( PDF ) Aplicação de Concreto de Alto Desempenho (CAD) em conjuntos arquitetônicos - estudos de caso: Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia

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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

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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

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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 Cultu-

ral Oscar Niemeyer de Goiânia / Virgínia Gomes de Cas-

tro. –2007.

167 f. : il., figs., tabs., qds.

Orientador: Prof. Dr. André Luiz Bortolacci Geyer.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Goiás,

Escola de Engenharia Civil, 2007.

Bibliografia: f. 157-167.

Inclui listas de figuras, tabelas, quadros e de abreviaturas.

1. Concreto de alto desempenho – Tecnologias 3. Con-

creto – Tecnologias 4. Concreto – Aditivos 5. Concreto – Si-

lica 6. Centro Cultural Oscar Niemeyer – Construção – Goi-

ânia, GO I. Geyer, André Luiz Bortolacci II. Universidade

Federal de Goiás, Escola de Engenharia Civil IV. Titulo.

CDU:624.012.4

Aos meus queridos pais, Eurípedes e Irene,

pelo amor, dedicação, e pelo incentivo dado à

minha incessante busca do conhecimento.

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.

“Tudo que uma pessoa pode imaginar, outras podem tornar real”.

Júlio Verne

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 11

LISTA DE TABELAS .................................................................................................. 15

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................. 16

RESUMO ....................................................................................................................... 17

ABSTRACT ................................................................................................................... 18

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO ................................................................................. 19

1.1. Justificativa e importância do tema ..................................................................... 19

1.2. Objetivo principal .................................................................................................. 20

1.3. Objetivos secundários ............................................................................................ 21

1.4. Estruturação da dissertação .................................................................................. 21

CAPÍTULO 2 – A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA DO CONCRETO NAS

OBRAS DE OSCAR NIEMEYER ................................................... 23

2.1. Introdução ............................................................................................................... 23

2.2. Oscar Niemeyer ...................................................................................................... 23

2.2.1. Um breve relato da biografia de Oscar Niemeyer ........................................... 23

2.2.2. As características estruturais marcantes das obras de Oscar Niemeyer .......... 27

2.2.2.1. Estruturas com grandes vãos e balanços ................................................ 29

2.2.2.2. Estruturas apoiadas em um único pilar .................................................. 29

2.2.2.3. Estruturas suspensas pela cobertura ....................................................... 30

2.3. As estruturas em casca e o concreto armado convencional ............................... 31

2.3.1. Igreja de São Francisco de Assis ..................................................................... 33

2.3.2. Congresso Nacional ........................................................................................ 34

2.3.3. Catedral de Brasília ......................................................................................... 36

2.4. O concreto protendido ........................................................................................... 39

2.4.1. Edifício Castello Branco ................................................................................. 40

2.4.2. Memorial da América Latina .......................................................................... 40

2.4.2. Museu de Arte Contemporânea de Niterói ..................................................... 42

2.5. O concreto de alto desempenho (CAD) ................................................................ 45

2.5.1. Museu Oscar Niemeyer (“NovoMuseu” de Curitiba) ..................................... 46

2.5.2. Procuradoria Geral da República .................................................................... 48

CAPÍTULO 3 – CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO (CAD) ......................... 50

3.1. Introdução ............................................................................................................... 50

3.2. Materiais constituintes ........................................................................................... 51

3.2.1. Água ................................................................................................................ 51

3.2.2. Cimento ........................................................................................................... 52

3.2.3. Agregados ....................................................................................................... 53

3.2.4. Adições minerais pozolânicas ......................................................................... 54

3.2.4.1. Sílica ativa .............................................................................................. 55

3.2.5. Aditivos superplastificantes ............................................................................ 56

3.2.5.1. Aditivos de 1ª geração ............................................................................ 58

3.2.5.2. Aditivos de 2ª geração ............................................................................ 58

3.2.5.3. Aditivos de 3ª geração ............................................................................ 59

3.3. Dosagem .................................................................................................................. 61

3.4. Lançamento ............................................................................................................ 62

3.5. Adensamento .......................................................................................................... 62

3.6. Cura ......................................................................................................................... 62

3.6.1. Fatores que interferem na cura dos concretos ................................................. 63

3.6.2. Tipos de procedimento de cura ....................................................................... 65

3.6.2.1. Cura úmida ............................................................................................. 65

3.6.2.2. Cura química .......................................................................................... 66

3.6.3. Procedimentos de cura recomendados ............................................................ 66

3.6.4. Influência da cura nas propriedades mecânicas .............................................. 67

3.7. Vantagens do uso do CAD ..................................................................................... 68

CAPÍTULO 4 –TEMPERATURA NO CAD .............................................................. 71

4.1. Introdução ............................................................................................................... 71

4.2. Propriedades térmicas do concreto ...................................................................... 72

4.2.1. Calor de hidratação ......................................................................................... 72

4.2.2. Elevação adiabática da temperatura do concreto ............................................ 73

4.2.3. Calor específico ............................................................................................... 73

4.2.4. Difusividade térmica ....................................................................................... 73

4.2.5. Coeficiente de dilatação térmica ..................................................................... 73

4.3. Estudo termomecânico .......................................................................................... 74

4.3.1. Cálculos no campo de temperaturas ............................................................... 74

4.3.2. Cálculos no campo de tensões ........................................................................ 76

4.4. Elevação da temperatura ....................................................................................... 77

4.5. Técnicas utilizadas para a prevenção de problemas térmicos ........................... 78

4.5.1. Concretagem no período noturno .................................................................... 79

4.5.2. Refrigeração do concreto ................................................................................ 80

4.5.3. Estudo das camadas de concretagem .............................................................. 81

4.5.4. Redução da quantidade de cimento ................................................................. 81

4.5.5. Uso de adições minerais .................................................................................. 82

4.5.6. Uso de aditivos superplastificantes ................................................................. 85

CAPÍTULO 5 – CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA ... 88

5.1. Introdução ............................................................................................................... 88

5.2. Descrição dos prédios principais .......................................................................... 88

5.2.1. Monumento aos Direitos Humanos ................................................................. 91

5.2.1.1. Descrição arquitetônica .......................................................................... 91

5.2.1.2. Descrição funcional ................................................................................ 92

5.2.1.3. Descrição estrutural ................................................................................ 92

5.2.2. Palácio da Música, Dança e Teatro ................................................................. 93

5.2.2.1. Descrição arquitetônica .......................................................................... 93

5.2.2.2. Descrição funcional ................................................................................ 93

5.2.2.3. Descrição estrutural ................................................................................ 94

5.2.3. Museu de Arte Contemporânea ....................................................................... 96

5.2.3.1. Descrição arquitetônica .......................................................................... 96

5.2.3.2. Descrição funcional ................................................................................ 98

5.2.3.3. Descrição estrutural ................................................................................ 98

5.2.4. Administração e Biblioteca ............................................................................. 100

5.2.4.1. Descrição arquitetônica .......................................................................... 100

5.2.4.2. Descrição funcional ................................................................................ 101

5.2.4.3. Descrição estrutural ................................................................................ 101

5.2.5. Esplanada Cultural Juscelino Kubitschek ....................................................... 102

CAPÍTULO 6 – TECNOLOGIAS DO CONCRETO UTILIZADAS NO CAD

DO CENTRO CULTURAL OSCAR NIEMEYER DE GOIÂNIA 103

6.1. Introdução ............................................................................................................... 103

