precarga

Ambiente Construdo

On-line version ISSN 1678-8621 Ambient. constr. (Online) vol.11 no.1 Porto Alegre Jan./Mar. 2011

http://dx.doi.org/10.1590/S1678-86212011000100003

ARTIGOS

Avaliao da resistncia compresso, resistncia trao e formao de microfissuras em concretos produzidos com diferentes tipos de cimentos, quando aplicado um pr-carregamento de compresso

Evaluation of compressive strength, tensile strength and microcracking formation in concretes produced with different cements, when a preloading of compression is applied

Geilma Lima VieiraI; Denise Carpena Coitinho Dal MolinII

ICentro Tecnolgico, Departamento de Engenharia Civil, Universidade federal do Esprito Santo, Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras, Vitoria - ES - Brasil, CEP 29075-510,Tel.: (27) 4009-2652. E-mail: [email protected] IIEscola de Engenharia, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Av. Osvaldo Aranha, 99, 3 andar, Farroupilha, Porto Alegre - RS - Brasil, CEP 90035-190, Tel.: (51) 3308-3321. E-mail: [email protected]

RESUMO

Muitas empresas construtoras que querem competitividade no mercado buscam solues para aumentar a velocidade de seus empreendimentos, tal como a reduo do tempo de execuo da estrutura, reduo do tempo de escoramento e execuo antecipada das alvenarias, sem respeitar o prazo mnimo de cura do concreto. A retirada precoce do escoramento submete a estrutura a uma carga prematura. Os danos causados pela incompleta reao de hidratao e cura do concreto podem desencadear um processo generalizado de formao de microfissuras. O presente estudo avaliou o comportamento de diferentes tipos de concretos produzidos com quatro diferentes tipos de cimentos, quando submetidos a uma carga precoce de compresso, analisando-se suas propriedades mecnicas. A anlise incluiu a avaliao da resistncia compresso, resistncia trao e microestrutura interna do concreto, atravs de microscopia eletrnica de varredura. Os resultados indicaram que h possibilidade de um processo de formao de microfissuras causadas pelo carregamento precoce no concreto e que h tendncia de diminuio dos valores de resistncia trao. Entretanto, verificou-se, mediante anlise de microscopia, que as microfissuras formadas pelo carregamento precoce tendem a se recuperar se o processo de cura for retomado ou se cessar o pr-carregamento.

Palavras-chave: Concreto. Pr-carregamento. Resistncia compresso. Resistncia trao. Microfissuras

ABSTRACT

Many construction companies seeking competitive advantage in the market search for solutions to increase the speed of their projects, such as reducing the structure execution time, cutting shoring

time and expediting the construction of masonry walls, disregarding the minimal time limit for curing concrete. Early withdrawal of the concrete structure shoring submits it to a premature load. The damage caused by incomplete hydration reaction and curing of the concrete can trigger a widespread process of formation of microcracks. This study examined the behavior of different types of concrete produced with four different types of cements, subjected to an early compressive load, analyzing their mechanical properties. The analysis included an evaluation of the compressive strength, tensile strength and internal microstructure of the concrete, using scanning electron microscopy. The results indicated that there is a possibility of forming microcracks due to preloading on concrete, and that there is a tendency of reaching lower tensile strength values. However, microscopic analysis showed that the microcracks formed by preloading tend to recover if either the curing process is resumed or if early loading stops.

Keywords: Concrete. Preload. Compressive strength. Tensile strength. Microcracking

Introduo

O processo de racionalizao e industrializao da construo trouxe profundas alteraes na forma de construir edificaes no Brasil. O processo construtivo est modificado, assim como o clculo estrutural e as tcnicas gerenciais. Houve uma evoluo da resistncia do concreto, as estruturas e tipologias esto mais arrojadas e as alvenarias mais precisas. Alm disso, tm surgido novos fenmenos, antes no observados nas construes e ainda pouco conhecidos pelos profissionais. Paredes de vedao esto se rompendo, fissuras nas alvenarias so visveis e problemas nos revestimentos so cada vez mais frequentes. Fissuras e trincas em alvenaria originam-se devido ao mecanismo inerente que os materiais possuem de aliviar tenses que lhe so impostas. Fissuras de origem externa decorrem, em geral, da incompatibilidade entre estruturas de concreto armado e alvenarias de vedao. Essa incompatibilidade tem sido observada em funo dos movimentos diferenciais entre os elementos de concreto armado e as paredes. A inadequao da sequncia e velocidade de execuo e a ausncia de um projeto que considere corretamente a interao entre esses subsistemas na definio de materiais, detalhes de projeto e tcnicas executivas podem ser apontadas como aspectos fundamentais nessa questo.

