Conceitos e propriedades do concreto de alto desempenho

1. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO – CAD
Concreto de Resistência Normal/Concreto Comum/Concreto Normal ( ? )
↕
CONCRETO USUAL
Concreto de Alto Desempenho x Concreto de Alta Resistência ( ? )
Concreto de Alta Resistência = Concreto Usual + seleção cuidadosa dos
materiais neles empregados; superplastificantes usados como fluidificantes
para concretos usuais.
Concreto de Alto Desempenho = Relação água/aglomerante muito baixa
Fluidez mais elevada
Módulo de elasticidade mais alto
Resistência à flexão maior
Menor permeabilidade
Resistência à abrasão melhorada
Maior durabilidade
Relação água/cimento, água/material cimentício ou água/aglomerante ( ? )
Relação água/cimento – o concreto não contém nenhum outro material
cimentício além do cimento Portland.
Relação água /material cimentício – cimento Portland com calcário ou fíler de
sólica.
Relação água/aglomerante – qualquer material finamente moído que é usado
na mistura do concreto, tendo finura próxima ou menor do que a cimento
Portland.
O que é “desempenho” de um concreto?
Como pode ser medido?
É essencialmente um concreto tendo uma relação água/aglomerante baixa.
Quanto?
Cerca de 0,40 é a fronteira entre concretos usuais e CAD.

2. FUNDAMENTOS PARA O PROPRIETÁRIO
Objetivo final – obter o maior retorno possível do investimento durante a vida
útil da construção.
Materiais Estruturais
 pouco interesse para o proprietário
 satisfaçam as exigências funcionais dentro de custos aceitáveis
 acabamentos específicos por razões ligadas à aparência
Exemplos:
 Aumentar a resistência à compressão de 60 MPa para 75 MPa em uma
plataforma submarina projetada para uma lâmina d'água de 300 m
resulta uma redução de cerca de 50.000 m3
de concreto e uma
economia de 77 milhões de dólares.
 Edifícios muito altos com estrutura de aço oscilam demais com ventos
fortes e as soluções para contrabalançar essa oscilação tendem a ser
caras e apenas parcialmente eficazes.
 Two Union Square (1988, Seattle, USA) – todos os inquilinos gozam do
mesmo conforto com relação à velocidade do vento.
 Cronograma de obra muito apertado – ponte da Île de Ré (1988,
França) – acelerar a concretagem das vigas-caixão pré-fabricadas.

3. FUNDAMENTOS PARA O PROJETISTA
Projetista – palavra final na seleção dos materiais estruturais (?)
Decisão deve satisfazer:
 as exigências funcionais do proprietário
 as exigências estéticas do arquiteto
 os condicionantes técnicos impostos pelas normas de construção
Escolha:
 Um projetista em Pittsburg, a capital do aço dos Estados Unidos,
selecionar qualquer outra solução que não uma estrutura de aço para
os escritórios da sede de uma companhia siderúrgica.
 Uma companhia cimenteira abrigaria a sua sede num edifício com
estrutura de aço?
 Regiões sujeitas a terremotos podem favorecer escolha de materiais
dúcteis como o aço, no lugar do concreto.
Determinação final do projetista:
 percepção técnica e econômica do mercado de construção no qual a
estrutura está para ser construída.
 Preferência pessoal por um material estrutural – projeto mais eficiente
se o projetista usar um material que ele conhece.
Exemplos:
 Water Tower Place (Chicago,1960) – diminuição da seção dos pilares
dos andares inferiores, diminuindo o peso próprio da edificação e
aumentando o espaço útil. A resistência à compressão do concreto
diminuiu progressivamente de 60 MPa, ao nível do solo, para 30 MPa,
no topo do edifício. Essa redução permitiu que as fôrmas metálicas pré-
fabricadas dos pilares pudessem ser usadas em todo o edifício.
 Two Union Square (Seattle, 1988) – elevado módulo de elasticidade
aumentou a rigidez do edifício, visando amortecer a oscilação nos
ventos mais intensos.

4. FUNDAMENTOS PARA O EMPREITEIRO
 Papel não muito importante na seleção do material estrutural.
 Propor alternativas de projeto mais econômicas baseadas na sua
experiência.
 Convencer o proprietário a usar um concreto de alta resistência –
determinar quanto o seu uso reduziria o custo final da estrutura.
FUNDAMENTOS PARA O FORNECEDOR DE CONCRETO
Concreto usual:
 Produzir e entregar concreto de 30 MPa não requer habilidade especial
ou medidas de alta tecnologia para o controle de qualidade
 No concreto usual não requer técnicas inovadoras e agressivas de
venda.
 Uso estritamente normalizado, literatura abundante sobre como e
quando usá-lo.
 A concorrência é quase exclusivamente baseada no preço unitário e
não na qualidade.
CAD:
 Material de alta tecnologia, com o qual não se pode trabalhar de forma
expedita.
 Demanda pesquisa para determinar os constituintesmais adequados
disponíveis na região.
 Controle de qualidade é imperativo
 Promoção bem fundamenta dirigida aos clientes, arquitetos e projetistas
 Uso eficiente com o objetivo de criai estruturas mais elegantes e
econômicas.
 Boa equipe de controle da qualidade, um forte departamento técnico e
uma estratégia de venda bem focada.
 Investimentos em materiais, equipamentos e pessoal.
FUNDAMENTOS PARA O MEIO AMBIENTE
 No CAD o poder aglomerante do cimento Portland é usado mais
eficientemente.
 No concreto usual o consumo de água mais elevado resulta uma
microestrutura fraca e porosa
 Para uma mesma carga em um determinado elemento estrutural o CAD
usa menos cimento e menos agregado.

