CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA

Denise C. Dal Molin ¹

Fernanda M. P. Vieira ²

Jairo Wolf ³

Resumo

Nos últimos anos, os avanços na tecnologia dos materiais resultaram na viabilidade de produção de concretos com resistências à compressão superiores a 100 MPa.

Existem várias possibilidades de aplicação destes concretos, entre as quais em edifícios altos, pontes, pavimentos rodoviários, plataformas marítimas, pré-moldados, reparos e recuperação de estruturas.

Este trabalho tem por objetivo apresentar alguns aspectos relativos à produção e utilização de concretos de alta resistência, realizando considerações sobre a viabilidade econômica da execução de uma estrutura com concreto de fck 60 MPa comparativamente a um de fck 21 MPa, mostrando a possibilidade de sua utilização a custos que podem chegar a ser 12% inferiores aos tradicionalmente utilizados, sem considerar os ganhos relativos às maiores áreas rentáveis, devidas aos pilares de menores dimensões e ao aumento da vida útil da edificação.

1. Introdução

O processo de desenvolvimento da tecnologia do concreto tem-se caracterizado por fases mais ou menos definidas nas quais alguma característica chave do material é otimizada. Primeiramente, procurou-se a obtenção de concretos com constituintes proporcionados de forma a diminuir os custos finais do concreto, mantendo condições de utilização compatíveis com o canteiro de obras. Era uma fase na qual os métodos de proporcionamento de concretos (definição de traços) eram prioritários, sendo os únicos instrumentos possíveis ao tecnologista para compatibilizar custos com desempenho do material.

Numa segunda fase, não só o proporcionamento, mas as próprias características dos materiais até então utilizados começaram a variar, podendo conferir ao produto final características distintas dos produtos tradicionais. É o caso, por exemplo, dos vários tipos de cimentos obtidos tanto por métodos de fabricação distintos do usual como pela adição de determinados resíduos industriais (cinza-volante, escória de alto forno, etc) ao produto tradicional, os quais, por si só, podiam ser responsáveis por sensíveis mudanças nas propriedades do produto final obtido.

Atualmente, encontramo-nos numa etapa de desenvolvimento da tecnologia do concreto na qual não só o proporcionamento dos materiais e suas propriedades são estudadas, mas aonde a própria utilização de materiais até então não presentes nas fases constituintes de concretos tradicionais (cimento, agregados e água) são utilizados. É a fase do aparecimento de aditivos responsáveis pela melhoria de alguma propriedade do concreto (superfluidificantes, plastificantes, aceleradores,.etc), de novos materiais que substituem alguma fase tradicional (resinas que podem substituir o cimento em concretos polímeros) ou de adições pozolânicas fortes que, ao reagirem com o hidróxido de cálcio produzido nas reações de hidratação do cimento e atuarem como microfiller (material inerte muito fino), aumentam sobremaneira as resistências do material.

Os concretos de alta resistência se valem desta última fase do desenvolvimento da tecnologia do concreto. Altas resistências desenvolvidas com baixas relações água/cimento são possíveis com a utilização de aditivos superplastificantes estando ou não associados a pozolanas fortes (por exemplo, a microssílica).

2. DEFINIÇÃO E UTILIZAÇÕES

Definem-se concretos de alta resistência - CAR aqueles que apresentam médias de resistência à compressão uniaxial acima das usuais em um dado local ou época. Por exemplo - em obras convencionais de edificações no Brasil, nas quais as resistências características (fck) normalmente não ultrapassam 21 MPa, concretos com resistências de 30 MPa já podem ser considerados de alta resistência. Nos EUA, aonde já existe uma certa tradição na produção de concretos com fck mais elevado, considera-se normalmente concretos de alta resistência os que possuem fck 50 MPa, já tendo sido produzidos concretos de até 150 MPa.

Uma das principais aplicações do concreto de alta resistência (CAR) na construção civil tem sido em edifícios altos. Seu uso viabiliza pilares de menores dimensões, aumentando assim o espaço útil dos diversos pavimentos, principalmente nos andares mais baixos. Além disso, permite aumentar a velocidade de execução, reduzir a carga permanente da estrutura e nas fundações e aumentar a durabilidade do concreto. Existem exemplos de estruturas realizadas com concreto de resistência superior à 50 MPa há mais de 30 anos (FIP/CEB, 1990), e hoje tem-se registros de concretos lançados em obra com resistência acima de 115 MPa (AITCIN e LAPLANTE, 1992; MORENO, 1990; SHEEHAN, 1991). A tabela 2.1 apresenta as características de alguns edifícios realizadas no Brasil e no exterior com CAR.

Tabela 2.1. Edifícios executados com concreto de alta resistência (FIP/CEB,1990; AITCIN e LAPLANTE,1992; DRAKE,1985; PAGE,1990; MORENO,1990; BURNETT,1991; VALOIS,1994; ANDERSON,1989; KECK e CASEY,1991; FERRAZ, 1988)

EDIFÍCIO	LOCAL	ANO	No Pav.	fck	a/(c+ag.)	C	Adições (kg/m3)
				(MPa)		(kg/m3)
MASP	São Paulo	1963		45	0,32	565
Lake Point Tower	Chicago	1965	70	52
Water Tower Place	Chicago	1975	79	62	0,35	505	CV-12%
River Plaza	Chicago	1976	56	62+	0,35	505	CV-12%
Columbia Center	Seattle	1983	76	66	0,25	384	CV-20%
Interfirst Plaza	Dallas	1983	72	69
311 South Wacker Drive Tower	Chicago	1989	79	83		272	MS
Grand Arche de la Défense	Paris	1988		65	0,4	425	MS-7%
Two Union Square	Seattle	1989	58	115	0,2	513	MS-8%
Pacific First Center	Seattle	1989	44	115		534	CV-11% MS-1%
Scotia Plaza Building	Toronto	1988		70	0,3	315	E-43% MS-11%
One Wacker Place	Chicago	1990	100	80
CNEC	São Paulo		18	60	0,28	523	MS-12%
225 W. Wacker Drive	Chicago	1989	31	96++			MS
Melbourne Central Tower	Melbourne	1990	55	80	0,33		MS
Cond. Emp. Previnor	Salvador		18	60	0,32	560	MS-10 a 12%
Suarez Trade	Salvador	1993	31	60	0,29	540	MS-11%
First Republic Bank Plaza	Dallas	1986	72	69	0,35	354	CV-42%
One Peachtree Center	Atlanta	1991	95	83	0,29		MS-8,7%
LEGENDA: CV - Cinza Volante; MS - Microssílica; E - Escória.
NOTA: + - dois pilares experimentais de 76 MPa; ++ - pilar experimental de 117 MPa.