Entre as hipteses assumidas e muitas vezes no verificadas que influenciam diretamente a deformao da estrutura esto: o mdulo de elasticidade considerado no dimensionamento e no obtido em obra; o aumento da fluncia e retrao devido velocidade de execuo; e o carregamento e a diminuio da rigidez devido microfissurao em trabalho.

Muitas empresas construtoras, para garantir competitividade no mercado, buscam solues capazes de aumentar a velocidade de suas obras, tais como a reduo do tempo de execuo da estrutura e do perodo de escoramento, e antecipao do incio das alvenarias, como pode ser observado na Figura 1.

A retirada antecipada do escoramento submete a estrutura a um carregamento precoce, sem que haja tempo suficiente de ocorrerem todas as reaes de hidratao do cimento, podendo desencadear um processo de microfissurao no concreto. Como consequncia, as deformaes instantneas e lentas tendem a aumentar, podendo intensificar a incidncia de manifestaes patolgicas nas edificaes (MEDEIROS, 2005).

Pela Figura 1, o ciclo de concretagem de 7 dias e s h dois jogos de escoramento (situao A). Nessa configurao, para os procedimentos de concretagem do terceiro pavimento (situao B), ter de ser deslocado o escoramento. Para essa situao ter de ser retirado o escoramento do primeiro pavimento (situao A), que est apenas com cura de 15 dias e que suportar, alm do peso prprio, as cargas provenientes dos elementos superiores.

Cada elemento recm-concretado suportado por outro, que, por sua vez, ainda no desenvolveu resistncia suficiente para suportar as cargas adicionais. Aliado a isso, tem-se a execuo antecipada das alvenarias (situao C), que mais uma etapa construtiva e somatiza possveis efeitos indesejveis na estrutura como um todo, pois a cada etapa construtiva realizada nova parcela de ao absorvida pelos elementos estruturais, curados ou no.

Sem resistncia suficiente e escoramento permanente que possa suportar as cargas adicionais, podem ocorrer deformaes no previstas em projetos em funo desse ciclo de concretagem e disponibilidade insuficiente de escoramento. Tais deformaes, no previstas, podem provocar o surgimento de fissuras em funo dos esforos prematuros.

As normas brasileiras vigentes (NBR 14931) no estabelecem prazos para a retirada de formas e escoramentos, mas indica que estes s podem ser removidos quando houver suficiente resistncia do concreto para resistir s aes que atuarem sobre ele e no conduzir a uma configurao de deformaes inaceitveis, em funo do baixo mdulo de elasticidade do concreto e maior deformao diferida no tempo quando o concreto solicitado com idades inferiores a 28 dias. A norma NBR 14931 (ABNT, 2003) recomenda que sejam atendidos os requisitos de monitoramento da gradual evoluo da resistncia do concreto nas primeiras idades.

Frana (2005) aponta alguns fatores crticos que influenciam nas deformaes de estruturas de concreto, entre elas a macroestrutura do concreto, os ciclos de execuo e reescoramento. Uma soluo eficaz, segundo o autor, retardar o primeiro carregamento do concreto, ou seja, definir um cronograma de construo de modo a permitir que sejam asseguradas as resistncias mecnicas do concreto (compresso, trao e mdulo de elasticidade), assim como definir um bom projeto de reescoramento.

Alm da tomada de deciso sobre os corretos procedimentos de clculo, projeto e execuo de estruturas de concreto, o conhecimento da tecnologia dos materiais constituintes do concreto pode ajudar a minimizar tais efeitos.

O desenvolvimento de novos materiais da construo civil e o conhecimento do desempenho das estruturas em um nvel mais aprofundado surgem como parmetros de grande importncia na busca do melhor desempenho das estruturas dentro do processo de racionalizao. Avaliao isolada de algumas propriedades como a resistncia compresso torna-se um parmetro insuficiente no estudo do desempenho da estrutura quando submetida a cargas precoces. Nesse contexto, torna-se relevante o estudo de outras propriedades mecnicas (resistncia trao) do concreto, seus materiais constituintes, assim como suas fases de hidratao quando submetidos a um carregamento precoce, no sentido de garantir a segurana e o bom desempenho da estrutura ao longo do tempo.