6.2. Materiais e métodos empregados na produção do CAD da obra ...................... 103

6.2.1. Materiais empregados ..................................................................................... 103

6.2.2. Dosagem .......................................................................................................... 106

6.3. Execução do concreto ............................................................................................. 107

6.3.1. Lançamento e adensamento ............................................................................ 107

6.3.2. Cura ................................................................................................................. 109

6.3.2.1. Cura por meio de aditivo anti-evaporante .............................................. 109

6.3.2.2. Cura úmida com sacos de aniagem ........................................................ 111

6.3.2.3. Cura úmida por represamento de lâmina d’água ................................... 112

6.3.2.4. Cura química .......................................................................................... 113

6.3.2.5. Considerações sobre os procedimentos de cura utilizados .................... 114

6.4. Controle da temperatura ....................................................................................... 114

6.4.1. Estudo termomecânico .................................................................................... 115

6.4.1.1. Estudo térmico ....................................................................................... 115

6.4.1.2. Estudo tensional ..................................................................................... 122

6.4.1.3. Considerações sobre o estudo termomecânico ....................................... 126

6.4.2. Medidas adotadas para controle da temperatura ............................................. 126

6.5. Sistemas de fôrma e cimbramento ........................................................................ 129

6.5.1. Tipos de fôrma utilizados ................................................................................ 129

6.5.1.1. Moldes em polipropileno ....................................................................... 129

6.5.1.2. Madeira compensada .............................................................................. 129

6.5.1.3. Painéis metálicos .................................................................................... 131

6.5.1.4. Pranchas de madeira ............................................................................... 131

6.5.2. Tipos de cimbramento utilizados .................................................................... 132

6.5.2.1. Torres metálicas ..................................................................................... 132

6.5.2.2. Vigas metálicas e de madeira ................................................................. 133

6.5.2.3. Cimbramento tubular ............................................................................. 135

6.5.2.4. Treliças metálicas ................................................................................... 135

6.5.3. Descrição do sistema fôrma x cimbramento do Palácio da Música ................ 136

6.6. Sistemas de protensão ............................................................................................ 140

6.6.1. Protensão com cordoalhas aderentes ............................................................... 141

6.6.2. Protensão com cordoalhas não-aderentes ....................................................... 143

6.7. Controle de qualidade ............................................................................................ 145

6.7.1. Resistência à compressão ................................................................................ 146

6.7.1.1. CAD com f

40 MPa ............................................................................. 146

6.7.1.2. CAD com f

50 MPa ............................................................................. 150

6.7.2. Módulo de elasticidade ................................................................................... 151

6.7.3. Influência da sílica ativa nas propriedades mecânicas do CAD ..................... 153

CAPÍTULO 7 – CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................... 155

7.1. Sugestões para trabalhos futuros .......................................................................... 156

REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 157

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA .............................................................................. 166

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Oscar Niemeyer ......................................................................................... 24

Figura 2.2 - Cassino da Pampulha, em Belo Horizonte ................................................ 25

Figura 2.3 - Casa do Baile, em Belo Horizonte ............................................................ 25

Figura 2.4 - Palácio do Planalto, em Brasília ............................................................... 26

Figura 2.5 - Palácio do Itamaraty, em Brasília ............................................................. 26

Figura 2.6 - Pavilhão de Verão 2003 da Serpentine Gallery, em Londres ................... 28

Figura 2.7 - Bloco de Classes de Constantine, em Constantine (Argélia) .................... 29

Figura 2.8 - Edifício Castello Branco, em Curitiba ...................................................... 29

Figura 2.9 - MAC Niterói ............................................................................................. 30

Figura 2.10 - NovoMuseu de Curitiba ............................................................................ 30

Figura 2.11 - Sede de Editora Mondadori, em Milão (Itália) ......................................... 30

Figura 2.12 - Oca do Ibirapuera, na cidade de São Paulo ............................................... 32

Figura 2.13 - Igreja São Francisco de Assis, em Belo Horizonte ................................... 33

Figura 2.14 - Vista da parte frontal da Igreja São Francisco de Assis ............................ 34

Figura 2.15 - Vista da parte posterior da Igreja São Francisco de Assis ........................ 34

Figura 2.16 - Congresso Nacional, em Brasília .............................................................. 35

Figura 2.17 - Congresso Nacional em fase de construção .............................................. 36

Figura 2.18 - Conjunto da Catedral de Brasília .............................................................. 36

Figura 2.19 - Detalhe do anel de tração inferior ............................................................. 37

Figura 2.20 - Detalhe do anel superior de compressão e da laje de fechamento ............ 37

Figura 2.21 - Esquema do escoramento das colunas da Catedral de Brasília ................. 39

Figura 2.22 - Vista de um dos balanços do edifício Castello Branco, em Curitiba ........ 40

Figura 2.23 - Vista aérea do Memorial da América Latina, na cidade de São Paulo ..... 41

Figura 2.24 - Vista do MAC Niterói ............................................................................... 42

Figura 2.25 - Seção transversal do MAC Niterói ........................................................... 43

Figura 2.26 - a) Planta da laje do 1° pavimento do MAC Niterói. b) Planta da laje do

2° pavimento do MAC Niterói .................................................................. 44

Figura 2.27 - Detalhes da protensão da laje nervurada do 2º pavimento do MAC

Niterói ....................................................................................................... 44

Figura 2.28 - a) Planta da laje do mezanino do MAC Niterói. b) Planta da cobertura

do MAC Niterói ........................................................................................ 45

Figura 2.29 - Vista do NovoMuseu, à frente, e do edifício Castello Branco, ao fundo,

em Curitiba ................................................................................................ 46

Figura 2.30 - Vista geral da sede da Procuradoria Geral da República, em Brasília ...... 48

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 .......... 49

Figura 3.1 - Efeito fíler da sílica ativa .......................................................................... 56

Figura 3.2 - Perda de abatimento para concretos com aditivo base policarboxilato e

base naftaleno ............................................................................................ 60

Figura 3.3 - Resistência à compressão de concretos superplastificados ....................... 60

Figura 3.4 - Grau de hidratação do silicato de cálcio para diferentes umidades

relativas ..................................................................................................... 64

Figura 3.5 - Influência dos diferentes procedimentos de cura no CAD ....................... 68

Figura 4.1 - Modelo de evolução das temperaturas em concretagens noturnas (em

azul) e diurnas (em vermelho) .................................................................. 79

Figura 4.2 - Influência da temperatura dos componentes na temperatura do concreto 80

Figura 4.3 - Curvas de elevação adiabática de concreto para diferentes consumos de 82

cimento ......................................................................................................