Além da viabilidade técnica, de LARRARD (1991) mostra a vantajosa relação custo/benefício que se pode obter utilizando CAR (tabela 2.2). Na primeira linha da tabela 2.2 constam as resistências dos materiais, na segunda, o custo por quilo, na terceira, a altura de um pilar para resistir o peso próprio e na última linha, o vão máximo de uma viga bi-apoiada capaz de resistir ao seu peso próprio. Observa-se que a relação dimensão/custo do CAR é 13 vezes maior à compressão e 8 vezes à flexão, em relação ao aço, e 5 vezes para ambas solicitações, quando comparada à do concreto convencional.

Tabela 2.2. Potencialidades teóricas da utilização de materiais estruturais (de LARRARD, 1991)

MATERIAL	AÇO	CONCR. CONV.	CAR
Resistência (MPa)	360	35	90
Custo (FF/kg)*	330	26	14
Altura (m)	3090	710	1730
Vão (m)	371	48	123
* FF = franco francês

A vantajosa relação custo/benefício do CAR em comparação com o aço, aliada à maior velocidade de execução permitida (MEHTA e MONTEIRO, 1993), fizeram com que uma boa parte dos edifícios altos, antes executados em aço, passasse a ser construídos em concreto. A figura 2.1 mostra a mudança gradual da utilização do aço por concreto, baseada na publicação de BEEDLE (1992) sobre os cem edifícios mais altos do mundo.

Figura 2.1. Utilização de aço e CAR nos 100 edifícios mais altos do mundo ao longo dos anos.

Além da utilização em edifícios altos, outro grande campo de aplicação tem sido em pontes. CARPENTER (apud PETERMAN e CARRASQUILLO, 1986) lista as vantagens de usar CAR em pontes:

1.           maior resistência à compressão por unidade de custo, peso e volume;

2.           maior módulo de deformação, que é vantajoso quando deflexões controlam o projeto;

3.           maior resistência à tração, que é um parâmetro de controle no projeto de elementos de concreto protendidos.

Várias outras possibilidades de aplicação são relatadas na bibliografia, entre as quais: pavimentos rodoviários (HELLAND, 1990), reatores nucleares (de LARRARD et al., 1990), reparos e recuperação de estruturas (CHORINSKY, 1990), plataformas marítimas (RONNEBERG e SANDVIK, 1990), pré-moldados (AMARAL FILHO, 1988).

3. PRODUÇÃO DO CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA

A porosidade da pasta de cimento hidratada e da zona transição são os fatores mais importantes que determinam a resistência do concreto, embora o agregado, em concretos de alta resistência, possa passar a ser o fator limitante da capacidade resistente do material.

Em misturas totalmente compactadas, as propriedades do concreto endurecido, principalmente resistência e durabilidade, aumentam com o grau de hidratação e com a redução da relação água/cimento, que é a chave para o controle da porosidade da pasta de cimento hidratada e da zona de transição. Ocorre, entretanto, que a medida que fixam-se menores valores para a relação água/cimento, ou reduz-se o conteúdo de água, com conseqüente perda na trabalhabilidade, ou eleva-se o consumo de cimento, podendo-se atingir níveis não recomendados, levando em conta os aspectos técnicos e econômicos decorrentes. O uso de aditivos plastificantes surge como alternativa válida para compatibilizar os efeitos opostos da relação água/cimento na trabalhabilidade e resistência do concreto pois, por ser agente redutor de água, é também redutor de cimento, quando mantém-se a relação água/cimento. É indiscutível que a redução do consumo de cimento ou conteúdo de água é mais expressiva quando se utiliza superdosagens de plastificantes no concreto. Entretanto, o uso excessivo dos aditivos redutores de água na dosagem dos concretos resulta em efeitos indesejáveis tais como ar incorporado, exsudação, segregação e retardamento de pega. Os aditivos superplastificantes surgem como uma alternativa mais eficiente, pois podem reduzir em mais de 30 porcento a quantidade de água sem ocasionar, quando bem dosados, os efeitos indesejáveis dos plastificantes.

3.1. Materiais constituintes

A seleção de materiais para produção de concretos de alta resistência não é simples, pois existem cimentos e agregados com grandes variações nas suas composições e propriedades e ainda não foi estabelecida, na opinião de MEHTA e AITCIN (1990b), uma diretriz clara do tipo de cimento e agregado mais apropriado para utilização em CAR. A situação é agravada pelo fato de que inúmeros aditivos químicos e adições minerais são utilizados simultaneamente, e não existem regras simples que permitam realizar facilmente a escolha dos materiais mais adequados.

Entretanto, existe consenso de que algumas características e propriedades dos materiais constituintes afetam beneficamente o comportamento das misturas, permitindo otimizar as propriedades mecânicas do concreto endurecido.

Apresenta-se, a seguir, algumas considerações a respeito dos materiais utilizados para a produção de concretos de alta resistência.

3.1.1. Cimento

Na opinião de HOWARD e LEATHAM (1989), não existem critérios científicos que especifiquem o cimento mais adequado para a produção de concretos de alta resistência. O melhor cimento é, de acordo com o ACI 363 (1991), aquele que apresenta menor variabilidade em termos de resistência à compressão.

MEHTA e AITCIN (1990a) comentam que com qualquer tipo de cimento é possível produzir concretos de alta resistência, sendo preferível, no entanto, o cimento Portland comum e aqueles com elevados teores de C₃S e C₂S.

