por passarelas, com acabamento em concreto aparente ou revestimento de vidro. Dois grandes blocos, os principais, abrigam os gabinetes dos procuradores. Interligados a estes por uma longa passarela, há dois volumes menores, onde ficam o auditório e o restaurante. Ainda há um outro volume, também circular e próximo ao prédio principal, que funciona como plenário dos procuradores (SUSTENTAÇÃO, 2003) Um dos destaques da obra foi a utilização de CAD, confeccionado com adição de Figura 2.30 Vista geral da sede da Procuradoria Geral da República, em Brasília. Fonte: SUSTENTAÇÃO, 2003.

51 49 sílica ativa (DAL MOLIN, 2005) e com 50 MPa de resistência, nos dois blocos principais. O CAD permitiu construir uma obra mais leve e sem interferências visuais. Outro destaque da obra foi a estrutura em forma de estrela de um dos prédios principais. Neste prédio, um grande cilindro de concreto, tal qual um eixo central atravessando todo o bloco maior, vai do chão ao topo, terminando como uma estrela de oito pontas, construída com destaque na cobertura do prédio. A estrela é, de fato, um conjunto estrutural com diâmetro de 50 m, formado por vigas de 5 m de altura e 3 m de largura. Essa estrutura faz a sustentação do edifício, na medida em que todas as vigas, lajes e pilares abaixo da cobertura são suspensos por cabos de aço atirantados ao eixo cilíndrico central, permitindo eliminar os pilares no pavimento térreo, dando a impressão de que o prédio flutua. Figura 2.31 Corte de um dos prédios principais: o núcleo central sustenta a estrutura em formato de estrela, na qual estão pendurados os pavimentos. Fonte: SUSTENTAÇÃO, 2003.

52 50 CAPÍTULO 3 CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD) 3.1. INTRODUÇÃO O concreto de alto desempenho (CAD), que teve sua viabilização consagrada a cerca de 20 anos atrás, em termos de constituição nada mais é que uma evolução tecnológica dos concretos tradicionais: a mistura de brita, areia, cimento e água, à qual são incorporados alguns aditivos químicos e adições minerais (ALMEIDA, 2005). Até o início da década de 60, a resistência dos concretos variava de 15 a 20 MPa (VELASCO, 2005). Após alguns anos, no entanto, concretos de resistência em torno de 60 MPa já estavam sendo produzidos. No final da década de 60, num estágio de desenvolvimento do concreto de alta resistência, surgem os aditivos superplastificantes no Japão e Alemanha, que após vários estudos e pesquisas relativas à dosagem, viriam a permitir a produção do CAD, na década de 80, com resistências acima de 60 MPa (VELASCO, 2005). No Brasil, em 1965, foi construído o edifício MASP, na cidade de São Paulo, utilizando-se concreto com f ck 45 MPa (DAL MOLIN et al, 1997), dando início assim ao desenvolvimento do CAD nesse país. Aqui os exemplos de utilização de CAD ainda não são muitos, talvez por medo, por parte dos construtores, já que uma simples consulta à literatura técnica evidencia a existência de conhecimento técnico-científico suficiente disseminado no território nacional para a produção do CAD. No entanto, estão sendo produzidos concretos de relação a/agl de 0,3 a 0,45 e resistência aos 28 dias de até 100 MPa, principalmente com o uso de sílica ativa e aditivos superplastificantes, e com vários tipos e marcas de cimento (PINTO, 2003). A principal propriedade do CAD é a alta resistência, por isso esse material é também denominado por alguns autores de concreto de alta resistência (CAR). O valor de resistência à compressão serve, inclusive, como parâmetro de definição do CAD. Muitos autores consideram CAD o concreto que possui resistência à compressão aos 28 dias de idade maior que 40 MPa. Tal afirmação é coerentemente justificada por Mehta e Monteiro (1994), através de dois argumentos. O primeiro deles é que a maioria dos concretos convencionais encontra-se na faixa de 21 a 42 MPa, sendo que para se produzir concretos com mais de 42 MPa é necessário controle de qualidade severo e mais cuidado na seleção e dosagem dos materiais. O outro argumento baseia-se nos estudos experimentais, os quais têm

53 51 demonstrado que, em muitos aspectos, a microestrutura e as propriedades do concreto com resistência acima de 42 MPa são diferentes das do concreto convencional, apresentando maior módulo de elasticidade, menor impermeabilidade e maior resistência à abrasão. Assim, é pertinente dizer que concretos com f ck maior ou igual a 40 MPa, os quais possuem, de modo geral, f c28 maior que 46,6 MPa (para um desvio padrão de 4,0 MPa), podem ser considerados concretos de alto desempenho, de acordo com Metha e Monteiro (1994). Entretanto, acredita-se que o termo concreto de alto desempenho seja mais adequado para a denominação desse tipo de concreto visto que, além de uma alta resistência, alto módulo de elasticidade e alta trabalhabilidade, este concreto proporciona uma baixa permeabilidade e uma alta resistência a ataques químicos, resultando numa alta durabilidade. Nesse capítulo serão abordados os tópicos relacionados ao capítulo 6 dessa dissertação, ou seja, relacionados às tecnologias aplicadas aos CADs utilizados na construção do Centro Cultural Oscar Niemeyer em Goiânia MATERIAIS CONSTITUINTES A seleção dos materiais para produção do CAD constitui etapa de grande importância, mas, muitas vezes, torna-se um problema em função da inexistência de normas claras para a escolha de tipos de cimentos e agregados mais adequados ao uso nesse tipo de concreto. Entretanto, existe um consenso de que algumas características e propriedades dos materiais constituintes afetam de forma benéfica o comportamento das misturas, permitindo a otimização das propriedades mecânicas do concreto endurecido (DAL MOLIM et al., 1997). Nesse sentido, encontram-se descritas a seguir as características que os principais materiais constituintes do CAD devem apresentar Água Em termos de caracterização de componentes do concreto, a água ocupa um papel secundário. Já foi quase conhecido internacionalmente que a água potável é adequada à produção de concreto, no entanto, a água potável pode ser considerada adequada desde que se enquadre nas normas de produção de concreto, sendo isenta de quaisquer substâncias nocivas ao mesmo. Não se deve esquecer, entretanto, que, se a qualidade da água não tiver um papel

54 52 muito importante na questão, o aspecto quantitativo é crucial, principalmente para os CADs (ALMEIDA, 2005). A dosagem de água dos concretos, inclusive do CAD, depende de muitos fatores, como, por exemplo, o tamanho, a forma, a absorção e a densidade dos agregados, a natureza e a dosagem do cimento e a temperatura e trabalhabilidade do concreto Cimento A primeira escolha a ser feita para a produção de um CAD é o cimento, pois seu desempenho, em termos de reologia e de resistência, torna-se um item crítico à medida que a resistência à compressão aumenta. Nesse sentido, de acordo com Aïtcin (2000), quando se pretende produzir um CAD, deve-se escolher o cimento mais próximo de duas características, sendo uma delas química e a outra física. A característica química é que o cimento deve possuir tão pouco C3A quanto possível, tendo este preferencialmente a forma cúbica e conter certa quantidade de sulfatos solúveis, com o objetivo de controlar rápida e eficiente a formação da etringita, que tende a diminuir a trabalhabilidade no concreto fresco. Em relação à resistência, deve conter uma boa quantidade de C3S, mas não em demasia, em vista da reologia; Já a característica física refere-se à finura do cimento, uma vez que esse deve ter a finura ótima que resulta em exigências conflitantes: do ponto de vista da resistência, quanto mais fino melhor, pois a fase silicato entrará rápida e inteiramente em contato com a água; mas do ponto de vista reológico, quanto mais fino mais reativo será, e uma parte maior das fases silicato e intersticial estará em contato com a água e, assim, mais etringita e C-S-H se desenvolverão rapidamente. Segundo Almeida (2005) também deve ser observada a uniformidade do cimento durante a sua escolha. A uniformidade está relacionada com a manutenção das características básicas do produto ao longo do tempo (dos vários fornecimentos necessários à utilização de uma obra). Por isso recomenda-se a realização de uma análise físico-química do cimento antes de sua utilização. A pequena quantidade de referências bibliográficas relativas à qualidade do cimento a ser empregado na fabricação do CAD é um indicativo de que esse material está sendo fabricado com cimentos comerciais comuns, cujas especificações são abrangidas pela normalização corrente (ALMEIDA, 2005). Na prática, a realidade é que projetistas e

55 53 tecnologistas de concreto têm usado diferentes tipos de cimento, o que muitas vezes está ligado à disponibilidade do produto no mercado local Agregados Em concretos convencionais, com resistências entre 20 e 40 MPa, o agregado graúdo possui uma importância secundária, já que nesses concretos a ruptura inicia-se na pasta ou na interface pasta-agregado. Já para resistências acima desses valores, ou seja, para CAD, o agregado passa a ter uma importância técnica. Isso acontece porque a ruptura do CAD pode também ocorrer nos agregados devido à alta resistência da pasta de cimento hidratada, tornando o agregado, muitas vezes, um fator limitante da capacidade resistente do material (AÏTCIN, 1995). Portanto, em geral, a resistência dos agregados deverá ser mais elevada do que a classe de resistência do concreto que se pretende obter, porque a tensão real nos pontos de contato das partículas individuais do agregado na massa do concreto pode exceder em muito a tensão nominal de compressão aplicada ao concreto. Essa concentração de tensões à volta das partículas faz com que, para a fabricação do CAD, sejam desejáveis agregados com tensões de ruptura superiores a 150 ou 200 MPa (ALMEIDA, 2005). Em relação à dimensão máxima característica do agregado graúdo para CAD, na opinião de Metha e Aïtcin (1990), esta deve situar-se entre 10 e 15 mm. Segundo Aïtcin (2000), é mais seguro trabalhar entre 10 e 12 mm, mas isso não significa que um agregado de 20 mm não possa ser usado. Já de acordo com Mehta e Monteiro (1994) indicam agregados com diâmetro de 19 mm para produção de CAD. Em termos de forma e textura superficial, é sabido que uma forma angular e uma superfície áspera, como a maioria das partículas britadas, geralmente resulta em maior aderência do que a obtida em superfícies lisas e formas arredondadas, como, por exemplo, as dos seixos rolados (ALMEIDA, 2005). Já os agregados com granulometria lamelar e forma irregular influenciam negativamente nas propriedades mecânicas, na consistência e no acabamento superficial, pois devido a menor trabalhabilidade, exige-se maior quantidade de água e, conseqüentemente, acarreta menor resistência do concreto (O REILLY DÍAZ, 1998). Na prática, na seleção da dimensão máxima do agregado graúdo, além das limitações construtivas impostas pelas normas (relativas às dimensões das peças a serem concretadas e ao detalhamento das armaduras), devem prevalecer a disponibilidade e análise do custo envolvido na utilização de várias dimensões de agregados (ALMEIDA, 2005).

56 54 No que diz respeito ao agregado miúdo, tem-se que sua resistência não é tão importante quanto à do agregado graúdo (MINDESS, 1985). De acordo com Aïtcin (2000), a dimensão do agregado miúdo deve estar mais próxima a um módulo de finura de 2,5 a 3,0. O uso de uma areia tão grossa é apoiado pelo fato de todos os traços de alta resistência serem bastante ricos em partículas finas, devido ao seu alto teor de cimento e de materiais cimentícios, de tal forma que não é necessário usar uma areia fina sob o aspecto da trabalhabilidade e da segregação. Além disso, o uso da areia mais grossa leva a um pequeno decréscimo da água de mistura necessária para uma dada trabalhabilidade, o que é vantajoso tanto do ponto de vista da resistência, como do econômico. Existem também indicações de que a granulometria contínua seja preferível à descontínua (ALMEIDA, 2005) Adições minerais pozolânicas Adições minerais são materiais silicosos finamente moídos, adicionados ao concreto em quantidades relativamente grandes, que trazem inúmeros benefícios ao concreto, tais como: melhoria da resistência à fissuração térmica devido ao calor de hidratação mais baixo, aumento das resistências e da impermeabilidade por refinamento dos poros, e uma durabilidade maior a ataques químicos (MEHTA; MONTEIRO, 1994). Se antigamente as adições eram empregadas por razões econômicas, a fim de se reduzir o custo/m 3 do concreto convencional ou reduzir a evolução do calor no concreto massa (AÏTCIN, 1995), elas agora são amplamente usadas, principalmente na produção de CAD, com a finalidade de melhorar tanto a reologia do concreto, no seu estado fresco, como suas propriedades mecânicas e durabilidade, no seu estado endurecido. As adições minerais pozolânicas podem atuar no concreto de três formas. A primeira delas é contribuindo no controle da perda de abatimento (slump), que é freqüentemente uma grande dificuldade para a produção de CAD (PINTO, 2003). O uso exclusivo de cimentos com aditivos superplastificantes não é suficiente para se manter a trabalhabilidade de concretos com baixas relações a/c num tempo suficiente para transportar e lançar o concreto. A substituição de uma parte do cimento, que é altamente reativo, na primeira hora, por uma adição mineral, que é relativamente inerte no concreto fresco, retarda a pega e controla o abatimento. Sabe-se que estes materiais reduzem a resistência à compressão inicial (durante as primeiras 24 horas), mas a um nível não significativo (AÏTCIN, 1995). A segunda forma de atuação das adições é física, pelo denominado efeito-filer (ou

57 55 de preenchimento de vazios), que colabora para aumentar a coesão e compacidade do concreto, com a diminuição do volume de vazios (porosidade) e com o refinamento dos poros (porometria), tanto da fase pasta quanto da interface pasta-agregado, reduzindo a permeabilidade do concreto (ALMEIDA, 2005). E por último, as adições pozolânicas atuam de forma química, através do potencial de produzir o silicato de cálcio hidratado (C-S-H) pelas reações pozolânicas com o hidróxido de cálcio (CH) resultante da hidratação do C3S e C2S do cimento Portland. Este produto, o C-S-H, é que dá a propriedade ligante e a compacidade ao concreto (AÏTCIN, 1995). As adições pozolânicas ultrafinas, como a sílica ativa, o metacaulim e a cinza de casca de arroz, têm-se mostrado mais efetivas no aumento da resistência, pois, além do efeito químico, atuam fisicamente densificando a matriz e a zona de transição, sendo assim, indispensável seu uso na produção de CAD. Misturas ternárias (cimento mais a combinação de duas adições minerais) também têm sido usadas com sucesso no CAD (DAL MOLIN et al, 1997), pois se baseia no somatório dos benefícios acima explicitados. A sílica ativa e o metacaulim são as adições minerais mais reativas, em termos de atividade pozolânica, atualmente disponíveis no mercado brasileiro. A sílica ativa, por ter sido usada na construção do Centro Cultural Oscar Niemeyer, será discutida no tópico a seguir Sílica ativa A sílica ativa é um subproduto resultante do processo de obtenção do ferro-silício e silício-metálico (DAL MOLIN, 2005). As partículas de sílica ativa parecem perfeitamente esféricas, com diâmetros variando de menos de 0,1µm até 1µm ou 2µm, de tal forma que a esfera média da sílica ativa é 100 vezes menor do que a média das partículas de cimento (AÏTCIN, 2000). A superfície específica da sílica ativa varia de a m 2 /Kg, ficando a média em torno de m 2 /Kg, bastante superior à do cimento Portland (350 a 600 m 2 /Kg) ou à da cinza volante (300 a 700 m 2 /Kg) (DAL MOLIN, 2005). Sua massa específica encontra-se em torno de 220 kg/m 3, menor do que a do cimento, de aproximadamente 315 kg/m 3. A sílica ativa, devido sua finura, alto teor de SiO 2 e estado amorfo, apresenta-se como um material pozolânico muito reativo, com partículas que podem preencher os vazios entre os grãos maiores de cimento, quando estes estão bem defloculados na presença de uma

58 56 dosagem adequada de aditivo químico superplastificante. Cimento Sílica ativa Figura 3.1 Efeito fíler da sílica ativa. Fonte: AÏTCIN, O formato esférico de suas partículas promove o efeito de rolamento (NEVILLE, 1997), o que, em teores mais baixos (1 a 2%), promove uma melhora da trabalhabilidade dos concretos. A presença da água entre as partículas de sílica e de cimento proporciona um efeito lubrificante melhorando a trabalhabilidade do concreto (LACERDA; HELENE, 2005). A adição de sílica ativa reduz drasticamente tanto a exsudação interna como superficial da mistura, devido ao tamanho extremamente pequeno de suas partículas. Comparada com outros materiais cimentícios, as características que tornam a sílica ativa um material pozolânico muito reativo são o seu teor muito alto de SiO 2, o seu estado amorfo e a sua extrema finura (AÏTCIN, 2000). O uso de sílica ativa além de melhorar as propriedades mecânicas e a durabilidade do concreto, pode ser uma alternativa para o controle térmico do CAD, quando usada em substituição de parte do cimento da mistura, reduzindo o teor de cimento equivalente, conforme será visto no próximo capítulo dessa dissertação Aditivos superplastificantes A evolução do concreto convencional para o concreto de alto desempenho só foi possível graças à incorporação das adições minerais e, principalmente, dos aditivos químicos, aos materiais básicos de produção do concreto. O desenvolvimento na tecnologia dos aditivos superplastificantes foi o marco definitivo para a intensa difusão do uso do CAD por todo o mundo (VERONEZ et al., 2005).