Figura 4.4 - Curvas de elevação adiabática de concretos sem e com sílica ativa ......... 83

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 ......................................... 84

Figura 4.6 - Misturas equivalentes com superplastificantes ......................................... 85

Figura 4.7 - Curva dos três pontos para dosagem de aditivo superplastificante .......... 86

Figura 4.8 - Hidratação do cimento com aditivo lignossulfonato ................................. 87

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 ............... 87

Figura 5.1 - Implantação do Centro Cultural Oscar Niemeyer ..................................... 89

Figura 5.2 - Vista aérea do Centro Cultural Oscar Niemeyer ....................................... 90

Figura 5.3 - Vista do Monumento aos Direitos Humanos ............................................ 91

Figura 5.4 - Vista do foyer no subsolo do Monumento, cujo acesso se dá por meio

de uma escada em caracol ......................................................................... 92

Figura 5.5 - Vista do Palácio da Música ....................................................................... 93

Figura 5.6 - Vista do espelho d’água na entrada lateral do Palácio da Música ............ 93

Figura 5.7 - Vista interna do Palácio da Música ........................................................... 94

Figura 5.8 - Planta baixa da sapata corrida do Palácio da Música ................................ 95

Figura 5.9 - Corte AA na sapata corrida do Palácio da Música .................................... 95

Figura 5.10 - Vista da parede inclinada do Palácio da Música, com espessura de 1,4 m

na base ....................................................................................................... 96

Figura 5.11 - Vista do Museu.......................................................................................... 97

Figura 5.12 - Vista da rampa interna do Museu ............................................................. 97

Figura 5.13 - Detalhe do pilar de sustentação do prédio do Museu ................................ 98

Figura 5.14 - Planta da laje do mezanino do prédio do Museu ...................................... 99

Figura 5.15 - Planta baixa do bloco de fundação do Museu, com a locação do seu

pilar central ............................................................................................... 100

Figura 5.16 - Vista do prédio da Administração ............................................................. 101

Figura 5.17 - Vista da Esplanada Cultural Juscelino Kubitscheck ................................. 102

Figura 6.1 - Bombeamento de concreto nas estruturas do Palácio da Música .............. 108

Figura 6.2 - Vista de uma concretagem da cúpula e do adensamento do CAD por

meios de vibradores de imersão ................................................................ 108

Figura 6.3 - Temperaturas mensais na cidade de Goiânia no período de maio de

2005 a fevereiro de 2006 ........................................................................... 110

Figura 6.4 - Umidade relativa do ar média na cidade de Goiânia no período de maio

de 2005 a fevereiro de 2006 ...................................................................... 110

Figura 6.5 - Aplicação do aditivo anti-evaporante após lançamento do concreto em

uma das lajes da Administração ............................................................... 111

Figura 6.6 - Cura da laje do subsolo do Museu com água e sacos de aniagem ............ 112

Figura 6.7 - Cura da laje do espelho d’água do Palácio da Música .............................. 112

Figura 6.8 - Cura da cúpula do Palácio da Música ....................................................... 112

Figura 6.9 - Cura com lâmina d’água no bloco de fundação do Museu ....................... 113

Figura 6.10 - Aplicação do agente de cura em um pilar após sua desfôrma .................. 114

Figura 6.11 - Elevação adiabática de temperatura do concreto, com dosagem de

cimento equivalente de 386kg/m

............................................................. 118

Figura 6.12 - Malha de elementos finitos utilizada nos estudos ..................................... 118

Figura 6.13 - Comportamento da temperatura ambiente variando com o tempo ........... 119

Figura 6.14 - Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 1, localizadas no

centro das respectivas camadas ................................................................. 120

Figura 6.15 - Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 2, localizadas no

centro das respectivas camadas ................................................................. 121

Figura 6.16 - Resultado das temperaturas monitoradas in loco ...................................... 122

Figura 6.17 - Resistência à tração na flexão ................................................................... 123

Figura 6.18 - Módulo de elasticidade ............................................................................. 124

Figura 6.19 - Coeficiente de fluência (x 10

-6

MPa) ........................................................ 124

Figura 6.20 - Evolução das tensões de origem térmica para os respectivos pontos de

temperaturas máximas para as três camadas na hipótese 1 (T

lan

=30°C) .. 125

Figura 6.21 - Evolução das tensões de origem térmica para os respectivos pontos de

temperaturas máximas para as três camadas na hipótese 2 (T

lan

=15°C) .. 125

Figura 6.22 - Vista da concretagem noturna da primeira camada do bloco de fundação

do prédio do Museu .................................................................................. 127

Figura 6.23 - Vista do gelo usado em substituição de parte da água de amassamento

do CAD, adicionado ao caminhão betoneira na obra ................................ 128

Figura 6.24 - Fôrmas “cambotadas” em polipropileno usadas na laje do subsolo do

Museu ........................................................................................................ 129

Figura 6.25 - Fôrmas em madeira compensada resinada, usadas na cúpula do Palácio

da Música .................................................................................................. 130

Figura 6.26 - Fôrmas em madeira compensada plastificada, usadas na pirâmide do

Monumento ............................................................................................... 130

Figura 6.27 - Fôrmas “cambotadas” em madeira compensada resinada, usadas na laje

do de cobertura do Museu ......................................................................... 130

Figura 6.28 - Fôrma metálica utilizada no pilar central do Museu ................................. 131

Figura 6.29 - Fôrma metálica utilizada na parede do prédio da Administração ............. 131

Figura 6.30 - Filetes de madeira usados na fôrma de pilar de seção circular do Palácio

da Música .................................................................................................. 132

Figura 6.31 - Pranchas de madeira usadas nas fôrmas dos degraus da escada do

Monumento ............................................................................................... 132

Figura 6.32 - Esquema dos elementos modulados em aço galvanizado utilizados no

cimbramento de lajes e vigas .................................................................... 133

Figura 6.33 - Vigas metálicas formadas por perfis de chapa dobrada tipo “U”

enrijecido com sarrafos de madeira .......................................................... 134

Figura 6.34 - Vigas de madeira seção “I” ....................................................................... 134

Figura 6.35 - Torres metálicas, vigas “I” em madeira e vigas metálicas compondo o

cimbramento de laje do prédio da Administração .................................... 134

Figura 6.36 - Componentes básicos que constituem o cimbramento tubular ................. 135

Figura 6.37 - Esquema da treliça em aço galvanizado utilizada no cimbramento do

Palácio da Música ..................................................................................... 136

Figura 6.38 - Cimbramento da cúpula do Palácio da Música ......................................... 137

Figura 6.39 - Disposição das torres de cimbramento sobre as vigas metálicas .............. 137

Figura 6.40 - Lançamento da treliça metálica através de um guindaste utilizado para

lançamento das treliças metálicas ............................................................. 138

Figura 6.41 - Montagem das vigas metálicas principais para execução do

cimbramento da parede da cúpula do Palácio da Música ......................... 138

Figura 6.42 - Montagem das vigas metálicas para execução do cimbramento da

parede da cúpula do Palácio da Música .................................................... 139

Figura 6.43 - a) Detalhe do abaulamento do cimbramento da fôrma externa da cúpula

b) Montagem da fôrma externa da cúpula ................................................ 140

Figura 6.44 - Concretagem do primeiro trecho da parede da cúpula .............................. 140

Figura 6.45 - Vista externa da cúpula em fase de construção ......................................... 140

Figura 6.46 - Vista das cordoalhas aderentes usadas na laje do espelho d’água do

Palácio da Música ..................................................................................... 142

Figura 6.47 - Cordoalhas aderentes usadas na parede da cúpula do Palácio da Música 142

Figura 6.48 - Colocação das bainhas na laje protendida do primeiro pavimento do

Museu ........................................................................................................ 142

