CONCRETOS ESPECIAIS

Prof.ª D.Sc. Luciane Farias Ribas

Evolução em tecnologia do concreto

• Misturas de concretos convencionais de cimento Portland

sofrem de certas deficiências.

• Tentativas de superar tais deficiências resultaram no

desenvolvimento de alguns tipos especiais de concreto.

• O concreto comum, feito com agregado natural, tem baixa

relação resistência-peso se comparado ao aço.

• Isso coloca o concreto em desvantagem econômica quando se

projetam elementos estruturais para edificios altos, pontes

com grandes vãos e estruturas flutuantes.

• De acordo com a primeira abordagem, a densidade ou massa

específica do concreto pode ser reduzida, substituindo-se o

agregado convencional por agregado leve.

• De acordo com a segunda abordagem, a resistência do

concreto pode ser aumentada substancialmente.

• A terceira abordagem, que é um desenvolvimento

relativamente recente, combina as duas primeiras,

envolvendo o uso de partículas de agregado leve de alta

resistência em misturas com superplastificante para produzir

concreto leve de alta resistência.

Evolução em tecnologia do concreto

Concretos Especiais

• Concreto Estrutural Leve

• Concreto de Alta Resistência

• Concreto Alto-adensável

• Concreto de Alto Desempenho

• Concreto Retração Compensada

• ConcretoReforçado com Fibras

• Concreto Contendo Polímeros

• Concreto Pesado para Blindagem de Radiação

• Concreto Massa

• Concreto Compactado com Rolo

DEFINIÇÃO

• O ACI 213R-87, Guide for Structural Lightweight

Aggregate Concrete:

▫ Aqueles que têm resistência à compressão aos 28 dias

maior que 17 MPa e massa específica seca ao ar aos

28 dias que não exceda 1850 kg/m³.

DOSAGEM • O método de volume absoluto, base do método ACI de dosagem de

misturas de concreto de peso normal, não é prático para concretos

leves.

• A relação entre resistência e relação a/c não pode ser efetivamente

aplicada, já que é difícil determinar quanto da água de

amassamento do concreto será absorvida pelos agregados.

• A dificuldade é causada não apenas pelas grandes quantidades (de

10% a 20%) de absorção de água pelos agregados porosos, mas

também pelo fato de alguns agregados continuarem a absorver água

por várias semanas.

DOSAGEM

• Estimativas confiaveis do desvio de umidade da condição

saturada com superfície seca (SSS) e da massa específica

na condição SSS são bastante difícies.

• A massa específica dos agregados leves pode variar

amplamente com a granulometria.

• O abatimento máximo é limitado para evitar a

segregação.

DOSAGEM

• É utilizado incorporadores de ar entre os teores de 5 a 7% para

redução da demanda de água e, mantendo-se o abatimento

desejado, da tendencia à exudação e segregação.

• A resistência à compressão é relacionada ao consumo de

cimento para um dado abatimento, ao invés de relacioná-la à

relação a/c.

• A resistência também pode ser aumentada dimuindo a

dimensão máxima do agregado graúdo ou utilizando como

agregado miúdo areia natural de boa qualidade.

DOSAGEM

• Porém a substituição completa dos agregados miúdos

leves aumentará a massa específica em cerca de 160

kg/m³ para o mesmo nível de resistência.

• É conveniente começar com volumes iguais de agregado

miúdo e graúdo e fazer os ajustes necessarios para o

abatimento desejado com o mínimo de segregação.

• ACI 211.2 (Standard Practice for Selecting Proportions

for Strutural Lightweight Concrete)

PROPRIEDADES

• Trabalhabilidade

▫ Devido a baixa densidade e textura áspera do agregado

poroso, especialmente quando britado, a

trabalhabilidade do concreto requer atenção especial.

▫ Em geral, o lançamento, a compactação e o

acabamento do concreto de agregado leve exigem

relativamente menos esforço.