Comportamento mecnico do concreto sob carregamento de compresso

No concreto, as tenses de trao induzidas pelas deformaes na retrao trmica e na secagem so grandes o suficiente para causar microfissurao na zona de transio, mesmo que o concreto no seja submetido a qualquer carga externa. A resistncia ruptura do elemento sob carga controlada pela propagao e reunio de uma parte do sistema de microfissuras na pasta de cimento hidratada. De uma forma geral, a resistncia do concreto aumenta com a idade enquanto as partculas no hidratadas de cimento continuam a formar produtos de hidratao, que tendem a reduzir o tamanho e o volume total de vazios. Genericamente, na faixa de relao gua/aglomerante de 0,5 a 0,7, pode-se

dizer que a microestrutura da zona de transio impede o concreto de comportar-se como um material composto (AITCIN, 2000; NEVILLE, 1997).

em funo da presena da zona de transio que o concreto rompe a um nvel de tenso consideravelmente mais baixo do que a resistncia dos dois constituintes principais (agregado e pasta). Conforme comentado anteriormente, mesmo antes da aplicao do carregamento, j existem microfissuras na regio da interface, que so geradas durante o processo de endurecimento da pasta e causadas pela exudao, retrao por secagem, entre outros. A Figura 2 ilustra a evoluo da fissurao nessa interface, sob condies de carregamento.

Em nveis no muito elevados de energia para estender as fissuras j existentes na zona de transio, com tenses de 40% a 70% da resistncia ltima, j se percebem incrementos de deformao por unidade de fora aplicada. Em nveis de tenses maiores do que 70% da carga ltima, j se formam novas fissuras, propagando-se gradativamente at se unirem s fissuras da zona de transio. Esse fato pode levar o material ruptura. Sob cargas de trao, as fissuras se propagam a um nvel muito mais baixo. Em relao ao mdulo de elasticidade, a estrutura da zona de transio, principalmente o volume de vazios considerado e a presena de microfissuras, provoca grande interferncia. No concreto, a zona de transio serve de ponte entre a matriz e o agregado grado. Mesmo que os materiais constituintes (argamassa e agregado grado) possuam elevada rigidez, a rigidez do material composto pode ser baixa em funo da presena dos vazios e das microfissuras presentes na zona de transio, as quais no permitem transferncia de resistncia (MEHTA; MONTEIRO, 1994).

Quando um corpo de prova de concreto submetido a um carregamento de compresso axial, a curva tenso-deformao apresenta um ramo ascendente, seguido por um pico que conhecido como a resistncia compresso do concreto, como pde ser visto na Figura 2. Embora a parte inicial da curva parea uma reta, medies mais detalhadas mostram que existe uma curvatura desde o incio do carregamento, em funo dos processos de retrao e endurecimento do cimento. Com isso surgem concentraes de tenses de trao na interface entre agregados e a pasta de cimento, causando microfissuras que podem se propagar quando estiverem sujeitas a carregamentos externos.

Uma importante classificao para o estudo de uma fissura ou trinca o modo como ela est solicitada. Existem trs modos possveis, conforme se pode observar na Figura 3.

O modo I caracterizado por um esforo de trao unidirecional, com a fissura se desenvolvendo num plano perpendicular ao do carregamento. O modo II caracteriza-se pelo escorregamento entre as faces das fissuras, com esforo cisalhante aplicado na direo paralela ao defeito. O modo III tambm se caracteriza por escorregamento entre as faces, mas com esforo cisalhante atuando na direo perpendicular da fissura. Esses so os modos de solicitao; qualquer outro constitui uma superposio desses aqui apresentados (BOTTA, 1998; KANG; BITTENCOURT, 1999; SANTOS, SOUZA; BITTENCOURT, 2003).

De acordo com Botta (1998), anlises da danificao do concreto sob compresso permitem concluir que de 0% a 30% ou 40% da tenso mxima do ensaio uniaxial as fissuras permanecem estveis na regio da interface. Desse ponto at 70% ou 80% da carga mxima as fissuras se desenvolvem segundo os modos II (fissuras a 45 em relao direo da carga) e I, ainda na regio da interface agregado-argamassa. A partir da ocorre instabilidade e rupturas locais na argamassa, conduzindo o material iminente ruptura devido intensa degradao.

Em compresso uniaxial a danificao tem as caractersticas indicadas na Figura 4.

A primeira fissura aparece com modo II de abertura na regio do contorno do agregado, aproximadamente a 30 em relao horizontal. A fissura progride ao longo da interface, passando a apresentar um modo I de abertura. Em seguida, sua evoluo se d na direo da solicitao, deixando a regio da interface para se propagar na matriz. Para elevados nveis de solicitao evidencia-se um panorama de fissuras paralelas direo do carregamento (PITUBA, 2003; MAZARS; BAZANT, 1989).

Dessa forma, a ruptura ocorre ortogonalmente direo da carga aplicada, como no ensaio de trao por compresso diametral. H grande possibilidade de que no exista uma tenso-limite, mas uma deformao-limite por trao, que determina a resistncia do concreto sob solicitao esttica. A ruptura final sob ao de uma compresso uniaxial uma ruptura por trao de gros de cimento ou uma ruptura da aderncia em uma direo perpendicular carga aplicada, ou, ainda, a runa causada pelo surgimento de planos inclinados de cisalhamento. Por esse motivo explica-se a ruptura em forma de cone e com planos cisalhantes a 45 em corpos de prova de concreto de formato cilndricos. A Figura 5 apresenta exemplos dessa forma de ruptura (MAZARS; BAZANT, 1989; LANDIS; NAGY; KEANE, 2003; NEVILLE, 1997).

