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concreto leve estrutural
João Adriano Rossignolo
concreto
leve
celular
tipos
sem finos
agregados leves
1
concreto
leve
estrutural
concreto leve estrutural (CLE)
•
γ < 2000
•
fc > 17 MPa
concreto
leve
(NBR6118 e NM35)
kg/m3
estrutural
| aplicações |
Edificações de múltiplos pavimentos: em locais com solo com baixa capacidade de
suporte e com a finalidade de reduzir as solicitações estruturais ocasionadas pelo
peso próprio;
Construções pré-fabricadas: com a finalidade de beneficiar o transporte e a
montagem das peças;
Estruturas especiais: estruturas flutuantes, pontes e coberturas de grandes vãos.
2
resgate histórico
concreto
leve
marco histórico -
1
| Panteão de Roma |
cúpula 42 m de diâmetro
110 – 125 D.C.
agregado: pedra pomes
3
concreto
leve
marco histórico -
2
|1918 – patente agregados leves (Stephen J. Hayde)|
|embarcações|
USS SELMA
• USA -1919
• fc = 35 MPa
• γ = 1700 kg/m3
• Durabilidade
– 80 anos
USA
2a Guerra – 488 navios
concreto
leve
marco histórico -
2
|1929 – edifícios|
Edifício da Southwestern Bell Telephone
Company, em Kansas, nos EUA.
Hotel Chase-Park Plaza, em
St. Louis, nos EUA.
4
agregados leves
agregado
produção
leve
agregados
leves
forno rotativo
Leca
Liapor
sinterização
Perlita
Lytag
5
agregado
camada externa
leve
agregados
leves
(b)
(a)
sinterização
forno rotativo
Fonte: ZHANG e GJφRV, 1991
agregado
camada externa
leve
agregados
leves
Fonte: ZHANG e GJφRV, 1991
6
agregado
camada externa
leve
agregados
leves
agregado leve
matriz
Fonte: EUROLIGHTCON, 2000
agregado
CINEXPAN
leve
agregados
leves
nacional
↓Ec
↓RC
↑Abs
Ec: 10 a 16 GPa
RC (esmag): 8 a 20 MPa
Abs água:
3-5% (2h)
6-10% (1dia)
7
agregado
leve
nacional
camada externa
MEV
Fonte: ROSSIGNOLO, 2003
agregado
leve
nacional
camada externa
MOT
Fonte: ROSSIGNOLO, 2003
8
concreto com agregados leves
o quê muda no concreto?
concreto
leve
dosagem
novos parâmetros:
• Massa específica do concreto
• Absorção de água dos agregados (a/agl efetiva)
• Consumo de cimento (300 – 550 kg/m3)
cuidados com segregação – coesão da mistura
métodos: CEB/FIP (1977), ACI (1997) e EUROLIGHTCON (2000)
9
concreto
leve
estado fresco
|mistura|
método para agregado nacional
– adicionar agregados no final
– sem saturação prévia
saturação prévia do agradado
– abs > 10% 1dia
– concreto bombeado
|transporte|
cuidado com segregação!
concreto
leve
estado fresco
NBR9606
10
concreto
leve
estado fresco
adensamento
Fonte: VIEIRA, 2000
concreto
leve
cura
reservação de água → cura interna
(AL-KHAIAT e HAQUE, 1998)
cura térmica
• período maior ou
• velocidade de elevação menor
11
concreto
leve
resist. à compressão x massa específica
Resistência à compressão do
concreto leve (MPa)
60
ROSSIGNOLO
(2003)
50
40
GOMES NETO
(1998)
EVANGELISTA et al.
(1996)
30
20
1400
1500
1600
1700
1800
Massa específica do concreto leve (kg/m 3)
* ZHANG e GJφRV (1991): 102 MPa – 1700 kg/m3
concreto
leve
(FE = 60)
(C = 550 kg/m3)
resist. à compressão x tamanho do agregado
Resistência à compressão do
concreto (MPa)
45
40
35
30
25
20
8
10
12
14
16
18
20
Dimensão máxima característica da argila expandida
(mm)
Fontes: Rossignolo et al., 2003; Rossignolo; Oliveira, 2007.