59 57 É importante ressaltar que a ação dos superplastificantes não só é importante mas indispensável para a produção do CAD, uma vez que sem eles não seria possível a obtenção de concretos trabalháveis com as baixas relações a/agl requeridas (PINTO, 2003). Os aditivos superplastificantes são polímeros orgânicos solúveis em água, obtidos como subprodutos da indústria ou, sinteticamente, por polimerização (AÏTCIN, 2000). Segundo a NBR (ABNT, 1992), aditivos superplastificantes são produtos que aumentam o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilitam a redução de, no mínimo, 12% da quantidade de água de amassamento, para produzir um concreto com determinada consistência. Possuem ação dispersante que elimina a necessidade de se acrescentar mais água ao concreto para produzir suficiente trabalhabilidade e para deflocular as aglomerações de partículas de cimento (AÏTCIN, 1995). Assim, proporcionam a redução da relação a/c, colaborando na redução da porosidade total e do diâmetro dos poros, o que aumenta consideravelmente a impermeabilidade do concreto e, por conseqüência, a sua durabilidade. Existem três grandes grupos de aditivos superplastificantes, que também são comercialmente classificados em 3 gerações: os condensados de lignossulfonatos modificados, ácidos hidroxi-carboxílicos e polímeros hidroxilatos, ou aditivos de primeira geração; os condensados sulfonados de melamina-formaldeídos, condensados sulfonados de naftaleno-formaldeídos e os poliacrilatos, ou aditivos de segunda geração; e os ésteres de ácido sulfônico, base policarboxilato, aditivos de terceira geração (VERONEZ, 2006). A escolha de um superplastificante bom e eficiente é ponto preponderante para a produção de CAD e, geralmente, é determinada pelo seu custo, dosagem e compatibilidade com outros componentes da pasta de cimento (PINTO, 2003). Nem todos os tipos e marcas destes aditivos químicos reagem igualmente com um determinado cimento da mistura, no que se refere à dispersão das partículas de cimento, à redução da quantidade de água e ao controle da reologia de um traço com relação água/aglomerante muito baixa, durante a primeira hora após o contato entre o cimento e a água (AÏTCIN, 2000). A influência de qualquer aditivo superplastificante nas diversas propriedades do concreto depende da dosagem do cimento, da consistência, do processo de mistura, das condições de cura, da temperatura ambiente e do concreto, da natureza do cimento, da granulometria do agregado, etc (ALMEIDA, 2005). As dosagens usuais de superplastificantes nas composições de CAD geralmente variam entre 0,5 e 3% da massa do cimento. Não deve ser esquecida a influência que a presença desses produtos possa, eventualmente, ter no custo final desses concretos. Os

60 58 aditivos superplastificantes disponíveis no mercado e mais utilizados atualmente encontramse descritos a seguir Aditivos de 1ª geração Os aditivos lignosulfonatos são conhecidos como aditivos plastificantes de 1ª geração, utilizados como redutores de água normais, e em alguns casos como superplastificantes (HARTMANN, HELENE, 2003). São obtidos do rejeito líquido do processo de extração da celulose da madeira. Os lignosulfonatos são raramente usados sozinhos para aplicações em concreto de alto desempenho, sendo mais usados em conjunção com superplastificantes melamínicos ou nafatalenos (AÏTCIN, 2000). São conhecidos por apresentarem problemas de retardo de pega, pois originalmente contêm altos teores de açúcar na sua composição (a lignina), o que pode gerar atrasos no endurecimento do concreto, além da incorporação indesejável de ar à mistura (TOGNON; GANGIANO, 1982). Esse tipo de aditivo geralmente oferece uma boa manutenção de trabalhabilidade, mas há também grandes diferenças na manutenção da trabalhabilidade entre diferentes tipos de lignosulfonados (MARTIN, 2005). Segundo a literatura, os lignossulfonatos permitem uma redução da água da mistura entre 8 e 12%, mas alguns fabricantes afirmam que a redução de alguns de seus produtos pode chegar a 15% (RIXOM; MAILVAGANAN, 1999) Aditivos de 2ª geração Os primeiros aditivos superplastificantes originalmente desenvolvidos foram os sulfonados de naftaleno-formaldeído e os sulfonados de melamina-formaldeído, respectivamente no Japão, em 1964, e na Alemanha, em 1972 (PAPAYAIANNI et al., 2004; RIXOM, MAILVAGANAM, 1999). Tais aditivos são comercialmente conhecidos como aditivos de 2ª geração. Os sulfonados de naftaleno-formaldeído são obtidos a partir da sulfonação do naftaleno e sua imediata polimerização (RIXOM, MAILVAGANAM, 1999). A substância química naftaleno foi uma das primeiras a serem referenciadas na literatura técnica como um agente de redução de água nas misturas de concreto, porém, somente na década de 1970 ela foi empregada com exclusividade para a produção de superplastificantes (VERONEZ, 2006). Esse tipo de aditivo tem um bom comportamento com a maior parte dos cimentos,

61 59 podendo facilmente ser combinado com lignosulfonatos e melaminas (MARTIN, 2005), e, geralmente, incorporam pouco ar ao concreto. Aditivos base naftaleno, assim como outros aditivos de 2ª geração, permitem redução de até 25% da quantidade de água de mistura, se usados como redutores de água (NEVILLE, 1997). Esse é o tipo de aditivo superplastificante usado predominantemente em quase todos os lugares para produção do CAD (AÏTCIN, 2000). Já os sulfonados de melamina-formaldeído são fabricados a partir das técnicas de obtenção de resinas. Seus sais de sódio são incolores e solúveis em água, formando uma solução clara até uma concentração de 40% de sólidos (AÏTCIN, 2000). Soluções com concentrações superiores a 35 têm tendência a se cristalizarem a temperaturas a 10ºC. Em geral não incorporam ar ao concreto (MARTIN, 2005). A manutenção média da plasticidade dos superplastificantes base naftaleno é de cerca de 40 minutos, e dos de base melamina, cerca de 30 minutos (MARTIN, 2005) Aditivos de 3ª geração Os aditivos superplastificantes base policarboxilato são os aditivos mais recentemente utilizados na produção do concreto, disponíveis no mercado desde a década de 1990 (VERONEZ, 2006). Eles são também conhecidos como aditivos superplastificantes de alta eficiência, ou ainda, como aditivos hiperplastificantes, pois permitem uma redução de água das misturas em até 40%, mantendo a mesma trabalhabilidade, em alguns casos (AÏTCIN, 2000). Esse tipo de aditivo tem demonstrado um melhor desempenho quanto à manutenção do tempo de duração do abatimento (slump), a exemplo do estudo realizado por Rixom e Mailvaganan (1999). Oferecem ainda um efeito fluidificante extraordinariamente grande e de longa duração (MARTIN, 2005).

62 60 Figura 3.2 Perda de abatimento para concretos com aditivo base policarboxilato e base naftaleno. Fonte: RIXOM; MAILVAGANAN, Aditivos base policarboxilato também têm demonstrado melhores desempenhos em relação ao desenvolvimento da resistência à compressão dos concretos, quando comparados a outros aditivos superplastificantes. Numa pesquisa realizada por Leidhodt, Nmai e Schlagbaum (2000), onde estudou-se a evolução da resistência à compressão de concretos com a/c de 0,49 e abatimento 200 ± 20 mm, utilizando-se aditivos base melamina, naftaleno e policarboxilato, o aditivo base policarboxilato, apesar da menor dosagem necessária, apresentou maior redução de água e, conseqüentemente, maior resistência à compressão para todas as idades, conforme Figura 3.3. Figura 3.3 Resistência à compressão de concretos superplastificados. Fonte: LEIDHODT et al., Num estudo realizado por Veronez et al (2005), os concretos de alto desempenho produzidos com aditivo base policarboxilato propiciaram resistências à compressão aos 28

63 61 dias 10% mais altas que a dos concretos com aditivo base naftaleno, sendo que todos esses concretos foram dosados com um mesmo traço, diferindo apenas no aditivo. Nesse mesmo estudo, os aditivos base policarboxilato mostraram um índice de ar aprisionado 30% menor que os aditivos base naftaleno. Como desvantagem, devido à sua complexa estrutura química, os policarboxilatos são compatíveis somente com um número limitado de outras matériasprimas (MARTIN, 2005) DOSAGEM O proporcionamento de um CAD é um procedimento mais crítico que o de um concreto de resistência convencional. Cada material constituinte deve ser avaliado segundo o seu tipo, características de resistência, granulometria, finura, etc, devendo também ser analisada a interação e a combinação dos vários materiais entre si (ALMEIDA, 2005). As dosagens de CAD são geralmente caracterizadas por baixas relações água/aglomerante, altos consumos de cimento, e pela presença de vários aditivos, tais como redutores de água (plastificantes e superplastificantes), retardadores de pega, e adições como a sílica ativa, escória de alto forno, cinza volante entre outras (ALVES et al., 2001). As vantagens do concreto de alta resistência dependem da melhor solução entre o desempenho estrutural, testes de laboratório e trabalhos em campo, além dos aspectos econômicos, na qual o método de dosagem tem tido um importante papel. Todo método de dosagem pode ajudar a alcançar o melhor concreto e também ser econômico, rápido, fácil e permitir mudanças seguras em campo, sem novos testes de laboratório (MALDONADO; HELENE, 2002). Os métodos de dosagem fornecem somente o traço inicial, que deve ser ajustado através de ensaios laboratoriais, até que se alcance as características desejadas. Embora a dosagem seja ainda mais ou menos uma arte, é inquestionável que alguns princípios científicos essenciais podem ser usados como base para o cálculo de um traço (AÏTCIN, 2000). Existem vários métodos de dosagem de CAD utilizados em todo o mundo. No Brasil, segundo Pinto (2003), têm sido utilizados os métodos de dosagem MEHTA & AÏTCIN (1990), AÏTCIN (2000), Dafico (ALVES, 1999) e Furnas (BITTENCOURT et al., 2001). Pinto (2003) realizou um estudo experimental onde foram produzidos CADs de resistência à compressão no intervalo de 70 a 130 MPa, a partir de três métodos de dosagem:

64 62 MEHTA & AÏTCIN (1990), AÏTCIN (2000) e FURNAS (BITTENCOURT et al., 2001), e utilizando de cimento CP II-F, sílica ativa, superplastificante à base de éter carboxilato e agregados disponíveis na região de Goiânia. Os resultados desse estudo mostram que, para uma dada resistência, o consumo de materiais (principalmente cimento) e o custo final do m³ de concreto variam de um método de dosagem para outro. Entretanto, verificou-se também, que nenhum procedimento apresentou as melhores características para todos os níveis de resistência LANÇAMENTO O lançamento dos CAD geralmente não difere do usual nos concretos correntes, mas deve, todavia, como no caso da etapa de transporte, ser efetuado o mais rapidamente possível (ALMEIDA, 2005). O tipo de lançamento, seja através de linhas de bombeamento, guindastes, caçambas ou correias transportadoras, depende da mistura, da localização e acessibilidade da obra, da velocidade da moldagem e do tempo de lançamento. No caso específico de bombeamento do CAD, deve-se levar em consideração, assim como no concreto convencional, a granulometria do agregado, lembrando ainda que é necessário um elevado abatimento da mistura ADENSAMENTO Mesmo possuindo um elevado abatimento é necessária a vibração do CAD, uma vez que esse tipo de concreto é bastante coesivo, e possui consistência viscosa, promovendo o aprisionamento de grandes bolhas de ar. Nas obras, o método mais eficiente e prático para compactação dos CADs ainda é a vibração interna com vibradores de agulha (ALMEIDA, 2005) CURA A cura, que é um procedimento essencial para a produção de um concreto convencional de boa qualidade, é crítica para a fabricação de CAD (ALMEIDA, 2005). O procedimento de cura é realizado por duas razões: para hidratar tanto quanto possível o

65 63 cimento presente na mistura e, o que às vezes é esquecido, para minimizar a retração (AÏTCIN, 2000). O fato do CAD possuir uma baixa porosidade e, conseqüentemente, uma baixa permeabilidade, contribui para a redução da penetração de agentes agressivos no interior do concreto. Porém, se por algum outro motivo houver o seu fissuramento, ele estará muito mais suscetível a esses ataques de agentes agressivos. Assim, sabendo que a retração aumenta a probabilidade de fissuramento do concreto, e que a retração está intimamente ligada à falta ou interrupção de uma cura adequada, o conhecimento e utilização dos procedimentos de cura ideais para cada tipo de concreto torna-se imprescindível para a garantia da sua durabilidade. A cura também é extremamente importante se considerarmos que o CAD é fabricado com algum tipo de adição mineral, como a sílica ativa, por exemplo, já que os materiais pozolânicos não desenvolvem plenamente suas propriedades aglomerantes se não houver a presença de água (THOMAZ, 2005). Em suma, pode-se afirmar que a cura é um dos aspectos mais importantes no que diz respeito à qualidade do CAD. Por isso, os tópicos a seguir trazem uma breve revisão sobre os aspectos mais relevantes sobre a cura do CAD Fatores que interferem na cura dos concretos O período de duração da cura de um concreto somado às condições de umidade e temperatura influenciam significativamente todas as propriedades do material (THOMAZ, 2005), por isso, tais fatores devem ser levados em consideração para a escolha do tipo de cura mais adequado para cada situação. A microestrutura do concreto é afetada pelas condições de hidratação. A taxa de hidratação do silicato de cálcio varia com a umidade relativa. A Figura 3.4 mostra a hidratação do C 3 S que cessa quando a umidade relativa é menor que 75% (OLLIVIER, 1998).

66 64 Figura 3.4 Grau de hidratação do silicato de cálcio para diferentes umidades relativas. Fonte: OLLIVIER, A temperatura de cura também influencia nas propriedades do concreto endurecido, principalmente temperaturas de cura elevada, pois esta impede a hidratação do cimento em idades posteriores (ZAIN; SAFIUDDIN; MAHMUD, 2000). Segundo Bauer (2005), as temperaturas favoráveis a uma boa cura situam-se no intervalo de 15ºC a 35ºC, pois abaixo de 15ºC as reações de hidratação ocorrem lentamente, dificultando o desenvolvimento da resistência nas primeiras idades. Já em temperaturas mais altas, acima de 35ºC, as reações de hidratação ocorrem de maneira mais rápida, promovendo uma redução da resistência final. Além da temperatura e umidade, uma outra condição climática que interfere no mecanismo de cura dos concretos é o vento. Ventos fortes são muito prejudiciais ao concreto jovem, visto que dão lugar a uma deficiência na hidratação do cimento por perda de água com conseqüente repercussão nas resistências e retração, afetando a integridade e durabilidade do concreto (CANOVAS, 1998). A norma NBR (ABNT, 2004) prescreve que, quando a concretagem for efetuada em temperatura ambiente muito quente ( 35ºC) e, em especial, quando a umidade relativa do ar for baixa ( 50%) e a velocidade do vento alta ( 30m/s), devem ser adotadas as medidas necessárias para evitar a perda da consistência e reduzir a temperatura da massa de concreto. Imediatamente após as operações de lançamento e adensamento, devem ser tomadas providências para reduzir a perda de água do concreto. No que diz respeito ao tempo de duração da cura existe um certo consenso quanto ao prazo mínimo de 7 dias de cura, embora este deva variar em função do coeficiente de forma da peça (relação volume/área exposta), do tipo de cimento, da relação

67 65 água/aglomerante, das reações climáticas, do tipo de concreto etc (THOMAZ, 2005). Segundo o CEB183 (1989) quanto maior for o tempo de cura, ou seja, quanto mais se impedir a saída de água do concreto, melhores serão as características do concreto em relação à resistência, à agressividade do meio ambiente, permeabilidade, dentre outras. Para concretos de baixa sensibilidade à cura, ou seja, para o caso de CAD, em condições normais de agressividade ambiental durante a vida útil da obra e para clima seco, quente e com vento durante o período de cura, prescreve-se que seja feita cura de 1 dia a 3 dias (CEB 183, 1989). De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2003), a proteção contra secagem prematura deve acontecer pelo menos durante os sete primeiros dias após o lançamento do concreto, aumentando este mínimo quando a natureza do cimento exigir Tipos e procedimentos de cura Existem duas grandes categorias de métodos de cura, cujos métodos podem ser descritos, de modo geral, como de cura úmida e cura química. Tais métodos serão sucintamente abordados nos tópicos a seguir Cura úmida Os processos de cura úmida visam garantir as reações de hidratação e retardar a retração do concreto, podendo ser realizados por represamento (lâmina d água sobre lajes e pisos) ou aspersão contínua, sendo que algumas construtoras utilizam bicos aspersores normalmente empregados em irrigação agrícola (THOMAZ, 2005). Em outros casos podem ser empregadas lonas plásticas recobrindo o concreto, camada de areia, sacos de aniagem ou manta geotextil constantemente umedecidos. O suprimentos contínuos de água são mais eficientes do que os intermitentes (COUTO, 2003), isto porque molhagens intermitentes em superfícies expostas a altas temperaturas podem sofrer choques térmicos indesejáveis. Com relação à manutenção das fôrmas de madeira, Souza e Ripper (1998) lembram que, são necessários molhamentos freqüentes, não só para dilatá-las, impedindo a evaporação através de juntas e fendas, mas também porque a movimentação higroscópica da madeira é maior que a do concreto. Quanto à água para a cura, de preferência, deveria ser a mesma usada para amassamento. É de fundamental importância que a água seja isenta de substâncias que

68 66 possam atacar o concreto endurecido. Também é muito importante observar a temperatura da água, pois esta não deve estar muito abaixo da temperatura do concreto para evitar choque térmico ou gradientes acentuados de temperatura (NEVILLE, 1997). O ACI 308 (1992) recomenda que a diferença não ultrapasse 11ºC. A água adicionada para amassamento e cura das argamassas e concretos deve cumprir com os requisitos físicos e químicos definidos pela norma NM 137 (ABNT, 1997) Cura química A cura por química consiste na aplicação de um produto químico que, ao secar, forma uma membrana impermeável, impedindo a saída de água pela superfície do concreto, evitando-se a evaporação desta (RIPPER, 1984). As substâncias que permitem obter membranas de cura são emulsões aquosas ou soluções de produtos resinosos ou parafínicos, que se rompem quando entram em contato com o meio alcalino, depositando uma delgada película de resina ou parafina, que não deve ser incolor, para que se possa determinar, à vista, os locais em que está aplicada (BAUER, 2005). As soluções de resinas de hidrocarbonetos sintéticas em solventes muito voláteis são produtos mais comuns, mas existem outras resinas disponíveis, tais como os butadienos de acrílico, vinila e borrachas cloradas (NEVILLE, 1997). O produto de cura química deve ser aplicado após a exsudação do concreto, mas antes que a superfície seque. Vale ressaltar que concretos que possuem sílica ativa não apresentam exsudação e, por isso, a membrana de cura deverá ser aplicada rapidamente, pois se o composto de cura for aplicado sobre uma superfície já seca, o produto penetrará no concreto impedindo a hidratação na região externa (NEVILLE, 1997) Procedimentos de cura recomendados Segundo Neville (1997), para concretos com relação água/cimento menor do que 0,4, deve-se usar cura por molhagem, mas, somente se puder ser aplicada por completo e continuamente. Se isso não for possível, é preferível a cura química, mas que seja bem executada. Aïtcin (2000) afirma que os compostos de membrana de cura (cura química), aceitáveis para curar concretos com relação água/aglomerante alta (0,5 a 0,7), não são suficientes para curar um CAD. Quanto mais baixa a relação água/aglomerante, mais elevada

69 67 a retração autógena e maior a necessidade de água. Aïtcin (2000) sugere que, logo após o lançamento e acabamento deve-se proteger o CAD com uma membrana temporária de cura ou nebulização, para evitar a retração plástica. Na seqüência, enquanto se processam as reações de hidratação do cimento, o CAD deve ser curado com água para evitar a retração autógena. O período de sete dias de cura úmida parece ser suficientemente longo para reduzir drasticamente a retração autógena, mas, de qualquer forma, a cura nunca pode ser inferior a três dias. Finalmente o CAD deverá ser coberto por uma película impermeável (por exemplo, uma pintura) logo que a cura úmida for finalizada (AÏTCIN, 2000). Battagin et al. (2002) recomenda 2 dias de cura para concretos com relação água/cimento igual a 0,35 (valor próximo ao usado para o CAD), mas não especifica que tipo de cura. Segundo Almeida (2005), alguns autores afirmam que nos concretos de alto desempenho, que contém geralmente um teor relativamente alto de cimento, contam com a presença de superplastificantes e são confeccionados com relações a/c da ordem de 0,3, um período de 7 a 14 dias de cura úmida seria suficiente para tornar o material impermeável, e o prosseguimento da cura úmida a partir desse prazo não teria influência significativa na sua resistência à compressão ou módulo de elasticidade. A partir daí, a cura ao ar é o que melhoraria a resistência. Como se vê, não existe um consenso quanto ao tipo nem ao prazo mínimo de cura mais adequado para o CAD. No entanto, a cura úmida realizada num prazo mínimo de 7 dias tem sido recomendada por vários autores (PINTO; GEYER, 2003; AÏTCIN, 2000; ALMEIDA, 2005) Influência da cura nas propriedades mecânicas Numa pesquisa realizada por Pinto e Geyer (2003) em que foi analisada a influência de 05 tipos de cura na resistência à compressão aos 28 dias de CAD produzido com 10% de sílica ativa, chegou-se à conclusão que a condição de 7 dias de cura úmida para todos os concretos proporcionou o melhor resultado de resistência à compressão, conforme visto na Figura 3.5.

