Concreto Massa. Ponte sobre o Rio Orinoco Venezuela. Cathedral of Our Lady of the Angels. Residência, Cidade do México

Transcrição

1 Concreto Massa Cathedral of Our Lady of the Angels Ponte sobre o Rio Orinoco Venezuela Residência, Cidade do México

2 Laboratórios de Tecnologia em Empreendimentos de FURNAS: Uma breve apresentação

3 Áreas de Atuação Tecnologia do concreto Mecânica dos solos Mecânica das rochas Materiais betuminosos Geologia de engenharia e ambiental Instrumentaçãoe auscultaçãopara segurança estrutural Engenharia hidráulica Hidrometeorologia Controle de qualidade da água Gestão da qualidade Metrologia

4 Atuação Internacional em cerca de 30 obras nos cinco continentes; Atuação Nacional em mais de 150 empreendimentos ; Desde 1985, sede em Aparecida de Goiânia-GO; GO; Certificação ISO 9001 e acreditaçãoinmetro; Apoio a mais de 100 dissertações de mestrado e 50 teses de doutorado; Mais de 700 artigos técnico-científicos científicos publicados

5 Comportamentoe desempenho térmico do concreto: Por que e quando se preocupar? Como evitar fissuras de origem térmica? Eduardo de Aquino Gambale Departamento de Tecnologia de Empreendimentos FURNAS

6 INTRODUÇÃO A reação de hidratação do cimento provoca, durante o endurecimento do concreto, variações dimensionais que, quando restritas, podem levar a fissuração do concreto.

7 Complexidade - recentes avanços processos construtivos Novas concepções de cimentos Dosagens influem diretamente na fissuração do concreto Centro Administrativo Rio Negro Barueri,SP Concreto Fluido Autoadensável Concreto de Alto Desempenho Temperatura (ºC) CP II F 32 CP IV CP Branco Idade (Hora)

8 Cimentos Brasileiros Principais fatores que influenciam significativamente na velocidade de hidratação do cimento: Composição química do cimento : quantidade de C3A e C3S Finura do cimento (m²/g) : moagem e área específica

9 Concreto Massa - definição É aquele que, ao ser aplicado numa estrutura, requer a tomada de precauções que evitem fissurações derivadas de seu comportamento térmico. 50 Termômetro 363 Temperatura Calculada Leituras no Termômetro 363 Temperatura( C) Idade (dias)

10 Tipos de Fissuras Fissuras do concreto no estado plástico Sedimentação; Assentamento diferenciais dentro da massa do concreto; Movimentação das formas ou fundação; Impedimento da sedimentação pela armadura ou agregado; Retração superficial; Variação da temperatura ambiente. Fissuras do concreto no estado endurecido Retração hidráulica; Deformação autógena; Acabamento (uso excessivo da desempenadeira) Concentração de esforços; Em função do fenômeno da hidratação do cimento; Projeto inadequado das Juntas de dilatação; Oxidação das armaduras; Formação da Etringita tardia; Ataque químico (fonte externa e interna).

11 Fissuras de Origem Térmica Transmissão de Calor no Maciço de Concreto Fonte de Calor Externa Fonte de Calor Interna Energia Solar Convecção e condução Calor Hidratação Condução (Difusividade térmica)

12 Por que aparece a fissura de origem térmica da hidratação do cimento? A tensão de tração na flexão é ultrapassada pela tensão instalada Peça de Concreto Livre de tensão Resfriada sem restrições Resfriada com restrições Tensão = 0 Tensão = 0 Tensão <> 0

13 Existem ótimos planejamentos de construção, que produzirão temperatura favoráveis no concreto massa sem grande custo, mas informações para auxiliar a seleção desses planejamentos geralmente têm faltado. Eng Walton Pacelli e Roy Carlson executando cálculo térmico pelo método de Carlson em Itumbiara-GO, Desenho da Arquiteta Maria Luiza de Ulhôa Carvalho. A base do método dos elementos finitos foi desenvolvida por Douglas Mchenry Roy W. Carlson

14 HISTÓRICO Em1962, a segurança de uma barragem em Arkansas Estados Unidos foi questionada devido à uma grande fissura vertical. Este foi o primeiro caso em que foi utilizado o método dos elementos finitos para resolver um problema da Engenharia. Tipos de elementos finitos : unidimensional Bidimencional Tridimensional