12
concreto
leve
agregado leve – fator limitante
50
agr. tradicional
Resistência do Concreto (MPa)
45
40
35
30
agr. leve
25
20
15
10
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Re s is tê ncia da argam as s a (M Pa)
Fonte: ROSSIGNOLO, 2006
concreto
leve
agregado leve – fator limitante
Fonte: ROSSIGNOLO, 2006
13
concreto
leve
agregado leve – fator limitante
Resistência à Compressão do
Concreto aos 28 dias (MPa)
35
30
25
R2 = 0,92
20
15
10
250
R2 = 0,99
300
350
400
450
500
Consum o de Aglom erante (kg/m 3)
550
Fonte: ROSSIGNOLO, 2006
concreto
leve
resistência à tração
resistência à tração por compressão diametral
5 – 10% resistência à compressão
resistência à tração na flexão
7,5 – 12% resistência à compressão
Referência
Resistência à tração (MPa)
Compressão diametral
Flexão
Observações
ACI 318 (1995)
0,42.fc 0,5
0,46.fc 0,5
Agregado leve
ACI 318 (1995)
0,48.fc 0,5
0,53.fc 0,5
Areia e agregado
leve
CEB/FIP (1977)
0,23.fcu
0,67
0,46.fcu
0,67
-
14
concreto
leve
módulo de deformação
aprox: Ec = η . Ec
Referência
η = γc /2500 (kg/m3)
Equação *
Observações
NS 3473 (1998)
Ec = 9.5 . fcck0,3. (γ / 2400)1,5 [GPa]
fcck < 85 Mpa
ACI 318 (1995)
Ec = 0,043 . γ1,5 . fc0,5 [MPa]
fc < 41 Mpa
BS 8110 Part.2 (1985)
CEB (1978)
Ec = 1,7 . (γ / 1000)2 . fck0,3 [GPa]
-
Ec = 1,6 . γ2 . (fcck + 8) 0,33.10-6 [GPa]
-
Ec = 0,049 . γ1,5 . fc0,5 (MPa)
.
Fonte: ROSSIGNOLO, 2003
Ec= módulo de deformação
γ = massa específica (kg/m3)
fc = resistência à compressão
concreto
leve
tensão x deformação
50
63 dias
45
7 dias
40
comportamento linear até
35
Tensão (MPa)
aprox 80% tensão de ruptura
30
25
20
15
10
5
0
Fonte: ROSSIGNOLO, 2003
0
1
2
-3
Deformação (x1 0 )
3
15
concreto
leve
retração por secagem
Retração ((m/m). 1 0 -6 )
1000
900
Limite superior
800
700
600
500
Limite infeior
400
300
200
100
0
0
100
200
300
400
Idade (dias)
Fonte: HOLM e BREMER, 1994
concreto
leve
durabilidade
a. alta porosidade/baixa permeabilidade
b. poroso/alta permeabilidade
c. poroso/não permeável
d. baixa porosidade/alta permeabilidade
16
concreto
leve
durabilidade
matriz
↔ interface ↔ agregado
Agregado
Matriz
Fonte: ROSSIGNOLO, 2003
concreto
leve
durabilidade x zona de transição
Argamassa
Zona de
Transição
Argamassa
Zona de
Transição
Agregado
(basalto)
Agregado
(argila expandida)
concreto (a/agl = 0,40)
zona de transição
basalto = 55µm
argila exp. = 25µm (melhor qualidade)
Fonte: ROSSIGNOLO, 2006
17
concreto
leve
durabilidade x zona de transição
arg. exp.(MOT)
basalto (MOT)
Fonte: ROSSIGNOLO, 2004
concreto
leve
documentos normativos
País
Brasil
Especificação
NM 35 – ABNT. Agregados leves para concreto estrutural – Especificações, 1995
ACI 211.2-98. Standard Practice for selecting proportions for Structural Lightweight
Concrete, 1998
ACI 213R-87. Guide for Structural Lightweight Aggregate Concrete, 1987
ACI 213R-87Rev. Proposed revisions, 1995
ACI 318-95. Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, 1995
ACI 304.5R-91. Batching, Mixing, and Job Control of Lightweight Concrete, 1991
ACI SP-136. Structural Lightweight Aggregate Concrete Performance, 1992
ASTM C330-89. Standard Specification for Lightweight Aggregates for Structural
Concrete
EUA
NS 3420. Specification texts for building and construction, 2nd edition 1992
NS 3473. Concrete structures. Design rules, 5th edition 1998
NS 22. NCA Publ. Nº22. Lightweight Aggregate Concrete. Specif. and Guidelines.