Metodologia Experimental

Os concretos produzidos foram ensaiados em quatro nveis de pr-carregamento de compresso (0%, 25%, 50% e 75% em relao carga de ruptura), aplicados aos 1, 3 e 7 dias de idade, utilizando-se diferentes relaes gua/cimento (0,35, 0,50 e 0,70). Os concretos submetidos ao pr-carregamento foram ensaiados em diferentes idades, inclusive aos 28 dias, que a idade de ensaio e parmetro de referncia da maioria dos projetos estruturais. Buscou-se verificar a influncia da microfissurao na resistncia compresso axial, na resistncia trao e na formao de microfissuras dos diferentes tipos de concretos produzidos. Foram utilizados quatro tipos diferentes de cimentos (CPV ARI, CPV ARI RS, CPIV RS e CPII Z) com o objetivo de verificar a influncia de suas diferentes composies e seu desempenho sob carregamento de compresso nas primeiras idades de cura e hidratao.

Os ensaios de resistncia compresso axial foram executados de acordo com os procedimentos da NBR 5739 (ABNT, 1994) Concreto Ensaio de compresso de corpos-de-prova cilndricos Mtodo de ensaio, no que se refere velocidade de carregamento, equipamento e preparao das amostras, nas idades predeterminadas no programa experimental. Os corpos de prova permaneceram em cmara mida at a idade do ensaio. Tambm, na idade de 1, 3 e 7 dias, os corpos de prova foram capeados com enxofre para aplicao do pr-carregamento. Aps o pr-carregamento, os corpos de prova retornavam cmara mida, permanecendo l at a idade de 28 dias, para a execuo dos ensaios.

A execuo do ensaio de resistncia trao por compresso diametral seguiu as especificaes da NBR 7222 (ABNT, 1994) Argamassa e concreto Determinao da resistncia trao por compresso diametral de corpos-de-prova cilndricos. Os corpos de prova permaneceram em cmara mida at a idade de pr-carregamento e dos ensaios previstos. A execuo do ensaio de trao por compresso diametral pode ser visto na Figura 6.

Na produo dos concretos foi adotado o procedimento de dosagem IPT/EPUSP. A Tabela 1 mostra os valores dos traos unitrios, consumo de cimento/m3, a mdia dos abatimentos obtidos, assim como os valores de temperatura e umidade relativa na etapa de execuo e moldagem dos concretos.

Aps a moldagem dos corpos de prova de acordo com a NBR 5738 (ABNT, 1994), os concretos permaneceram em um local protegido para evitar a sada de gua por evaporao nas primeiras 24 horas. Aps esse perodo, os corpos de prova foram desmoldados, identificados e mantidos em cmara mida com umidade relativa superior a 95% e temperatura de 23 2 C, at as idades de ensaios.

A velocidade de aplicao do carregamento ao longo dos ensaios foi mantida constante para todos os percentuais de cargas. Ficou estabelecida uma taxa de 200 kN/min (aproximadamente 0,50 MPa/s). A Figura 6 apresenta a execuo do pr-carregamento na prensa. Os ensaios de pr-carregamento foram realizados no Laboratrio de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Aps o pr-carregamento, os corpos de prova retornavam ao ambiente de cura at a idade de ensaio.

Resultados e discusso

Na avaliao dos resultados de resistncia compresso e resistncia trao por compresso diametral foi realizado um tratamento estatstico para anlise de significncia das variveis envolvidas nos ensaios (idade, relao gua/cimento, porcentagem de carregamento, idade de carregamento) para os diferentes tipos de cimento. Foram desenvolvidos modelos de regresso linear mltipla para as variveis de resposta (resistncia compresso e resistncia trao) medidas.

Os valores de resistncia compresso e de resistncia trao por compresso diametral obtidos pelo modelo so expressos sob a forma de grficos de comportamento dos concretos produzidos em funo das variveis relao gua/cimento (ac), idade, percentual de pr-carregamento (carregam) e idade de carregamento (idadecar).

Na Tabela 2 possvel verificar que os modelos matemticos de regresso linear mltipla ajustados para observar o comportamento da resistncia compresso em funo das variveis citadas possuem coeficientes de determinao (R2) esto todos acima de 95%. Isso significa que os modelos matemticos desenvolvidos explicam mais de 95% da variabilidade dos resultados dos ensaios e, portanto, so confiveis.