15 Tensões de origem térmica Fatores de Projeto e execução Coeficiente dilatação Módulo de elasticidade Resistência à tração Fluência Caracterização do Concreto Parâmetros Parâmetros Viscoelásticos Térmicos Dimensões da peça Intervalo de colocação Condições de lançamento Temperatura ambiente Temperatura de colocação Uso de pós refrigeração Consumo de cimento Tipo de cimento; outros Cálculo no Campo de Tensões Cálculo no Campo de Temperatura Difusividade Térmica Condutividade Térmica Calor Específico Elevação Adiabática Segurança Instrumentação

16 Parâmetros térmicos e viscoelásticos- Obtenção Execução de Ensaios Utilização de um banco de dados (Literatura) Equipe de FURNAS - Editor Walton Pacelli de Andrade Concretos: Massa, Estrutural, Projetado e Compactado com Rolo Ensaios e Propriedades Ed. Pini, São Paulo-SP, Modelos de dados exemplo : Rede Neural

17 Simulação UNIDIMENSIONAL 1, Concreto Fundação

18 Modelo BIDIMENSIONAL Tubo de sucção da UHE Santo Antonio

19 Caixa Expiral da UHE Batalha

20 Simulação TRIDIMENSIONAL Concretagem bloco de fundação de grande dimensão e volume de concreto : 520 m 3 Viga Munhão UHE Corumbá

21 Fissuras de Origem Térmica O que fazer para minimizar: Dosagem: consumo de cimento, tipo de cimento, aditivo etc. Plano de concretagem: espessura das camadas, intervalo de colocação, lançamento noturno, concreto bombeado, forma deslizante, etc. Procedimento construtivo: pré-refrigeração (armazenamento do material na sombra, água gelada, gelo, refrigeração do agregado etc) ou pós refrigeração (serpentina ou outros recursos)

22 Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estrutura 1. CONSUMO DE CIMENTO 60,0 Elevação Adia abática ( o C) 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 200 kg/m³ 250 kg/m³ 300 kg/m³ 350 kg/m³ 400 kg/m³ Idade (dia)

23 Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estrutura 2. TEMPERATURA DE APLICAÇÃO NA PRAÇA kg/m³ do cimento tipo CP II Tem peratura am biente = 25 o C Espessura da cam ada= 1 m etro 70 Temperatura máxim ma ( o C) Temperatura de colocação do concreto na praça ( o C)

24 Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estrutura 3. ESPESSURA DA CAMADA kg/m³ do cimento tipo CP II Tem peratura am biente = 20 o C - Tem peratura de colocação = 25 o C Intervalo de colocação das cam adas = 3 dias Temperatura máxim ma ( o C) ,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 Espessura da camada (m)

25 Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estrutura 4. PLANO DE CONCRETAGEM Plano : 1 camada de 0,50 m depois de 5 dias uma camada de 1,00 metros depois de 4 dias camadas de 1,50 metros a cada 8 dias Temperatura (ºC) Idade (dia) 1º Camada 2º Camada 3º Camada 4º Camada 5º Camada 6º Camada 7º Camada

26 Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estrutura 5. INTERVALO DE LANÇAMENTO kg/m³ do cimento tipo CP II Tem peratura am biente = 20 o C - Tem peratura de colocação = 25 o C Espessura da cam ada= 1 m etro 62 Temperatura máxim ma ( o C) Inte rv alo de colocação (dias)

27 Fatores cuja influência é significativa na temperatura da estrutura 6. TIPO DE CIMENTO Temp eratu ura ( o C) CP II CP III CP IV Idade (dia)

28 Como evitar a FISSURAÇÃO? PRÉ-REFRIGERAÇÃO Gelo em escamas Água gelada Gelo em cubos

29 PRÉ-REFRIGERAÇÃO Cálculo da % de GELO 90 C onsum o de C im ento = 400 kg/m 3 C onsumo de água = 180 kg/m 3 Te m pe ra tura a m bie nte = 3 5 o C % Gelo Queda de tem peratura ( t( o C )) Princípio da conservação da Energia: (ΣQ=0)

30 PRÉ-REFRIGERAÇÃO FÁBRICA DE GELO

31 PRÉ-REFRIGERAÇÃO CAMINHÃO BETONEIRA Geladinho Tecnologista Élcio Guerra Ganhador do prêmio Liberato Bernardo 1993

32 Como evitar a FISSURAÇÃO? PÓS-REFRIGERAÇÃO Circulação de ÁGUA em SERPENTINAS

35 Como evitar a FISSURAÇÃO? RAIOS SOLARES Proteção contra incidência

36 Como evitar a FISSURAÇÃO? PROTEÇÃO Mantas, sacos de aniagem Manta tipo BIDIN Manta de geotêxtil

37 Como evitar a FISSURAÇÃO? CUIDADOS COM CURA E VIBRAÇÃO Procedimento correto de vibração do concreto - revibração do concreto, visando a melhoria do acabamento da superfície vibrada e incorporação das pedras segregadas e espalhadas sobre a superfície do concreto vibrado. Cura eficiente