PROPRIEDADES

• Trabalhabilidade

▫ Dessa forma, um abatimento de até 50/70 mm pode

ser suficiente para se obter uma trabalhabilidade

semelhante à de um concreto de peso normal com

abatimento de 100/125 mm.

PROPRIEDADES

• Trabalhabilidade

▫ Com misturas de concreto com agregado leve, o

abatimento elevado e o excesso de vibração

geralmente são as causas da sedimentação da

argamassa mais pesada, que falta na superfície e

necessária para o acabamento.

PROPRIEDADES

• Trabalhabilidade

▫ A perda de abatimento pode ser um problema sério

quando o agregado continua a absorver uma quantia

considerável de água depois da mistura.

▫ Esse problema pode ser controlado ao se misturar o

agregado em condição úmida.

PROPRIEDADES

• Massa específica

▫ Juntamente com a trabalhabilidade, a massa específica

e a resistência são as duas propriedades geralmente

especificadas para o concreto estrutural leve.

▫ Com determinados materiais, geralmente é

aconselhável ter a maior relação resistência/massa

específica possível, com o mais baixo custo do

concreto.

PROPRIEDADES

• Massa específica

▫ As especificações limitam a massa específica seca ao ar

do concreto a um máximo de 1840 kg/m³.

▫ No entanto, sabe-se que, quando se utiliza um

agregado altamente poroso com dimensão máxima

maior que 19 mm a massa específica do concreto pode

ser reduzida a menos de 1440 kg/m³.

PROPRIEDADES

• Massa específica

▫ Mas o produto pode não atingir a resistência à

compressão mínima de 17 MPa aos 28 dias, que é

exigido para concreto estrutural leve de qualidade.

PROPRIEDADES

• Massa específica

▫ O uso de areia natural para controlar as propriedades

do concreto endurecido tende a aumentar a massa

específica, embora essa tendência seja parcialmente

compensada pelo efeito oposto ao do ar incorporado,

que é prescrito invariavelmente para melhorar a

trabalhabilidade.

▫ A maioria dos concretos estrutural leves pesa entre

1600 e 1760 kg/m³.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ Projetos de resistência à compressão de 20 a 35 MPa

aos 28 dias são comuns, embora, ao utilizar um alto

consumo de cimento e um agregado leve de pequena

dimensão (isto é, 9 ou 13 mm no máximo) e de boa

qualidade, algumas indústrias de pré-moldados e

protendidos consiguem produzir concretos de 40 a 50

MPa.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ Agregados leves com microporosidade controlada têm

sido desenvolvidos para produzir concretos de 70 a 75

MPa com massa específica de 1840 a 2000 kg/m³.

▫ A relação entre a resistência à tração por compressão

diametral e a resistência à compressão decrescem

significativamente com o aumento da resistência no

concreto leve.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ O exame de corpos-de-prova de concreto de agregado

leve rompidos, depois do ensaio de tração por

compressão diametral, revela que, diferentemente do

concreto de peso normal, é o agregado, e não a zona de

transição na interface, o componente mais fraco do

sistema.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ Estudo com microscopia eletrônica de varredura

mostram que, devido à reação pozolânica, a resistência

de aderência agregado-pasta de cimento é geralmente

maior do que as partículas de agregado.

APLICAÇÃO

• De acordo com o ACI 213R-87, o uso de concreto com

agregados leves numa estrutura, normalmente implica

custo total mais baixo.

• Enquanto o concreto leve custa mais do que o concreto

de peso normal por metro cúbico, a estrutura pode

custar menos como resultado da redução no peso

próprio e custo menor para as fundações.

APLICAÇÃO

• Enquanto o concreto leve custa mais do que o concreto

de peso normal por metro cúbico, a estrutura pode

custar menos como resultado da redução no peso

próprio e custo menor para as fundações.

• Em 1936, a construção do tabuleiro de ponte de concreto

leve para a Ponte da Baía de São Francisco-Oakland

resultou numa economia de US$ 3 milhões em aço.