70 68 Resistência à compresão (MPa) ,40 0,29 0,31 0,40 0,27 a/agl ar borracha clorada parafina 1 dia úmida 7 dias úmida Figura 3.5 Influência dos diferentes procedimentos de cura no CAD. Fonte: PINTO; GEYER, Uma pesquisa realizada por Beserra (2005) procurou mostrar a influência dos tipos e tempos de duração de cura nas propriedades mecânicas do CAD produzido em regiões de baixa umidade relativa do ar (h<50%). Nessa pesquisa foram fabricados CADs com resistências à compressão de 60, 80 e 100MPa, submetidos a 14 diferentes tipo de cura. Os tipos de cura empregados foram: aspersão de água, câmara úmida, parafina, borracha clorada, ar, e o método de cura mista descrito por AÏTCIN (2000). Chegou se à conclusão que as curas ditas via úmida (câmara úmida e aspersão de água) foram as que fizeram com que os concretos desenvolvessem maiores resistências à compressão, sendo que o período de 14 dias foi considerado o melhor tempo de duração para cura em CAD. Os valores de módulo de deformação não foram significativamente influenciados pela cura VANTAGENS DO USO DO CAD Uma grande vantagem do CAD é que seus processos e equipamentos de produção são os mesmos do concreto convencional (ALMEIDA, 2005). Permite ainda: um aumento na velocidade de execução das estruturas (existem prédios construídos à velocidade de dois pisos por semana, equivalente à construção predial em estrutura metálica); um maior reaproveitamento das fôrmas, pois as dimensões das colunas podem variar menos ao longo da altura da estrutura; a reutilização mais rápida das fôrmas, pelo desenvolvimento de resistências mais elevadas em idades menores, que podem ser de até 12 horas; uma redução na carga permanente da estrutura e nas fundações; e um aumento na durabilidade do concreto

71 69 (DAL MOLIN, 1995). A alta trabalhabilidade que pode ser obtida na fabricação do CAD permite que os elementos estruturais assumam diversas formas e dimensões, podendo ser usado em estruturas densamente armadas, propiciando maior liberdade e ousadia para arquitetos e engenheiros durante a concepção de seus projetos. A alta resistência aos esforços mecânicos possibilita a redução das dimensões dos elementos estruturais, sobretudo dos pilares, permitindo a ampliação da área útil da edificação, efeito que é maior nos pavimentos térreos e subsolo, uma vez que é nesses pavimentos que os pilares apresentam as cargas mais elevadas. Essas vantagens serão maiores quanto mais altos forem os edifícios (SERRA, 1997). Ainda no que tange às propriedades mecânicas, além de uma alta resistência, o CAD proporciona valores maiores de módulo de elasticidade, fato que é vantajoso quando as deflexões controlam o projeto (DAL MOLIM, 1995), como acontece com as estruturas em casca. Permite também maiores valores de resistência à tração, que é um parâmetro de controle no projeto de elementos não protendidos. Há que se ressaltar porém que a resistência à tração e o módulo de elasticidade não são proporcionais à resistência à tração e, portanto, seus valores devem ser encontrados através de ensaios do concreto realizados em laboratório. O CAD também permite estruturas mais leves e esbeltas e com maiores vãos (ALMEIDA, 1990). Caso sejam protendidas, as peças podem receber mais rapidamente a protensão, o que pode trazer resultados benéficos para a velocidade e economia da obra (ALMEIDA, 2005). Segundo Almeida (2005), uma das maiores vantagens do material é sua capacidade de carga por unidade de custos maior do que a obtida em concretos convencionais, fato que, em algumas formas de aplicação, compensa todos os custos envolvidos na produção de CAD. Em relação ao custo, ressalta-se que, apesar do valor do m 3 do CAD ser superior ao do concreto convencional, os ganhos reais de resistência e durabilidade, com redução de reparos e o volume total de concreto empregado, podem justificar a adoção desse material (BESERRA, 2005). Contudo, recomenda-se que seu uso seja sempre precedido de uma criteriosa avaliação técnico econômica (ALMEIDA, 1992). Numa pesquisa desenvolvida na Universidade Federal de Goiás (UFG), Omar et al. (2005) fizeram um estudo econômico comparativo entre o uso de concreto convencional e CAD em um edifício de 20 pavimentos na cidade de Goiânia. Neste estudo, os pilares anteriormente calculados com f ck de 30 MPa foram recalculados com CAD de 60 MPa. Verificou-se que, além de proporcionar um ganho de área útil no térreo e subsolo, o que pode

72 70 proporcionar um acréscimo no número de garagens, houve um decréscimo na quantidade de fôrmas, aço e concreto e uma economia de 0,5% em relação ao modelo com concreto convencional. Em função da sua baixa permeabilidade o CAD proporciona uma alta durabilidade, minimizando os custos com manutenção e garantindo uma maior vida útil às estruturas, de até centenas de anos (PINTO, 2003). A baixa permeabilidade do CAD o torna mais adequado para ambientes extremamente agressivos, como é o caso de obras marinhas e construções industriais, assim como obras situadas abaixo do lençol freático, como túneis, fundações e subsolos (SERRA, 1997), e canaletas e pisos sujeitos a produtos químicos ou elevada abrasão (HELENE, 1997). Para a produção de pré-moldados o concreto de alto desempenho é particularmente adequado, uma vez que permite projeto de peças muito esbeltas e recuperação mais rápida das fôrmas.

73 71 CAPÍTULO 4 TEMPERATURA NO CAD 4.1. INTRODUÇÃO A preocupação com a elevação da temperatura de um concreto está relacionada aos danos que ela pode lhe causar, em decorrência das retrações por ela provocadas, implicando no surgimento de fissuras e no comprometimento da durabilidade desse concreto. A retração ou contração térmica do concreto ocorre devido ao seu resfriamento nas primeiras idades, e se inicia após a sua expansão, a qual é resultante da elevação da temperatura gerada pelo calor de hidratação (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). A principal manifestação patológica relacionada com a retração térmica é a fissuração do concreto. Em geral, sempre que a diferença de temperatura ambiente e a do núcleo seja superior a 20 C, é de se esperar que se produzam fissuras (CÁNOVAS, 1988). Os efeitos da temperatura no concreto podem ter sua origem tanto externa como interna. Do ponto de vista externo, as condições climáticas, como o frio e o calor, são os fatores que potencializam os problemas no concreto (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). Do ponto de vista interno, o calor gerado pela hidratação do cimento é um dos principais fatores que respondem pelas variações volumétricas que ocorrem no concreto desde seu estágio inicial de cura até o final de seu endurecimento e, portanto, um dos importantes causadores de manifestações patológicas em estruturas de concreto, especialmente as fissuras. Os projetistas e construtores de grandes barragens de concreto foram os primeiros a reconhecer a importância do aumento da temperatura no concreto, devido ao calor de hidratação e à subseqüente retração e fissuração, que ocorre no resfriamento (MEHTA; MONTEIRO, 1994). Entretanto, elementos tais como estacas de concreto, pilares, vigas, muros e fundações de grandes estruturas, embora sejam muito menores que uma barragem de gravidade típica de concreto, quando possuem grandes espessuras e são constituídos de concreto de alta resistência, podem ter problemas de fissuração tão sérios quanto os das barragens. Elementos estruturais em que se utiliza concreto de alto desempenho (CAD) têm elevações de temperatura não homogêneas que geram retrações térmicas também não homogêneas, e diferentes gradientes térmicos nas diferentes partes do elemento estrutural, induzindo ao surgimento de fissuras. Portanto, estruturas construídas com CAD, que possui elevado consumo de cimento comparado ao concreto convencional, merecem certos cuidados

74 72 em relação ao controle de suas temperaturas, a fim de evitar possíveis patologias, como as fissuras causadas por retração térmica. Desse modo, tem-se que o estudo dos riscos de fissuração das estruturas de concreto (estudo termomecânico) é importante para garantir a sua durabilidade desde as primeiras idades. A equipe de Furnas (1997) sugere que as condições de lançamento do concreto e definição de eventuais medidas para o controle da fissuração sejam tomadas com base em estudos térmicos realizados com o emprego das propriedades térmicas reais do concreto determinadas em ensaios de laboratório. Nesse capítulo serão abordadas as questões que dizem respeito à temperatura no CAD, incluindo o seu estudo termomecânico e as técnicas de prevenção de problemas térmicos no mesmo PROPRIEDADES TÉRMICAS DO CONCRETO O conhecimento das propriedades térmicas de um concreto é fundamental para controlar as variações de volume dentro de certos limites e disciplinar a dissipação do calor gerado por esse concreto, durante a hidratação. Tais propriedades, bem como as resistências do concreto, podem variar consideravelmente devido às variações dos materiais, proporcionamento e produção (ANDRIOLO, 1984). As propriedades térmicas são necessárias nos estudos termomecânicos dos concretos Calor de hidratação O calor de hidratação do cimento é a quantidade de calor liberado pela unidade de massa de cimento durante sua reação com a água de amassamento (NBR 12006, 1990). É expresso em Joule por grama de cimento. Os valores de calor de hidratação são utilizados em cálculos paramétricos de temperatura do concreto quando não é possível determinar a sua elevação adiabática da temperatura. Tais valores podem ser encontrados através do ensaio pelo método da garrafa de Langavant (calorímetro semi-adiabático), prescrito pela NBR (1990), utilizando-se argamassa de cimento.

75 Elevação adiabática da temperatura do concreto A elevação adiabática da temperatura do concreto é a medida da elevação da temperatura do concreto proveniente do calor gerado na hidratação do cimento, em condições adiabáticas (NBR 12819, 1993). A condição adiabática é aquela na qual um sistema está termodinamicamente equilibrado, ou seja, o sistema se transforma sem que haja troca ou ganho de calor para o meio externo. Essa propriedade é apresentada em uma curva da evolução da temperatura pela idade, desde as primeiras horas após a mistura, até aproximadamente a idade onde a temperatura é estabilizada Calor específico O calor específico é definido como a quantidade de calor requerida para elevar de 1ºC a temperatura de uma massa unitária de material, expresso em J/g.ºC (NBR 12817, 1993). Em outras palavras, é uma propriedade que influencia a capacidade de armazenamento de calor de um material Difusividade térmica A difusividade térmica é um índice que permite avaliar a capacidade de um material difundir ou dispersar calor em todas as direções de um maciço e indica a facilidade com que este material é capaz de sofrer variações de temperatura (LIDUÁRIO, 2006). Através da difusividade se obtém o tempo desenvolvido para a dissipação do calor. Segundo a NBR (1993) a difusividade é expressa em m 2 /s Coeficiente de dilatação térmica O coeficiente de dilatação térmica é definido como a relação entre a variação de uma dimensão linear, por unidade de comprimento, causada por uma variação de temperatura, expresso em termos de deformação específica por C (LIDUÁRIO, 2006). Os dois principais constituintes do concreto, a pasta de cimento hidratado e os agregados, têm coeficientes de dilatação diferentes, sendo assim, o coeficiente do concreto é a resultante dos dois valores (NEVILLE, 1997). A determinação do coeficiente de dilatação térmica é feita através da NBR

76 (1993) ESTUDO TERMOMECÂNICO Os estudos térmicos são utilizados para as análises das temperaturas e das deformações e/ou tensões decorrentes do efeito térmico no concreto, principalmente da contração térmica durante seu período de resfriamento, resultante da dissipação do calor gerado pela hidratação do cimento (LIDUÁRIO, 2006). Através dos estudos térmicos são definidas as medidas de controle da fissuração, que influenciarão diretamente nos custos e cronograma de construção da obra. Os estudos térmicos do concreto compreendem dois tipos de cálculos: os cálculos das evoluções de temperaturas do concreto (campo de temperaturas) e análises das tensões e/ou deformações térmicas resultantes na estrutura (campo de tensões) Cálculos no campo de temperaturas Os cálculos das temperaturas do concreto são realizados a partir da simulação da execução, camada por camada, do início do lançamento do concreto até a estabilização das temperaturas em cada ponto da estrutura. Para a realização dos cálculos, são atribuídas diferentes hipóteses, as quais podem conter as condições de lançamento (alturas de camadas de concretagem, intervalos de lançamento e temperaturas do concreto fresco), as condições ambientes, entre outros (EQUIPE DE FURNAS, 1997). Para a realização dos cálculos das temperaturas do concreto se faz necessário o conhecimento dos mecanismos de transmissão de calor no concreto, os quais fundamentam os modelos desse tipo de cálculo. Sabe-se que a transferência de calor ocorre em uma estrutura em função da transmissão de energia de uma região para outra, a qual é resultante das diferentes temperaturas nessas regiões (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). O calor presente no interior de uma estrutura e nas suas circunvizinhanças segue os três mecanismos básicos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. A transmissão de calor por convecção ocorre quando um fluido fica em contato com uma superfície sólida a uma temperatura distinta, resultando na troca de energia térmica entre esses materiais. Esse processo é uma experiência comum, mas uma descrição detalhada é complicada. A quantidade de calor transmitida por unidade de tempo para a convecção pode

77 75 ser representada na forma da lei de Newton de resfriamento, sendo função da área e da temperatura da superfície em contato com o fluido e do coeficiente de convecção. Na radiação a temperatura é transmitida de um corpo de maior temperatura para outro de temperatura mais baixa através do espaço, mesmo que exista vácuo entre eles. Esse processo de transferência de calor não é considerado para efeito de análise térmica em concreto massa, pois os valores atribuídos ao processo são desprezíveis. Já na condução o calor se propaga, dentro de um corpo sólido, de regiões de temperatura mais elevada para regiões de temperatura mais baixa, mesmo que o meio seja anisotrópico, desde que estejam em contato direto, sendo o processo de transmissão de energia pouco ou mal conhecido (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). O fato é que o estudo dessa forma de transmissão de calor tem sua importância no conhecimento do seu fluxo no interior da massa de concreto e pode ser expresso matematicamente. A constante que associa essas propriedades ao calor por condução é chamada de coeficiente de condutividade térmica. Em resumo, o problema da condução térmica de calor no concreto consiste na resolução numérica da equação de propagação de calor em um meio sólido deduzida da Lei de Fourrier para propagação de calor, e do princípio da conservação de energia. A equação constitutiva do fenômeno é apresentada na expressão 4.1, h 2 2 T + Tα/ t = T/ t (4.1) onde: T = temperatura do elemento de volume considerado; t = variável tempo; Tα = elevação adiabática de temperatura no elemento de volume do concreto em questão; h 2 = difusividade térmica; h 2 = k /ρ.c k = condutividade térmica; e ρ = massa específica. Para o cálculo da temperatura no interior do concreto, através da resolução da equação diferencial acima, podem ser utilizados alguns métodos de cálculos, dentre os quais destaca-se o método dos elementos finitos (MEF), em função de sua maior precisão. Neste

78 76 método os cálculos são realizados por meio de programas de computador, em razão das grandes quantidade e repetições para diversos intervalos de tempo, e para diferentes condições de lançamento do concreto (LIDUÁRIO, 2006). Para se utilizar o MEF a estrutura deve ser colocada na forma de uma ou mais malhas de elementos finitos, dependendo das alturas de camadas de concretagem a serem estudadas. As malhas devem representar a geometria da estrutura, bem como permitir a diferenciação dos materiais envolvidos nas trocas de calor (rocha de fundação e as dosagens empregadas em cada local da estrutura) (LIDUÁRIO, 2006). O fluxo de calor pode ser considerado unidirecional, bidirecional ou tridimensional (EQUIPE DE FURNAS, 1997). Na opção tridimensional o fluxo de calor pode ocorrer em um bloco onde suas dimensões (largura, altura e comprimento) têm a mesma ordem de grandeza. Entretanto, é conveniente, mesmo para estruturas de grandes dimensões, a utilização de fluxo bidirecional, uma vez que esta alternativa permite simular com fidelidade as trocas de calor através da estrutura. Para o cálculo da temperatura é necessário conhecer as seguintes propriedades térmicas do concreto: elevação adiabática, calor específico, difusividade térmica e coeficiente de dilatação, além do conhecimento do calor de hidratação do cimento. Tais propriedades devem ser estudadas em laboratório, para se obter resultados mais próximos dos valores de campo. O ensaio do calor de hidratação do cimento e o da elevação adiabática da temperatura do concreto são ensaios de liberação de calor, sendo realizados com o concreto no estado fresco. Já os ensaios de calor específico, difusividade térmica e coeficiente de dilatação térmica são realizados com o concreto no estado endurecido (LIDUÁRIO, 2006) Cálculos no campo de tensões Se uma estrutura de concreto sujeita a uma variação de temperatura tivesse a liberdade de se deformar, o concreto não seria submetido a nenhum esforço interno, sofrendo apenas variações nas suas dimensões, proporcionais ao gradiente térmico aplicado (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). Entretanto, existem restrições externas e/ou internas às deformações do concreto, provenientes da ligação das estruturas com suas fundações ou com outras estruturas, da ligação do concreto com as armaduras (no caso do concreto armado) e pela sua própria coesão interna. Estas restrições podem provocar o surgimento de esforços, os quais podem levar o

79 77 concreto à fissuração, caso este não tenha capacidade de resistir aos esforços. Dessa forma, o conhecimento das evoluções das temperaturas do concreto não é suficiente para se avaliar a segurança da estrutura quanto à fissuração térmica, sendo necessária a realização de análises de tensões e/ou deformações atuantes na estrutura (LIDUÁRIO, 2006). Para essas análises, exige-se o conhecimento de algumas propriedades do concreto, tais como o coeficiente de dilatação térmica, o módulo de elasticidade, fluência, resistência à tração, capacidade de deformação e coeficiente de Poisson. As análises de tensões e/ou deformações são realizadas a partir dos resultados dos cálculos de temperatura efetuados para cada condição de lançamento estudada. Em cada hipótese, determinam-se as tensões e/ou deformações resultantes dos gradientes térmicos que atuarão na estrutura, as quais o concreto terá de resistir com um fator de segurança mínimo estabelecido. Para a análise do comportamento térmico do concreto existem dois métodos: um através da análise de tensões e outro por meio de análise das deformações (LIDUÁRIO, 2006). Em relação ao método de análise de tensões existem diferentes processos de cálculo, os quais consideram o comportamento visco-elástico do concreto, dentre os quais pode-se citar: Método dos elementos finitos; Método simplificado, para estruturas confinadas; e Método baseado na transformação do comportamento visco-elástico linear com envelhecimento do concreto na superposição de problemas elásticos associados. As análises de deformações são realizadas, basicamente, a partir da comparação das deformações calculadas para a estrutura com a capacidade de deformação do concreto (LIDUÁRIO, 2006) ELEVAÇÃO DA TEMPERATURA O estudo termo-mecânico em estruturas de concreto comum é pouco relatado na literatura técnica sendo escassos os trabalhos científicos, e para o caso do CAD não é diferente (VERONEZ, 2006). Segundo Aïtcin (2000), elevação de temperatura em um CAD, devido à hidratação, ocorre após cerca de 12 a 18 horas depois da moldagem dos elementos estruturais fabricados com esse concreto. Esse retardamento na elevação da temperatura ocorre devido à