38 ESTUDO DE CASO 3 a Ponte do Lago Sul de BRASÍLIA

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41 Caracterização do CONCRETO Resistência a compressão (MPa) Resistência a compressão (MPa) Idade (dia) Ensaio Ajuste Resistência à Tração (MPa) Módulo de Elasticidade Elétrico (GPa) Resistência à Tração (MPa) Idade (dia) Flexão Diametral Simples Ensaio Ensaio Ensaio Módulo (GPa) Idade (dia) Ensaio Ajuste

42 Caracterização do CONCRETO Ensaios ESPECIAIS Coeficiente de Fluência (10-6/MPa) Idade (dia) Ensaio Ajuste 7 0 F lu ê n c ia E s p e c ífic a Parâmetros Térmicos Calor Específico (kcal/kg. o C) : 0,20 Difusividade Térmica (m²/dia) : 0,07705 Condutividade Térmica (kcal/m.d. o C) : 36,18 Massa específica (Kg/m 3 ) : 2348 Coeficiente de Dilatação Térmica (10-6 / o C) : 9,11 Fluência (10-6 /MPa) I d a d e (d i a ) 4 d ia s 7 d ia s 2 8 d ia s

43 ANÁLISE no CAMPO das TEMPERATURAS Concreto Água Concreto externo

44 HIPÓTESES DE CÁLCULO ESTUDADAS 90 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Camada 2,0m Camada 2,0m 80 Cronograma Obra Obra 70 Camada 1,0m Camada Camada 1,0m 1,0m Intervalo de Lançamento (dia) 7 8 Intervalo de Lançamento (dia) Cronograma da Obra : Lançamento de uma camada 0,50m seguido de uma espera de 10 dias, retomada com 3 camadas de 1,00m e última de 0,50 m

45 RESULTADOS Isotermas do Bloco 4 da 3º Ponte do Lago Sul Tmáx = 85ºC Tmáx = 75 ºC Com Sem pós- refrigeração pós-refrigeração

46 Algumas FOTOS

47 Estudo térmico do tamponamento do Tunel da UHE Batalha

50 Estudo térmico do tamponamento do Tunel da UHE Batalha Analise térmica

51 MONITORAMENTTO de Temperatura 80 Temperatura (ºC) Calculo Leituras do TE Idade (dia)

52 Monitoramento (Bloco de uma Edificação) Altura = 1,60m Cimento CP-V consumo XXX Kg/m³ Tempe eratura C Tempo em horas Termômetro Central 1ª Cama da Termômetro Centra l 2ª Cama da Simulação nó central da 1ª camada (nó 63) Simulaçõa nó central da 2ª camada ( nó 163) CASTRO, D. P. ; NASCENTE, M,R.; Estudo do Comportamento Térmico do Concreto de Blocos e sapatas de fundações Pontífícia Universidade Católica de Goiás, Departamento de Engenharia Civil, Trabalho de Final de Curso, Goiânia, 2013

53 CONSIDERAÇÕES FINAIS O fenômeno térmico é um problema importante e deve ser levado em consideração em concretos com características massivas. Do ponto de vista da engenharia, diversas medidas podem ser tomadas de modo a prevenir a fissuração do concreto provocada pelos efeitos da reação de hidratação, como por exemplo: 1. Escolha da composição do concreto; 2. Proteção do concreto contra a incidência dos raios solares (armazenamento na sombra dos materiais, cura com água da estrutura, sacos de aniagem molhado,etc); 3. Controle do ritmo de execução da estrutura, isto é, da espessura das camadas de concretagem e do intervalo de lançamento entre camadas consecutivas; 4. Diminuição da temperatura de lançamento do concreto (pré refrigeração); 5. Utilização da pós-refrigeração.

54 MUITO OBRIGADO!!! Gambale

55 ELETROBRAS FURNAS DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE EMPREENDIMENTOS LABORATÓRIO DE TECNOLOGIA EM ENGENHARIA CIVIL s: Telefone: (62) Fax: (62) Endereço: BR 153, km 510 Aparecida de Goiânia GO