GJORV (1992) atribui importância ao tipo de cimento no que tange à necessidade de água e trabalhabilidade da mistura, para os quais os fatores de controle são o conteúdo de C₃A e a granulometria do cimento.

3.1.2. Agregados

A qualificação dos agregados para o emprego em concretos de alta resistência baseia-se no atendimento das exigências mínimas prescritas nas normas atuais para concretos convencionais (NBR 7211, 1983; NBR 12654, 1992). Além destas exigências, outros aspectos devem ser considerados, conforme segue.

3.1.2.1. Agregados graúdos

Dimensão máxima característica

A dimensão máxima característica do agregado de 10 a 14 mm é, de acordo com GJORV (1992), a mais adequada para produção de concretos de alta resistência. Outros pesquisadores apontam, como limite máximo utilizado com sucesso, valores de 19 mm (MEHTA e MONTEIRO, 1993; ACI 363, 1991) ou até 25 mm (ACI 363, 1991; FIP/CEB, 1990).

Várias são as razões pelas quais um agregado de menor dimensão máxima é capaz de produzir um concreto mais resistente:

4.           Como o agregado é normalmente britado, durante as operações de desmonte das rochas com explosivos e britagem dos blocos podem ocorrer danos à microestrutura dos agregados, sendo, probabilisticamente, mais provável de remanescerem falhas e fissuras em agregados de maiores dimensões (JENNINGS, 1988a).

5.           O ACI 363 (1991) justifica o fato baseado no estudo de Cordon e Gillespie, que consideram que o aumento na resistência é causado pela redução da tensão média de aderência devido ao aumento da superfície específica dos agregados.

6.           Quanto menor o agregado, menor a superfície capaz de reter a água durante a exsudação do concreto fresco, o que propicia uma zona de transição de menor espessura e, conseqüentemente, mais resistente.

Distribuição granulométrica

A distribuição granulométrica do agregado influencia, segundo JENNIGNS (1988b), o empacotamento dos grãos e, como resultado, pode alterar a fração volumétrica de agregado a ser incorporada em uma mistura de concreto. A fração volumétrica está relacionada, principalmente, ao módulo de deformação do concreto.

Além disso, a distribuição granulométrica altera a demanda de água da mistura. Como o fator mais importante para a produção de concretos de alta resistência é uma baixa relação
água/(cimento + microssílica), a necessidade de água solicitada pela mistura para um dado abatimento deve ser a mais baixa possível.

Resistência à compressão

Nos concretos de alta resistência, a capacidade do agregado freqüentemente limita as propriedades mecânicas do concreto. Para os agregados convencionais, o limite superior, para resistência à compressão, situa-se em torno de 120 a 140 MPa (FIP/CEB, 1990).

Utilizando agregados de Al₂O₃, DINGSOYR et al., citados por JENNINGS (1988b), produziram concretos com resistência à compressão de 200 MPa. Com agregados especiais, como bauxita calcinada, níveis de resistência excedendo 250 MPa já foram obtidos (FIP/CEB, 1990).

A tabela 3.1 apresenta os resultados da pesquisa de BACHE (apud AMARAL, 1988) onde, através do aumento da capacidade resistente da argamassa e da zona de transição, foram alcançados os limites de resistência dos agregados.

Observa-se que, além do tipo de agregado, a dimensão máxima característica influencia o valor da resistência à compressão obtido.

Tabela 3.1. Máxima resistência à compressão e módulo de deformação obtidos com diferentes tipos de agregados (BACHE apud AMARAL, 1988).

TIPO DE AGREGADO	DENSIDADE (kg/m3)	fc28 (MPa)	Ec (GPa)
16 mm Granito	2500	124,6	68
16 mm Diabásio	2666	168,1	65
10 mm Bauxita Calcinada	2878	217,5	109
4 mm Bauxita Calcinada	2857	268,3	108

Os dados apresentados na tabela 3.2 são resultado de ensaios realizados por GONÇALVES et al. (1994), com rochas brasileiras. Pode-se constatar que a resistência à compressão de concretos de baixa relação água/(cimento + microssílica) parece ser controlada pela fase mais fraca do concreto: o agregado (no caso do gnaisse e granito), a argamassa (no caso do traquito) ou a zona de transição
(no caso do calcário - pela presença de material pulverulento, ou do seixo - pela superfície lisa e arredondada).

Tabela 3.2. Resistência à compressão de rochas, argamassas e concretos aos 28 dias de idade (GONÇALVES et al., 1994)

	TIPO DE ROCHA
fc (MPa)	GNAISSE	TRAQUITO	CALCÁRIO	GRANITO	SEIXO
ROCHA	76,6	178,3	95,0	78,5	110,0
ARGAMASSA	93,2	93,2	93,2	93,2	93,2
CONCRETO a/(c + ms)=0,27	79,8	90,7	73,2*	82,0	71,8
* foi identificado material pulverulento na superfície dos agregados

Forma e textura superficial

Na composição do concreto, a aderência agregado-pasta de cimento exerce um papel importante para a interação entre os dois componentes. Assim, a forma e textura superficial do agregado são fatores relevantes no comportamento mecânico. JENNIGNS (1988a) comenta que agregados angulares com superfícies ásperas proporcionam melhor entrosamento com a pasta de cimento que agregados lisos e arredondados. Os valores da Tabela 2.5 comprovam a influência da utilização de um seixo em concretos de alta resistência, em comparação a agregados britados, onde identifica-se claramente que a resistência da zona de transição foi responsável pelo valor de ruptura (cerca de 23 % inferior à da fase mais fraca).

O Comitê 363 do ACI (1991) comenta que embora agregados angulares possam produzir resistências mecânicas maiores, efeitos opostos no aumento do consumo de água e redução da trabalhabilidade podem surgir se a angulosidade for muito acentuada.

Reatividade

Quando uma rocha não inerte é utilizada, como é o caso das rochas carbonáticas (calcário, por exemplo), ocorre uma aderência química entre o agregado e a matriz, melhorando as características da zona de transição e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas do concreto.