80 78 alta dosagem de superplastificante utilizada na fabricação do CAD, o que retarda a hidratação do C 3 S. Isso não significa que durante esse tempo nenhuma hidratação se desenvolve, mas sim, que ela se processa muito lentamente, sendo esse período crucial para a microestrutura do concreto. Ao final desse período de baixa atividade química, quando a hidratação começa, ela se desenvolve uniforme e muito rapidamente, de tal modo que a temperatura do concreto aumenta muito rapidamente a uma velocidade quase igual por toda a massa do concreto (AÏTCIN, 2000). A temperatura máxima é então atingida dentro do período de 4 a 8 horas após o início da elevação da temperatura, dependendo da geometria do elemento estrutural e das condições ambientais, e daí em diante a hidratação segue num ritmo mais lento podendo levar de 2 a 5 dias para que o concreto retorne à temperatura ambiente. Nesse período ocorre um grande ganho de resistência à compressão do concreto. Quando o CAD retorna à temperatura ambiente, a hidratação prossegue por difusão das pouquíssimas moléculas de água que sobram dentro da sua microestrutura muito densa, e sua resistência à compressão não aumenta muito com o tempo. Segundo Aïtcin (2000) a temperatura máxima atingida dentro de um CAD não depende da quantidade de cimento usado no concreto, mas sim, da quantidade de cimento que é realmente hidratada, quando as perdas de calor tornam-se iguais ao calor gerado pelo cimento que se hidrata. Depende ainda do tipo de cimento, da quantidade de água de mistura, do efeito dos aditivos, da temperatura inicial do concreto, da temperatura ambiente, do tamanho e da forma do elemento estrutural e da natureza das fôrmas TECNOLOGIA DE PREVENÇÃO DE PROBLEMAS TÉRMICOS O controle da temperatura no lançamento é uma das melhores maneiras de se evitar fissuras térmicas no concreto. Segundo Graça, Bittencourt e Santos (2005), existem algumas medidas preventivas para combater a retração térmica e sua conseqüente fissuração, tais como: realização de concretagens no período noturno; realização do estudo das camadas de concretagem; pré-resfriamento do concreto; redução da quantidade de cimento na dosagem do concreto;

81 79 utilização de adições minerais pozolânicas em substituição de parte do cimento da mistura; e utilização de aditivos superplastificantes redutores de água na dosagem do concreto. Tais medidas preventivas, as quais são as mais usadas em obras de concreto estrutural, possuindo um efeito muito mais duradouro e de menor custo que as medidas corretivas, serão melhor discutidas nos tópicos a seguir Concretagem no período noturno Uma das maneiras de se minimizar a elevação da temperatura no interior do concreto é através do lançamento do concreto no período noturno, onde não só a temperatura ambiente, mas também a temperatura dos materiais, é mais baixa. Segundo Graça, Bittencourt e Santos (2005), para o caso de concretagens noturnas, de acordo com o gráfico da Figura 4.1, observa-se que, embora os gradientes de elevação da temperatura e a temperatura de estabilização sejam os mesmos, o gradiente de resfriamento da temperatura de concretagem noturna (em azul) é inferior ao da diurna (em vermelho), e um, menor gradiente significa menor probabilidade de fissuras devido à retração térmica. Figura 4.1 Modelo de evolução das temperaturas em concretagens noturnas (em azul) e diurnas (em vermelho). Fonte: GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005.

82 Refrigeração do concreto Segundo Cánovas (1988) a refrigeração do concreto é um procedimento muito importante quando se trata de concretagem de grandes maciços. Existem dois processos empregados na refrigeração do concreto: o pré-resfriamento e o pós-resfriamento. Segundo Alves (1978) o pré-resfriamento é o mais usual e atende melhor às modernas tecnologias de lançamento. O pré-resfriamento do concreto pode ser feito com a utilização de gelo em escamas em substituição parcial à água de mistura, de ar frio, água gelada ou nitrogênio líquido, e até mesmo a refrigeração dos agregados para se reduzir a temperatura de lançamento (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). Nesse caso, a abordagem mais comum é a substituição de parte da água de mistura por massa igual de gelo moído (AÏTCIN, 2000). É mais fácil controlar a temperatura da água que a dos outros materiais que constituem o concreto (CÁNOVAS, 1988). Segundo o mesmo autor, o gelo é o componente que maior eficácia apresenta no resfriamento do concreto, e sua utilização é mais vantajosa que a água fria, em função da intervenção do gelo no calor latente de fusão (80 cal/g). Tal afirmativa é ilustrada na Figura 4.2. Figura 4.2 Influência da temperatura dos componentes na temperatura do concreto. Fonte: CÁNOVAS, 1988.

83 81 Já o pós-resfriamento do concreto é feito através da utilização de uma rede de tubos instalados no seu interior, nos quais se faz a circulação de água após o início do lançamento do concreto, até que a temperatura no bloco atinja o seu máximo (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). A partir daí, a circulação é paralisada de modo que o resfriamento se dê da forma mais lenta possível. A grande vantagem desse processo é que ele pode atuar justamente no período crítico de geração de calor no maciço (ALVES, 1978) Estudo das camadas de concretagem Uma outra medida para se evitar a retração térmica e o surgimento de fissuras térmicas dos elementos estruturais de grandes dimensões consiste no estudo das alturas das camadas de concretagem máximas possíveis de serem lançadas, principalmente aquelas próximas à fundação, onde é maior a restrição, assim como os intervalos de lançamento (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). A altura das camadas e o intervalo de tempo de lançamento entre elas podem levar a um maior incremento de calor nas estruturas, em face das dificuldades de sua dissipação. Assim, a subdivisão da estrutura em camadas de menor espessura, concretadas com intervalos de tempo maiores entre si, facilita a troca de calor do concreto para o meio (ALVES, 1978), reduzindo o seu gradiente térmico e evitando o surgimento de fissuras de origem térmica na estrutura Redução da quantidade de cimento Sabe-se que o cimento, em função das reações exotérmicas ocorridas durante a sua hidratação, é o maior responsável pela geração de calor de um concreto. Portanto, uma das maneiras de se controlar as temperaturas de um concreto é a redução do seu consumo de cimento, principalmente para concretos de alto desempenho, cujas dosagens envolvem grandes quantidades desse material. Através de ensaios de elevação adiabática é possível a visualização da influência do consumo de cimento no aumento da temperatura de um concreto. Estudos realizados pela Equipe de Furnas (1997) com concretos de diferentes consumos de cimento mostraram que, quanto maior o consumo de cimento, maior a elevação adiabática do concreto, conforme visto na Figura 4.3.

84 82 Figura 4.3 Curvas de elevação adiabática de concreto para diferentes consumos de cimento. Fonte: EQUIPE DE FURNAS, Uma forma de se reduzir o consumo de cimento de um concreto é através da substituição de parte do cimento por uma adição mineral, conforme será visto no tópico a seguir. O uso de aditivos redutores de água também podem ser usados para reduzir o consumo de cimento (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005), assunto que também será discutido nesse capítulo. Segundo Graça, Bittencourt e Santos (2005), a redução do consumo de cimento também pode ocorrer em função da adoção de idades de controle mais avançadas, como 90 e 180 dias, ou até mesmo um ano, compatíveis com as idades de carregamento das estruturas. Também é possível a redução do calor do concreto por meio da utilização de um cimento com baixo calor de hidratação, com menores quantidades de C 3 S e C 3 A, que são as duas fases mais reativas do cimento Portland, responsáveis pelo desenvolvimento do calor inicial (AÏTCIN, 2000). Esse tipo de cimento costuma ainda ter granulometria graúda para reduzir a reatividade, desenvolvendo inicialmente calor a uma velocidade mais baixa Uso de adições minerais Adições pozolânicas tais como a sílica ativa, metacaulim e cinza volante, entre outras, têm sido apontadas como uma opção para a redução da temperatura do concreto, quando usadas em substituição de parte do cimento da mistura. Isso se deve ao fato de que, em função do ganho de resistência do concreto pela ação pozolânica dessas adições, é possível a redução do consumo de cimento equivalente, podendo diminuir o calor gerado no

85 83 concreto (LIDUÁRIO et al, 2005). Segundo Graça, Bittencourt e Santos (2005) o uso de sílica ativa é uma das alternativas mais viáveis para redução do calor de hidratação em peças estruturais, tendo como ganho adicional a redução da permeabilidade do concreto e, conseqüentemente, sua maior durabilidade. A adição de sílica ativa ao concreto acelera a sua hidratação nas primeiras horas mas, posteriormente, em pouco mais de três dias, promove uma diminuição desse calor. Tal comportamento foi verificado por Liduário (2006) ao realizar estudo com argamassas de cimento com adição de sílica ativa nos teores de 4, 8 e 12% em substituição ao volume de cimento. Nesse mesmo estudo constatou-se que a substituição de sílica no teor de 12% foi a que promoveu a maior redução do calor de hidratação. Adições minerais muito reativas, como é o caso da sílica ativa e do metacaulim, promovem sensíveis aumentos de calor em concretos com o mesmo consumo de cimento equivalente (cimento + adição, em volume) (LIDUÁRIO, 2006). Por outro lado, quando não é fixado o consumo de cimento equivalente e sim, um mesmo nível de resistência, tais adições proporcionam uma redução no consumo equivalente de cimento por propiciarem resistências mais elevadas ao concreto, com a conseqüente redução da elevação adiabática do concreto. A equipe de Furnas (1997) através de cálculos da elevação adiabática por meio do coeficiente de elevação adiabática, calculado pela divisão de cada elevação adiabática ao longo do tempo pelo consumo de cimento (ºC/(kg/m 3 )), demonstrou que com a redução de 20% no consumo de cimento e com a adição de sílica ativa, num estudo para Usina de Serra da Mesa, obteve-se uma redução da elevação adiabática de aproximadamente 5 C ao longo de 28 dias, o que pode ser visualizado pela Figura 4.4. Figura 4.4 Curvas de elevação adiabática de concretos sem e com sílica ativa. Fonte: LIDUÁRIO, 2006.

86 84 Pelo ensaio da elevação adiabática, que mede puramente o calor gerado pela hidratação, sem haver troca de calor, pode ser confirmada a influência das adições minerais na hidratação do cimento nas primeiras horas. Num realizado por Veronez (2006), onde se estudou a influência da sílica ativa e do metacaulim no comportamento termomecânico de concretos de alto desempenho de fc MPa, chegou-se a um resultado onde o concreto com sílica ativa obteve melhor desempenho. Nesse caso os dois CADs foram confeccionados com os mesmos parâmetros de dosagem, e com mesmo teor de substituição do cimento pela adição (10% do volume de cimento). Nesse estudo, o CAD com metacaulim apresentou maior elevação de temperatura inicial que o CAD com sílica ativa, permanecendo uma diferença de 7 C entre esses concretos dos 7 aos 28 dias, conforme visto na Figura 4.5. a) b) Figura 4.5 Elevação adiabática de temperatura dos CADs produzidos com sílica ativa e metacaulim, ambos com aditivo base policarboxilato: a) nas primeiras 24 horas, e b) nos primeiros 28 dias. Fonte: VERONEZ, Num outro estudo realizado por Liduário et al (2005), onde foram produzidos concretos com os mesmos parâmetros de dosagem, diferentes nas adições minerais, chegou-se a resultados similares aos do estudo anterior. Nos ensaios com os concretos, dosados com o mesmo teor de substituição do cimento (8% do volume de cimento), um por sílica ativa e outro com metacaulim, o concreto com sílica ativa apresentou maior redução de temperatura em relação ao concreto com metacaulim. No ensaio com argamassas, o calor de hidratação do metacaulim foi 10,5% maior que o da sílica ativa, na idade de 7 dias. Um dos possíveis motivos para esse fato é a maior quantidade de alumina (Al 2 O 3 ) presente no metacaulim, quando comparado à sílica ativa, o que pode contribuir para uma

87 85 maior liberação de calor. Segundo Malhotra e Mehta (1996), misturas de cimento contendo pouca quantidade de adições minerais de alta reatividade pozolânica, em trono de 5 a 10% (em massa de cimento), promovem pouca redução do calor Uso de aditivos superplastificantes Segundo De Larrard (1999), uma das finalidades dos aditivos superplastificantes é a redução da quantidade de cimento do concreto, mantendo a consistência e a resistência à compressão, com o objetivo de reduzir custos e ainda reduzir a retração, fluência e tensões térmicas. Rixom e Mailvaganam (1999) mostram, através da Figura 4.6, como misturas correspondentes, com baixa relação água cimento e contendo diferentes quantidades de cimento, podem alcançar mesma resistência e consistência através do uso de aditivos redutores de água. Figura 4.6 Misturas equivalentes com superplastificantes. Fonte: RIXON e MAILVAGANAM, Segundo Rixom (1998), engenheiros de obra criaram o método dos três pontos para avaliação dos aditivos superplastificantes visando a redução dos custos de produção. O método consiste na produção de três misturas de concreto com quantidades diferentes de cimento, com e sem aditivo superplastificante, para uma consistência inicial de referência, as

88 86 quais geram um gráfico de resistência à compressão versus consumo de cimento, conforme o gráfico da Figura 4.7. Figura 4.7 Curva dos três pontos para dosagem de aditivo superplastificante. Fonte: RIXON, O gráfico da Figura 4.6 mostra que, para um concreto com resistência à compressão aos 28 dias de 35 MPa, pode-se reduzir o consumo de cimento de 280 para 267 kg/m 3 através da utilização de aditivo superplastificante, mantendo-se o mesmo comportamento reológico. De modo diferente das adições minerais, que agem ativamente no processo de hidratação do cimento, uma vez que também apresentam reações exotérmicas, os aditivos agem passivamente nesse processo, interferindo nas velocidades de reação dos produtos intermediários da reação do cimento e das adições minerais (VERONEZ, 2006). Os aditivos superplastificantes base lignosulfonatos, por exemplo, tendem a retardar a hidratação do cimento, conforme apresentado por Rixon e Mailvaganam (1999) na Figura 4.8.

89 87 Figura 4.8 Hidratação do cimento com aditivo lignossulfonato. Fonte: RIXON e MAILVAGANAM, Num estudo realizado por Veronez et al (2005), foram produzidos dois lotes de concretos de alto desempenho, de mesmo traço, diferindo apenas no tipo e quantidade de aditivo superplastificante, sendo um com aditivo base nafatleno, e o outro com aditivo base policarboxilato. Nesse estudo, o aditivo base carboxilato propiciou maior redução da temperatura do concreto nas primeiras 15 horas, conforme visto na Figura 4.9, porém, após os 6 primeiros dias, os dois concretos tiveram praticamente o mesmo comportamento. a) b) Figura 4.9 Elevação adiabática de temperatura dos CADs produzidos com sílica ativa, aditivos base naftaleno (2ªa geração) e policarboxilato (3ª geração): a) nas primeiras 24 horas, e b) nos primeiros 28 dias. Fonte: VERONEZ et al, 2005.

90 88 CAPÍTULO 5 CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA 5.1. INTRODUÇÃO O Centro Cultural Oscar Niemeyer constitui um importante conjunto arquitetônico voltado para as artes e para a cultura, situado no entroncamento da GO-020 com a BR-153, em Goiânia, ocupando uma área de m 2. Essa suntuosa obra em concreto foi construída por iniciativa do Governo do Estado de Goiás (BRANDÃO, 2006). O projeto arquitetônico da obra levou a assinatura do arquiteto Oscar Niemeyer, e sua pedra fundamental foi lançada em 23 de outubro de Suas obras, por sua vez, começaram em março de 2005 (AGEPEL, 2006), sendo que as estruturas em concreto foram construídas num prazo apertado de 1 ano. Para cumprir o prazo estipulado, a execução das estruturas dos seus quatro prédios principais ocorreu simultaneamente. Tal obra foi construída pela Warre Engenharia Ltda, e teve o desenvolvimento tecnológico do concreto realizado pelo professor André Geyer da Universidade Federal de Goiás (UFG). O seu projeto estrutural foi desenvolvido pela Projest, e a consultoria em estruturas foi feita pelo professor Edgar Bacarji, da UFG. Do ponto de vista técnico a construção do Centro Cultural trouxe significativos avanços para o campo da Engenharia Civil no Estado de Goiás. A utilização do concreto de alto desempenho (CAD) na cidade de Goiânia é, de certa forma, recente, e tanto as construtoras quanto as centrais de produção de concreto ainda precisam se adequar às novas tecnologias existentes para a produção desse tipo de concreto. O fato da obra ter sido construída por uma construtora goiana, vencedora do processo de licitação, implicou na busca das tecnologias existentes no mercado, capacitando profissionais locais para lidar com as mesmas. A obra constituiu na verdade um grande laboratório de estudo do CAD, onde puderam ser aplicadas pesquisas que já vinham sendo realizadas no meio acadêmico goiano. Assim, nos itens a seguir, serão descritos os prédios principais que compõem o Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia, ressaltando-se seus aspectos arquitetônicos, funcionais e, principalmente, estruturais DESCRIÇÃO DOS PRÉDIOS PRINCIPAIS Conforme visto nas Figuras 5.1 e 5.2, o Centro Cultural é composto por quatro

91 89 edificações principais, além da Esplanada Cultural, sendo elas: Monumento aos Direitos Humanos; Palácio da Música, Dança e Teatro; Museu de Arte Contemporânea; e Administração e Biblioteca. Figura 5.1 Implantação do Centro Cultural Oscar Niemeyer.