A Figura 7 apresenta os grficos do efeito da interao entre o percentual de pr-carregamento e a relao a/c sobre a resistncia compresso do concreto, para cada tipo de cimento. Ao contrrio do que se esperava, houve aumento da resistncia medida que aumentava o percentual de pr-carregamento. O processo de formao de microfissuras atravs da resistncia compresso no pode ser explicado simplesmente por critrios de observao macroscpica. No entanto, algumas observaes podem ser feitas a respeito desse comportamento.

Nas primeiras idades, apesar do baixo grau de hidratao, alguns cimentos j possuem uma estrutura interna razoavelmente formada, com compostos capazes de formar uma grande quantidade de etringita e, consequentemente, silicatos hidratados de clcio (CSH). Alm disso, ocorre a formao de cristais orientados de hidrxido do clcio (CaOH2), que tm seu tamanho diretamente proporcional porosidade do concreto. Esses produtos cristalinos consistem de cristais relativamente grandes e formam uma estrutura mais porosa na regio da zona de transio. Quando o concreto recebe um pr-carregamento, possivelmente ocorre um efeito de compactao da estrutura, expulsando a gua

contida nos poros capilares e quebrando os cristais de hidrxido de clcio, alm de outros cristais mais fracos. Com isso, a estrutura interna do material se rearranja, liberando a rea antes ocupada pelo hidrxido de clcio e preenchendo os vazios formados com produtos resistentes remanescentes, provavelmente com hidratao de compostos anidros.

Com o progresso da hidratao, o CSH remanescente e uma segunda gerao de cristais menores de etringita e hidrxido de clcio comeam a preencher os espaos vazios deixados pelos cristais grandes de hidrxido de clcio, ajudando a aumentar a densidade e, consequentemente, a resistncia do material. Por esse motivo, explica-se o maior ganho de resistncia para relaes a/c menores.

Nas relaes a/c maiores a resistncia no concreto explicada como uma consequncia natural do progressivo enfraquecimento da matriz devido ao aumento da porosidade. Como no h quantidade suficiente de compostos resistentes remanescentes, ocorre apenas a quebra dos cristais de hidrxido de clcio. Ainda assim o efeito benfico, uma vez que o carregamento quebra os cristais mais fracos, reorganizando a estrutura e tornando-a mais compacta.

Burlion, Bourgeois e Shao (2005) realizaram experimentos em testemunhos de concreto confinando o corpo de prova numa direo, deixando livre a outra direo e aplicando uma fora de compresso no lado confinado. Os autores afirmam que a presso exercida num corpo de prova de concreto provoca um confinamento da estrutura do concreto na direo de aplicao da carga e com isso induz a um aumento da resistncia. Isso ocorre, segundo os autores, porque a presso de confinamento provoca uma diminuio dos espaos intersticiais da composio da mistura. Quando os corpos de prova submetidos a cargas ficam expostos a um ambiente mido, a gua tende a percolar os interstcios formados pelas microfissuras, hidratando compostos qumicos que ainda no se hidrataram, e, assim, proporciona um aumento da resistncia. Os autores observaram aumento da resistncia da ordem de at 15%.

Na Figura 7 so mostrados os grficos com o efeito da interao entre a idade em que o concreto foi pr-carregado e a relao a/c. Os valores da resistncia compresso foram obtidos por meio das equaes de regresso linear obtidas para cada tipo de cimento.

Os grficos da Figura 8 indicam que nos cimentos de reaes de hidratao mais lentas, como o CPII Z, por exemplo, o ganho de resistncia foi maior em todas as relaes a/c medida que aumentava a idade de pr-carregamento. Tal fato se deve, provavelmente, evoluo do processo de hidratao, o que no ocorreu com os cimentos de alta resistncia inicial, em que o aumento de idade de pr-carregamento provoca pouca influncia no ganho da resistncia compresso.

Cada um dos tipos de cimento Portland apresenta uma velocidade de hidratao diferente. Quanto mais fino o cimento, mais rpida a evoluo da resistncia do concreto. Comparando a matriz do concreto de um cimento de alta resistncia inicial com a de outro cimento comum, a baixas idades, a primeira matriz ser muito menos porosa. Ao longo do tempo, os poros da matriz do cimento comum so preenchidos pelos produtos de hidratao, e a porosidade final poder ser a mesma do concreto de alta resistncia inicial. Portanto, a influncia do tipo de cimento mais significativa para baixas idades. O cimento de alta resistncia inicial (ARI) possui um ndice de finura maior que os outros tipos, o que explica o comportamento de maior resistncia nas primeiras idades (NEVILLE, 1997).