A melhoria da zona de transição em concretos com rochas carbonáticas pode ser atribuída, segundo MONTEIRO e MEHTA (1986), ao refinamento dos grãos uma vez que a dissolução e reprecipitação do carbonato de cálcio origina uma rede de cristais menores.

3.1.2.2. Agregados miúdos

A seleção do agregado miúdo está condicionada à sua demanda de água, fator essencial devido à sua influência sobre a resistência. Agregados miúdos com partículas arredondadas e lisas necessitam menos água de mistura e, por este motivo, são preferíveis para produção de concretos de alta resistência (ACI 363, 1991).

Como a quantidade de finos em concretos de alta resistência é normalmente alta (consumo de cimento e microssílica), é aconselhável utilizar uma quantidade menor de areia e/ou uma areia com módulo de finura maior. A bibliografia cita, como módulo de finura ideal da areia, valores na faixa de 2,7 a 3,2 (PETERMAN e CARRASQUILLO, 1986; HOWARD e LEATHAM, 1989; ACI 363, 1991; GJORV, 1992; e outros).

A resistência à compressão do agregado miúdo, segundo MINDESS (1985), não é tão importante quanto a do agregado graúdo. AMARAL FILHO (1988) relata que é possível obter concretos com resistência de até 170 MPa com areia quartzosa normal, bem graduada e dentro das especificações. Resistências acima deste valor só são obtidas com a utilização de agregados especiais, como, por exemplo, areia artificial feita com bauxita calcinada.

3.1.3. Água

De acordo com o ACI 363 (1991), os requisitos de qualidade da água para concretos de alta resistência são os mesmos que para concretos convencionais.

3.1.4. Aditivos superplastificantes

Ao utilizar aditivos superplastificantes na produção de concretos de alta resistência, vários aspectos devem ser considerados com relação aos efeitos gerados sobre a mistura, tanto no estado fresco como no estado endurecido.

3.1.4.1. Concreto no estado fresco

Consistência

Os superplastificantes possuem grande capacidade de alterar a consistência do concreto, permitindo reduções significativas no consumo de água da mistura. Embora inúmeros fatores estejam vinculados à alteração da consistência, no que diz respeito aos aditivos superplastificantes a questão fundamental é, sem dúvida, a perda da consistência inicial com o tempo. Para RAABE (1991), a maior dificuldade à propagação do uso destes aditivos tem sido a taxa relativamente alta de perda de consistência com o tempo comparativamente aos concretos convencionais, tornando-se um problema sério na produção dos concretos em obra. A consistência obtida pelo superplastificante, dependendo das condições, se mantém apenas por um período de 30 a 60 minutos. A máxima trabalhabilidade alcançada normalmente permanece por 10 a 15 minutos, sendo seguida por uma perda relativamente rápida do abatimento, resultando na reversão à consistência original (MAILVAGANAN, 1979 e RAVINDRARAJAH e TAM, 1985).

A seguir, são apresentados os fatores mais relevantes para a produção de concretos de alta resistência, que afetam a consistência inicial e a taxa de perda de consistência em concretos com aditivos superplastificantes.

a) Tipo de cimento:

Todos os tipos de cimento Portland apresentam um aumento da trabalhabilidade com a adição de superplastificante, embora a eficiência, para cada um deles, não seja a mesma.

De uma forma geral, quanto maior a finura do cimento, menor a eficiência do aditivo devido à diminuição da concentração específica das moléculas adsorvidas na superfície dos grãos de cimento (BUCHER, 1989).

A composição química do cimento também possui um papel relevante no comportamento da mistura quanto à consistência inicial e perda com o tempo. COLLEPARDI (1984) atribui as diferenças de comportamento ao conteúdo de C₃A, gesso e álcalis, bem como à forma do sulfato de cálcio utilizado como regulador de pega do cimento. Quanto maior o conteúdo de álcalis, maior a velocidade das reações e, conseqüentemente, maior a perda de consistência. Da mesma forma, a presença de superplastificante acelera as reações entre o C₃A e o gesso. Cimentos contendo maior quantidade de aluminato tricálcico (C₃A) perdem mais rapidamente a consistência inicial na presença de superplastificantes (ACI 212, 1993).

Além do tipo, o consumo de cimento no concreto influencia a taxa de perda de consistência com o tempo, que é tanto menor quanto mais elevado for o consumo (MAILVAGANAM, 1979).

b) Momento de colocação na mistura

Na tecnologia do concreto, sabe-se que o superplastificante age mais efetivamente se ele for adicionado alguns minutos após a colocação da água de amassamento.

A figura 3.1 (COLLEPARDI, 1994) mostra o efeito do método de mistura de um aditivo a base de naftaleno no abatimento do concreto, onde observa-se que a colocação retardada do superplastificante após um período inicial de mistura de 1 minuto resulta num abatimento cerca de 100 % superior ao do concreto cuja colocação do aditivo foi imediata (com a água de amassamento).

Figura 3.1. Efeito do momento de colocação de um aditivo superplastificante a base de naftaleno no abatimento do concreto (COLLEPARDI, 1994).

RAMACHANDRAN e MALHOTRA (1984) advertem que, no período entre 5 a 50 minutos após o concreto estar em contato com a água, a colocação do superplastificante geralmente resulta em valores decrescentes de abatimento.

COLLEPARDI (1994) refere-se ao trabalho de COLLEPARDI et al, onde os autores apresentam um novo superplastificante capaz de agir independentemente do momento de adição na mistura. Estudos preliminares com estes novos aditivos apontam como uma solução viável com vistas a reduzir a variabilidade no abatimento do concreto fresco causada por mudanças no procedimento de mistura.

c) Consistência inicial do concreto

Vários estudos sobre aditivos superplastificantes mostram que, normalmente, quanto menor a trabalhabilidade inicial, representada por ensaios de consistência, mais rápida é sua perda com o tempo (WHITING, 1980; MALHOTRA e MALANKA, 1979; e outros). Por este motivo, WHITING (1980) sugere que, quando se deseja obter tempos de lançamento compatíveis com a prática de obra, é recomendável utilizar abatimentos iniciais mais altos.

d) Temperatura

A variação da temperatura de mistura produz um efeito marcante tanto na consistência inicial como na taxa de perda da consistência com o tempo nos concretos com superplastificantes.