Figura 6.49 - Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje protendida do

primeiro pavimento do Museu .................................................................. 142

Figura 6.50 - Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje protendida e

nervurada da cobertura do Museu ............................................................. 143

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 ......... 144

Figura 6.52 - Altura reduzida da viga do 1° pavimento, para um grande vão, do prédio

da Administração ...................................................................................... 145

Figura 6.53 - Gráfico da evolução das resistências média à compressão, aos 28 dias

de idade, para os concretos sem e com sílica ativa, de f

40 MPa ........... 147

Figura 6.54 - Gráfico da evolução do desvio padrão para os concretos sem e com

sílica ativa, de fck 40 MPa ........................................................................ 148

Figura 6.55 - Gráfico da precipitação total mensal na cidade de Goiânia, nos meses de

maio de 2005 a fevereiro de 2006 ............................................................. 149

Figura 6.56 - Gráfico das resistências à compressão dos exemplares rompidos aos 28

dias de idade, do CAD de f

50 MPa ....................................................... 150

Figura 6.57 - Módulo de elasticidade tangente inicial de concretos com diferentes

tipos de agregados graúdos e resistências ................................................. 152

Figura 6.58 - Gráfico de crescimento das resistências dos concretos sem e com sílica

ativa (de fck 40 MPa) dos 3 aos 28 dias ................................................... 154

LISTA DE TABELAS

Tabela 6.1 - Resumo das dosagens do CAD de f

40 MPa .......................................... 107

Tabela 6.2 - Resumo das dosagens do CAD de f

50 MPa .......................................... 107

Tabela 6.3 - Propriedades térmicas estimadas do concreto ........................................... 117

Tabela 6.4 - Hipóteses de cálculo analisadas ................................................................ 119

Tabela 6.5 - Temperaturas máximas do concreto na estrutura ...................................... 120

Tabela 6.6 - Equações dos parâmetros viscoelásticos do concreto ............................... 123

Tabela 6.7 - Valores do módulo de elasticidade ensaiados em comparação a valores

calculados por fórmulas empíricas ............................................................ 152

Tabela 6.8 - Resistências médias dos concretos sem e com sílica ativa, de fck de 40

MPa ........................................................................................................... 153

Tabela 6.9 - Resistências médias do concreto com sílica ativa, de fck de 50 MPa ...... 154

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

RESUMO

O presente trabalho apresenta um conjunto de tecnologias utilizadas no concreto de alto

desempenho (CAD), de f

40 e 50 MPa, usado nas estruturas do Centro Cultural Oscar

Niemeyer, construído em Goiânia no período de março de 2005 a fevereiro de 2006. 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.

ABSTRACT

This study is about technologies applied to high performance concrete (HPC), with f

40 and

50 MPa, used in the structures of Oscar Niemeyer Cultural Center, built in Goiânia from

March 2005 to February 2006. 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 anti-

evaporation 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.

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

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.

1.2. 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.

1.3. 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

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.

1.4. 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

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.

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

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.

2.2. OSCAR NIEMEYER

2.2.1. 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

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).

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 brise-

solei (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.

Figura 2.1 – Oscar Niemeyer.

Fonte: FUNDA

ÃO OSCAR NIEMEYER

2006.

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 (1955-1960) (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.

Figura 2.2 – Cassino da Pampulha, em

Belo Horizonte.

Fonte: MACEDO, 2006.

Figura 2.3 – Casa do Baile, em Belo

Horizonte.

Fonte: MACEDO, 2006.

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 1989. 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.

Figura 2.4 – Palácio do Planalto,

em Brasília.

Fonte: WIKIPEDIA

2007.

Figura 2.5 – Palácio do Itamaraty,

em Brasília.

Fonte: SENADO, 2007.

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).

2.2.2. 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.

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

Figura 2.6 – Pavilhão de Verão 2003 da

Serpentine Gallery, em Londres.

Fonte: COM, 2006.

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.

2.2.2.1. 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.

2.2.2.2. Estruturas apoiadas em um único pilar

Um dos desejos de Niemeyer é criar obras que “flutuem” no ar, o que até hoje não

Figura 2.7 – Bloco de Classes de

Constantine, em Constantine (Argélia).

Fonte: FUNDA

ÃO OSCAR NIEMEYER

2006.

Figura 2.8 – Edifício Castello Branco, em

Curitiba.

Fonte: A PARTE

2006.

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).

2.2.2.3. 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 2.9 – MAC Niterói.

Fonte: FMC

2007.

Figura 2.10 – NovoMuseu de Curitiba.

Fonte: BBC

2007.

Figura 2.11 – Sede de Editora Mondadori,

em Milão (Itália)

Fonte: RETROSPECTIVA, 2003.

2.3. 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

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 .

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).

Figura 2.12 – Oca do Ibirapuera, na cidade

de São Paulo.

Fonte: GUIA ONDE, 2007.

2.3.1. 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).

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.

Figura 2.13 – Igreja São Francisco de Assis, em Belo Horizonte.

Fonte: VIVA BRASIL, 2006.

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).

2.3.2. 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.

Figura 2.15 – Vista da parte posterior da

Igreja São Francisco de Assis.

Fonte: LUZES, 2007.

Figura 2.14 – Vista da parte frontal da

Igreja São Francisco de Assis.

Fonte: LUZES

2007.

As cúpulas foram construídas com concreto armado de f

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.

Figura 2.16 – Congresso Nacional, em Brasília.

Fonte: BRANDÃO

2005.

2.3.3. 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.

Figura 2.17 –Congresso Nacional em fase de construção.

Fonte: GEOCITIES

2006.

A catedral de Brasília foi construída no período de 1959 a 1970: na primeira fase,

de seis meses, apenas a estrutura da nave principal (1959-1960), e a conclusão do restante

(1969-1970), 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

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, 2002.

Figura 2.20 –Detalhe do anel superior de

compressão e da laje de fechamento.

Fonte: PESSOA

;

CLÍMACO

2002.

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.

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).

2.4. 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.

Figura 2.21 – Esquema do escoramento das colunas da Catedral de Brasília .

Fonte: PESSOA,CLÍMACO, 2002.

2.4.1. 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).

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

40 MPa, tratando-se

portanto de um concreto de alto desempenho, assunto discutido no item 2.5 desse capítulo.

2.4.2. 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 84.000 m

. Dessas nove obras, duas têm estrutura em casca: o “Salão de Atos” e a

“Biblioteca”.

Figura 2.22 – Vista de um dos balanços do edifício Castelo Branco, em Curitiba.

Fonte: A PARTE, 2006.

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

1.800 m

. O f

do concreto foi especificado em mais de 32 MPa (GALVANE JUNIOR,

2004).

Figura 2.23 – Vista aérea do Memorial da América Latina, na cidade de São Paulo.

Fonte: CIDADE DE SÃO PAULO, 2007.

Salão de Atos

Biblioteca

2.4.3. 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 1996. 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

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.

O MAC está plantado em uma praça aberta de 2.500 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

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

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.

Figura 2.24 – Vista do MAC Niterói.

Fonte: GUIA NITEROI, 2006.

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.

(a) (b)

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.

A cobertura do museu consiste em uma laje nervurada de 50 m de diâmetro

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, 2004.

