Artigo
Paulo Fernando A. Silva* e Tiago Ern**
Este texto tem por finalidade discutir a aplicação de concreto projetado por via-úmida no revestimento secundário de túneis. Freqüentemente se fazem confusões comerciais ao redor deste tema extrapolando-se, sem a correta análise técnica, redução do consumo de cimento nos traços de concreto projetado. Os resultados mostram que é possível se obter sensível redução de custos desde que sejam preservadas as variáveis básicas de concepção do traço, utilizados equipamentos adequados e materiais que correspondam à realidade prática na aplicação dentro do túnel.
Introdução
Tradicionalmente utilizou-se o consumo de cimento do concreto projetado ao redor dos 450 a 500 kg/m³, de acordo com as características desejadas. Isto, tendo em conta agregados comuns(1) e considerando-se essencialmente a utilização de aditivos a base de lignossulfonatos, naftalenos e melaminas. Para este conjunto de materiais e utilizando-se os equipamentos de projeção manual de mercado, para se projetar entre 3 e 5 m³/h utilizava-se abatimento de tronco de cone(2) da ordem de 100 mm e relação água/cimento inferior a 0,50. Quando da utilização de robôs obtinha-se produção de até 10 m³/h, em média.
Apresentar a situação atual da aplicação do concreto projetado aonde se utiliza novos materiais(3) que possibilitam melhoria fundamental nas variáveis do processo, através da modificação das propriedades básicas de aplicação e do comportamento do concreto durante as primeiras horas(4). Este conceito pode gerar concretos econômicos que contribuem para qualidade final da estrutura(5) e quebram o paradigma de que não é possível se executar estruturas econômicas em concreto projetado com consumos de cimento(6) da ordem de 350 kg/m³ e ainda assim obter qualidade estrutural exigida atualmente.
Estudo de Caso
Desenvolveu-se um estudo de dosagem de tal forma que o traço de concreto projetado fosse de baixa retração (500 µs). E ainda, que atendesse aos seguintes parâmetros de “durabilidade”:
- absorção de água por imersão e fervura ≤ 8% (NBR 9778);
- penetração de água sob pressão ≤ 50 mm (NBR 10787);
- absorção de água por capilaridade ≤ 15 g/m²/s0,5 (SIA 162/1);
- resistividade elétrica ≥ 60 kΩ.cm (NBR 9204);
- resistência a compressão aos 28 dias (fck28) ≥ 30 MPa (NBR 5739);
Observa-se que se trata de revestimento final de túnel onde foi implantado sistema de cura adequado e não havia critério de resistência à baixa idade(7) para o concreto de segunda fase.
Dosagem de Concreto Projetado
Freqüentemente costuma-se lançar mão de literaturas consagradas para a concepção do traço de concreto projetado, tais como o ACI(8) e EFNARC(9). Certamente estas recomendações possuem fundamentos consistentes para que se possa seguir numa direção objetiva no sentido de se obter um resultado satisfatório de aplicação(10). Contudo, estes modelos nem sempre nos levam à dosagens mais econômicas. A análise correta das variáveis e os limites razoáveis para se conseguir um resultado econômico, atualmente, podem ser analisados do ponto de vista dos novos materiais existentes(11).
A redução relação água/cimento da mistura ficou mais viável atualmente com o emprego dos aditivos a base de eterpolicarboxilato. Ainda, a trabalhabilidade ideal deve ser adotada levando-se em conta a produção e o tipo dos equipamentos e interagindo-se com a logística de entrega do concreto no campo. Neste caso foi utilizada relação água/cimento igual a 0,42 e abatimento de tronco de cone da ordem de 200 ± 30 mm.
O motivo de se ter dobrado o índice de medida de consistência de 100 mm para 200 mm deve-se às premissas de aplicação do concreto em questão. Com esta modificação, os mesmos equipamentos utilizados tradicionalmente aumentam sua produção(12) da ordem de 30 a 50 %. O concreto projetado se trata de um material que será formado a partir do bombeamento de dois componentes durante a aplicação (concreto numa bomba e aditivo acelerador de pega dosado noutra bomba). Assim, deve-se eliminar as variações entre este proporcionamento no momento em que ele está sendo feito. Uma vez que a bomba de aditivo tem vazão constante numa determinada regulagem, deve-se fazer com que a bomba de concreto tenha, também, esta constância. Para uma bomba de rotor encher completamente os copos durante a projeção numa velocidade determinada, o “slump” do concreto deve estar num intervalo tal que não ofereça dificuldades para que isto aconteça homogeneamente ao longo do tempo. Numa bomba de pistões, onde a vazão (m3/h) alcançada pode ser maior(13), para se encher os pistões durante a projeção e aproveitar a capacidade de produção da bomba, também é necessário que o concreto tenha plasticidade elevada durante toda a descarga do concreto na bomba(14).