As dosagens necessárias de superplastificantes aumentam à medida que a temperatura do concreto diminui. Segundo MAILVAGANAM (1979), temperaturas abaixo de 22^oC prolongam o estado de máxima trabalhabilidade, enquanto uma perda drástica do abatimento ocorre a temperaturas acima de 32^oC. Diversos pesquisadores (RAMACHANDRAN e MALHOTRA, 1984; YAMAMOTO e KOBAYASHI, 1986) apresentam resultados semelhantes.

Métodos para Controlar a Perda da Consistência com o Tempo

Muitos métodos têm sido adotados para controlar a taxa relativamente alta de perda da consistência de concretos com superplastificantes.

Um método, criticado por COLLEPARDI (1994), é adicionar o superplastificante no momento de descarga do concreto. Os problemas encontrados neste procedimento, para misturas de alta resistência (baixas relações água/cimento), estão ligados a vários fatores:

7.           dificuldade de controlar com precisão a dosagem do aditivo e a consistência inicial, que pode variar com o tempo despendido no transporte (pré-hidratação do cimento);

8.           possibilidade de tornar a mistura muito rija, já que o consumo de água é baixo;

9.           absorção de parte do aditivo como água de molhagem dos agregados, fazendo com que a ação sobre o aglomerante seja reduzida (menor quantidade de superplastificante disponível para dispersar os grãos de cimento, já que parte fica retida nos agregados, principalmente nas areias).

Outros dois métodos de controlar a perda de consistência incluem adicionar uma dosagem acima do normal de superplastificante ou utilizar algum tipo de aditivo retardador. Existem, no entanto, algumas limitações nestes procedimentos pois, algumas vezes, o efeito final é produzir concretos com baixas resistências iniciais ou agravar a perda de abatimento.

ALMEIDA (1984) apresenta, como uma possível solução, a introdução na mistura, juntamente com o aditivo superplastificante, de um aditivo plastificante comum que, além de minimizar o problema de perda de consistência, pode até reduzir a dosagem necessária do superplastificante.

A redosagem com superplastificante em diferentes intervalos de tempo é outro método de recuperar a consistência perdida com o tempo. O ACI 212 (1993) descreve que tem sido usado, com sucesso, até duas dosagens adicionais, sem que ocorram efeitos colaterais indesejáveis.

Algumas pesquisas vêm sendo desenvolvidas, com êxito, em busca de novos aditivos superplastificantes capazes de manter a consistência do concreto por um período de tempo mais longo - no mínimo 1 a 2 horas. Isto significa que uma das principiais limitações práticas relativa ao uso destes aditivos poderá, em breve, estar resolvida.

Exsudação e segregação

Embora RAMACHANDRAN e MALHOTRA (1984) afirmem que quando o superplastificante é utilizado como redutor de água, como no caso de concretos de alta resistência, não ocorra segregação ou exsudação devido à diminuição da relação água/cimento, YAMAMOTO e KOBAYASHI (1986) alertam que quando o tempo de início de pega do concreto é retardado devido a baixas temperaturas ou altas dosagens de aditivos retardadores, a quantidade de água exsudada pode aumentar consideravelmente.

3.1.4.2. Concreto no estado endurecido

Apesar de não ocorrer nenhuma mudança substancial na morfologia das pastas de cimento hidratado com ou sem superplastificantes, sabe-se que ocorre a formação de uma estrutura mais densa com a presença de partículas menores na pasta de cimento hidratado (RAMACHANDRAN e MALHOTRA, 1984).

Quando o superplastificante é utilizado como redutor de água, a diminuição da relação água/cimento leva a uma melhoria das propriedades mecânicas e durabilidade do concreto, uma vez que a porosidade total sofre um decréscimo. Pode-se esperar que, reduzindo em 25 a 35 % o conteúdo de água, ocorra um aumento do 50 a 75 % na resistência à compressão para a idade de 1 dia (HEWLETT e RIXOM, 1977).

A fissuração e fluência de concretos com superplastificantes são comparáveis à dos concretos de referência (RAMACHANDRAN E MALHOTRA, 1984). Os resultados obtidos por diversos pesquisadores (MALHOTRA E MALANKA, 1979; MALHOTRA, 1989; e outros) demonstram que, para uma mesma relação água/cimento, a colocação do superplastificante não implica em alterações na retração, permeabilidade, resistência à agressão química, resistência mecânica e módulo de deformação. Alguns trabalhos (ACI 212, 1993; MEHTA E MONTEIRO, 1993, e outros), apontam para uma melhoria das propriedades mecânicas para igual relação água/cimento, principalmente nas primeiras idades, justificada pelo fato do aditivo superplastificante promover um aumento da área de contato efetiva da água e das partículas de cimento, conseguida graças à dispersão destas partículas e eliminação da sua aglutinação. Esta melhoria, entretanto, pode ser minimizada nos casos em que o aditivo incorpore ar, como comprovado pelos estudos de GONÇALVES et al. (1990).

A falta de consenso do meio técnico com relação à influência dos superplastificantes nas propriedades do concreto endurecido justifica-se, entre outras razões, pela diversidade de materiais (aditivo, cimento, adições minerais e outros), dosagens e metodologias utilizadas na realização dos experimentos.

3.1.5. Adições minerais

Os concretos de alta resistência podem ser obtidos com as adições pozolânicas normalmente utilizadas nos concretos convencionais, como cinza volante ou escória de alto forno. Entretanto, adições pozolânicas ultra-finas, como a microssílica 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. Misturas ternárias, que fazem uso de combinações de duas pozolanas, também têm sido utilizadas com sucesso.