APLICAÇÃO

• A resistência não é o fator de maior importância para

lajes de pisos, no entanto, uma grande quantidade de

concreto de agregado leve é usada para reduzir o peso

próprio do concreto em pisos de edifícios altos.

APLICAÇÃO

• Para a construção do edificio Australian Square em

Sydney, uma torre circular de 50 andares com 184 m de

altura, houve uma economia de 13% no custo de

construção com o uso de 31.000 m³ de vigas, pilares e

pisos de concreto de agregado leve acima do nível do

sétimo andar.

APLICAÇÃO

• A economia básica do concreto de agregado leve pode ser

demonstrada pela economia na armadura.

• Com concreto armado comum, a vantagem econômica

não é tão evidente quanto com concreto protendido.

APLICAÇÃO

• A resistência a protensão na maioria dos casos é

computada estritamente a partir da carga total da

estrutura, consequentemente, uma redução de 25% no

peso resulta em uma redução substâncial no peso dos

cabos de protensão.

• Porém uma das maiores aplicações do concreto com

agregado leve são em elementos pré-moldados e painéis

pré-fabricados, devido aos custos mais baixos de

manuseio, transporte e construção.

O concreto de alta resistência com resistência à compressão

variando de 60 a 120 Mpa está comercialmente disponível em

várias regiões metropolitanas.

DEFINIÇÃO

• Em 2002 o ACI Committee on High Strength Concrete

revisou a definição para abranger dosagens com resistência de

projeto especificada de 55 MPa ou mais.

• Embora a prática convencional seja de especificar a

resistência do concreto com base nos resultados de ensaios

aos 28 dias, há um movimento crescente para especificar a

resistência aos 56 ou 90 dias, uma vez que vários elementos

estruturais não estão totalmente carregados por períodos de

dois ou três meses, ou até após um ano.

DOSAGEM

• As exigências de alta resistência e pequena dimensão do

agregado significam que o teor de materiais cimentícios

no concreto é alto, comumente acima de 400 kg/m³.

• Teores de materiais cimentícios de 600 kg/m³ e até mais

altos têm sido investigados, mas não são desejáveis por

causa do alto custo, da retração térmica e da retração por

secagem.

DOSAGEM

• Adicionalmente maiores quantidades de cimento no

concreto levam a um patamar de resistência, dificilmente

havendo algum ganho de resistência acima de certo

consumo de cimento.

DOSAGEM

• A literatura publicada contém vários métodos de

proporcionamento de dosagem de concreto de alta

resistência, como os discutidos pelo ACI Committee 363,

De Larrad , Metha e Aitcin.

• O ultimo método é caracterizado pela suas simplicidade,

de acordo com o qual dosagens de concreto de alta

resistência são classificadas em cinco graus de

resistência, com resistência à compressão de 65, 75, 90,

105 e 120 MPa.

DOSAGEM

• Para manter a retração por secagem e fluência baixas, a

relação do volume de pasta de cimento/agregado é

fixada em 35:65.

• O aumento de resistência é alcançado pela redução do

consumo de água com a ajuda de um aditivo

superplastificante e pela substituição parcial de cimento

por adições minerais.

• Como a primeira abordagem, a relação de volume de

agregado miúdo/graúdo é mantida em 2:3.

DOSAGEM

• Dependendo da taxa de desenvolvimento de resistência

desejada e da disponibilidade local de cinza volante,

escória de alto forno granulada moída e silica ativa

condensada, esse procedimento oferece três opções ao

produtor do concreto, ou seja:

▫ Usar apenas cimento;

▫ Usar em combinação com cinza volante ou escória

▫ Usar sílica com cinza volante ou escória

PROPRIEDADES

• Consistência

▫ Usando-se uma alta dosagem de superplastificante, é

possível se obterem concretos com abatimento da

ordem de 200 a 500 mm com um teor muito baixo de

água e um alto consumo de cimento e adições

minerais.

PROPRIEDADES

• Retração térmica

▫ Devido ao alto consumo de cimento, o aumento da

temperatura adiabática é considerável no caso de

misturas de concreto de alta resistência.