Figura 2.27 – Detalhes da protensão da laje nervurada do 2º pavimento do

MAC Niterói.

Fonte: GALVANE JUNIOR, 2004.

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) (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).

2.5. 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

Figura 2.28 – a) Planta da laje do mezanino do MAC Niterói. b) Planta da

cobertura do MAC Niterói.

Fonte: GALVANE JUNIOR, 2004.

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.

2.5.1. 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.

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 5.226 m

. O concreto especificado para um fck de 35 MPa

Figura 2.29 – Vista do NovoMuseu, à frente, e do edifício Castello Branco,

ao fundo, em Curitiba.

Fonte: UM, 2006.

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

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

polifuncional e superplastificante de terceira geração, combinados (MEDEIROS, 2006).

Outra condição especial foi a estrutura, que deveria receber um concreto com: f

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).

2.5.2. 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

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.

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: SUSTENTA

ÃO, 2003.

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

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

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

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.

3.2. 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.

3.2.1. 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

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.

3.2.2. 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

tecnologistas de concreto têm usado diferentes tipos de cimento, o que muitas vezes está

ligado à disponibilidade do produto no mercado local.

3.2.3. 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).

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).

3.2.4. 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

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

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.

3.2.4.1. 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 13.000 a 30.000 m

/Kg, ficando a

média em torno de 20.000 m

/Kg, bastante superior à do cimento Portland (350 a 600 m

/Kg)

ou à da cinza volante (300 a 700 m

/Kg) (DAL MOLIN, 2005). Sua massa específica

encontra-se em torno de 220 kg/m

, menor do que a do cimento, de aproximadamente 315

kg/m

A sílica ativa, devido sua finura, alto teor de SiO

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

dosagem adequada de aditivo químico superplastificante.

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

, 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.

3.2.5. 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).

Cimento

Sílica ativa

Figura 3.1 – Efeito fíler da sílica ativa.

Fonte: AÏTCIN, 2000.

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 11768 (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

aditivos superplastificantes disponíveis no mercado e mais utilizados atualmente encontram-

se descritos a seguir.

3.2.5.1. 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).

3.2.5.2. 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,

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).

3.2.5.3. 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).

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.

Num estudo realizado por Veronez et al (2005), os concretos de alto desempenho

produzidos com aditivo base policarboxilato propiciaram resistências à compressão aos 28

Figura 3.2 – Perda de abatimento para concretos com

aditivo base policarboxilato e base naftaleno.

Fonte: RIXOM; MAILVAGANAN, 1999.

Figura 3.3 – Resistência à compressão de concretos superplastificados.

Fonte: LEIDHODT et al., 2000.

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 matérias-

primas (MARTIN, 2005).

3.3. 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:

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.

3.4. 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.

3.5. 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).

3.6. 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

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.

3.6.1. 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

S que cessa quando a umidade relativa é menor que 75% (OLLIVIER, 1998).

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 14931 (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

Figura 3.4 – Grau de hidratação do silicato de cálcio para

diferentes umidades relativas.

Fonte: OLLIVIER, 1998.

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.

3.6.2. 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.

3.6.2.1. 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

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).

3.6.2.2. 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).

3.6.3. 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

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).

3.6.4. 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.

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.

3.7. 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

100

0,40 0,29 0,31 0,40 0,27

a/agl

Resistência à compresão

(MPa)

borracha clorada

parafina

1 dia úmida

7 dias úmida

Figura 3.5 – Influência dos diferentes procedimentos de cura no CAD.

Fonte: PINTO; GEYER, 2003.

(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

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

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

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.

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

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.

4.2. 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.

4.2.1. 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 12006 (1990), utilizando-se

argamassa de cimento.

4.2.2. 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.

4.2.3. 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.

4.2.4. 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 12818 (1993) a difusividade é expressa em m

/s.

4.2.5. 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

12815 (1993).

4.3. 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).

4.3.1. 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

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,

∇

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;

= difusividade térmica;

= 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

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).

4.3.2. 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

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).

4.4. 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

alta dosagem de superplastificante utilizada na fabricação do CAD, o que retarda a hidratação

do C

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.

4.5. 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;

• 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.

4.5.1. 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.

4.5.2. 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.

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).

4.5.3. 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.

4.5.4. 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.

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

S e C

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.

4.5.5. 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

Figura 4.3 – Curvas de elevação adiabática de concreto para

diferentes consumos de cimento.

Fonte: EQUIPE DE FURNAS, 1997.

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

)), 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.

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)

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

)

presente no metacaulim, quando comparado à sílica ativa, o que pode contribuir para uma

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, 2006.

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.

4.5.6. 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.

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

Figura 4.6 – Misturas equivalentes com superplastificantes.

Fonte: RIXON e MAILVAGANAM, 1999.

quais geram um gráfico de resistência à compressão versus consumo de cimento, conforme o

gráfico da Figura 4.7.

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

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.

Figura 4.7 – Curva dos três pontos para dosagem de aditivo superplastificante.

Fonte: RIXON, 1998.

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.

Figura 4.8 – Hidratação do cimento com aditivo lignossulfonato.

Fonte: RIXON e MAILVAGANAM, 1999.

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 72000 m

. 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 2003. 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.

5.1. DESCRIÇÃO DOS PRÉDIOS PRINCIPAIS

Conforme visto nas Figuras 5.1 e 5.2, o Centro Cultural é composto por quatro

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.

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

Figura 5.2 – Vista aérea do Centro Cultural Oscar Niemeyer.

“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.

5.2.1. Monumento aos Direitos Humanos

5.2.1.1. 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.

5.2.1.2. 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.

5.2.1.3. Descrição estrutural

A estrutura do prédio do Monumento , assim como as dos outros três prédios, foi

feita com CAD de f

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.

Figura 5.4 – Vista do foyer no subsolo do Monumento, cujo

acesso se dá por meio de uma escada em caracol.

5.2.2. Palácio da Música, Dança e Teatro

5.2.2.1. 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.

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.

5.2.2.2. 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.

Figura 5.5 –Vista do Palácio da Música.

Figura 5.6 – Vista do espelho d’água na

entrada lateral do Palácio da Música.

5.2.2.3. 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

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.

Figura 5.7 – Vista interna 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.

Figura 5.8 – Planta baixa da sapata corrida do Palácio da Música.

Figura 5.9 – Corte AA na sapata corrida do Palácio da Música.

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.

5.2.3. Museu de Arte Contemporânea

5.2.3.1. 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

Figura 5.10 – Vista da parede inclinada do Palácio da Música,

com espessura de 1,4 m na base.

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 5.11 – Vista do Museu.

Figura 5.12 – Vista da rampa interna do Museu.

5.2.3.2. 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.

5.2.3.3. 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

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

de concreto. Esse assunto, o qual constitui um dos aspectos estruturais mais

importantes da obra, será discutido no próximo capítulo dessa dissertação.

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

Figura 5.13 – Detalhe do pilar de sustentação do prédio do Museu.

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.

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.

Figura 5.14 – Planta da laje do mezanino

rédio do Museu.

100

5.2.4. Administração e Biblioteca

5.2.4.1. 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.

Figura 5.15 – Planta baixa do bloco de fundação do Museu, com a

locação do seu pilar central.

101

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.

5.2.4.2. 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.

5.2.4.3. 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

Figura 5.16 – Vista do prédio da Administração.