92 90 Figura 5.2 Vista aérea do Centro Cultural Oscar Niemeyer. A obra constitui uma composição espacial de prédios com diferentes formas e ocupações. Uma cambota, um prisma triangular, um cilindro suspenso e um prisma retangular, são ocupados, respectivamente, por um teatro, um memorial, um museu e uma biblioteca. O Centro Cultural condensa grande parte dos recursos arquitetônicos que sempre foram utilizados por Oscar Niemeyer: o espelho d água, as rampas de acesso aos prédios, as fachadas em pele vidro, e os ambientes subterrâneos. Tal como em Brasília, nos seus primeiros anos de existência, a composição funciona à vista do visitante: a planície verde junto ao horizonte dá ênfase aos volumes puros de formas geométricas. E não fugindo a regra, a arquitetura de seus prédios também se confunde com a própria estrutura. Do ponto de vista estrutural a obra também segue a tendência das demais obras do arquiteto. Totalmente construída em concreto, possui peculiaridades tais como: estruturas esbeltas e com formas curvas, estrutura em casca fina, grandes vãos e balanços, volumes apoiados em um único pilar e estrutura suspensa pela cobertura. No que diz respeito ao uso do material concreto, a obra representa o seu último estágio de desenvolvimento, ou seja, a união do concreto de alto desempenho aos modernos sistemas de protensão. Constitui ainda uma obra inovadora em relação ao uso de novas tecnologias do concreto aplicadas ao CAD, seja pelo seu estudo termomecânico, pelo uso da sílica ativa e do aditivo superplastificante no controle de sua temperatura, ou pelo uso do aditivo anti-evaporante para a realização de cura. A descrição do Centro Cultural que foi feita pelo próprio Niemeyer, chamada de

93 91 explicação necessária, (AGEPEL,2006), foi a seguinte: O que mais nos agrada neste projeto, pelo aspecto inovador que apresenta, é a Esplanada Cultural, sendo uma grande placa de concreto que abriga todos os edifícios. Sendo ela distribuída em três edifícios mais o Monumento ao Direitos Humanos. O grande bloco onde serão localizados a biblioteca, cinema, restaurantes e galeria de artes, os outros dois blocos destinam-se ao Museu e Palácio da Música. O primeiro, um extenso prédio de três pavimentos sobre pilotis. O segundo servido de rampas, com um grande salão de exposição, um largo Mezanino a circundá-lo, destinado a exposições de gravuras e desenhos. E o terceiro, o Palácio da Música, com serviços de restaurantes com capacidade para 1500 lugares. E, completando o conjunto, o Monumento aos Direitos Humanos: Um grande triângulo vermelho que confere ao projeto a importância desejada Monumento aos Direitos Humanos Descrição arquitetônica O prédio do Monumento aos Direitos Humanos, como pode ser visto na Figura 5.3, é constituído por uma pirâmide de corte triangular, oca, com 36 metros de altura e 900 metros quadrados de área, sendo um dos pontos centrais do projeto. É o único elemento vermelho do conjunto arquitetônico. A forma arquitetônica do Monumento é única entre as obras projetadas por Niemeyer. Figura 5.3 Vista do Monumento aos Direitos Humanos.

94 Descrição funcional O Monumento, além da pirâmide, que constitui a entrada e cobertura do prédio, é constituído por subsolo (Figura 5.4), com um auditório para 170 lugares, jardim de inverno e salão de convivência, além das áreas administrativas. Figura 5.4 Vista do foyer no subsolo do Monumento, cujo acesso se dá por meio de uma escada em caracol Descrição estrutural A estrutura do prédio do Monumento, assim como as dos outros três prédios, foi feita com CAD de f ck 40 MPa, o qual será detalhadamente estudado no capítulo 6 dessa dissertação. No entanto, o CAD utilizado nesse prédio, até o princípio da construção da pirâmide, não sofreu nenhum tipo de controle térmico, seja pelo uso da sílica ativa ou do resfriamento com gelo picado, controle esse que foi realizado para os demais prédios. A justificativa para esse fato é que, tanto as paredes da pirâmide (espessura de 20 cm) como os demais elementos desse prédio constituem estruturas esbeltas, não havendo portanto a necessidade de um estudo térmico do CAD que seria utilizado nas mesmas. Também ao contrário dos outros três prédios, a estrutura do Monumento não recebeu nenhum tipo de protensão, apresentando uma solução estrutural mais simples que a dos demais prédios. Em relação à fundação, esta foi executada com sapatas isoladas.

95 Palácio da Música, Dança e Teatro Descrição arquitetônica O Palácio da Música é um prédio constituído por uma cúpula de concreto (Figura 5.5), possuindo área de quase sete mil metros quadrados. A cúpula é circundada por um espelho d água (Figura 5.6), o qual é um recurso muito utilizado por Niemeyer em seus projetos, causando a impressão da estrutura estar flutuando sobre a água. Figura 5.5 Vista do Palácio da Música. Figura 5.6 Vista do espelho d água na entrada lateral do Palácio da Música. Nesse prédio Niemeyer resgatou o estilo arquitetônico usado em alguns de seus projetos anteriores, ou seja, a forma de casca esférica. Tal estilo foi usado pelo arquiteto no Congresso Nacional, na Oca do Ibirapuera, na sede do Partido Comunista Francês e no Museu Nacional Honestino Guimarães Descrição funcional O Palácio da Música abriga um teatro com mais de mil lugares, com fosso de orquestra, camarotes para 284 pessoas, platéia com mesas para 900 lugares e bar.

96 94 Figura 5.7 Vista interna do Palácio da Música Descrição estrutural A cúpula do Palácio da Música constitui uma casca fina de concreto, de forma esférica. A execução dessa estrutura em casca foi um dos pontos mais interessantes da obra do ponto de vista construtivo, e será descrita no próximo capítulo. No que diz respeito às estruturas em casca projetadas por Niemeyer ao longo de sua carreira, a cúpula do Palácio da Música representa o atual estágio evolutivo do concreto: enquanto nas primeiras estruturas desse gênero projetadas pelo arquiteto, tais como a Igreja São Francisco de Assis e o Congresso Nacional, utilizou-se o concreto armado convencional, aqui se utilizou concreto de alto desempenho, de f ck 40 MPa, aliado ao uso da protensão. Tanto na cúpula quanto no espelho d água utilizou-se o sistema de protensão com cordoalhas aderentes. Já a sua fundação foi constituída por sapatas isoladas, e por uma grande sapata corrida (ver Figuras 5.8 e 5.9), de seção de 4 m de largura por 1 m de altura, formando uma espécie de meia circunferência com comprimento de aproximadamente 192 m. Há que se ressaltar que o prédio do Palácio da Música caracterizou-se também pelas grandes dimensões de seus elementos estruturais, como é o caso dessa sapata corrida.

97 95 Figura 5.8 Planta baixa da sapata corrida do Palácio da Música. Figura 5.9 Corte AA na sapata corrida do Palácio da Música. O outro elemento estrutural de grandes dimensões nesse prédio foi uma parede inclinada que nasce na sapata anteriormente descrita, conforme Figura 5.10, cuja espessura varia de 1,4 a 0,6 m.

98 96 Figura 5.10 Vista da parede inclinada do Palácio da Música, com espessura de 1,4 m na base. Em função das grandes dimensões dos elementos estruturais do Palácio da Música como um todo, mas principalmente da sapata e da parede inclinada, os quais consumiriam grandes volumes de concreto, o CAD de 40 MPa utilizado na construção desse prédio deu início ao estudo termomecânico do CAD utilizado na obra, o qual será descrito no próximo capítulo dessa dissertação Museu de Arte Contemporânea Descrição arquitetônica O prédio do Museu (Figura 5.11) é uma construção cilíndrica apoiada sobre um pilar central, mais subsolo, constituindo mais de quatro mil metros quadrados de área. A forma cilíndrica utilizada nesse prédio também fora utilizada por Niemeyer em outros projetos, como o da Galeria de Arte do Memorial da América Latina e o da Procuradoria Geral da República

99 97 Figura 5.11 Vista do Museu. Possui rampas de acesso, que são também marca registrada de Oscar Niemeyer. Internamente, possui uma rampa sinuosa que vai do primeiro pavimento ao mezanino. Figura 5.12 Vista da rampa interna do Museu.

100 Descrição funcional O volume cilíndrico do Museu possui um pavimento e um mezanino. O primeiro piso corresponde ao espaço de exposição de arte permanente, contendo ainda uma cafeteria. Já o mezanino corresponde ao espaço destinado a mostras temporárias. O subsolo possui espaço para galeria de arte e salas administrativas Descrição estrutural Do ponto de vista construtivo, o grande desafio dos engenheiros da obra foi apoiar o volume cilíndrico do prédio sobre um único pilar central (Figura 5.13), obtendo-se balanços de até 17,7 metros, seguindo a idealização de Niemeyer. Tal feitio só foi possível graças à união do concreto de alto desempenho, de f ck 50 MPa e módulo de elasticidade de 31 GPa, com a protensão, na confecção da laje do primeiro pavimento do prédio, a qual consumiu cerca de 1000 m 3 de concreto. Esse assunto, o qual constitui um dos aspectos estruturais mais importantes da obra, será discutido no próximo capítulo dessa dissertação. Figura 5.13 Detalhe do pilar de sustentação do prédio do Museu. Esse tipo de estrutura, apoiada em um único pilar central, também fora utilizado por Niemeyer nos projetos do MAC Niterói e no NovoMuseu de Curitiba. A cobertura do Museu, com vãos de cerca de 35 m, também necessitou uma

101 99 solução estrutural ousada, combinando protensão com laje nervurada, cujas fôrmas cambotadas precisaram ser fabricadas na própria obra, em função de suas bitolas. Esse assunto também será melhor detalhado no próximo capítulo dessa dissertação. Outro aspecto estrutural importante do Museu é a laje do Mezanino. Essa laje, que circunda o interior do prédio, é suspensa por tirantes presos à cobertura (tal qual a laje do mezanino do MAC Niterói), e possui uma sinuosa rampa de acesso. Aliás, estruturas suspensas pela cobertura constituem artifício usado por Niemeyer em outras de suas obras, tais como os edifícios da sede da Editora Mondadori, em Milão, e da Fata Engenharia, na Itália, e o prédio da Procuradoria Geral da República, em Brasília. Figura 5.14 Planta da laje do mezanino do prédio do Museu. A fundação do prédio do Museu também teve um dos aspectos mais relevantes dessa obra, que trata-se do bloco de fundação, apoiado sobre tubulões. Tal bloco possui forma prismática, cuja base é constituída por um octaedro de aresta de 6,35 metros e altura de 1,6 metros, e consumiu aproximadamente 531 metros cúbicos de concreto. O bloco fez parte do estudo termomecânico do CAD, que será discutido no próximo capítulo dessa dissertação.

102 100 Figura 5.15 Planta baixa do bloco de fundação do Museu, com a locação do seu pilar central Administração e Biblioteca Descrição arquitetônica O prédio da Administração constitui um volume prismático de base retangular, com fachada em pele de vidro, formado por subsolo, térreo, três pavimentos e terraço. Possui uma área de quase dez mil metros quadrados.

103 101 Figura 5.16 Vista do prédio da Administração. A fachada em vidro é também um recurso muito utilizado por Oscar Niemeyer em outros projetos, tais como o Palácio do Itamaraty, o Palácio do Planalto, o Palácio da Alvorada, todos em Brasília, e a sede da Editora Mondadori, na Itália. A transparência do vidro da fachada promove uma maior integração entre o interior da edificação e o ambiente externo Descrição funcional O prédio prismático conta com uma biblioteca, duas salas de cinema para 253 lugares cada, duas cafeterias, dois bares, um restaurante, galeria com 8 lojas comerciais, galeria para exposições e eventos, biblioteca, espaço para leitura, auditório para 135 lugares e terraço descoberto para convivência Descrição estrutural O prédio da Administração possui comprimento em planta de aproximadamente 100 metros, sem juntas de dilatação. Possui uma estrutura esbelta, com vigas de alturas reduzidas com 5 vãos de 14,5 m e 2 balanços de 7 m, viabilizada por meio do uso conjunto do CAD de fck 40 MPa, e dos sistemas de protensão, aderente, nas vigas, e não-aderente nas lajes. As fundações desse prédio foram executadas parte em tubulões, e parte em sapatas

104 102 isoladas Esplanada Cultural Juscelino Kubitschek Por último tem-se a Esplanada Cultural Juscelino Kubitschek, formada por uma grande placa de concreto, unindo os quatro edifícios. Esta é uma área externa urbanizada destinada para shows ao ar livre e convivência. Figura 5.17 Vista da Esplanada Cultural Juscelino Kubitscheck. A Esplanada serve de teto e base para algumas construções. Todo o subsolo da área foi aproveitado com auditórios, depósitos e anexos. Os quatro prédios principais são interligados por uma galeria de serviço subterrânea de 2,5 metros de altura.

105 103 CAPÍTULO 6 TECNOLOGIAS DO CONCRETO UTILIZADAS NO CAD DO CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA 6.1. INTRODUÇÃO No capítulo 2 dessa dissertação, no qual realizou-se uma breve descrição da evolução tecnológica do concreto em algumas das mais importantes obras projetadas por Oscar Niemeyer, foi visto que cada uma das obras projetadas pelo arquiteto trouxe, de alguma forma, inovações a respeito do uso do material concreto. Nesse contexto, com o Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia tal realidade não foi diferente. As estruturas dos seus quatro prédios principais foram construídas com concretos de alto desempenho (CAD) de f ck s 40 e 50 MPa, com módulos de elasticidade, em média, de 27 e 31 GPa, respectivamente. O uso desse tipo de concreto é, de certa forma, recente nas obras de Niemeyer, assim como é recente em Goiânia. Nesta cidade, desde 1995, concretos de alto desempenho de fc MPa vêm sendo produzidos principalmente para a confecção de pilares de altos edifícios (PINTO, 2003) e, até então, não havia sido aplicado em um conjunto arquitetônico do porte do Centro Cultural Oscar Niemeyer. No que diz respeito ao uso de CAD a obra trouxe inovações, tanto no campo dos materiais utilizados, nos sistemas construtivos, bem como nas tecnologias construtivas, as quais contribuíram para a viabilização desse tipo de concreto em conjuntos arquitetônicos, principalmente quando construídos em ambientes de clima seco e quente como o de Goiânia. Portanto, nos itens a seguir serão apresentadas as tecnologias do concreto aplicadas ao CAD do Centro cultural Oscar Niemeyer, destacando-se aquelas que constituíram inovações tecnológicas na utilização desse tipo de concreto MATERIAIS MÉTODOS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO DO CAD DA OBRA Materiais empregados Os materiais empregados na fabricação dos concretos de alto desempenho do Centro Cultural, todos disponíveis comercialmente na cidade de Goiânia, foram: cimento CP II F-32; areia artificial de granulito britas 0 e 1 de granulito;

106 104 sílica ativa; aditivo plastificante polifuncional retardador redutor de água, base lignosulfonatos (Mastermix 390 RB); aditivo superplastificante de pega normal, base naftaleno sulfonado (Rheobuild 1000); e aditivo superplastificante retardador de pega, base naftaleno sulfonado (Rheobuild 561). A escolha do cimento CP II F-32 para dosagem do CAD da obra se deu em função da disponibilidade do produto no mercado goiano. Por não existirem fontes na região para a produção de cimentos com adição de cinza volante e pozolanas, os cimentos CP II-Z, CP II-E, CP III e CP IV são obtidos através da importação de outros estados, sob encomenda especificada. O CP V também não é comumente produzido nessa região. No que diz respeito ao agregado miúdo, embora o de origem natural seja melhor para a produção de CAD, em função da sua forma arredondada e textura suave (JUNIOR, 2005), optou-se pela utilização de uma areia artificial de granulito, pois existe uma certa dificuldade em se adquirir areia natural de boa qualidade com fornecimento regular para um longo período de execução de uma obra desse porte. Quanto ao agregado graúdo, dentre as opções de rochas existentes na região, ou seja, micaxisto, granulito e calcário, optou-se pela utilização do granulito. A escolha se deu em função da elevada resistência desse tipo de agregado, da sua forma cúbica, as quais constituem características ideais para a produção de CAD (ALMEIDA, 2005). Já no que diz respeito ao diâmetro desse agregado, a composição granulométrica de britas 0 e 1 ocorreu porque no caso do CAD a granulometria contínua é preferível à descontínua (ALMEIDA, 2005). Em relação à sílica ativa é importante ressaltar que a mesma foi utilizada na obra por dois motivos distintos. Em primeiro lugar a sílica foi usada para melhorar as propriedades mecânicas do CAD e, por conseqüência, sua durabilidade. Mas no que diz respeito ao CAD no estado fresco, além de trazer as vantagens usuais como a melhoria da sua trabalhabilidade por exemplo, sua utilização em substituição de parte do cimento da mistura serviu para controlar as temperaturas elevadas atingidas por esse tipo de concreto, evitando o surgimento de fissuras causadas pela retração térmica, contribuindo mais uma vez para a garantia da sua durabilidade. Dentre as opções de adições minerais a sílica foi eleita em função de promover

107 105 resistências iniciais mais elevadas (as quais são importantes quando se usa protensão) e melhores padrões de durabilidade. Num estudo realizado por Veronez (2006), onde foram comparados CADs produzidos com metacaulim e sílica ativa, o CAD produzido com sílica ativa apresentou os melhores resultados: maior densidade, menor teor de ar aprisionado, maior abatimento, maior crescimento de resistência à compressão a partir de 28 dias, e menor temperatura final no ensaio de elevação adiabática. Quanto ao uso dos aditivos também há que se ressaltar alguns pontos importantes. É sabido que tanto os aditivos superplastificantes de 2ª como os de 3ª geração promovem uma alta redução da água de mistura dos concretos, resultando em elevação da resistência à compressão, além de promoverem uma redução nas suas temperaturas, em função da redução da quantidade de cimento da mistura. Embora os aditivos base carboxilato (3ª geração) possuam um maior poder de redução de água, e um melhor desempenho quanto à manutenção do tempo de duração do abatimento, eles também custam mais que os aditivos de 2ª geração. A escolha do aditivo superplastificante base naftaleno sulfonado baseou-se então no quesito abatimento: uma vez que o aditivo seria adicionado ao concreto no local da obra, em função das grandes distâncias entre a obra e as concreteiras, não seria necessário o uso de um aditivo de 3ª geração para a manutenção de um maior tempo do abatimento. Nos elementos estruturais que necessitariam desfôrma mais rápida, tais como paredes e vigas, por exemplo, utilizou-se aditivo superplastificante de pega normal. Nos elementos de grandes dimensões, tais como o bloco de fundação do Museu e a sapata do Palácio da Música, utilizou-se um superplastificante retardador de pega, no intuito de controlar a elevação da temperatura dos concretos. Embora a bibliografia técnica relate que aditivos superplastificantes de 2ª e 3ª geração tenham um bom desempenho na manutenção da trabalhabilidade dos concretos, a realidade em campo é que concretos confeccionados com esses tipos de aditivo têm apresentado propriedades inadequadas no estado fresco, incluindo a perda rápida de abatimento, principalmente em ambientes com elevadas temperaturas. O aumento da temperatura ambiente causa a redução do efeito fluidificante dos aditivos, aumentando assim a velocidade da perda de fluidez (VERONEZ, 2006). Por isso, no Centro Cultural, construído no clima quente e seco da cidade de Goiânia, produziu-se CAD com uma dosagem conjunta de aditivo superplastificante base naftaleno sulfonado com aditivo polifuncional de 2ª geração, base de lignosulfonatos, sendo que esse último foi utilizado com um intuito de melhorar a sua trabalhabilidade.