▫ O que favorece a retração térmica.

▫ Os membros estruturais de grande porte feitos de

concreto de alta resistência geralmente são vulneraveis

a fissuras nas primeiras idades.

PROPRIEDADES

• Retração térmica

▫ Quando o concreto fresco é lançado e exposto, poucos

dias após a moldagem, a um ambiente com

temperatura baixa, pode ocorrer retração térmica com

pouca idade em peças estruturais de grande porte.

PROPRIEDADES

• Retração por secagem e fluência

▫ A retração por secagem é elevada em concretos de alta

resistência devido ao alto teor de material cimentício.

▫ A redução da relação a/c pode promover pequena

redução na retração por secagem (0,29 a 0,23).

▫ A fluencia chega a ser 1/3 da fluencia observada em

concretos comuns, ou seja, a fluência específica é mais

baixa em concretos com alta resistência de a menor

relação a/c.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ Para a resistência à compressão variando 90 a 130

MPa aos 90 dias, observa-se que a resistência de 50-75

MPa foi obtida nas primeiras idades, aos três dias.

▫ Isso favorece o uso de concreto de alta resistência para

aumentar a produtividade da construção e da

produção de produtos pré-moldados e protendidos.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ O aumento da resistência a compressão aos 90 dias foi

alcançado com a combinação de uma relação a/mc

mais baixa e com substituição parcial do cimento por

silica ativa, ou silica ativa com cinza volante.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ Porém somente com 14% de sílica ativa e relação a/mc

de 0,22 apresentou maior resistencia aos tres dias em

relação a ref.

▫ Quanto as relações de resistencia a tração/resistencia

a compressão e resistencia a flexão/resistencia a

compressão são significativamente mais baixos que em

concreto comuns devido a microestrutura mais frágil.

PROPRIEDADES

• Resistência

▫ Com o concreto de alta resistência, devido a uma

diminuição na microfissuração da zona de transição na

interface, a linha ascendente da curva de

tensão/deformação é mais pronunciada e mais linear

para uma porcentagem mais alta do pico de resistencia

do que com um concreto de resistencia normal.

APLICAÇÃO

• Para a construção de edificios com estrutura de concreto

armado de 30 andares ou mais, pilares de tamanho

normal podem ser feitos no terço superior do edificio

com concreto convencional de 30 a 35 MPa, no entanto,

o uso de concreto de altra resistência é justificado por

pilares mais finos nos dois terços inferiores do edificio.

APLICAÇÃO

• Concreto de alta resistência proporcionou uma

alternativa economica para pilares maciços de concreto

convencional em andares mais baixos

À medida que as estruturas se tornam maiores e mais complexas,

grandes volumes de concretos altamente trabalhaveis são necessarios

para a produção de elementos estruturais densamente armados.

DEFINIÇÃO

• O uso de concreto fluído apresenta o risco de exudação,

segregação e assentamento, debilitando a zona de

transição na interface entre a pasta de cimento e os

agregados (inclusive o aço da armadura), o que teria um

efeito adverso sobre as propriedades mecânicas e

durabilidade do concreto.

DEFINIÇÃO

• O risco de segregação dos materiais do concreto se torna

especificamente alto em estruturas densamente armadas

com lançamento em lugares altos e uso excessivo de

vibradores durante a consolidação.

DEFINIÇÃO

• Como se pode aumentar a estabilidade do sistema

composto que, quando exposto a uma alta taxa de

cisalhamento, comporta-se como uma dispersão instável

de partículas agregadas suspensas em uma pasta

fluidificada de cimento?

DEFINIÇÃO

• Em outras palavras, como produzir misturas de concreto

de alta trabalhabilidade, ou seja, alta fluidez e coesão

simultaneamente?