102

isoladas.

5.2.5. 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.

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.

Figura 5.17 – Vista da Esplanada Cultural Juscelino Kubitscheck.

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

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

50 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.

6.2. MATERIAIS MÉTODOS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO DO CAD DA OBRA

6.2.1. 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;

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

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.

106

6.2.2. Dosagem

As estruturas de seus quatro prédios principais foram construídas com um CAD

de f

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

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-

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

40 MPa utilizadas na

obra.

Tabela 6.1 – Resumo das dosagens do CAD de fck 40 MPa.

Concreto

40 MPa)

Período de

utilização

Consumo (kg/m

)

Dosagem de aditivo

(% massa do cimento)

Cimento

Sílica

ativa

Gelo Polifuncional

Superplastificante

(2ª geração)

sem sílica

16mai-

15ago/2005

525 - - 0,6 -

com sílica

16ago/2005-

fev/2006

360 26 30/70 0,6 1,0

Já a dosagem do CAD de f

50 MPa encontra-se resumida na Tabela 6.2.

Tabela 6.2 – Resumo das dosagens do CAD de fck 50 MPa.

Concreto

50 MPa)

Período de

utilização

Consumo (kg/m

)

Dosagem de aditivo

(% massa do cimento)

Cimento

Sílica

ativa

Gelo Polifuncional

Superplastificante

(2ª geração)

com sílica out/05 450 27 70 0,6 1,0

6.3. EXECUÇÃO DO CONCRETO

6.3.1. 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).

108

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 6.1 – Bombeamento de concreto nas estruturas do

Palácio da Música.

Figura 6.2 – Vista de uma concretagem da cúpula e do

adensamento do CAD por meios de vibradores de imersão.

109

6.3.2. 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.

6.3.2.1. 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.

110

Temperaturas médias mensais na cidade de

Goiânia

mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06

mês/ano

Temperatura (°C)

Temperatura minima Temperatura media compensada Temperatura maxima

Umidade relativa do ar média mensal 18 UTC

100

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 (%)

Umidade relativa do ar ate 18 horas

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

Figura 6.3 – Temperaturas mensais na cidade de Goiânia no período

de maio de 2005 a fevereiro de 2006.

Fonte: INMET

2007.

Figura 6.4 – Umidade relativa do ar média na cidade de Goiânia no

período de maio de 2005 a fevereiro de 2006.

Fonte: INMET, 2007.

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.

6.3.2.2. 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.

Figura 6.5 – Aplicação do aditivo anti-evaporante após

lan

amento do concreto em uma das la

es da Administra

ão.

112

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.

6.3.2.3. 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

Figura 6.6 – Cura da laje do subsolo do Museu com água e

sacos de ania

em.

Figura 6.7 – Cura da laje do espelho

d’á

ua do Palácio da Música.

Figura 6.8 – Cura da cúpula do Palácio

da Música.

113

Figura 6.9. Esse tipo de cura também foi executado por sete dias consecutivos.

6.3.2.4. 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.

Figura 6.9 – Cura com lâmina d’água no bloco de fundação do

Museu.

114

6.3.2.5. 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.

6.4. CONTROLE DA TEMPERATURA

Um motivo de preocupação por parte dos engenheiros responsáveis pela

Figura 6.10 – Aplicação do agente de cura base parafina em

um pilar após sua desfôrma.

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.

6.4.1. 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).

6.4.1.1. 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

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

5.2.2.3, 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

. 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 5.2.3.3 dessa dissertação, é

formado por um prisma cuja base é um octaedro de aresta 6,35 m, com altura de 1,6 m. O

117

volume de concreto utilizado nesse bloco foi de aproximadamente 531 m

No caso específico desse estudo, no cálculo das temperaturas simuladas, utilizou-

se 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

(360 kg/m

de cimento e 26 kg/m

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, 2005.

Propriedade Parâmetros térmicos

Calor específico (J/kg.°C)

1016

Condutividade térmica (W/m.°C)

2,146

Coeficiente de dilatação (x 10

-6

/°C)

Densidade (kg/m

)

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.

118

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.

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.

Figura 6.11 – Elevação adiabática de temperatura do concreto, com

dosagem de cimento equivalente de 386kg/m

Figura 6.12 – Malha de elementos finitos utilizada nos estudos.

Fonte: FURNAS, 2005.

___ 384 kg/m

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

em substituição à quantidade de água do concreto.

Tabela 6.4 – Hipóteses de cálculo analisadas.

Fonte: FURNAS, 2005.

Hipótese

Temperatura

de lançamento

(°C)

Intervalo de

lançamento entre as

camadas (dias)

Condições de lançamento

1 (sem refrigeração) 30 3 3 camadas de: 80, 70 e 70 cm

2 (com refrigeração) 15 3 3 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 6.13. Tal comportamento da

temperatura ambiente foi adotado para a simulação da concretagem do bloco.

Já em relação ao coeficiente de transmissão superficial de calor através da

Figura 6.13 – Comportamento da temperatura

ambiente variando com o tempo.

Fonte: FURNAS, 2005.

120

superfície em contato com o ambiente, foi considerado:

Concreto / água de cura / ar = 348 W/(m

.°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, 2005.

Hipótese Camada

Temperatura

Máxima (°C)

Instante de

Ocorrência (h)

(sem refrigeração)

1ª 70,43 13

2ª 67,98 84

3ª 68,27 156

(com refrigeração)

1ª 62,92 13

2ª 63,87 85

3ª 66,02 157

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.

121

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.

Figura 6.15 – Evoluções das temperaturas máximas para a hipótese 2,

localizadas no centro das respectivas camadas.

Fonte: FURNAS, 2005.

122

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.

6.4.1.2. 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

Figura 6.16 – Resultado das temperaturas monitoradas in loco.

Fonte: FURNAS, 2005.

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

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, 2005.

Parâmetros do Concreto Função

Resistência à tração na flexão (MPa) Ft(z) = z / (0,2658 + 0,3185 . z)

Módulo de elasticidade (Gpa) E(z) = z / (0,01623 + 0,04207 . z)

Coeficiente de fluência (10-

/MPa) F

(z) = 2,8 + (10,19 / z)

Figura 6.17 – Resistência à tração na flexão.

Fonte: FURNAS, 2005.

124

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.

Figura 6.18 – Módulo de elasticidade.

Fonte: FURNAS, 2005.

Figura 6.19 – Coeficiente de fluência (x 10

-6

MPa).

Fonte: FURNAS, 2005.

125

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.

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, 2005.

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, 2005.

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.

6.4.1.3. 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 6.3.2.3 dessa dissertação.

6.4.2. 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.

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.

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.

Figura 6.22 – Vista da concretagem noturna da primeira

camada do bloco de fundação do prédio do Museu.

128

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

para 386 kg/m

. 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.

Figura 6.23 – Vista do gelo usado em substituição de parte da água de

amassamento do CAD, adicionado ao caminhão betoneira na obra.

129

6.5. SISTEMAS DE FÔRMA E CIMBRAMENTO

6.5.1. Tipos de fôrma utilizados

6.5.1.1. 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.

6.5.1.2. 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.

Figura 6.24 – Fôrmas “cambotadas” em polipropileno usadas

na laje do subsolo do Museu.