108 Dosagem As estruturas de seus quatro prédios principais foram construídas com um CAD de f ck 40 MPa, com exceção da laje do primeiro pavimento do Museu que, em função da complexidade da solução estrutural especificada, foi construída com CAD de f ck 50 MPa. A produção do CAD de 40 MPa utilizado na obra possuiu duas dosagens diferentes. Num primeiro estágio da obra, no período de 16 de maio a 15 de agosto de 2005, o CAD foi produzido apenas com cimento Portland como material cimentício, sendo denominado nessa dissertação de concreto sem sílica. No concreto sem sílica utilizou-se 525 kg de cimento por metro cúbico de concreto, e um aditivo polifuncional, à base de naftaleno sulfonado, num teor de 0,6% sobre o peso do cimento. Nessa fase de construção do Centro Cultural foram concretadas principalmente as fundações e vigas baldrames dos prédios, além de parte do prédio do Monumento, que também foi concretado com o CAD nessa dosagem, uma vez que a obra teria que ser concluída num prazo apertado de um ano, e o estudo térmico do CAD teria que ser realizado com a obra em andamento. O Monumento foi então o primeiro dos quatro prédios a ser construído em função das menores dimensões de suas estruturas, quando comparadas às estruturas dos outros três prédios, por conseguinte, apresentando menores riscos de fissuramento das suas estruturas devido às elevações de temperatura do CAD. Já num estágio posterior, após a conclusão do estudo termomecânico do CAD realizado na sapata do Palácio da Música e no bloco de fundação do Museu, assunto que será discutido no item 6.4 desse capítulo, e a conseqüente adoção de medidas preventivas contra a fissuração do concreto, o CAD passou a ser dosado com adição de sílica ativa, sendo então denominado de concreto com sílica. O concreto com sílica foi então dosado com 360 kg de cimento e 26 Kg de sílica ativa por metro cúbico de concreto, ou seja, em substituição de cerca de 7% do peso do cimento, e utilizando-se aditivos superplastificante à base de policarboxilato (1%) e polifuncional à base de naftaleno sulfonado (0,6%). Essa nova fase deu-se do dia 16 de agosto de 2005 até o final de fevereiro de 2006, quando foi concluída a construção das estruturas dos prédios principais. Há que se ressaltar ainda que uma das medidas adotadas para o controle térmico do CAD foi o pré-resfriamento do mesmo, realizado pela substituição de parte da água de amassamento por gelo picado. Os teores de substituição foram diferentes para os três prédios. Em função das maiores dimensões das estruturas dos prédios do Palácio da Música e do Museu, o CAD utilizado nos mesmos foi pré-resfriado a temperaturas mais baixas, utilizando-

109 107 se 70 kg de gelo por metro cúbico de concreto. Já no prédio da Administração foram utilizados 30 kg de gelo por metro cúbico de concreto. A Tabela 6.1 mostra um resumo das dosagens do CAD de f ck 40 MPa utilizadas na obra. Tabela 6.1 Resumo das dosagens do CAD de fck 40 MPa. Concreto (f ck 40 MPa) sem sílica com sílica Período de utilização 16mai- 15ago/ ago/2005- fev/2006 Cimento Consumo (kg/m 3 ) Sílica ativa Gelo Dosagem de aditivo (% massa do cimento) Polifuncional Superplastificante (2ª geração) , /70 0,6 1,0 Já a dosagem do CAD de f ck 50 MPa encontra-se resumida na Tabela 6.2. Tabela 6.2 Resumo das dosagens do CAD de fck 50 MPa. Concreto (f ck 50 MPa) Período de utilização Cimento Consumo (kg/m 3 ) Sílica ativa Gelo Dosagem de aditivo (% massa do cimento) Polifuncional Superplastificante (2ª geração) com sílica out/ ,6 1, EXECUÇÃO DO CONCRETO Lançamento e adensamento O lançamento do CAD nas estruturas do Centro Cultural Oscar Niemeyer foi feito através de bombeamento. Para tal, levou-se em conta as dimensões dos agregados graúdos durante a dosagem, e controlou-se a trabalhabilidade do CAD por meio do ensaio de abatimento (NBR 7223, 1998).

110 108 Figura 6.1 Bombeamento de concreto nas estruturas do Palácio da Música. Durante a concretagem de todas as estruturas do Centro Cultural realizou-se o adensamento do CAD por meio de um vibrador de imersão, considerado o melhor tipo de adensamento para esse tipo de concreto. Figura 6.2 Vista de uma concretagem da cúpula e do adensamento do CAD por meios de vibradores de imersão.

111 Cura A cura tem fundamental importância na produção de qualquer concreto, inclusive do CAD, pois evita as retrações plástica, hidráulica e autógena, causadoras de fissuras. E as fissuras são os principais meios de entrada de agentes agressivos no CAD, já que sua porosidade é muito baixa. No caso específico do Centro Cultural Oscar Niemeyer, situado numa região de clima quente e seco como Goiânia, a realização de uma cura adequada em suas estruturas construídas com CAD tornou-se fator ainda mais importante para a garantia da qualidade das mesmas. Dessa forma, aproveitando-se de estudos já realizados na UFG (BESERRA, 2005; PINTO; GEYER, 2003) sobre cura em concretos fabricados na cidade de Goiânia, e tomando partido de produtos de tecnologias atuais disponíveis no mercado, foram utilizados quatro diferentes tipos de cura, sendo eles: aplicação de um aditivo anti-evaporante; aplicação de um agente de cura (membrana de cura); cura úmida por represamento de lâmina d água; e cura úmida com sacos de aniagem Cura por meio de aditivo anti-evaporante Uma das inovações tecnológicas do Centro Cultural foi a utilização de um aditivo anti-evaporante, de base sintética, no procedimento de cura do CAD em lajes. O aditivo foi um meio encontrado para se evitar a retração plástica e dissecação superficial do concreto causada pela evaporação da umidade superficial do concreto, em função dos ventos fortes, das altas temperaturas e dos baixíssimos teores de umidade relativa do ar na região da construção da obra, conforme gráficos das Figuras 6.3 e 6.4.

112 110 Temperaturas médias mensais na cidade de Goiânia Temperatura ( C) mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mês/ano Temperatura minima Temperatura media compensada Temperatura maxima Figura 6.3 Temperaturas mensais na cidade de Goiânia no período de maio de 2005 a fevereiro de Fonte: INMET, Umidade relativa do ar média mensal 18 UTC 100 Umidade relativa do ar (%) mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mês/ano Umidade relativa do ar ate 18 horas Figura 6.4 Umidade relativa do ar média na cidade de Goiânia no período de maio de 2005 a fevereiro de Fonte: INMET, O aditivo anti-evaporante, cuja base química é constituída por polímeros formados de película monomolecular de baixa porosidade, tem como função principal reduzir a evaporação da umidade superficial do concreto em aproximadamente 80% com ação do vento e 40 % com ação de baixa luz solar. Segundo o fabricante o produto é indicado para concretos

113 111 com sílica ativa, e para concretos em regiões onde a ação do tempo age como agravante n arápida evaporação da água (vento, calor e baixa umidade do ar) (MBT, 2004), condições estas em que se encaixa perfeitamente o Centro Cultural. Esse tipo de produto, de cor amarelo esverdeado, foi aplicado por meio de pulverizador, imediatamente após a concretagem (Figura 6.5), formando uma capa protetora fluorescente que permanece enquanto o concreto estiver no seu estado plástico, desaparecendo completamente após a total execução. A película formada não precisa ser removida após o endurecimento do concreto. Figura 6.5 Aplicação do aditivo anti-evaporante após lançamento do concreto em uma das lajes da Administração Cura úmida com sacos de aniagem O passo seguinte à aplicação do aditivo anti-evaporante nas lajes, quando o concreto já não se encontrava mais no estado plástico, foi a execução da cura úmida. A cura úmida das lajes foi realizada por meio de cobertura com sacos de aniagem constantemente molhados, por um período de 7 dias consecutivos. Como pode ser visto na Figura 6.6, foram usados bicos aspersores (normalmente empregados em irrigação agrícola) para aspersão continua na laje do subsolo do Museu, assim como nas demais lajes da obra.

114 112 Figura 6.6 Cura da laje do subsolo do Museu com água e sacos de aniagem. A cura úmida com sacos de aniagem também foi utilizada na cúpula do Palácio da Música, embora ali não tenha sido possível a aplicação prévia do aditivo anti-evaporante, como aconteceu com as lajes. Figura 6.7 Cura da laje do espelho d água do Palácio da Música. Figura 6.8 Cura da cúpula do Palácio da Música Cura úmida por represamento de lâmina d água Um outro tipo de cura úmida realizada foi por represamento de lâmina d água, como a que foi utilizada na superfície do bloco de fundação do Museu, conforme visto na

115 113 Figura 6.9. Esse tipo de cura também foi executado por sete dias consecutivos. Figura 6.9 Cura com lâmina d água no bloco de fundação do Museu Cura química No caso específico de pilares e vigas, além da molhagem das fôrmas com água, após sua desfôrma foi aplicado um agente de cura à base de emulsão parafínica, formando uma membrana de cura sobre o concreto. O agente de cura foi aplicado por meio de pulverizador, permanecendo por mais de uma semana na superfície do concreto, não precisando ser removido posteriormente.

116 114 Figura 6.10 Aplicação do agente de cura base parafina em um pilar após sua desfôrma Considerações sobre os procedimentos de cura utilizados O controle de serviços como a cura, que também faz parte do controle tecnológico das estruturas de concreto, é feito por atributo, ou seja, através de análises qualitativas do resultado final do todo. A avaliação da cura através do elemento estrutural real no local de obra é diferente daquela em que se faz com corpos-de-prova utilizados para estudo em laboratório, pois nesse último pode-se utilizar meios quantitativos de se avaliar a cura, tais como ensaios de resistência à compressão. Dessa forma, um dos meios utilizados para se avaliar os procedimentos de cura utilizados nas estruturas do Centro Cultural foi o surgimento ou não de fissuras, as quais seriam oriundas da retração hidráulica ou da secagem superficial do CAD. Sob essa ótica, os procedimentos de cura foram considerados eficazes, pois não permitiram o surgimento de fissuras de aberturas consideráveis (segundo a NBR 6118 (2003) com aberturas maiores que 0,3 mm para classe de agressividade moderada a forte em zona urbana), que necessitassem de reparos futuros CONTROLE DA TEMPERATURA Um motivo de preocupação por parte dos engenheiros responsáveis pela

117 115 construção do Centro Cultural Oscar Niemeyer, desde o início da obra, foi o risco de fissuração do concreto, devido não só ao fato de se estar usando concreto de alto desempenho, o qual demanda um alto consumo de cimento, mas também em função das grandes dimensões dos seus elementos estruturais e das condições climáticas desfavoráveis. Assim, no intuito de prever as temperaturas prováveis a serem atingidas pelo CAD utilizado na obra e evitar o surgimento de fissuras de origem térmica, foi realizado um estudo termomecânico desse concreto, tomando como objetos de estudo a sapata corrida do Palácio da Música e o bloco de fundação do Museu, os quais foram os elementos estruturais que possuíam a maiores dimensões e, conseqüentemente, consumiriam maiores volumes de concreto. Após a realização desse estudo, foram tomadas medidas preventivas de controle da temperatura do CAD para as demais estruturas, uma vez que parte da estrutura do prédio do Monumento, assim como as vigas baldrames e as fundações do outros três prédios, já haviam sido concretadas em função do cronograma apertado de execução da obra Estudo termomecânico O estudo termomecânico do CAD utilizado no Centro Cultural Oscar Niemeyer foi realizado por Furnas. A equipe do laboratório de Furnas utilizou um programa de cálculo de temperaturas, o qual se subdivide em dois, contemplando duas análises distintas: o PFEM_2DT (Program Finite Elements Methods 2 Dimension Thermal) para análise térmica e o PFEM_2DAT (Program Finite Elements Methods 2 Dimension Analisys Thermomechanics) para análise de tensões (BOTASSI, 2004) Estudo térmico Como já mencionado no item 6.2.2, no primeiro estágio da obra os elementos estruturais tais como algumas fundações, vigas baldrames e cortinas de subsolo, além de parte da estrutura do Monumento, foram construídos com um concreto de 40 MPa, dosado apenas com cimento, sem a presença de nenhuma adição mineral e sem a utilização de qualquer método de resfriamento do concreto. Essas estruturas inicialmente concretadas eram esbeltas, e por isso não requeriam medidas de controle térmico do CAD utilizado nas mesmas. A preocupação com as altas temperaturas e com o risco de fissuras de origem térmica do CAD surgiu com a iminente concretagem dos elementos estruturais de grandes

118 116 dimensões, os quais consumiriam grandes volumes de concreto: a sapata corrida circular do Palácio da Música e o bloco de fundação do Museu. Desse modo, o estudo térmico, descrito a seguir, foi realizado em três etapas: monitoramento das temperaturas na sapata corrida do Palácio da Música; realização dos cálculos das temperaturas simuladas do bloco de fundação do Museu; e monitoramento das temperaturas do bloco de fundação do Museu. a) Monitoramento das temperaturas da sapata do Palácio da Música O início da concretagem da sapata corrida do Palácio da Música constituiu o ponto de partida do estudo térmico do CAD, pois nela foi realizado um monitoramento da evolução da temperatura do concreto ali utilizado. Tal sapata, anteriormente descrita no item , possui comprimento de aproximadamente 85 metros, e seção transversal retangular de 4 metros de largura por 1 metro de altura. O monitoramento das temperaturas aconteceu após a concretagem da 1ª camada da sapata, na qual utilizou-se um concreto com um consumo de cimento de 525 kg/m 3. As temperaturas monitoradas na primeira camada foram elevadas, chegando a um valor máximo de 89 C. Os altos valores das temperaturas indicaram a necessidade do estudo térmico para a execução das demais estruturas e da própria sapata, o qual foi imediatamente realizado, tomando-se como objeto de estudo o bloco de fundação do Museu. b) Cálculos das temperaturas simuladas do bloco de fundação do Museu Finalizada a etapa preliminar do estudo térmico, ou seja, o monitoramento das temperaturas da sapata do Palácio da Música, deu-se início a realização do estudo térmico propriamente dito. Nessa fase, através da utilização de um programa computacional, foram simuladas diferentes hipóteses de concretagem para o bloco de fundação do Museu, chegando-se a um resultado das possíveis temperaturas a serem atingidas pelo CAD utilizado no mesmo. Tais temperaturas foram aqui chamadas de temperaturas simuladas. O bloco de fundação do Museu, descrito no item dessa dissertação, é formado por um prisma cuja base é um octaedro de aresta 6,35 m, com altura de 1,6 m. O

119 117 volume de concreto utilizado nesse bloco foi de aproximadamente 531 m 3. No caso específico desse estudo, no cálculo das temperaturas simuladas, utilizouse o Método dos Elementos Finitos para a resolução da equação diferencial de propagação de calor em um meio sólido, através do programa PFEM_2DT. Esse programa analisa a resposta térmica de estruturas em domínios bidimensionais de qualquer geometria, em regimes transiente ou estacionário, e realiza análise linear utilizando elementos finitos triangulares lineares de três nós (LIDUÁRIO, 2006). Para a realização do cálculo foram cumpridas as seguintes etapas: determinação das propriedades térmicas do concreto; elaboração da malha de elementos finitos; formulação das hipóteses de lançamento do concreto; especificação das condições de contorno; e realização da análise propriamente dita. O passo inicial para os cálculos da temperatura do concreto do bloco de fundação do Museu foi então a determinação das propriedades térmicas do concreto, no laboratório de Furnas. Para a realização desses ensaios, a dosagem do concreto com sílica, ou seja, com um consumo de cimento equivalente de 384 kg/m 3 (360 kg/m 3 de cimento e 26 kg/m 3 de sílica ativa), foi reproduzida no laboratório de Furnas. Considerou-se o concreto como convencional vibrado, já que esse seria o tipo previsto para a utilização na obra. Após a caracterização desse concreto foram estimadas as propriedades térmicas do mesmo, as quais encontram-se na Tabela 6.3. Tabela 6.3 Propriedades térmicas estimadas do concreto. Fonte: FURNAS, Propriedade Parâmetros térmicos Calor específico (J/kg. C) 1016 Condutividade térmica (W/m. C) 2,146 Coeficiente de dilatação (x 10-6 / C) 13 Densidade (kg/m 3 ) 2386 As curvas das elevações adiabáticas de temperatura apresentadas na Figura 6.11 também foram estimadas com base na dosagem de laboratório. Tal estimativa foi corrigida tomando como referência a relação entre os consumos da dosagem de laboratório e da dosagem da obra, e corrigida ainda em função da evolução da temperatura monitorada da sapata do Palácio da Música já concretada.

120 kg/m 3 Figura 6.11 Elevação adiabática de temperatura do concreto, com dosagem de cimento equivalente de 386kg/m 3. O passo seguinte foi a determinação da malha de elementos finitos utilizada nos cálculos, a qual está apresentada na Figura 6.12, correspondendo a uma seção transversal do bloco de fundação e o solo que a circunda. Como a seção analisada é simétrica foi considerada somente a metade esquerda da seção transversal. Figura 6.12 Malha de elementos finitos utilizada nos estudos. Fonte: FURNAS, A quantidade total de elementos finitos foi de 1110 elementos triangulares de três nós e um total de 608 nós em toda a região transversal analisada, diferenciando ainda a área de solo que envolve o concreto. Partiu-se então para o terceiro passo, que foi a formulação das hipóteses de lançamento do concreto. Inicialmente foram realizadas simulações preliminares para a determinação do número de camadas de concreto a serem lançadas. Dessas simulações constatou-se que 3 camadas apresentaram comportamento satisfatório do ponto de vista térmico, porém, não sendo suficiente para a amenização do problema térmico.

121 119 Assim, foram realizados cálculos mais aprimorados para duas situações de cálculo, com e sem pré-refrigeração, conforme a Tabela 6.4. Na hipótese 1 foi adotado um concreto sem refrigeração, com temperatura de lançamento igual a 30 C. Já na hipótese 2 adotou-se um concreto pré-refrigerado com temperatura inicial de lançamento igual a 15ºC, supondo que esta amenizaria o risco de fissuras de origem térmica. Para atingir a temperatura de lançamento de 15 C, por meio de tentativas chegou-se à quantidade de gelo necessária, que foi de aproximadamente 75kg/m 3 em substituição à quantidade de água do concreto. Tabela 6.4 Hipóteses de cálculo analisadas. Fonte: FURNAS, Temperatura Hipótese de lançamento ( C) Intervalo de lançamento entre as camadas (dias) Condições de lançamento 1 (sem refrigeração) camadas de: 80, 70 e 70 cm 2 (com refrigeração) camadas de: 80, 70 e 70 cm No quarto passo deveriam então ser especificadas as condições de contorno para serem usadas no programa. Com relação à temperatura ambiente foi realizado o seu monitoramento em função do tempo, através de termômetro, previamente (antes da concretagem da estrutura), para melhor caracterizar o comportamento da estrutura. Os resultados monitorados, bem como a adoção de uma função senoidal para representação contínua da temperatura ambiente encontram-se na Figura Tal comportamento da temperatura ambiente foi adotado para a simulação da concretagem do bloco. Figura 6.13 Comportamento da temperatura ambiente variando com o tempo. Fonte: FURNAS, Já em relação ao coeficiente de transmissão superficial de calor através da

122 120 superfície em contato com o ambiente, foi considerado: Concreto / água de cura / ar = 348 W/(m 2. C) De posse de todos os dados de entrada, o quinto e último passo foi a realização da análise propriamente dita. A Tabela 6.5 apresenta um resumo das temperaturas máximas obtidas por camada na estrutura para as hipóteses de cálculo analisadas. A localização das temperaturas máximas encontra-se aproximadamente no centro de cada camada analisada. Tabela 6.5 Temperaturas máximas do concreto na estrutura. Fonte: FURNAS, Hipótese 1 (sem refrigeração) 2 (com refrigeração) Camada Temperatura Máxima ( C) Instante de Ocorrência (h) 1ª 70, ª 67, ª 68, ª 62, ª 63, ª 66, Nas Figuras 6.14 e 6.15 estão apresentadas as evoluções das temperaturas do concreto nos centros das camadas para as duas hipóteses estudadas. Figura 6.14 Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 1, localizadas no centro das respectivas camadas. Fonte: FURNAS, 2005.