1999
Noruega
Inglaterra
BS 3797. BS Specifications for LWA for Masonry units and Structural Concrete
BS 8110. British Standard BS 8110:1985 Structural use of concrete
JASS 5. Reinforced Concrete Work, 1997
JSCE Chapter 19. Lightweight Aggregate Concrete 1986, revised 1996
JIS A 5002. Lightweight Aggregates for Structural Concrete 1978, revised 1999
Japão
DIN 1045. Stahlbetonbestimmungen, 1988
DIN 4219. Leichtbeton und Stahlleitchtbeton mit geschlossenem Gefüge 1979,
Teil 1,2
DIN 4226. Zuschlag für Beton 1983, Teil 1,2,3.
DIN 4227 T 4. Spannbeton; Bauteile aus Spannleichtbeton, 1986
Alemanha
18
aplicações
edificações
pré-fabricados
pontes
coberturas
estruturas flutuantes
Edifício Australia Square Skyscraper
(Sidney-Austrália) - 1967
Edifício Australia Square Skyscraper (Sidney-Austrália): 1) Execução de um pavimento tipo - o concreto leve foi aplicado nos
moldes incorporados (pré-fabricados) dos pilares e vigas externas e na concretagem in loco dos pilares, vigas radiais e lajes; 2)
Edificação concluída (1967). Fonte: CEMBUREAU, 1974.
19
Centro Taymond-Hilliard
(Chicago, EUA) - 1966
Edifício Hotel Hilton Palácio del Rio
(Texas-EUA) - 1968
Edifício Hotel Hilton Palácio del Rio (Texas-EUA), construído com módulos (quartos) pré-fabricados em concreto leve sobrepostos e
engastados em um núcleo central e em duas paredes laterais executadas em concreto tradicional: 1) Montagem da armadura do
módulo; 2) Transporte do módulo; 3) e 4) Instalação dos módulos; 5) Edificação concluída (1968). Fonte: CEMBUREAU, 1974.
20
Edifício Shell Plaza 1
(Houston-EUA) - 1969
Edifício Shell Plaza 1 (Houston-EUA): 1) Execução integral da estrutura moldada in loco utilizando concreto leve; 2) Edificação
concluída (1969). Fonte: CEMBUREAU, 1974.
Edifício da Administração da Usina Elétrica do Nordeste da Alemanha
(Hamburgo-Alemanha) - 1969
Edifício da Administração da Usina Elétrica do Nordeste da Alemanha (Hamburgo-Alemanha) – executado com estrutura
suspensa, em concreto leve, sobre tirantes engastados em arco executado em concreto tradicional: 1) Execução dos arcos e da
estrutura suspensa; 2) e 3) Edificação concluída (1969). Fonte: CEMBUREAU, 1974.
21
Edifício administrativo da BMW
(Munique-Suiça) - 1972
Edifício administrativo da BMW (Munique-Suiça): 1) Núcleo estrutural composto por quatro colunas executadas em concreto tradicional; 2) e
3) Ilustração da execução das lajes (com elementos pré-fabricados de concreto leve) suspensas por um sistema de vigas no topo do edifício;
4) 3) Edificação concluída(1972). Fonte: CEMBUREAU, 1974.