130

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 6.27 - Fôrmas “cambotadas” em madeira compensada resinada, usadas na laje do

de cobertura do Museu.

Figura 6.25 - Fôrmas em madeira

compensada resinada, usadas na cúpula do

Palácio da Música.

Figura 6.26 - Fôrmas em madeira

compensada plastificada, usadas na

pirâmide do Monumento

131

6.5.1.3. 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.

6.5.1.4. 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.

Figura 6.28 – Fôrma metálica utilizada

no pilar central do Museu.

Figura 6.29 –Fôrma metálica utilizada na

parede do prédio da Administração.

132

6.5.2. 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.

6.5.2.1. 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.

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.

133

6.5.2.2. 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 6.33. Além das vigas metálicas foram utilizadas vigas “I” de madeira, com seções

coladas e travadas solidamente, conforme Figura 6.34. Tais vigas são equipadas com capa

plástica de proteção nos seus terminais, protegendo e evitando estilhaços ou lascas de

madeira.

Figura 6.32 – Esquema dos elementos modulados em aço

galvanizado utilizados no cimbramento de lajes e vigas.

Fonte: ROHR, 2005.

134

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.

Figura 6.33 –Vigas metálicas formadas

por perfis de chapa dobrada tipo “U”

enrijecido com sarrafos de madeira.

Fonte: ROHR, 2005.

Figura 6.35 – Torres metálicas, vigas “I” em madeira e

vigas metálicas compondo o cimbramento de laje do

prédio da Administração.

Vigas de

madeira

Vigas

metálicas

Figura 6.34 –Vigas de madeira seção “I”.

Fonte: ROHR, 2005.

135

6.5.2.3. Cimbramento tubular

Um outro tipo de cimbramento utilizado no Centro Cultural foi o cimbramento

tubular, composto pelos elementos descritos na Figura 6.36. 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.

6.5.2.4. 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.

Forcado tubular

Macaco tubular Forcado tubular

Acoplamento

normal

Luva de emenda

Figura 6.36 – Componentes básicos que constituem o

cimbramento tubular.

Fonte: ROHR, 2005.

136

6.5.3. 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.

Figura 6.37 – Esquema da treliça em aço galvanizado utilizada no cimbramento

do Palácio da Música.

Fonte: ROHR, 2005.

137

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 6.38 – Cimbramento da cúpula do Palácio da Música.

Treliça metálica

Apoio

de madeira

Vigas metálicas

Torre metálica

Figura 6.39 – Disposição das torres de cimbramento sobre as vigas metálicas.

Cimbramento

tubular

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.

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.

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,

Figura 6.41 – Montagem das vigas metálicas principais para execução

do cimbramento da parede da cúpula do Palácio da Música.

Figura 6.40 – Lançamento da treliça metálica através de um guindaste Guindaste utilizado

ara lan

amento das treli

as metálicas.

139

o que pode ser visto na Figura 6.44-b. As fôrmas seriam colocadas em seguida, apoiadas

nessas vigas de madeira.

a) b)

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.

Figura 6.42 – Montagem das vigas metálicas para execução do cimbramento da parede da

cúpula do Palácio da Música.

140

a) b)

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.

6.6. 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

Figura 6.44 – Concretagem do primeiro

trecho da parede da cúpula.

Figura 6.43 – a) Detalhe do abaulamento do cimbramento da fôrma externa da cúpula

b) Montagem da fôrma externa da cúpula.

Figura 6.45 – Vista externa da cúpula em

fase de construção.

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.

6.6.1. 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

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.

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 6.46 – 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

Figura 6.49 – Detalhe do cruzamento dos

cabos de protensão laje protendida do

primeiro pavimento do Museu.

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.

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.

6.6.2. 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).

Figura 6.50 – Detalhe do cruzamento dos cabos de protensão laje

protendida e nervurada da cobertura do Museu.

144

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.

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.

cordoallhas

não-aderentes

cordoallhas

aderentes

145

6.7. 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 12655 (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.

Figura 6.52 – Altura reduzida da viga do 1° pavimento, para um

grande vão, do prédio da Administração.

146

6.7.1. Resistência à compressão

Foram utilizados CADs de f

40 e 50 MPa na construção do Centro Cultural

Oscar Niemeyer. A maior parte das estruturas foi construída com CAD de f

40 MPa,

totalizando um volume de aproximadamente 25000 m

de concreto. Já o CAD de f

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

concreto.

No caso do CAD de f

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

50 MPa foi todo produzido com

adição de sílica ativa e aditivos polifuncional e superplastificante.

6.7.1.1. CAD com f

40 MPa

Seguindo as especificações da NBR 12655 (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.

147

Evolução da Resistência Média à Compressão

12345678910

Mês/ano

Resistência Média (MPa)

fc28 medio fck est para todos concretos

fck proj fck est concreto s/ silica

fck est concreto c/ silica

O f

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

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 2005.

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

mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06

Concreto sem

sílica ativa

Concreto com

sílica ativa

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

40 MPa.

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 2005.

Evolução do Desvio Padrão

12345678910

Mês/ano

Desvio Padrão

Desvio padrao

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 2006. 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

Sn excelente

Sn bom

Sn razoável

Sn deficiente

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

Figura 6.54 – Gráfico da evolução do desvio padrão para os concretos sem e

com sílica ativa, de fck 40 MPa.

149

mesmo comportamento a evolução da resistência à compressão, conforme o gráfico da Figura

6.55. Chegou-se a valores de até 72,3 MPa nos ensaios de resistência à compressão do CAD

de f

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

100

150

200

250

300

350

400

450

500

mai/05 jun/05 jul/05 ago/05 set/05 out/05 nov/05 dez/05 jan/06 fev/06

mês/ano

Precipitação (mm)

Precipitaçao mensal

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).

Figura 6.55 – Gráfico da precipitação total mensal na cidade de

Goiânia, nos meses de maio de 2005 a fevereiro de 2006.

Fonte: INMET

2007.

150

6.7.1.2. CAD com f

50 MPa

De modo diferente ao CAD de f

40 MPa, todos os lotes do CAD de f

50 MPa

foram produzidos com adição de sílica ativa, e sua produção ocorreu toda no mês de outubro

de 2006. Por isso, o gráfico da resistência à compressão do CAD de f

50 MPa contempla os

valores dos 83 exemplares ensaiados.

Somente quatro exemplares obtiveram valores menores que o f

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

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

estimado.

Resistência à Compressão

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

1 4 7 10131619222528313437404346495255586164677073767982

Lotes

Resistência à compressão (MPa)

Fc 28 Fck est Fck proj

A variabilidade dos valores da resistência à compressão do CAD de f

50 MPa

(Figura 5.56), assim como no caso do CAD de f

40 MPa, também ocorreu em função das

Figura 6.56 – Gráfico das resistências à compressão dos exemplares

rompidos aos 28 dias de idade, do CAD de f

50 MPa.

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.

6.7.2. 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

40 MPa, seja ele com ou sem sílica ativa, variou de 26 a 28 GPa, e o do concreto de f

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

e 50 MPa.

Tomando-se os valores médios de Ec de 27 e 31 GPa para os concretos de f

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

+ 0,4303 fc + 7,3413 (6.4)

Também foram extraídos valores de módulo de elasticidade, em função do f

152

concreto (40 e 50 MPa) e do agregado granito, do gráfico proposto por KLISZEWICZ E

AJDUKIEWICZ ( 2002), apresentado na Figura 6.57.