123 121 Figura 6.15 Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 2, localizadas no centro das respectivas camadas. Fonte: FURNAS, Percebe-se pelos resultados apresentados na Tabela 6.3 e Figuras 6.14 e 6.15 a diminuição da temperatura máxima alcançada em todas as camadas da hipótese 2. Entretanto, deve-se ressaltar que os valores máximos alcançados na hipótese 2 mostraram-se mais significativos para a primeira camada, não ocorrendo grande redução nas temperaturas da segunda e terceira camadas. Em função de suas temperaturas mais baixas, foram escolhidas as condições de lançamento da hipótese 2 para a concretagem do bloco de fundação do Museu, ou seja, com o pré-resfriamento do CAD a uma temperatura de 15 C. c) Temperaturas monitoradas do bloco de fundação do Museu A última etapa do estudo térmico consistiu no monitoramento da evolução das temperaturas do bloco de fundação do Museu, através da instalação de termômetros nas camadas a serem concretadas (1ª e 2ª camadas), aqui chamadas de temperaturas monitoradas. Essas temperaturas foram então comparadas com as temperaturas simuladas, com a finalidade de se balizar os resultados encontrados nas simulações. Após a congretagem das duas primeiras camadas do bloco e a realização do monitoramento das temperaturas das mesmas, chegou-se aos resultados apresentados na Figura 6.16.

124 122 Figura 6.16 Resultado das temperaturas monitoradas in loco. Fonte: FURNAS, Percebe-se que os valores monitorados são ligeiramente mais altos que os valores previstos pela simulação: houve uma diferença de aproximadamente 13 C entre as temperaturas monitorada e simulada para a 1ª camada, e de 4 C para a segunda camada. Existem dois possíveis motivos que podem justificar esse fato. Um deles foi a heterogeneidade da altura das camadas concretadas pois, em visita ao local da concretagem, constatou-se que a primeira camada possuía espessura de 90 cm, maior do que a espessura simulada de 80 cm. O outro motivo foi a antecipação da concretagem da segunda camada, que devia ser realizada 3 dias após a concretagem da 1ª camada, e que de fato foi realizada após 2 dias Estudo tensional Para se avaliar a segurança da estrutura contra a fissuração térmica não basta apenas o cálculo das temperaturas, havendo também a necessidade da realização de análises de tensões e/ou deformações atuantes na estrutura, as quais exigem o conhecimento de algumas propriedades do concreto, tais como coeficiente de dilatação térmica, módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, fluência e resistência à tração. As tensões de origem térmica devem ser comparadas com a resistência à tração do concreto (GRAÇA; BITTENCOURT; SANTOS, 2005). Dessa forma, foram realizados estudos tensionais do bloco de fundação do Museu os quais, junto com os estudos térmicos, permitiram uma previsão aproximada das

125 123 temperaturas e tensões de origem térmica. Essa previsão por sua vez permitiu, entre outras coisas, avaliar mais criteriosamente os cenários construtivos em função da possibilidade de ocorrência de fissuras de origem térmica. Para a análise de tensões utilizou-se o programa PFEM_2DAT, citado no item 6.4.1, cujo método é do de elementos finitos. O programa PFEM_2DAT analisa a resposta tensional de estruturas em domínios bidimensionais de qualquer geometria, em regimes transiente ou estacionário, e realiza análise linear utilizando elementos finitos triangulares lineares de três nós. De posse do valor do módulo de elasticidade igual a 26 MPa, de amostras ensaiadas do concreto de f ck 40 MPa, que vinha sendo utilizado na obra, no estudo tensional do bloco de fundação do Museu foram feitas as devidas correções nas curvas das propriedades módulo de elasticidade, resistência à tração e fluência, para os ensaios realizados com o concreto dosado no laboratório. Na Tabela 6.6 e nas Figuras 6.17, 6.18 e 6.19 estão apresentadas, respectivamente, as equações e as curvas ajustadas para representar os parâmetros mecânico, elástico e viscoeslástico dos concreto nos estudos realizados, respectivamente. Tabela 6.6 Equações dos parâmetros viscoelásticos do concreto. Fonte: FURNAS, Parâmetros do Concreto Função Resistência à tração na flexão (MPa) Ft(z) = z / (0, ,3185. z) Módulo de elasticidade (Gpa) E(z) = z / (0, , z) Coeficiente de fluência (10-6 /MPa) F k (z) = 2,8 + (10,19 / z) Figura 6.17 Resistência à tração na flexão. Fonte: FURNAS, 2005.

126 124 Figura 6.18 Módulo de elasticidade. Fonte: FURNAS, Figura 6.19 Coeficiente de fluência (x 10-6 MPa). Fonte: FURNAS, As Figuras 6.20 e 6.21 apresentam as evoluções das tensões simuladas nos pontos de ocorrência das temperaturas máximas, para as duas hipóteses de cálculo estudadas, comparadas com a resistência à tração na flexão do concreto (fctf). Deve-se salientar que as tensões normais de compressão no gráfico são positivas e as de tração negativas.

127 125 Figura 6.20 Evolução das tensões de origem térmica para os respectivos pontos de temperaturas máximas para as três camadas na hipótese 1 (T lanç =30 C). Fonte: FURNAS, Figura 6.21 Evolução das tensões de origem térmica para os respectivos pontos de temperaturas máximas para as três camadas na hipótese 2 (T lanç =15 C). Fonte: FURNAS, Antes da análise dos gráficos das Figuras 6.20 e 6.21 deve-se ressaltar que se considera grande risco de fissuras de origem térmica quando as tensões solicitantes de tração no maciço de concreto são superiores à sua resistência à tração. Percebe-se nas referidas figuras que o comportamento das tensões de tração no centro das camadas, onde ocorreram as maiores temperaturas simuladas no concreto, foram mais brandas para a temperatura de lançamento de 15 C (hipótese 2), reduzindo muito o risco de fissuração de origem térmica.

128 126 Segundo Carlson, Houghton e Polivka (1979) apud FURNAS (2005), a resistência à tração na flexão é 20 a 40% superior à resistência à tração verdadeira do concreto e o módulo de elasticidade na compressão é mais elevado na mesma proporção que a relação tensão-deformação na tração. Por essa razão, para o estudo tensional, os resultados dos ensaios de tração na flexão foram considerados como sendo a resistência à tração do concreto Considerações sobre o estudo termomecânico Os estudos térmicos demonstraram, para as hipóteses admitidas nos cálculos térmicos do bloco de fundação do Museu, que havia maior risco de fissuras de origem térmica para a hipótese 1, ou seja, para a temperatura de lançamento de 30 C do concreto sem adição de gelo em substituição parcial de água na mistura. Para a hipótese 2, com temperatura de lançamento de 15 C do concreto pré-refrigerado, com adição de gelo à mistura, os riscos de fissuras de origem térmica foram bastante amenizados. A adoção da hipótese 2 para lançamento do concreto no bloco de fundação do Museu, na prática, evitou o surgimento de fissuras de origem térmica nessa estrutura. Há que se ressaltar que, apesar dos estudos térmicos fornecerem uma avaliação da segurança contra a ocorrência de fissuras apenas de origem térmica, o risco de ocorrência de fissuras causada por secagem superficial e por retração hidráulica do concreto foi extinto graças a um correto procedimento de cura utilizado, já descrito no item dessa dissertação Medidas adotadas para controle da temperatura A realização do estudo termomecânico deu início à adoção de uma série de medidas de controle da temperatura do CAD utilizado na obra, quais sejam: concretagem noturna; divisão da estrutura em camadas, com intervalo de concretagem entre as mesmas; pré-refrigeração do concreto, substituindo-se parte da água de amassamento por gelo picado; e uso de sílica ativa na redução do consumo de cimento do concreto; e uso de aditivo superplastificante de 2ª geração na redução do consumo de cimento do concreto.

129 127 Os procedimentos de concretagem noturna e divisão da estrutura em camadas, com intervalo de concretagem entre as mesmas, foram especificamente utilizados nas estruturas de grande porte, tais como o bloco de fundação do Museu e a sapata do Palácio da Música. Figura 6.22 Vista da concretagem noturna da primeira camada do bloco de fundação do prédio do Museu. O procedimento de pré-refrigeração foi utilizado para todas as estruturas concretadas após a realização do estudo termomecânico (incluindo o bloco e o restante da sapata), com espessura superiores a 30 cm, sejam elas vigas, pilares, lajes e paredes. O CAD utilizado no Palácio da Música e no Museu recebeu 70 kg de gelo por metro cúbico de concreto, em função de suas estruturas mais robustas, enquanto o CAD do prédio da Administração recebeu 30 kg de gelo por metro cúbico de concreto, em função de suas estruturas mais esbeltas. Os teores de gelo utilizados foram definidos por meio de tentativas, adicionando-se gelo até se obter a temperatura desejada do concreto.

130 128 Figura 6.23 Vista do gelo usado em substituição de parte da água de amassamento do CAD, adicionado ao caminhão betoneira na obra. A adição de sílica ativa em substituição parcial à quantidade de cimento no concreto, e a utilização do aditivo superplastificante de 2ª geração também foram medidas de controle térmico adotadas para todas as estruturas após a realização do estudo termomecânico do CAD. Tais medidas promoveram uma significativa redução no consumo de cimento dos concretos, reduzindo dessa maneira as temperaturas do CAD, e, por conseqüência, minimizando o risco de surgimento de fissuras de origem térmica. A utilização conjunta da sílica ativa e do aditivo superplastificante de 2ª geração promoveram uma redução de 31% no consumo de material cimentante do CAD, ou seja, esse passou de 525 kg/m 3 para 386 kg/m 3. A adoção de todas essas medidas de controle térmico do CAD, após o seu estudo termomecânico, eliminaram o surgimento de fissuras de origem térmica nas estruturas do Centro Cultural Oscar Niemeyer.

131 SISTEMAS DE FÔRMA E CIMBRAMENTO Tipos de fôrma utilizados Moldes em polipropileno As lajes nervuradas, indicadas para grandes vãos, foram feitas com moldes em polipropileno, os quais são reutilizáveis e possuem paredes ligeiramente inclinadas que facilitam a desfôrma. Esse tipo de fôrma foi utilizado nas lajes dos subsolos dos prédios do Museu e do Monumento. Figura 6.24 Fôrmas cambotadas em polipropileno usadas na laje do subsolo do Museu Madeira compensada De modo geral, as placas de madeira compensada, sejam elas plastificadas ou resinadas, foram utilizadas nas fôrmas de vigas, pilares e lajes, além da estrutura da cúpula do Palácio da Música e da pirâmide do Monumento. A utilização da madeira compensada ocorreu nos elementos estruturais onde não havia um grande número de repetições. Na cúpula do Palácio da Música a utilização da madeira compensada na fabricação das fôrmas foi uma necessidade, haja vista que este tipo de madeira possui uma maior flexibilidade para se dar a curvatura desejada à estrutura.

132 130 Figura Fôrmas em madeira compensada resinada, usadas na cúpula do Palácio da Música. Figura Fôrmas em madeira compensada plastificada, usadas na pirâmide do Monumento No caso específico da laje da cobertura do Museu, a madeira compensada foi utilizada de maneira inovadora na construção das fôrmas. Em função do grande vão dessa laje, cerca de 35 metros, a solução estrutural adotada combinou protensão aderente com laje nervurada. Entretanto, como não existiam fôrmas cambotadas industrializadas com as dimensões daquelas especificadas em projeto, as nervuras foram feitas com caixotes de madeira compensada resinada, fabricados na própria obra. Tais fôrmas possuíam dimensões de 80x80 cm com altura de 75cm. Figura Fôrmas cambotadas em madeira compensada resinada, usadas na laje do de cobertura do Museu.

133 Painéis metálicos Os painéis metálicos foram utilizados nas cortinas e nas vigas paredes dos prédios, além do pilar de seção circular do prédio do Museu. Esse tipo de fôrma foi utilizado nos elementos estruturais onde seria necessário um maior número de repetições, oferecendo ainda vantagens como maior estanqueidade e maior precisão geométrica. Figura 6.28 Fôrma metálica utilizada no pilar central do Museu. Figura 6.29 Fôrma metálica utilizada na parede do prédio da Administração Pranchas de madeira As fôrmas de madeira foram muito pouco utilizadas na construção do Centro Cultural. Foram utilizadas, por exemplo, nos pilares de seção circular do Palácio da Música, mostrando-se a melhor opção para dar a curvatura desejada, e também nas escadas, de modo geral.

134 132 Figura 6.30 Filetes de madeira usados na fôrma de pilar de seção circular do Palácio da Música. Figura 6.31 Pranchas de madeira usadas nas fôrmas dos degraus da escada do Monumento Tipos de cimbramento utilizados O cimbramento das estruturas dos quatro prédios do Centro Cultural foi realizado, por meio de torres metálicas, vigas metálicas, vigas de madeira, cimbramento tubular e treliças metálicas. A descrição dos diversos tipos de cimbramento encontra-se nos tópicos a seguir Torres metálicas Na maioria das vezes, o cimbramento de lajes e vigas foi feito por meio de torres metálicas formadas por elementos modulados, fabricados em aço galvanizado, com terminais tipo macho e fêmea, conforme a Figura 6.32.

135 133 Figura 6.32 Esquema dos elementos modulados em aço galvanizado utilizados no cimbramento de lajes e vigas. Fonte: ROHR, Vigas metálicas e de madeira No auxílio do cimbramento das vigas e lajes de concreto foram utilizadas vigas metálicas, constituídas por dois perfis metálicos de chapa dobrada tipo U enrijecido, com sarrafos de madeira de dois centímetros interpostos, e unidos por parafusos, como mostra a Figura Além das vigas metálicas foram utilizadas vigas I de madeira, com seções coladas e travadas solidamente, conforme Figura Tais vigas são equipadas com capa plástica de proteção nos seus terminais, protegendo e evitando estilhaços ou lascas de madeira.

136 134 Figura 6.33 Vigas metálicas formadas por perfis de chapa dobrada tipo U enrijecido com sarrafos de madeira. Fonte: ROHR, Figura 6.34 Vigas de madeira seção I. Fonte: ROHR, Na Figura 6.35 tem-se um exemplo da utilização conjunta das vigas metálicas e de madeira com as torres metálicas formando o cimbramento das lajes do prédio da Administração. Vigas metálicas Vigas de madeira Figura 6.35 Torres metálicas, vigas I em madeira e vigas metálicas compondo o cimbramento de laje do prédio da Administração.

137 Cimbramento tubular Um outro tipo de cimbramento utilizado no Centro Cultural foi o cimbramento tubular, composto pelos elementos descritos na Figura Este é um sistema indicado para cimbramentos onde há grande concentração de carga e reduzida ou inexistente área de apoio na projeção vertical, sendo, por isso, um dos tipos de cimbramento utilizados na construção da cúpula do Palácio da Música. Acoplamento normal Forcado tubular Luva de emenda Macaco tubular Forcado tubular Figura 6.36 Componentes básicos que constituem o cimbramento tubular. Fonte: ROHR, Treliças metálicas Especificamente no prédio do Palácio da Música utilizou-se ainda o sistema de treliças metálicas na composição do cimbramento. As treliças são compostas por elementos modulados de 2, 3 e 6 metros, conforme Figura 6.37, sendo que a união se dá através de duas chapas de ligação e pinos na parte tracionada, e por quatro parafusos na parte comprimida. Esse tipo de cimbramento é utilizado para se transpor vãos livres de até 30 metros.

138 136 Figura 6.37 Esquema da treliça em aço galvanizado utilizada no cimbramento do Palácio da Música. Fonte: ROHR, Descrição do sistema fôrma x cimbramento do Palácio da Música Na construção do Centro Cultural a execução mais complexa do conjunto fôrma x cimbramento foi a do prédio do Palácio da Música, em função das grandes dimensões da casca de concreto que constitui sua cúpula. Por esse motivo elegeu-se esse prédio para descrição dos seus aspectos construtivos no que diz respeito ao sistema fôrma x cimbramento. Na execução da cúpula do Palácio da Música foram utilizados todos os tipos de cimbramento descritos anteriormente.

139 137 Apoio de madeira Treliça metálica Cimbramento tubular Vigas metálicas Torre metálica Figura 6.38 Cimbramento da cúpula do Palácio da Música. As treliças se apóiam, de um lado, na torre circular central, composta pelo cimbramento tubular, e, perifericamente nas torres metálicas. O apoio se dá, primeiramente, sobre um calço de madeira, descarrega sobre uma viga metálica transversal, que por sua vez descarrega em duas outras vigas metálicas apoiadas sobre os forcados das torres metálicas. Sobre as treliças metálicas foram colocadas outras torres metálicas com alturas diferentes, de modo a sustentar e dar a forma de casca da cúpula. Figura 6.39 Disposição das torres de cimbramento sobre as vigas metálicas.

140 138 Na Figura 6.42 observa que as treliças metálicas foram unidas, duas a duas, por elementos tubulares metálicos. Observa-se também que as treliças foram lançadas através de um guindaste durante a montagem do cimbramento da cúpula. Figura 6.40 Lançamento da treliça metálica através de um guindaste Guindaste utilizado para lançamento das treliças metálicas. A montagem das fôrmas da cúpula iniciou-se logo após a concretagem do espelho d água, sendo executada paralelamente à montagem do cimbramento. O primeiro passo para a montagem das fôrmas foi a colocação das vigas principais inclinadas. Figura 6.41 Montagem das vigas metálicas principais para execução do cimbramento da parede da cúpula do Palácio da Música. Após a colocação das vigas principais, estas receberam transversalmente as vigas metálicas secundárias, conforme a Figura 6.44-a. Sobre essas vigas transversais foram colocadas vigas de madeira com superfície abaulada, para dar a curvatura exigida para cúpula,

141 139 o que pode ser visto na Figura 6.44-b. As fôrmas seriam colocadas em seguida, apoiadas nessas vigas de madeira. a) b) Figura 6.42 Montagem das vigas metálicas para execução do cimbramento da parede da cúpula do Palácio da Música. A fôrmas internas e externas utilizadas na parede da cúpula foram confeccionadas em madeira compensada resinada, geometricamente cortadas para dar a curvatura da cúpula. Segundo Ketchum (2000), esse método de construção de fôrma para estrutura em casca, onde se usa madeira compensada devidamente curvada na forma solicitada, é denominado fôrma de superfície. Este é o método mais conveniente e econômico segundo o referido autor. Após a montagem da fôrma interna do primeiro trecho da cúpula, iniciou-se a montagem da armadura, seguida da execução das fôrmas externas da parede da cúpula. As fôrmas da parte externa foram montadas em painéis, também confeccionados com madeira compensada resinada, travadas com vigas metálicas juntamente com as vigas de madeira, cortadas com a curvatura oposta às da parte interna.