Resistncia trao

Para a anlise da resistncia trao foi desenvolvido um modelo matemtico atravs da anlise de regresso mltipla, considerando todas as variveis (relao a/c, idade de ensaio, idade de pr-carregamento e percentual de pr-carregamento). Assim como na resistncia compresso, na avaliao da resistncia trao por compresso diametral foi desenvolvido um modelo matemtico para cada tipo de cimento. Na Figura 9 apresentado o efeito isolado do percentual de pr-carregamento sobre a resistncia trao do concreto.

Diferentemente do que apontou a resistncia compresso, no foram observados aumentos da resistncia trao medida que se aumentava o percentual de carga, o que pode induzir a um possvel estado de microfissurao. O efeito de colmatao das microfissuras ficou evidente para a resistncia compresso, mas para resistncia trao h indcios de que a recuperao das microfissuras no ocorre totalmente. Esse processo vai depender da quantidade de material anidro remanescente disponvel, da quantidade de microfissuras formadas e abertas. Alm disso, quando o concreto submetido a um carregamento de compresso, a direo e a propagao das microfissuras tendem a se distribuir perpendicularmente direo do carregamento, o que prejudica fortemente a resistncia trao. Apesar do aumento da resistncia compresso, provavelmente originada por uma resistncia residual, o pr-carregamento no implicou o aumento da resistncia trao.

O efeito da interao entre o percentual de pr-carregamento e a relao a/c apresentado na Figura 10. Os valores foram determinados a partir das equaes obtidas nas modelagens de regresso linear da Tabela 3.

Na Figura 10 observa-se que a relao a/c tem influncia direta no percentual de carregamento. Com o aumento do percentual de carga ocorre uma diminuio da resistncia trao, principalmente para relaes a/c maiores e principalmente para o CPV ARI. Para o CPIV RS, os valores permanecem inalterados.

Para relaes a/c menores, os nveis de resistncia trao permanecem inalterados, ao contrrio dos resultados de resistncia compresso. Em relaes a/c maiores o grau de fissurao causado pelo pr-carregamento no possibilitou melhorias dessa propriedade. Com a aplicao da carga, a possvel quebra dos cristais de hidrxido de clcio no proporcionou melhora nos nveis de resistncia trao do concreto. A possvel recuperao parcial de microfissuras formadas no suficiente para manter os nveis de resistncia trao em patamares de referncia (sem carregamento), pois se um nmero considervel de microfissuras formado necessrio que todas sejam recuperadas para a manuteno dessa propriedade.

A interao entre o percentual de pr-carregamento e a idade de pr-carregamento tambm foi analisada. Os grficos dessa interao podem ser visualizados na Figura 11.

A partir dos grficos da Figura 11 pode-se observar que os concretos que foram pr-carregados em maiores idades tiveram maiores valores de resistncia trao. medida que aumentava o percentual

de carregamento, diminuam os valores de resistncia trao, para todos os cimentos estudados, exceto para o CPIV RS, cujos valores permaneceram em patamares estveis. Nos percentuais de 75% de carregamento, a perda de resistncia trao chega a 15%, aproximadamente, em todas as idades de carregamento quando comparado aos valores de referncia (sem carregamento).

Nessa configurao possvel verificar a influncia do pr-carregamento na trao e pode-se, de alguma forma, relacionar a perda de resistncia trao com a formao e propagao de microfissuras, em funo do carregamento precoce. Para Neville (1997), seria possvel representar os critrios de fissurao e ruptura do concreto substituindo vrios fatores atuando conjuntamente (cura, tipo de cimento, tenses atuantes) por um nico parmetro de resistncia, tal como a resistncia trao uniaxial. Tal propriedade responde pelo desencadeamento de um processo de microfissurao na estrutura interna do concreto, especialmente na zona de transio.

Microestrutura do concreto submetido ao pr-carregamento

Uma forma de constatar o processo de microfissurao por meio da anlise de imagens, obtidas pelo microscpio eletrnico de varredura. Essa tcnica permite um maior entendimento da estrutura interna do concreto submetido a diferentes percentuais de carga. Assim, ser possvel observar o desenvolvimento e a propagao de microfissuras que podem ter se formado com a aplicao do carregamento. As anlises foram realizadas no Centro de Microscopia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

A deteco e visualizao de microfissuras foi possvel atravs da tcnica de microscopia eletrnica de varredura, realizada em amostras de concreto com relao a/c de 0,5, idade de carregamento de 7 dias, percentual de pr-carregamento de 50% e para os cimentos CPV ARI e CPIV RS.

A Figura 12 apresenta diferentes pontos da zona de interface entre o agregado e a pasta. Para facilitar a visualizao foram identificados trs pontos da zona de transio e ampliado em 110 vezes o grau de detalhe da regio. Tambm foi destacado em cor vermelha o delineamento da zona de interface entre o agregado grado e a pasta de cimento.