Benefícios do Superplastificante
A utilização dos superplastificantes atuais possibilita a redução da fissuração e obtenção de concretos mais duráveis. Se por um lado os superplastificantes a base de eterpolicarboxilato(15) oferecem o benefício de altas reduções do conteúdo de água(16) da mistura, por outro exigem que, para um tempo de trabalhabilidade estendido(17), sejam utilizados numa dosagem adequada(18) e partindo-se da trabalhabilidade ideal (da ordem de 200 ± 30 mm para a manutenção desta). É desta forma que durante a projeção mantém-se uma vazão (m³/h) constante de concreto, permitindo que o proporcionamento “concreto mais aditivo acelerador de pega”, seja homogêneo. Ou seja, é nesta faixa de “slump” que a bomba de projeção mantém a vazão de concreto constante. Além disto, a base química citada confere coesão adicional ao traço de concreto tanto pelas características intrínsecas do produto quanto pela redução do volume de água do traço.
Consistência antes do superplastificante.
Consistência 200 ± 30 mm para projeção.
Por estes motivos se consegue projetar traços que se encontram fora dos parâmetros dos modelos de curva de proporcionamento propostos pelo ACI e EFNARC (já citados).
Benefícios do acelerador Livre-de-álcalis
Quando se lança mão dos aceleradores livres-de-álcalis(19) tem-se por benefício prático a redução dos índices de reflexão e a eliminação(20) dos problemas de saúde ocupacional(21). Por outro lado, para se otimizar a dosagem (consumo) do acelerador de pega é necessária ainda que a reatividade com o cimento seja adequada. Esta otimização contribui também para a qualidade final do concreto, uma vez que quanto menor a dosagem de acelerador de pega menor a porosidade final da estrutura. Em geral alcança-se esta propriedade interativa com relação água/cimento menor do que 0,45 sendo esta uma lição antiga de aplicação da época do concreto projetado por via seca(22). Este tipo de aditivo oferece, ainda, uma pequena redução(23) da resistência final em comparação com as gerações(24) anteriores, implicando uma redução do consumo de cimento no traço.
Concreto da Estrutura de Segunda Fase
É importante salientar que é possível se reduzir o consumo de cimento de um concreto projetado. Contudo, para o revestimento primário os valores de consumo de cimento serão função da necessidade de resistência inicial(25) (vide recomendação do NATM(26)). Ou seja, os consumos de cimento são tais que podem ser reduzidos ao mínimo possível (ao redor de 350 a 390 kg/m³) para o concreto de segunda fase interagindo-se essencialmente com as variáveis de projeto já citadas.
Mecanização do Processo
Para se alcançar os resultados de maneira econômica, obrigatoriamente se deve lançar mão da aplicação mecânica do concreto projetado. Ou seja, a utilização de robôs. Isto fica claro quando se pretende alcançar índices de reflexão reduzidos e uniformidade na qualidade do concreto da estrutura através do ângulo de projeção que possibilita a compactação adequada do material. Claro que o mesmo traço uma vez tendo as características adequadas pode ser colocado num equipamento de projeção manual, mas certamente não apresentará resultados otimizados de aplicação.
Obtenção de resultados otimizados de aplicação através da utilização de robôs de projeção.
A facilidade oferecida pelo robô permite que o ângulo de projeção praticado seja o mais próximo possível de 90º oferecendo mínima reflexão e compactação maximizada. Evidentemente os resultados de durabilidade dependem da compactação adequada do concreto no momento da projeção na estrutura.
Dificuldade na aplicação manual do concreto de segunda fase.
Devido à dificuldade de aplicação manual o ângulo de projeção facilita o aumento da reflexão e pode resultar em um concreto menos compactado e conseqüentemente mais permeável. Ou seja, o concreto projetado estudado quando aplicado manualmente pode correr o risco de não representar, na prática, o que é possível de se obter quando se utilizam robôs, inclusive do ponto de vista econômico(27). Atenção especial também deverá ser dada a pressão de projeção.
Resultados Obtidos
Os resultados médios, de resistência a compressão e de durabilidade, do traço de concreto projetado para revestimento de segunda fase com consumo de cimento CPIII-32 de 352 kg/m³, utilizado neste estudo foram:
- absorção de água por imersão e fervura = 6 %;
- penetração de água sob pressão = 15 mm;
- absorção de água por capilaridade = 10 g/m²/s0,5;
- resistividade elétrica = 300 kΩ.cm;
- resistência à compressão aos 28 dias (fck28) = 43 MPa
(extraídos das placas projetadas);
A cura do concreto projetado de segunda fase deve ser feita de modo sistemático e eficiente de maneira que a estrutura não sofra ciclos de molhagem e secagem, prejudicando o desenvolvimento da resistência e causando o aparecimento de fissuras(28). Ou seja, é “proibido” molhar e secar o concreto projetado como método de cura(29). A umidade relativa dentro do túnel em questão é mostrada na figura:
Umidade relativa do ambiente abaixo de 95% exige que seja feita cura.