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)

Módulo de Elasticidade (GPa)

Pinto

(2003)

Kliszewicz e

Ajdukiewicz

(2002)

Valor real

ensaiado

ACI 363

(1991)

NBR

6118

(2003)

CEB

(1990)

40 22,5 27,0 27,0 27,9 35,9 36,3

50 25,6 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.

Figura 6.57 – Módulo de elasticidade tangente inicial de concretos com

diferentes tipos de agregados graúdos e resistências.

Fonte: KLISZEWICZ E AJDUKIEWICZ

2002.

153

Tal fato vem reforçar a necessidade da realização de ensaios para se comprovar o

valor real do módulo de elasticidade de um concreto, não devendo o mesmo ser calculado

através de fórmulas que o relacionem com a resistência à compressão. Tais formulações,

embora tenham validade comprovada para concretos convencionais, podem superestimar os

valores calculados do módulo de elasticidade para concretos de elevada resistência.

6.7.3. Influência da sílica ativa nas propriedades mecânicas do CAD

A resistência à compressão é uma das duas propriedades mais importantes do

concreto, sendo a outra a durabilidade (NEVILLE, 1997). Comparado a concretos sem

nenhum tipo de adição, concretos contendo adições minerais mostram, comumente,

resistências mais baixas nas primeiras idades. Entretanto, após cerca de 7 dias de cura, os

ganhos de resistência podem ser substanciais (MEHTA, 1994).

Tal comportamento foi observado para os CADs utilizados nas estruturas do

Centro Cultural. No caso do concreto de f

de 40 MPa, constatou-se que o concreto com

sílica obteve valores de resistência à compressão inferiores aos do concreto sem sílica para as

idades de 3 e 7 dias, como mostram a Tabela 6.8 e Figura 6.58. Essa redução da resistência

nas primeiras idades se deve à redução da quantidade de cimento, o qual é um material muito

reativo, por sua substituição parcial por sílica ativa, que é menos reativa.

Tabela 6.8 – Resistências médias dos concretos sem e

com sílica ativa, de f

de 40 MPa.

Concreto

Consumo (kg/m

)

Resistência Média à

Compressão (MPa)

Cimento

Sílica

ativa

c28

sem sílica 525 - 34,4 39,5 46

com sílica 360 26 31 37,9 47,9

154

Evolução da Resistência à Compressão

110100

Idade (dias)

resistência Média à Compressão

(MPa)

Concreto sem sílica Concreto com sílica

Entretanto, a taxa de crescimento de resistência do concreto com sílica foi maior

que a do concreto sem sílica. Dos 3 aos 28 dias a resistência do concreto com sílica cresceu

cerca de 55%, enquanto a do concreto sem sílica cresceu apenas 34%, sendo que aos 28 dias a

resistência do concreto com sílica já era cerca de 4% maior que a do concreto sem sílica.

Dos 7 para os 28 dias o concreto com sílica apresenta em média um crescimento

de 26,4 na sua resistência à compressão, enquanto o concreto sem sílica apresentou um

crescimento de 16,5% nesse mesmo período.

O comportamento do concreto de 50 MPa, com sílica, foi similar ao do concreto

de 40 MPa, também com sílica, porém, sua taxa de crescimento de resistência de 3 para 28

dias (34%) foi menor que a do concreto de 40 MPa (55%). Há que se lembrar que o concreto

de 50 MPa foi todo produzido com adição de sílica ativa, não havendo portanto meios de ser

comparado a um concreto similar sem adição de sílica.

Tabela 6.9 – Resistências médias do concreto com

sílica ativa, de f

de 50 MPa.

Concreto

Consumo (kg/m

)

Resistência Média à

Compressão (MPa)

Cimento

Sílica

ativa

c28

com sílica 450 27

41,96 48,64 56,30

Figura 6.58 – Gráfico de crescimento das resistências dos concretos

sem e com sílica ativa (de fck 40 MPa) dos 3 aos 28 dias.

155

CAPÍTULO 7 – CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao longo desse trabalho foram apresentadas as tecnologias de concreto de alto

desempenho (CAD) utilizadas nas estruturas do Centro Cultural Oscar Niemeyer de Goiânia,

as quais fizeram dessa uma obra inovadora, 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.

As tecnologias utilizadas poderão servir de parâmetros para a viabilização do

CAD em outros conjuntos arquitetônicos, bem como em estruturas construídas em ambientes

com condições climáticas desfavoráveis, com baixo teor de umidade relativa do ar e altas

temperaturas, como é o caso da cidade de Goiânia.

O estudo termomecânico do CAD como ferramenta de controle de qualidade das

estruturas, realizado por meio das simulações e do monitoramento “in loco” das temperaturas

do CAD, indicou a necessidade de adoção de medidas de controle da temperatura desse

concreto, face às suas elevadas temperaturas atingidas.

As técnicas empregadas, ou seja, o pré- resfriamento do concreto e o uso conjunto

da sílica ativa e do aditivo superplastificante base naftaleno sulfonado proporcionaram uma

redução da temperatura do CAD, evitando-se assim as fissuras de origem térmica. A sílica

ativa e o aditivo superplastificante propiciaram uma redução de 26,5% no consumo de

cimento equivalente, o que contribuiu imensamente para a redução calor liberado pelo CAD

nas estruturas.

O uso da sílica ativa trouxe ainda vantagens quanto às propriedades mecânicas do

CAD, pois propiciou uma maior taxa de crescimento da resistência à compressão, sendo que

na idade de 28 dias o concreto produzido com sílica obteve uma resistência 4% maior que a

do concreto sem sílica.

Em relação ao módulo de elasticidade dos CADs, ficou evidenciada a necessidade

da realização de ensaios em laboratório para a comprovação do seu valor real, uma vez que

os valores ensaiados para os concretos produzidos na obra foram bastante diferentes dos

valores calculados por fórmulas empíricas, as quais correlacionam o módulo com a resistência

à compressão.

Por fim, a utilização de um aditivo anti-evaporante, logo após a concretagem das

estruturas, em conjunto com a cura úmida, demonstrou ser um eficiente procedimento de cura

para CAD quando fabricado em ambientes secos e quentes, controlando sua retração e

156

evitando o surgimento de fissuras por dessecação superficial.

7.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

O estudo da aplicação do concreto de alto desempenho no Centro Cultural Oscar

Niemeyer de Goiânia, no qual foram apresentadas algumas tecnologias inovadoras utilizadas

na obra, contribuiu para a viabilização desse tipo de concreto em conjuntos arquitetônicos.

Entretanto, na busca de um melhor aproveitamento das vantagens do CAD nesse tipo de

construção, foram listadas algumas sugestões para futuras pesquisas:

• estudar a influência da sílica ativa e do aditivo superplastificante nas

propriedades mecânicas e térmicas do CAD;

• estudar a influência de outras adições pozolânicas nas propriedades

mecânicas e térmicas do CAD; e

• estudar o ganho econômico advindo com o estudo termomecânico do

CAD, em função de possíveis gastos com reparos causados pelas fissuras

de origem térmica nas estruturas.

157

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