Nota-se, pela Figura 11, que no h presena de microfissuras na regio de interface para os concretos de referncia, ou seja, para as misturas produzidas com cimento CPV ARI que no receberam pr-carregamento.

A Figura 13 indica uma condio de microfissurao nas amostras que receberam 50% de pr-carregamento.

Pela Figura 13 constata-se a presena de microfissuras nos concretos que receberam pr-carregamento de 50%. O caminho das microfissuras parece seguir uma trajetria aleatria na pasta de cimento. Em regies com presena de vazios as microfissuras tendem a procurar o caminho preferencial para dentro do poro (Figura 13c), por ser uma regio de grande concentrao de tenses (BARBIRATO, 1999). Os vazios presentes na argamassa favorecem a propagao das microfissuras. Por ser uma regio fraca, sem ligao com outros compostos, a regio que contm poros pode favorecer a formao de microfissuras. Com a aplicao de carregamento externo os poros tendem a se deformar em todas as direes, originando possveis microfissuras decorrentes da concentrao de tenses de trao nessa regio.

Ao cessar o carregamento, possveis microfissuras formadas tendem a se recuperar em funo de as reaes de hidratao do concreto ainda estarem relativamente no incio. Neste trabalho, os corpos de prova retornavam ao ambiente de cura mida aps receberem a aplicao da carga, fato que pode ter colaborado para uma possvel recuperao das ligaes entre os compostos de cimentos que ainda no foram hidratados.

A Figura 14 apresenta micrografias dos concretos que receberam pr-carregamento aos 7 dias e logo aps retornavam para a cmara mida.

Pelas imagens apresentadas na Figura 14 pode-se verificar que houve recuperao das microfissuras causadas pelo carregamento precoce. Os concretos retornavam cmara mida e as partculas de gua proveniente do ambiente de cura percolaram para o interior do corpo de prova, atingindo os interstcios formados pelas microfissuras, favorecendo a hidratao de compostos ainda no hidratados, que ficaram expostos com a abertura das microfissuras. Com isso, a gua que permeou para o interior do concreto possibilitou a colmatao e a recuperao delas.

Esse comportamento foi verificado para o cimento CPV ARI. Dessa forma, constata-se que realmente ocorre a hidratao de produtos ainda no hidratados com a abertura das microfissuras, fato que contribui para a recuperao da resistncia compresso aps receber diferentes percentuais de pr-carregamento. No entanto, apesar da caracterstica de recuperao das microfissuras possvel observar que nem todas foram fechadas. Como mostra a Figura 14 (b, d, e), algumas microfissuras formadas no foram recuperadas, apesar das mesmas condies de cura. Nesse caso, as pontes de microfissuras no foram interrompidas, ou talvez no tenha percolado gua suficiente para hidratar os compostos de cimento que ficaram expostos com a abertura da microfissura. Esse comportamento pode explicar o desempenho da resistncia trao, na qual no houve melhoria dessa propriedade com a aplicao da carga em diferentes percentuais.

Concluses

Pelo que foi exposto possvel explicar alguns comportamentos verificados ao longo do trabalho. Com os ensaios de microscopia foi possvel detectar e visualizar um processo de microfissurao nos concretos pr-carregados. Alm disso, a recuperao das microfissuras verificadas corrobora a teoria de que ocorre colmatao autgena, quebra de cristais mais fracos e hidratao de compostos resistentes remanescentes, melhorando os valores da propriedade de resistncia compresso. No entanto, essa recuperao no completa, fato que foi comprovado na visualizao de microfissuras no recuperadas, o que pode ter influenciado negativamente nos resultados de resistncia trao.

De uma forma geral, os resultados puderam comprovar a existncia de um processo de microfissurao causado pela ao de um carregamento precoce nos concretos com pouca idade. Tal fato remete a um problema citado no incio deste trabalho: as aes de construo decorrentes de um processo acelerado de execuo de uma edificao devem ser consideradas. Apesar do bom desempenho em relao resistncia compresso, os valores da resistncia trao foram prejudicados de alguma forma com a aplicao do carregamento.

A adoo de medidas simples como o respeito aos prazos de cura, hidratao e evoluo da resistncia do concreto e, principalmente, como respeito s exigncias normativas reduziria sensivelmente os problemas decorrentes dessas aes, alm do aprimoramento das tcnicas construtivas utilizadas. Esses procedimentos poderiam minimizar a formao de microfissuras no concreto, a baixa resistncia entrada de agentes agressivos, a baixa resistncia mecnica de trao. Com isso, a resposta da estrutura a essas aes indevidas, ainda na fase de construo, seria a reduo do surgimento de manifestaes patolgicas dessa natureza.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) pela concesso da bolsa, sem a qual esta pesquisa no teria sido realizada.