5. PRINCÍPIOS DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Ruptura do concreto sob carga de compressão
Do ponto de vista da abordagem mecânica da fratura, o concreto pode ser
considerado como um material não homogêneo composto de três fases
separadas:
 A pasta de cimento hidratada;
 A zona de transição entre a pasta de cimento hidratada e o agregado;
 Os agregados.
Melhorando a resistência da pasta de cimento hidratada:
 Porosidade
➢ um grande número de poros grandes ou vazios concentrados em um
local, reduz a resistência;
➢ quando a relação água/cimento da pasta de cimento hidratada é
reduzida, as partículas de cimento ficam mais próximas umas das
outras;
➢ para a reduzir a porosidade de uma pasta de cimento hidratada, é
necessário reduzir, tanto quanto possível, a quantidade de ar
incorporado e a relação água/cimento na pasta fresca de cimento
(figura 2).
Figura 2: Representação esquemática de duas pastas frescas de cimento tendo uma relação água/cimento de 0,65 e 0,25.
Grãos de
cimento
anidro
Água
Pasta de cimento fresca
0,65 0,25

6.  Tamanho do grão
➢ em geral, a resistência de uma fase cristalina aumenta com a
diminuição do tamanho do grão;
➢ diminuir a relação/aglomerante favorece a formação dos produtos
internos caracterizados por uma textura fina;
➢ o C-S-H de tais produtos internos parece uma fase vítrea altamente
compacta quando observado num microscópio eletrônico de
varredura (figura 3).
Figura 3: Produtos internos da hidratação
 Heterogeneidades
➢ com materiais multifase, as heterogeneidades são a origem da perda
de resistência;
➢ bolhas de ar incorporadas podem ser consideradas como
heterogeneidades microestruturais que poderiam ser minimizadas no
CAD quando a resitência é o objetivo final;
➢ os superplastificantes necessários para reduzir a relação
água/aglomerante desempenham um papel-chave para melhorar a
dispersão das partículas de cimento nas pastas recém-misturadas.

7. Melhorando a resistência na zona de transição:
 No concreto usual, a zona de transição tem de 0,05 a 0,1 mm de
espessura;
 comparada com a pasta de cimento como um todo, a microestrutura da
zona de transição é caracterizada pela presença de grandes poros e
grandes produtos cristalinos da hidratação (figura 4);
➢ a redução da relação água/aglomerante e o uso da sílica ativa
tendem a reduzir a espessura e a fraqueza da zona de transição
(figura 5).
Figura 4: zona de transição num concreto de baixa resistência (17,5 MPa)
AG: agregado, CH: óxido de cálcio hidratado
Figura 5: C – S – H denso num concreto com sílica ativa em torno do agregado. Pode ser notada a
ausência da zona de transição

8.  Os agregados:
 no concreto usual não é necessária a seleção de agregados mais
resistentes;
 no CAD, os agregados devem ser mais resistentes do que a pasta
hidratada de cimento e a zona de transição;
 a resistência do agregado pode constituir o elo mais fraco no CAD;
➢ controle mais rigoroso da qualidade do agregado com relação à
granulometria e ao tamanho máximo
➢ agregado miúdo: areia grossa
➢ agregado graúdo:
➢ rochas duras e densas (calcário e dolomita)
➢ rochas plutônicas (granito, sienito,diorito, gabro e diabase)
➢ partículas equidimensionais (cúbicas)
➢ tamanho máximo do agregado (TMA) de 20 a 25 mm (?)
Figura 6: Superfície de ruptura de um concreto usual
Figura 7: Superfície de ruptura de um concreto contendo um agregado graúdo fraco

9. PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO
Resistência à compressão:
 A “lei” da relação água/aglomerante é apenas válida até a “resistência
de ruptura” do agregado graúdo tornar-se o elo mais fraco dentro do
CAD.
 Quando o agregado graúdo é suficientemente resistente, é impossível
formular uma relação geral entre relação água/aglomerante e a
resistência à compressão do CAD que pode ser obtida.
 Os valores da tabela 1 parecem pertencer a faixas amplas demais.
 Somente misturas experimentais podem fornecer os reais valores que
podem ser conseguidos.
Tabela 1: Resistência à compressão do concreto de alto desempenho em função da relação água/aglomerante
Relação a/a Faixa de resistência à compressão máxima
MPa
0,40 – 0,35
0,35 – 0,30
0,30 – 0,25
0,25 – 0,20
50 – 75
75 – 100
100 – 125
> 125
Outros temas relacionados com a resistência à compressão:
 Resistência inicial à compressão
➢ concreto ideal
➢ permanecer plástico tanto quanto o necessário para ser lançado
nas fôrmas facilmente;
➢ tão logo seja lançado, endurecer em poucas horas, sem
desenvolver calor excessivo, retração ou fluência;
➢ Não precisar de qualquer tipo de cura.
➢ Fatores que influenciam na pega e endurecimento
➢ temperatura inicial do concreto;
➢ temperatura ambiente: baixa temperatura ambiente pode atrasar o
endurecimento do concreto;
➢ aditivos incorporados: quantidade de superplastificantes e
retardadores de pega.
 Temperatura máxima atingida nas idades iniciais
➢ é função da quantidade de cimento que está realmente se
hidratando, e não da quantidade total de cimento presente no traço
 Resistência à compressão a longo prazo
 Resistência dos testemunhos comparada à dos corpos-de-prova