142 140 a) b) Figura 6.43 a) Detalhe do abaulamento do cimbramento da fôrma externa da cúpula b) Montagem da fôrma externa da cúpula. A concretagem da parede da cúpula foi feita por trechos, de baixo para cima, e mais uma vez o CAD mostrou ser uma excelente opção para esse tipo de estrutura, apresentando excelente trabalhabilidade para preenchimento das fôrmas ( slump 12 ± 2 cm). Na Figura 6.45 podem ser visualizadas três etapas distintas da construção da cúpula: em baixo, a cura do trecho já concretado; no meio, a armadura já colocada; e por cima, somente a fôrma interna da parede. Figura 6.44 Concretagem do primeiro 6.6. SISTEMAS trecho da DE parede PROTENSÃO da cúpula. Figura 6.45 Vista externa da cúpula em fase de construção SISTEMAS DE PROTENSÃO O arquiteto Oscar Niemeyer possui uma característica marcante na criação de seus projetos: o desafio às leis da física. Nos prédios do Centro Cultural de Goiânia, projetados

143 141 pelo arquiteto, essa característica também é bastante evidente. Pode ser vista, por exemplo, no prédio do Museu, com sua estrutura esbelta, com enormes balanços, apoiado em um único pilar central, dando a impressão de estar flutuando no ar. Desse modo, a utilização da protensão, associada a um concreto de elevada resistência, não só foi necessária, mas imprescindível para a materialização do projeto de Niemeyer. Ela permitiu a execução dos grandes vãos e balanços e das estruturas esbeltas, gerando estruturas mais leves que as de concreto armado. A protensão tem papel fundamental na melhoria da capacidade de utilização das estruturas, impedindo o aparecimento de fissuras ou limitando suas aberturas a valores não prejudiciais à durabilidade dos elementos estruturais (ALVES, 2006). Pelo fato do concreto protendido não ser somente um material de construção, mas também um excelente sistema construtivo (DUARTE, 2006), serão descritos a seguir, de forma resumida, os sistemas de protensão utilizados nas edificações que compõem o Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia. Na referida obra utilizou-se concreto protendido, em lajes e vigas, na modalidade de pós-tração, na qual o aço é tracionado após o lançamento e endurecimento do concreto. Essa modalidade é utilizada usualmente quando a estrutura é feita no próprio lugar da obra (CAUDURO, 2005), como é o caso do Centro Cultural. Foram utilizados tanto o sistema de cordoalhas aderentes como o de cordoalhas não-aderentes Protensão com cordoalhas aderentes No sistema de protensão com cordoalhas aderentes utilizam-se cordoalhas de aço dentro de bainhas metálicas. Após a protensão é feita uma injeção de pasta de cimento e água dentro das bainhas, promovendo a aderência das cordoalhas ao concreto. As cordoalhas ficam aderidas à pasta de injeção que, através das bainhas corrugadas, aderem ao concreto da peça estrutural, impedindo o movimento relativo entre as cordoalhas e o concreto (MELGES, 2005). Os cabos embainhados e a aplicação de injeção são usados mais com a finalidade de proteção do que para proporcionar boa aderência (VASCONCELOS, 2006). Destaca-se que os cabos aderentes são considerados armadura quando for realizada sua aderência ao concreto (MELGES, 2005). A protensão com cordoalhas aderentes foi utilizada no prédio do Museu, na primeira laje e laje de cobertura, nas lajes do espelho d água e cúpula do Palácio da Música e

144 142 nas vigas do prédio da Administração. Na laje do espelho d água do Palácio da Música foram utilizadas bainhas metálicas com apenas uma cordoalha. Figura 6.46 Vista das cordoalhas aderentes usadas na laje do espelho d água do Palácio da Música. Figura 6.47 Cordoalhas aderentes usadas na parede da cúpula do Palácio da Música A laje do primeiro pavimento do Museu, apoiada sobre um único pilar central de seção vazada de 9 metros de diâmetro, possui balanços de até 17,7 metros. Para a confecção da mesma, reproduzindo com fidelidade a forma e dimensões idealizadas por Niemeyer, foi necessário construí-la com 1,20 metros de altura, empregando o concreto protendido com cordoalhas aderentes. Como se pode ver através da Figura 6.49 os cabos de protensão se cruzam em duas direções sobre a laje, promovendo sua amarração e sustentação sobre o pilar central. Figura 6.48 Colocação das bainhas na laje protendida do primeiro pavimento do Museu. Figura 6.49 Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje protendida do primeiro pavimento do Museu.

145 143 Ainda no prédio do Museu, mais uma vez se fez imprescindível a utilização da protensão aderente na laje de cobertura que, em conjunto com a laje nervurada, permitiu vencer os vãos de cerca de 35 metros. Figura 6.50 Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje protendida e nervurada da cobertura do Museu. No prédio da Administração usou-se protensão aderente somente nas vigas. Foram utilizadas cordoalhas engraxadas e plastificadas nas lajes da Administração, juntamente com as cordoalhas aderentes das vigas Protensão com cordoalhas não-aderentes No sistema de protensão não-aderente utiliza-se cordoalhas engraxadas. Esse tipo de cabo é composto por cordoalha de aço envolta por camada de graxa protetora contra a corrosão, e coberta por uma capa (bainha) plástica de polietileno de alta densidade, extremamente resistente aos trabalhos nos canteiros de obra (CAUDURO, 2006). A graxa especial também proporciona excelente lubrificação entre a cordoalha e a bainha plástica que a envolve que, por sua vez, impede que o aço fique aderido ao concreto do elemento estrutural. Os cabos não aderentes não devem ser considerados como armaduras: são produtores de forças (MELGES, 2005).

146 144 cordoallhas não-aderentes cordoallhas aderentes Figura 6.51 Vista de uma das lajes do prédio da Administração, onde se vê cordoalhas não-aderentes na laje, e cordoalhas aderentes nas vigas. A protensão sem aderência apresenta maior facilidade e maior rapidez na colocação das cordoalhas nas fôrmas, maior excentricidade possível, menor perda por atrito, ausência de operações referentes à injeção de pasta de cimento e maior economia. Além disso, o aço de protensão já chega ao canteiro protegido pela graxa e pela capa plástica (MELGES, 2005). Esse tipo de protensão tem sido muito utilizado em lajes, uma vez que as cordoalhas engraxadas e plastificadas proporcionam grandes vantagens econômicas, quando comparadas com o uso de cordoalhas aderentes. A utilização de concreto protendido em obras moldadas in-loco proporciona uma redução no custo de fôrmas, escoramentos e fundações, além de diminuir o número de pilares, aumentando o vão entre eles. A Figura 6.52 permite a visualização de uma das grandes vantagens do uso do concreto protendido: uma viga com altura reduzida e um grande vão entre pilares. Tudo isso resultando em economia, pois a redução direta do volume de concreto da peça, reduz o carregamento do peso próprio da estrutura, reduzindo assim as cargas de reação nas fundações e, conseqüentemente, reduzindo o custo das mesmas.

147 145 Figura 6.52 Altura reduzida da viga do 1 pavimento, para um grande vão, do prédio da Administração CONTROLE DE QUALIDADE No caso da produção de concreto um sistema efetivo e econômico de controle da qualidade deve ser baseado em métodos estatísticos para funcionar adequadamente (MEHTA, 1994). Os procedimentos estatísticos estão baseados nas leis de probabilidade, e para que estas leis funcionem adequadamente, o primeiro requisito é que todos os dados sejam coletados por amostragem aleatória. Nesse sentido, seguindo as orientações da NBR (2006), que trata do preparo, controle e recebimento do concreto, o controle estatístico das resistências à compressão do CAD utilizado no Centro Cultural foi feito por amostragem total, ensaiando-se exemplares de todas amassadas de concreto nas idades de 28 dias. Também foram realizados ensaios de resistência à compressão nas idades de 3 e 7 dias, mas neste caso em amostragem parcial. Já em relação ao módulo de elasticidade não se realizou o controle por amostragem total. Nesse caso foram realizados ensaios em amostras necessárias para a verificação do módulo especificado em projeto, sendo importante, por exemplo, para o controle da deflexão das estruturas, principalmente da cúpula do Palácio da Música, dos balanços e vãos das lajes do Museu, e dos balanços e vãos das vigas e lajes do prédio da Administração.

148 Resistência à compressão Foram utilizados CADs de f ck 40 e 50 MPa na construção do Centro Cultural Oscar Niemeyer. A maior parte das estruturas foi construída com CAD de f ck 40 MPa, totalizando um volume de aproximadamente m 3 de concreto. Já o CAD de f ck 50 MPa, utilizado especificamente na laje do primeiro pavimento do prédio do Museu, em função da complexidade da solução estrutural utilizada, totalizou um volume de cerca de 2000 m 3 de concreto. No caso do CAD de f ck 40 MPa, o controle das resistências foi dividido em duas etapas, separadas pelo estudo termomecânico do CAD: na primeira etapa (até a primeira quinzena do mês de agosto de 2005) o concreto, que não recebeu nenhuma adição mineral e foi dosado com aditivo polifuncional, foi chamado de concreto sem sílica ; na segunda etapa (a partir da segunda quinzena de agosto de 2005) o concreto, que foi dosado com adição de sílica ativa e, além do aditivo polifuncional, com aditivo superplastificante de 2ª geração, foi então chamado de concreto com sílica. Já o CAD de f ck 50 MPa foi todo produzido com adição de sílica ativa e aditivos polifuncional e superplastificante CAD com f ck 40 MPa Seguindo as especificações da NBR (2006), o controle do concreto na idade de 28 dias, por amostragem total, foi realizado com dois corpos-de-prova de cada amassada de concreto (num total de 1283 exemplares). Entretanto, para efeito de visualização dos resultados ao longo de todo o período da construção do Centro Cultural, foi criado um gráfico (Figura 6.53) com valores mensais das resistências, calculados a partir das médias de cada mês.

149 147 Evolução da Resistência Média à Compressão 55 Resistência Média (MPa) Concreto sem sílica ativa Concreto com sílica ativa mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 Mês/ano fc28 medio fck proj fck est concreto c/ silica fck est para todos concretos fck est concreto s/ silica Figura 6.53 Gráfico da evolução das resistências médias à compressão, aos 28 dias de idade, para os concretos sem e com sílica ativa, de f ck 40 MPa. O f ck estimado calculado para os 1283 resultados foi de 41,1 MPa. Como se vê no gráfico da Figura 6.53, todos os lotes foram aceitos, pois suas resistências foram maiores que o f ck estimado. Também está nítido nesse gráfico o aumento da resistência à compressão dos concretos a partir da adição de sílica ativa e do uso do aditivo superplastificante de 2ª geração, em meados do mês de agosto de Em função da heterogeneidade do concreto, amostras ensaiadas de um mesmo lote podem apresentar diferentes valores de resistência à compressão. Variações na resistência de um concreto, para uma dosagem previamente estudada, pode ocorrer por conta de agentes não previstos, tais como variação da temperatura e mudança de fornecedores de materiais, entre outros (JACINTO; GINOGO, 2005). Portanto, a resistência de um material frágil como o concreto deve ser representada, além de um único valor médio, pela variabilidade de sua

150 148 resistência (NEVILLE, 1997), ou seja, pelo desvio padrão. Nesse sentido a NBR 7212 (1984) estabelece limites de valores de desvio padrão para a avaliação do concreto, quando produzido por concreteiras. Segundo a referida norma um desvio padrão (Sn) é considerado: excelente, quando menor que 3,0 MPa; bom, quando situado entre 3,0 e 4,0 MPa; razoável, quando situado entre 4,0 e 5,0 MPa, e deficiente quando maior que 5,0 MPa. Para efeito de melhor visualização do desvio padrão de todo o período de construção da obra, foi criado um gráfico que traz a evolução do desvio padrão através da média dos resultados em cada mês, como fora feito para a resistência à compressão. O gráfico, que encontra-se na Figura 6.54, mostra que os valores de desvio padrão calculados para os concretos do Centro Cultural variaram de um valor mínimo de 2,25 no mês de maio de 2005, chegando a um valor máximo de 6,57 no mês de setembro de Evolução do Desvio Padrão Desvio Padrão Concreto sem sílica ativa Sn deficiente Sn razoável Sn bom Sn excelente mai/05 1 jun/05 2 jul/05 3 ago/05 4 set/05 5 out/05 6 nov/05 7 dez/05 8 jan/06 9 fev/06 10 Mês/ano Desvio padrao Concreto com sílica ativa Figura 6.54 Gráfico da evolução do desvio padrão para os concretos sem e com sílica ativa, de fck 40 MPa. Analisando o gráfico segundo a NBR 7212 (1984), os concretos com sílica ativa seriam considerados deficientes nos meses de agosto, setembro e outubro de 2005, e no mês de janeiro de Entretanto, há que se ressaltar que os altos valores de desvio padrão se deram muito mais em função dos altos valores de resistência à compressão, seguindo o

151 149 mesmo comportamento a evolução da resistência à compressão, conforme o gráfico da Figura Chegou-se a valores de até 72,3 MPa nos ensaios de resistência à compressão do CAD de f ck 40 MPa. De acordo com o gráfico da Figura 6.54, o desvio padrão sobe abruptamente no mês de agosto. Tal fato pode ser explicado pela mudança na dosagem do concreto ocorrida no referido mês, quando se passou a utilizar sílica ativa e aditivo superplastificante de 2ª geração no traço do CAD, aumentando significativamente os valores de resistência à compressão aos 28 dias de idade. Ainda analisando o gráfico da Figura 6.54, comparando-o com o gráfico da Figura 6.55, percebe-se nitidamente que os menores valores do desvio padrão ocorrem nos meses de clima seco na cidade de Goiânia, no período de maio a agosto, e que nos meses de chuva, ou seja, de setembro a fevereiro, ocorrem os maiores valores do desvio padrão. Tal fato evidencia um sério problema que ocorre com freqüência nas concreteiras, qual seja, a não correção da água de dosagem em função da água contida nos agregados, proveniente das chuvas. Precipitação total mensal na cidade de Goiânia Precipitação (mm) mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06 mês/ano Precipitaçao mensal Figura 6.55 Gráfico da precipitação total mensal na cidade de Goiânia, nos meses de maio de 2005 a fevereiro de Fonte: INMET, Variações do teor de umidade dos agregados, a menos que cuidadosamente compensados com as correções de água adicionada, influenciam seriamente a resistência do concreto (NEVILLE, 1997).

152 CAD com f ck 50 MPa De modo diferente ao CAD de f ck 40 MPa, todos os lotes do CAD de f ck 50 MPa foram produzidos com adição de sílica ativa, e sua produção ocorreu toda no mês de outubro de Por isso, o gráfico da resistência à compressão do CAD de f ck 50 MPa contempla os valores dos 83 exemplares ensaiados. Somente quatro exemplares obtiveram valores menores que o f ck estimado de 50,3 MPa, porém, com valores muito próximos ao mesmo. A resistência média encontrada foi de 57,6 MPa, e o desvio padrão 6,06 MPa. Da mesma forma que o CAD de f ck 40 MPa, esse concreto foi aprovado pois, mesmo com valor de desvio padrão considerado deficiente pela NBR 7212 (1984), as resistências obtiveram valores bem mais altos que o f ck estimado. Resistência à Compressão 80,0 Resistência à compressão (MPa) 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40, Lotes Fc 28 Fck est Fck proj Figura 6.56 Gráfico das resistências à compressão dos exemplares rompidos aos 28 dias de idade, do CAD de f ck 50 MPa. A variabilidade dos valores da resistência à compressão do CAD de f ck 50 MPa (Figura 5.56), assim como no caso do CAD de f ck 40 MPa, também ocorreu em função das

153 151 chuvas ocorridas no mês de outubro, evidenciando o problema da não correção da água de dosagem em função da água contida nos agregados, proveniente das chuvas, por parte das concreteiras Módulo de elasticidade De modo diferente ao controle da resistência à compressão, realizado por amostragem total, o controle do módulo de elasticidade (Ec) foi realizado através de ensaios de amostras aleatórias dos concretos de fck de 40 e 50 MPa. Na falta de dados de ensaios normalmente são usadas expressões empíricas simplificadas para avaliar Ec, que, em geral, são função da resistência à compressão (fc) média ou característica do concreto referente à idade de 28 dias (SHEATA, 2005). Através desses ensaios constatou-se que o módulo de elasticidade (Ec) do CAD de f ck 40 MPa, seja ele com ou sem sílica ativa, variou de 26 a 28 GPa, e o do concreto de f ck 50 MPa variou de 30 a 32 MPa. Tais valores foram superiores aos especificados no projeto estrutural, os quais deveriam ser de 26 e 28 GPa, respectivamente, para os concretos de f ck 40 e 50 MPa. Tomando-se os valores médios de Ec de 27 e 31 GPa para os concretos de f ck 40 e 50 MPa, respectivamente, foram feitas comparações desses valores ensaiados com valores calculados por diferentes expressões de cálculo. Um dessas expressões é a que encontra-se na NBR 6118 (2003), descrita na Eexpressão 6.1. Também foram utilizadas as expressões oriundas da Comissão do ACI 363-R (1991) (Expressão 6.2) e do CEB (1990) (Expressão 6.3). Ec = 5600 fck 1/2 (6.1) Ec = 3,32 fc 1/2 + 6,9 (6.2) Ec = 10( fc + 8) 1/3 (6.3) Por último, a outra expressão utilizada foi fruto de uma pesquisa desenvolvida por Pinto (2003) (Expressão 6.4), cujos CADs foram produzidos com materiais disponíveis na região de Goiânia: Ec = -0,0013 fc 2 + 0,4303 fc + 7,3413 (6.4) Também foram extraídos valores de módulo de elasticidade, em função do f ck do

154 152 concreto (40 e 50 MPa) e do agregado granito, do gráfico proposto por KLISZEWICZ E AJDUKIEWICZ ( 2002), apresentado na Figura Figura 6.57 Módulo de elasticidade tangente inicial de concretos com diferentes tipos de agregados graúdos e resistências. Fonte: KLISZEWICZ E AJDUKIEWICZ, Os valores ensaiados e calculados encontram-se Tabela 6.7. Tabela 6.7 Valores do módulo de elasticidade ensaiados em comparação a valores calculados por fórmulas empíricas. Resistência à Compressão (MPa) Pinto (2003) Kliszewicz e Ajdukiewicz (2002) Módulo de Elasticidade (GPa) Valor real ensaiado ACI 363 (1991) NBR 6118 (2003) CEB (1990) 40 22,5 27,0 27,0 27,9 35,9 36, ,6 29,0 31,0 30,4 39,6 38,7 Observa-se na Tabela 6.7 que os valores reais de Ec se aproximaram da expressão proposta pelo ACI 363 (1991), e dos valores extraídos do gráfico proposto por KLISZEWICZ E AJDUKIEWICZ ( 2002). Entretanto, não se aproximou dos valores calculados através das demais expressões acima mencionadas. Foram bastante diferentes, inclusive, dos valores calculados pela expressão encontrada por Pinto (2003), desenvolvida para os mesmos tipos de materiais utilizados no Centro Cultural, os quais também foram provenientes da região de Goiânia.