4. estudo de viabilidade econômica

Para efeitos de um estudo econômico comparativo entre a execução de um edifício convencional com CBR e CAR foi selecionado um prédio de 15 andares com área do pavimento tipo de 320 m², cujo cálculo foi referia-se ao 3º pavimento do prédio, tendo sido utilizado fck de 21 e 60 MPa. Os resultados obtidos de consumo de concreto, armadura e fôrmas constam na tabela 4.1.

Tabela 4.1. Consumo de materiais para execução de um pavimento de concreto com fck de 21 a 60 Mpa.

	CONCRETO (m3)			ARMADURA (kg)			FÔRMAS (m2)
	fck 21	fck 60	%	fck 21	fck 60	%	fck 21	fck 60	%
PILARES	13,2	6,8	-49	2.981	1.192	-60	137	93	-32
VIGAS	14,9	12,1	-19	1.623	1.623	-	180	149	-17
LAJES	27,0	26,1	-3	994	994	-	281	281	-
TOTAL	55,1	45,0	-18	5.598	3.809	-32	598	523	-12

Cabe salientar que as teorias utilizadas para o cálculo foram convencionais, não sendo ajustados os valores do módulo de elasticidade, comprimento de ancoragem, coeficientes de fluência, etc, que se alteram na medida que a resistência se eleva, o que resultaria em valores mais favoráveis de consumo para o CAR. Além disso, as seções das vigas externas que servem como verga foram mantidas constantes, embora pudessem sofrer reduções significativas com o fck de 60 MPa. Por fim, a locação dos pilares não foi alterada, resultando muitas peças estruturais com seção mínima de armadura e concreto ao passar-se de um fck de 21 MPa para o de 60 MPa. Mesmo assim nota-se uma economia significativa de concreto, armadura e fôrmas, principalmente nas peças submetidas essencialmente a esforços de compressão e cisalhamento.

A partir da tabela 4.1 e do preço dos materiais constituintes do concreto e mão-de-obra (cotação de setembro de 1991 - Porto Alegre/RS) foram calculados os valores da tabela 4.2.

Tabela 4.2. Custo comparativo da estrutura do concreto com fck de 21 e 60 MPa (valores em dólares)

		CONCRETO		ARMADURA		FÔRMAS		TOTAL
		fck 21	fck 60	fck 21	fck 60	fck 21	fck 60	fck 21	fck 60
	MAT.	468	464	1.591	636	3.871	2.628	5.931	3.728
PILARES	M.O.	507	261	1.163	465	774	525	2.443	1.251
	MAT.	528	826	867	866	5.086	4.210	6.481	5.903
VIGAS	M.O.	572	464	633	633	1.016	841	2.221	1.939
	MAT.	958	1.782	531	531	7.940	7.940	9.428.	10.252
LAJES	M.O.	1.036	1.002	388	388	1.587	1.587	3.011	2.976
	MAT.	1.954	3.073	2.989	2.034	16.896	14.777	21.839	19.884
TOTAL	M.O.	2.115	1.727	2.184	1.486	3.377	2.395	7.675	6.166
TOTAL GERAL		4.069	4.800	5.173	3.520	20.273	17.730	29.515	26.050

As características dos materiais utilizados são as seguintes:

a) CONCRETOS:

þ fck 21 MPa

traço - 1:2,2 : 4,29 - a/c=0.62

C = 292 kg/m³

Areia do Jacuí e brita basáltica

Custo estimado: US$ 36,00/m³

þ fck 60 MPa

traço - 1:1,58 : 3,42 - a/c+ms = 0.40

aditivo/cimento = 0.0154

adição de 10% de microssílica (sobre o peso de cimento)

Areia do Jacuí e brita basáltica

Custo estimado: US$ 68,00/m³

b) ARMADURAS:

Aço CA-50B, disponível no mercado.

c) FÔRMAS:

Convencionais plastificadas.

Pela análise dos valores obtidos nas tabelas 4.1 e 4.2 pode-se chegar às seguintes constatações em relação à substituição de um concreto convencional (fck 21) por um concreto de alta resistência (fck 60) na estrutura em estudo.

4.1. Em relação ao consumo de materiais

þ A redução do consumo de concreto é muito significativa para as peças submetidas a compressão (pilares), chegando a valores da ordem de 50%, o que viabiliza pilares de menores dimensões, com melhor aproveitamento das áreas rentáveis a nível dos primeiros pavimentos. Além disso, a redução simultânea de consumo de armadura em 60% permite a escolha do par-bitolas x fck do concreto - com vistas a manter, sempre que possível, a mesma seção dos pilares ao longo dos pavimentos, evitando desperdício de materiais e descontinuidades de mão-de-obra na montagem das fôrmas.

þ A redução do consumo de concreto em vigas só se faz notar com o aumento das tensões de compressão e cisalhamento. No caso em estudo, chegou-se a uma economia de aproximadamente 20% em concreto e fôrmas, sem ganho em área de armadura. Certamente, estes valores aumentariam com uma nova concepção estrutural, onde fosse possível tirar partido de resistências superiores do concreto.

þ Em peças submetidas essencialmente a esforços de flexão, o aumento da resistência do concreto só é justificável por requisitos de durabilidade, uma vez que não existem vantagens a nível de redução do consumo de materiais.

4.2. Em relação ao custo da estrutura

þ No caso de se utilizar o CAR (fck 60 MPa) para a execução de toda a estrutura de concreto percebe-se uma economia de 12% em relação à mesma estrutura executada com concreto de fck 21 MPa.

þ Utilizando-se somente em pilares o concreto com maior resistência e nas demais peças estruturais concreto com 21 MPa, obtém-se na execução dos pilares, exclusivamente, uma economia de 40%, correspondendo a uma redução final de custos de aproximadamente 11.5% para toda a estrutura de concreto.

þ Quanto maior o número de pavimentos maiores as vantagens de utilização de CAR em pilares, não só em relação aos custos como também em termos de viabilização de seções e comportamento estrutural.

þ Com uma maior utilização de CAR e conseqüente aumento de consumo de aditivos superplastificantes e da microssílica, a tendência é que diminuam os custos destes materiais e, em função disto, o custo do concreto, aumentando as diferenças já existentes em relação à substituição do concreto de fck 21 para fck 60 MPa, principalmente quando utilizado em peças submetidas a esforços de compressão.