Library Tower
(Los Angeles-EUA) - 1990
Lajes em CLE
Alt = 305m
Nationsbank
(Charlotte-EUA) - 1994
Estrutura em CLE
fc = 50 MPa
γ = 1900 kg/m3
C = 390 kg/m3
Vol. = 23.000 m3
bombeado alt. 252 m
Museu Guggenheim
(Bilbao-Espanha) - 1997
Lajes em concreto leve
fc = 25 MPa
γ = 1.600 kg/m3
vol. = 4.000 m3
22
Hotel Chateau on the Lake
Edifício First National Bank
(Branson-EUA) - 2002
(Omaha-EUA) - 2003
Hotel Chateau on the Lake (Branson-EUA): 1) Execução da
estrutura e da vedação externa com 1.300 elementos préfabricados em concreto leve – detalhe da viga duplo T com
40 m de comprimento para cobertura do cassino; 2)
Edificação concluída (2002). Fonte: ESCSI, 2002.
Edifício First National Bank (Omaha-EUA). Foram
utilizados 8.500 m3 de concreto leve nas lajes.
Fonte: ESCSI, 2003
Wellington Stadium
Nova Zelândia - 2002
fc = 35 MPa
γ = 1850 kg/m3
(4000 elem pré-moldados)
23
coberturas
Terminal do Aeroporto Internacional de Dulles
(Washington-EUA) - 1962
24
Terminal da TWA do Aeroporto Kennedy
(Nova York-EUA) - 1960
Pavilhão Portugal – EXPO98
(Lisboa-Portugal) - 1998
vão livre de 75 m
25
pontes
‘restauração’ de pontes
Brooklyn Bridge (Nova Iorque)
Ponte 25 de Abril (Lisboa)
26
James River Bridge (2002)
Restauração
Richmond, Virginia
C35
γ < 1850 kg/m3
102 vãos (26 x 7m)
Ponte Benicia-Martinez
Califórnia, EUA – 2007
5 vãos 160 m
27
pontes (Noruega)
Boknasudent Bridge (1990)
45 – C65
γ < 1950
Vol: 5000m3
Maior vão:190 m
Stovset Bridge (1997)
C55
γ < 1980 kg/m3
3
Vol: 1000m (vão central)
C = 430 kg/m3
Maior vão:220m
Stolmen Bridge (1998)
C60
γ < 1940 kg/m3
Vol: 1600m3 (8000m3)
C = 420 kg/m3
Maior vão: 310m
pontes (Noruega)
Raftsundet Bridge (1998)
Vol:
C60
γ < 1900
(10000m3)
Maior vão:290 m
2400m3
Rugsundet Bridge (2001)
C60
γ < 1950
Maior vão:170m
(Economia de 15%)
Bergsoysundet Bridge (1992)
C55
γ < 1900
Vol: 4800m3 (Plataformas)
Tamanho:900m
28
pontes (Noruega)
Nordhordland Bridge (1994)
C55
γ < 1900 kg/m3
Vol: 9700m3
C = 430 kg/m3
Tamanho:1260m
estruturas
flutuantes
29
Tanque flutuante South Arne
(Dinamarca - 1999)
Vol. = 30.000 m3
fc = 70 MPa
γ = 1.900 kg/m3
Fonte:CULLEN, 1999
Plataforma Heidrun
(Noruega - 1995)
Profundidade: 345 m
fc = 75 MPa
γ = 1900 kg/m3
Vol.: 60.000 m3
30
Plataforma GBS TROLL
(Noruega - 1995)
Altura: 325 m
fc: 65 MPa
γ: 1950 kg/m3
Quebra-Mar flutuando
(Bermerton-EUA) - 2009
31
no Brasil
CINASA - 1965
Construção Industrializada Nacional
Grupo Rabello
Instalações da CINASA em Rudge Ramos
Seqüência de montagem da habitação pré-fabricada produzida pela
CINASA. Fonte: Vasconcelos, 2002.
32
CINASITA - 1968
Instalações da CINASITA em Jundiaí-SP
Primeira obras
|1968-1974|
Concreto leve 16 a 18 MPa e 1800 kg/m3
Fábrica da RHODIA em Santo André-SP.
Escola na Vila Sônia, em São Paulo-SP.