Referncias bibliogrficas

AITCIN, P. C. Concreto de Alto Desempenho. Traduo de Geraldo Serra. So Paulo: PINI, 2000. 667 p. [ Links ]

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 5739: concreto: ensaio de compresso de corpos-de-prova cilndricos: mtodo de ensaio. Rio de Janeiro, 1994. [ Links ]

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 5738: procedimento para moldagem de corpos de prova de concreto. Rio de Janeiro, 2003. [ Links ]

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 7222: argamassa e concreto: determinao da resistncia trao por compresso diametral de corpos-de-prova cilndricos. Rio de Janeiro, 1994. [ Links ]

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 14931: execuo de estruturas de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, 2003. [ Links ]

BARBIRATO, J. C. C. Mtodo dos Elementos Finitos de Contorno com a Reciprocidade Dual para a Anlise Transiente Tridimensional da Mecnica do Fraturamento. 1999. 270 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 1999. [ Links ]

BOTTA, A. S. Clculo de Esforos e Deslocamentos em Estruturas Reticuladas Considerando-se a Mecnica do Dano para a Modelagem do Concreto Armado. 1998. 119 f. Dissertao (Mestrado em Engenharia Civil) Escola de Engenharia de So Carlos. Universidade de So Paulo, So Carlos, 1998. [ Links ]

BURLION, N.; BOURGEOIS, F.; SHAO, J. F. Effects of Desiccation on Mechanical Behavior of Concrete. Cement & Concrete Composites, v. 27, n. 3, p. 367-379, 2005. [ Links ]

CARPINTERI, A.; CHIAIA, B.; NEMATI, K. M. Complex Fracture Energy Dissipation in Concrete Under Different Loadings Conditions. Mechanical of Materials, v. 26, n. 2, p. 93-108, 1997. [ Links ]

ELAQRA, H. et al. Damage Evolution Analysis in Mortar, During Compressive Loading Using Acoustic Emission and X-Ray Tomography: effects of the sand/cement ratio. Cement & Concrete Research, v. 37, n. 4, p. 703-713, 2007. [ Links ]

FRANA, R. L. S. Fatores Crticos de Execuo de Obras e as Conseqncias para as Deformaes de Estruturas de Concreto. In: SEMINRIO DE TECNOLOGIA DE ESTRUTURAS, 7., So Paulo. 2005. Anais... So Paulo, 2005. [ Links ]

KANG, W. T.; BITTENCOURT, T. N. Identificao de Processo de Fraturamento no Concreto Estrutural. Caderno de Engenharia da Escola de Engenharia de So Carlos, So Paulo, 1999. [ Links ]

LANDIS, E. N.; NAGY, E. N.; KEANE, D. T. Microestructure and Fracture in Three Dimensions. Enginnering Fracture Mechanics, v. 70, n. 7, p. 911-925, 2003. [ Links ]

MAZARS, J.; BAZANT, Z.P. Cracking and Damage: strain localization and size effect. In: FRANCE-US WORKSHOP ON STRAIN LOCALIZATION AND SIZE EFFECT DUE TO CRACKING AND DAMAGE. Cachan, 1988. Proceendings... Londres: Elsevier Applied Science, 1989. [ Links ]

MEDEIROS, H. Alerta! Deformaes Excessivas: edifcios expem patologias de todo tipo, principalmente na alvenaria. Por que as estruturas esto deformando como nunca? 2005. Disponvel em: Acesso em: 25 maio 2006. [ Links ]

METHA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. So Paulo: PINI, 1994. 573 p. [ Links ]

NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. Traduo de Salvador E. Giammusso. 2. ed. So Paulo: PINI, 1997. 828 p. [ Links ]

PITUBA, J. J. C. Sobre a Formulao de um Modelo de Dano para o Concreto. So Carlos, 2003. 189 f So Carlos. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2003. [ Links ]

PRADO, J. F. M. A. Estruturas de Edifcios em Concreto Armado Submetidas a Aes de Construo. 1999. 201 f. So Carlos. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 1999. [ Links ]

REDA, M. M.; SHRIVE, N. G.; GILLOTE, J. E. Microstructural Investigation of Innovative UHPC. Cement & Concrete Research, v. 29, p. 323-329, 1999. [ Links ]

SANTOS, A. C.; SOUZA, J. L. A. O.; BITTENCOURT, T. N. Determinao da Tenacidade ao Fraturamento do Concreto com Corpos de Prova do Tipo Short-Rod. Cadernos de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia de So Carlos, So Paulo, 2003. [ Links ]

Recebido em 24/09/2010 Aceito em 22/01/2011