5. considerações finais

O concreto de alta resistência já é uma realidade no nosso meio. A tecnologia para sua produção não difere muito da produção dos concretos convencionais, trazendo muitas vantagens, tanto técnicas como econômicas, para a construção civil.

O estudo de viabilidade econômica (item 4) mostrou uma tendência clara de redução de custos com o aumento da resistência do concreto, chegando a 12% do valor total da estrutura ao passar de um fck 21 para fck 60 Mpa.

6. referências bibliográficas

AITICN, P.C. ; LAPLANTE, P. The development of high performance concrete in North America. In: HIGH PERFORMANCE CONCRETE: FROM MATERIAL TO STRUCTURE, London, 1992.

ALMEIDA, I.R. Programa de economia de cimento e qualificação técnico-econômica de aditivos para o concreto. Niterói, 1984. 128p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Universidade Federal Fluminense.

AMARAL FILHO, E.M. Concreto de alta resistência. São Paulo, 1988. Texto datilografado.

AMARAL, C.K. Microssílica em concretos e argamassas de alta resistência. In: REUNIÃO ANUAL DO
IBRACON, 30., 1988, Anais... São Paulo: IBRACON, 1988. p.67-80.

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Committee 212. Chemical admixtures for concrete. ACI Manual of Concrete Practice, Detroit, 1991, part 1. 31p.

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Committee 363 R. State-of-the-art report on high-strength concrete. ACI Manual of Concrete Practice, Detroit, 1991, part 1. 48p.

ANDERSON, F.D. 72 - Story high-rise with 83MPa fly ash concrete - a case history. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON FLY ASH, SILICA FUME, SLAG, AND NATURAL POZZOLANS IN CONCRETE, 3., Trondheim, Norway, 1989. Proceedings... Detroit: American Concrete Institute, 1989. v.2, p.607-623 (ACI Special Publication, 114).

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregados para concreto: NBR 7211. Rio de Janeiro, 1983.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Controle tecnológico de materiais componentes do concreto: NBR 12654. Rio de Janeiro, 1992.

BEEDLE, L.S. Tall buildings around the world. Bethlehem: Council on Tall Buildings and Urban Habitat, 1992. 8p. (Council Report, 903.432).

BUCHER, H.R.E. Desempenho de aditivos redutores de água de alta eficiência em pastas, argamassas ou concretos. In: REUNIÃO ANUAL DO IBRACON, 30. , 1988, Rio de Janeiro. Anais... São Paulo: IBRACON, 1988. v.2, p.609-625.

BURNETT, I. Silica fume concrete in Melbourne, Australia. Concrete International, v.13, n.8, p.18-24, Aug. 1991.

CHORINSKY, E.G.F. Repair systems for high-strength concrete. Chemotechnik Abstatt GmbH, W. Germany, 1990.

COLLEPARDI, M. Superplasticizers and air entraining agents: state of the art and future needs. In: V. MOHAN MALHOTRA SYMPOSIUM ON CONCRETE TECHNOLOGY: PAST, PRESENT, AND FUTURE, 1993, Berkeley, California. Papers... Detroit: American Concrete Institute, 1994. p.399-416. (ACI Special Publication, 144).

COLLEPARDI, M. Water reducers/retarders. In: RAMACHANDRAN, V. S. (Ed.). Concrete admixtures handbook: properties, science, and technology. Park Ridge, Noyes, 1984. Cap.3 p.116-210.

DAL MOLIN, D. C. C. Contribuição ao estudo das propriedades mecânicas dos concretos de alta resistência com adição de microssílica. São Paulo, 1995. Tese (Doutorado em engenharia) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo.

de LARRARD, F. Mechanical properties. In: High-strength concrete. Report of RILEM Committee TC 115-HSC. / em preparação, 1991 /.

de LARRARD, F.; ITHURRALDE, G.; ACKER, P.; CHAWEL, D. High performance concrete for a nuclear containement. In: INTERNATIONAL SUMPOSIUM ON UTILIZATION OF HIGH STRENGTH CONCRETE, 2., 1990, Berkeley, California. Proceedings... Detroit: American Concrete Institute, 1990. (ACI Special Publication, 121).

DRAKE, K.D. High strength in Seattle. In: HIGH STRENGTH CONCRETE, 1985. Proceedings... Detroit: American Concrete Institute, 1985. p.21-34, (ACI Special Publication, 87).

FÉDÉRATION INTERNATIONALE DE LA PRÉCONTRAINTE/ COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BETON. High strength concrete-state of the art report. London: Chameleon Press, 1990. 61p. (SR 90/1 - Bulletin d’Information, 197).

FERRAZ, J.C.F. O concreto de alta resistência e a estrutura do museu de arte de São Paulo Assis Chateaubriand. In: REUNIÃO ANUAL DO IBRACON, 30., 1988, Rio de Janeiro. Anais... São Paulo: IBRACON, 1988. v.1, p.40-46.

GJORV, O.E. High-strength concrete. In: ADVANCES IN CONCRETE TECHNOLOGY, Athens, 1992. Proceedings... Montreal: CANMET, 1992. p.21-77.

GONÇALVES, J.R.A.; ALMEIDA, I.R.; SHEHATA, L.C.D. Influência do tipo de agregado graúdo nas propriedades do concreto de alta resistência. In: REUNIÃO ANUAL DO IBRACON, 36., 1994, Porto Alegre. Anais... São Paulo: IBRACON, 1994. v.1, p.339-352.

GONÇALVES, J.R.A.; MELO, E.B.; BASÍLIO, F.A. A influência dos superplastificantes na porosidade capilar e na resistência das pastas de cimento Portland. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIMENTO, 2., São Paulo, 1990. Anais... São Paulo, ABCP, 1990. v.1, p.117-132.

HELLAND, S. High strength concrete used in highway pavements. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON UTILIZATION OF HIGH STRENGTH CONCRETE, 2., 1990, Berkeley, California. Proceedings... Detroit: American Concrete Institute, 1990. (ACI Special Publication, 121).