Fábrica da Mangels em São Bernardo-SP
33
Primeira obras
|1968-1974|
Concreto leve 16 a 18 MPa e 1800 kg/m3
Cobertura do escritório da Camargo Corrêa S/A, em São Paulo-SP
Garagem padrão da Prefeitura Municipal da São Paulo-SP
Fábrica da Elastic, em São Paulo-SP
Primeira obras
|1968-1974|
Concreto leve 16 a 18 MPa e 1800 kg/m3
Ginásio de Tamboréu, na fase de construção, em Santos – SP (1971)
Elevado Paulo de Frontin, em construção,
no Rio de Janeiro – RJ (1974)
34
Construção de Brasília-DF |1968-1972|
Concreto leve 25 a 35 MPa e 1600 a 1800 kg/m3
Terminal de carga rodoviário de Brasília-DF.
Edifício tipo “R-7” em Brasília-DF.
Edifício Sede da Construtora Camargo Corrêa em Brasília-DF.
Anexo I do Itamaraty em Brasília-DF.
São Carlos - SP
Rodoviária Municipal de São Carlos – SP (1982)
35
Rio-Centro (RJ)
Ampliação - 1996
Vol.: 20.000 m3
Hotel Grand Hyatt
São Paulo - 2001
Construtora: Método Engenharia
STAMP - Painéis de fachada
Área dos painéis: 15000 m2
Total de painéis: 1293
36
Continental Square
São Paulo - 2002
Construtora: Inpar Engenharia
STAMP - Painéis de fachada
Área dos painéis em CLE: 4000 m2
Total de painéis: 560
Hotel Holiday Inn Anhembi
São Paulo - 2003
Construtora São José
Complemento nas lajes
(originalmente com 6 cm)
Vol.: 2.000 m3
37
Rochaverá
São Paulo - 2007
Construtora: Método engenharia
STAMP - Painéis de fachada
Painéis em CLE do 2º ao 22º pav.
920 painéis - 8.900 m2
Torres A e B
fck (28 d) = 35 MPa
Mesp: 1900 kg/ m³
Revestido com granito
WT – NAÇÕES UNIDAS
São Paulo - 2008
Construtora: WTorre Engenharia
Lajes steel deck - CLE
Vol.: 3600 m3
fck (28 d) = 25 MPa
38
Pesquisas LCC
a partir de 1999
Pesquisas LCC
a partir de 1999
39
Pesquisas LCC
a partir de 1999
Pesquisas LCC
a partir de 1999
Conj. Sta. Maria da Serra (SP) 2007
Protótipos – Mont Mor (SP) 2006
40
textos de referência
ESCSI - Expanded Shale, Clay and
Slate Institute. Lightweight
Concrete: History, applications and
economics. 1971
CEMBUREAU - The European
Cement Association. Leichtbeton
im hoch- und Ingenieurbau.
CEMBUREAU, Paris,1974.
CEB/FIP. Lightweight
Aggregate Concrete.
1977.
International Journal of Cement Composites
and Lightweight Concrete. Elsevier. (1979 a
1989). Cement and Concrete Composites
Structural lightweight aggregate
concrete. John L. Clarke – 1993.
Structural behaviour of concrete with
coarse lightweight aggregates. CUR,
Netherlands) – 1995.
INTERNATIONAL SYMPOSIUM OF
STRUCTURAL LIGHTWEIGHT
AGGREGATE CONCRETE.
Proceedings, Norway (1995 e 2000)
textos de referência
Lightweight aggregate concrete.
Guidance Documents - Bulletin 8.
FIB, Lousanne, Suiça, 2000.
Guide for Structural
Lightweight Aggregate
Concrete ACI 213 R-03, 2003.
High - Performance Structural
Lightweight Concrete ACI SP-218,
2004 (J.P. Ries, T.A. Holm)
EuroLightCon
Economic Design and Construction
with Lightweight Aggregate Concrete
(1998-2002)
www.sintef.no
Lightweight aggregate concrete:
science, technology, and applications.
Satish Chandra, Leif Berntsson – 2002.
ROSSIGNOLO, J. A.; AGNESINI, M. V.
C. Cap. 43 - Concreto leve estrutural.
In: ISAIA; G. C. (Ed.) Concreto: Ensino,
Pesquisa e Realizações. São Paulo,
IBRACON, 2005.
MEHTA, K.; MONTEIRO, J. M. Concreto:
Microestrutura, Propriedades e Materiais.
São Paulo, IBRACON, 2008.
41
textos de referência
42