DEFINIÇÃO

• Pesquisas pioneiras da Itália, da Alemanha e do Japão

levaram ao desenvolvimento de misturas de concreto de

alta trabalhabilidade que são comercialmente

conhecidas por vários nomes, como concreto auto-

adensavel, concreto autocompactável, concreto

autonivelante e concreto reoplástico.

DEFINIÇÃO

• O concreto auto-adensável pode ser definido com um

concreto fluido que pode ser moldado in loco sem o uso

de vibradores para formar um produto livre de vazios

(isto é, sem espaços não preenchidos no interior da

fôrma) e falhas (isto é, sem ar aprisionado).

DOSAGEM

• Além da areia, agregados graúdos (dimensão máxima de

19 ou 25 mm) e cimento Portland comum ou composto,

os ingredientes necessários para produzir concreto auto-

adensavel incluem superplastificantes, aditivos

modificadores de viscosidade e adições minerais finas.

DOSAGEM

• Em geral, dependendo da abordagem escolhida para controlar

a exudação e a segregação, os concretos auto-adensaveis

podem ser classificados em duas categorias:

▫ Com grande teor de finos (por exemplo, mais de 400 kg/m³

de cimento + cinza volante + escória ou calcário

pulverizados);

▫ Com aditivos químicos modificadores de viscosidade como

goma, goma hidrolisada, sílica ativa e sílica coloidal amorfa

ultrafina, também chamada de nanossílica.

PROPRIEDADES

• Um concreto auto-adensavel típico é um concreto fluido

com um valor de abatimento acima de 200 mm e um

valor de espalhamento acima de 600 mm (diâmetro da

amostra de concreto após a remoção do cone de

abatimento), de alta coesão, e pode ser lançado e

adensado sem a ajuda de vibradores.

PROPRIEDADES

• Essas propriedades são comumente alcançadas com uma

maior proporção de pasta de cimento-agregado do que a

normalmente utilizada em concretos comuns.

• Consequentemente, a retração por secagem do concreto

auto adensavel tende a ser alta.

PROPRIEDADES

• A retração térmica também será alta caso o concreto

contenha uma proporção relativamente grande de

cimento Portland e outros pós reativos (por exemplo,

escória de alto-forno granulada finamente moída, ou

cinza volante ASTM Classe C).

APLICAÇÃO

• Na Europa e no Japão, o concreto auto-adensável é

utilizado para concretagem submersa e para a

construção de estruturas densamente armadas.

• Na America do Norte, concretos altamente auto-

adensaveis vêm sendo utilizado principalmente em

fábricas de concreto pré-moldado onde há um alto grau

de controle de qualidade.

O termo concreto de alto desempenho (CAD) é usado em parte

da literatura para se referir a concretos especiais que são

superiores aos concretos convencionais em uma ou mais

propriedades, tais como trabalhabilidade, resistência e

durabilidade.

DEFINIÇÃO

• Misturas de concreto que possuem as três propriedades

a seguir: alta trabalhabilidade, alta resistência e alta

durabilidade.

PROPRIEDADES • Exemplos de características que podem ser consideradas

críticas para a aplicações específicas são:

▫ Facilidade de aplicação;

▫ Adensamento sem segregação;

▫ Resistências nas primeiras idades;

▫ Resistência de longo prazo e propriedades mecânicas;

▫ Permeabilidade;

▫ Densidade;

▫ Calor de hidratação;

▫ Tenacidade;

▫ Estabilidade de volume;

▫ Longa vida útil em ambientes agressivos.

APLICAÇÃO

• Concretos de alto desempenho vêm sendo utilizados na

construção de componentes de plataforma marítimas de

prospecção de petróleo, pontes de vão longo e tabuleiros

de viadutos.

A retração restringida na secagem é, com frequência, a causa de

fissuras no concreto.

DEFINIÇÃO

• De acordo com o ACI 223, o concreto com retração

compensada é um concreto de cimento expansivo que,

ao ser devidamente restringido por armadura ou outros

meios, expandir-se-á em quantidade igual ou um pouco

maior que a retração por secagem esperada.