HOWARD, N.L; LEATHAM, D.M. The production and delivery of high-strength concrete. Concrete International, v.11, n.4, p.26-30, April 1989.

HEWLETT, P.C.; RIXOM, R. Superplasticized concrete. ACI Journal, v.74, p.6-11, May 1977.

ISAIA, G.C. Efeitos de misturas binárias e ternárias de pozolanas em concreto de elevado desempenho: um estudo de durabilidade com vistas à corrosão da armadura. São Paulo, 1995. 280p. Tese (Doutorado) - Escola Politécnica - Universidade de São Paulo.

ISAIA, G.C. Metodologia de avaliação técnica-econômica de concreto de alta resistência com elevados teores de cinzas volantes. Porto Alegre, 1991. p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Escola de Engenharia, Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

JENNINGS, H.M. Design of high strength cement based materials: Part 2-microstructure. Materials Science and Technology, v.4, n.4, p.285-290, April 1988a.

JENNINGS, H.M. Design of high strength cement based materials: Part 3 - state of the art. Materials Science and Technology, v.4, n.4, p.291-300, April 1988b.

KECK, R.; CASEY, K. A tower of strength. Concrete International, v.13, n.3, p.23-25, Mar. 1991.

MAILVAGANAM, N.P. Factors influencing slump loss in flowing concrete. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SUPERPLASTICIZERS IN CONCRETE, 1., 1978, Ottawa, Canada. Papers... Detroit: American Concrete Institute, 1979. p.389-403. (ACI Special Publication, 62).

MALHOTRA, V.M. Superplasticizers: a global review with emphasis on durability and innovative concretes. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON THE USE OF SUPERPLASTICIZERS AND OTHER CHEMICAL ADMIXTURES IN CONCRETE, 3., 1989, Ottawa, Canada. Proceedings... Detroit: American Concrete Institute, 1989. p.1-17. (ACI Special Publication, 119).

MALHOTRA, V.M.; MALANKA, D. Performance of superplasticizers on calcium aluminate monosulfate hydrate, developments in the use of superplasticizers. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON SUPERPLASTICIZERS IN CONCRETE, 2., 1981, Ottawa, Canadá. Papers... Detroit: American Concrete Institute, 1979. p.209-243. (ACI Special Publication, 62).

MEHTA, P.K. Rice husk ash - a unique supplementary cementing material. In: ADVANCES IN CONCRETE TECHNOLOGY, Athens, 1992. Proceedings...Montreal: CANMET, 1992. p.407-431.

MEHTA, P.K.; AITCIN, P.C. Microstructural basis of selection of materials and mix proportions for high strength concrete. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON APPLICATIONS OF HIGH STRENGTH CONCRETE, 2., 1990, Berkeley. Proceedings... Detroit: American Concrete Institute, 1990a. p.265-286.

MEHTA, P.K.; AITCIN, P.C. Principles underlying production of high-performance concrete. Cement, Concrete and Aggregates, Philadelphia, v.12, n.2, p.70-78, Winter, 1990b.

MEHTA, P.K.; MONTEIRO, P.J.M. Concrete: structure, properties and materials. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1993.

MINDESS, S. Relationships between strength and microstructure for cement-based materials: an overview. In: SYMPOSIUM ON VERY HIGH STRENGTH CEMENT-BASED MATERIALS, Boston, 1984, Proceedings... Pittsburgh: MRS, 1985. p.53-68.

MONTEIRO, P.J.M.; MEHTA, P.K. Interaction between carbonate rock and cement paste. Cement and Concrete Research, v.16, n.2, p.127-134, Mar. 1986.

MORENO, J. 225 W. Wacker Driver - the state-of-the art of high strength concrete in Chicago. Concrete International, v.12, n.1, p.35-39, Jan. 1990.

PAGE, K.M. Pumping high strength concrete on world’s tallest concrete building. Concrete International, v.12, n.1, p.26-28, Jan. 1990.

PETERMAN, M.B.; CARRASQUILLO, R.L. Production of high-strength concrete. Austin: University of Texas, 1986. 278p.

RAABE, A.L. Aditivos superplastificantes em concretos de cimento Portland pozolânico. Porto Alegre, 1991. p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Escola de Engenharia, Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

RAMACHANDRAN, V.S.; MALHOTRA, V.M. Superplasticizers. In: RAMACHANDRAN, V. S. (Ed.). Concrete admixtures handbook: properties, science, and technology. Park Ridge, Noyes, 1984. Cap.4, p.211-268.

RAVINDRARAJAH, R.S.; TAM, C. T. Retempering of plain and superplasticized concretes. International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, v.7, n.3, p.177-82, 1985.

RONNEBERG, H.; SANDVIK, M. High strength concrete for North Sea plataforms. Concrete International, v.12, n.1, p.29-34, Jan. 1990.

SHEEHAN, T. High strength concrete - a review of U.S. expertise. Concrete, v.25, n.7, p.35-37, Nov./Dec. 1991.

VALOIS, J.G.C. Estudo e controle tecnológico do concreto de alta resistência. In: REUNIÃO ANUAL DO IBRACON, 36. , 1994, Porto Alegre. Anais... São Paulo: IBRACON, 1994. p.1071-1083.

WHITING, D. Effect of mixing temperature on slump loss and setting time of concrete containing high-range water reducers. Cement, Concrete, and Aggregates, v.2, n.1, p.31-38, 1980.

YAMAMOTO, Y.; KOBAYASHI, S. Effect of temperature on the properties of superplasticized concrete. Journal of the American Concrete Institute, v. 83, p. 80-87, Jan./Feb. 1986.

1Dr^a. pela EPUSP, Professora e Pesquisadora do NORIE/CPGEC/UFRGS

2M.Sc. pelo NORIE/CPGEC/UFRGS, Doutoranda do PPGEMM/UFRGS

3M.Sc. pelo NORIE/CPGEC/UFRGS, Doutorando Universidade Karlsruhe - Alemanha