DOSAGEM

• Para determinar a dosagem do concreto, sugere-se o uso

dos procedimentos do ACI 211.1, exceto que, comparado

ao concreto de cimento Portland, uma relação

água/cimento um pouco mais alta pode ser empregada

no concreto com retração compensada para que seja

atingido o mesmo nível de resistência.

DOSAGEM

• Devido ao volume relativamente grande de água

necessario para a formação de etringita e sua capacidade

de absorção de água, aproximadamente 10% a mais de

água podem ser usados com um concreto de cimento

expansivo, sem prejuízo à resistência, para produzir uma

consistência semelhante à do concreto de cimento

Portland Tipo I com o mesmo consumo de cimento.

PROPRIEDADES

• Por causa da característica de absorção de água da

etringita, que se forma em quantidades relativamente

altas durante os estágios bem iniciais da hidratação, as

dosagens de concreto tendem a ser rígidas, mas

altamente coesivas.

PROPRIEDADES

• São permitidas relações mais alta de água/cimento com

cimentos expansivos.

• Abatimentos na faixa de 100 a 150 mm.

• Altamente recomendavel o lançamento por

bombeamento.

PROPRIEDADES

• A perda de abatimento sob condições secas e quentes

(temperaturas de concreto de 32°C ou mais) é um

problema mais sério para o concreto com retração

compensada do que para o concreto de cimento Portland

normal.

PROPRIEDADES

• Devido à falta de água de exudação e ao endurecimento e

pega mais rápidos do concreto sob condições quentes,

secas e com vento, a fissuração por retração plástica é

um outro problema, exigindo precauções adicionais ao se

usar o concreto com retração compensada.

PROPRIEDADES

• Substratos absorventes que entrarão em contato com o

concreto fresco, como solo seco ou concreto antigo,

devem ser integralmente saturados com água já na noite

anterior ao lançamento do concreto.

APLICAÇÃO

• Os cimento expansivos têm sido usados em vários países

desde a década de 1960, com a finalidade de produzir

tanto concretos com retração compensada quanto

concretos auto-adensaveis.

APLICAÇÃO

• A maioria das aplicações ocorre em elementos

estruturais, tais como lajes, pavimentos, vigas

protendidas e telhados.

• Devido ao volume de concreto e as condições de

concretagem são relatados usos em construções de

estruturas para tratamento de água e esgoto.

A baixa resistência ao impacto é ainda outra deficiencia que o

concreto enfrenta como material de construção.

Essa propriedade tem sido substancialmente aprimorada pela

utilização da microarmadura de reforço.

DEFINIÇÃO

• O concreto que contém cimento hidraúlico, água,

agregado e fibras discretas descontínuas é denominado

concreto reforçado com fibras – CRF (FRC – Fiber-

reinforced concrete).

DOSAGEM

• O ACI 544 estabelece que o concreto reforçado com

fibras de aço normalmente é especificado pela

resistência e pelo teor de fibras.

• Normalmente, a resistência à flexão é especificada para

aplicações de pavimentos e resistência à compressão

para aplicações estruturais.

DOSAGEM

• Tipicamente especifica-se a resistência à flexão de 5 a 7

MPa aos 28 dias ou a resistência a compressão de 34 a

48 MPa.

• Para concretos de peso normal, teores de fibras baixos,

de até 30 kg/m³ (0,38% em volume) e altos (de até 220

kg/m³) são especificados, embora o limite máximo

normal seja 95 a 120 kg/m³ (1,2% a 1,5% em volume).

PROPRIEDADES

• Possuem consistencia muito baixa.

• Para teores de fibra baixo e moderado, a contribuição

mais importante do reforço de fibra no concreto não é

para a resistência, mas para a tenacidade à flexão do

material.

• Tenacidade à flexão – é a energia total absorvida quando

um corpo de prova é rompido à flexão.

APLICAÇÃO

• Paineis pré-moldados

• Pista para aeroportos

• Estruturas em casca

• Revestimentos de tuneis

• Argamassas de estabilização