Uma confusão freqüente que se faz é atrelar o consumo de cimento do concreto com os resultados de durabilidade exigidos (dizendo que deve-se aumentar o consumo para atingir tal objetivo). Consegue-se atender aos requisitos de durabilidade impostos através da diminuição da quantidade de água por metro cúbico de concreto e da relação água/cimento (além dos cuidados executivos). Os índices de durabilidade tendem a melhorar sensivelmente com a redução do consumo de cimento respeitando-se a relação água/cimento do traço.
Conclusões
A busca de um concreto durável não se restringe a um estudo de dosagem de laboratório. É necessário que se faça correlações interativas “campo-laboratório” para que se alcance os resultados de otimização citados e eliminação dos efeitos colaterais (fissuras, etc.). Obviamente, os cuidados práticos de campo, tais como controle do processo de projeção (pressão/volume de ar, trabalhabilidade, manutenção dos equipamentos, treinamento de equipe, etc.) e a cura do concreto são fundamentais. Desta forma, conseguiu-se que um concreto com consumo de cimento de 352 kg/m³ de fácil bombeabilidade e projeção tenha atendido tecnicamente e alcançado resultados econômicos.
Ou seja, utilizando-se materiais adequados e obtendo-se redução do consumo de água total por metro cúbico, levando o concreto na bomba com trabalhabilidade mais adequada à projeção e utilizando-se aceleradores livres-de-álcalis, mostra-se que a quebra de paradigma é possível trazendo benefícios à sociedade e a quem constrói e mantém pois, com isto se obtém redução dos custos de produção e manutenção das estruturas de concreto.
* Paulo Fernando A. Silva é engenheiro civil, mestre em engenharia pela Poli-USP, professor de recuperação de estruturas da FAAP, diretor da Concremat Engenharia e autor dos livros: Concreto Projetado para Túneis; Durabilidade das Estruturas de Concreto; e Manual de Patologia e Recuperação de Pavimentos.
** Tiago Ern é engenheiro civil, mestre em materiais de construção civil pela Poli-USP e trabalha no Departamento Técnico da Basf Construction Chemicals Brasil
Notas
(1) Corriqueiramente encontrados nas centrais fornecedoras de agregados ou de concreto.
(2) NBR NM67.
(3) Especialmente cimentos e superplastificantes a base de eterpolicarboxilatos e aceleradores de pega a livre-deálcalis (AFA: Alkali Free Accelerators).
(4) No estado fresco e também no estado endurecido.
(5) Redução da fissuração: American Concrete Institute. Causes, evaluation and repair of cracks in concrete structures. ACI 224. 1R-93. Farmington Hills, 1997. pt.1.
(6) Dependentes principalmente da qualidade dos agregados, cimento e aditivos.
(7) Para revestimento primário pode-se adotar um critério de resistência inicial a baixa idade por motivos de produção e avanço de escavação, que não foi o caso neste estudo.
(8) American Concrete Institute. Guide to Shotcrete - ACI 506R-90. Detroit, 1990. 41p.
(9) EFNARC - European Specifications for Sprayed Concrete: (www.efnarc.org).
(10) Baixa reflexão, compactação adequada, produção do equipamento e execução da estrutura.
(11) Sem falar nas melhorias que podem ser obtidas quando se lança mão dos atuais robôs – equipamentos avançados – para projeção de concreto (www.meyco-equipment.ch).
(12) Para projeção manual slump 100 mm produz-se de 4 a 5 m³/h e slump 20 mm produz-se de 6 a 8 m³/h. Para robôs, normalmente, da ordem de até 10 a 12 m³/h, de acordo com o equipamento. Há robôs que tem capacidade de até 25m³/h.
(13) Bomba de pistão pode produzir 7 a 8 m³/h contra o rotor que pode produzir de 6 a 7 m³/h.
(14) Em geral cargas no caminhão betoneira são de 4 a 6 m3 e levam de 35 a 50 minutos para serem projetadas.
(15) Como o Glenium 51, por exemplo.
(16) E por conseguinte, de cimento.
(17) Da ordem de 40 a 90 minutos de acordo com a temperatura, tipo de cimento e da relação água/cimento da mistura.
(18) Para poderem saturar a mistura e oferecer o desempenho adequado utiliza-se dosagens mínimas de 0,35%.
(19) Como o Meyco SA160, por exemplo.
(20) Devido às suas características próprias quando comparado aos aluminatos e silicatos, em geral.
(21) O produto não é agressivo à saúde e não queima a pele ou as vias respiratórias do usuário.
(22) Que em geral tem esta relação resultante menor que 0,45.
(23) Da ordem de 5 a 10% de acordo com as dosagens utilizadas.
(24) Da ordem de 30 a 40% de acordo com as dosagens utilizadas.
(25) A ser definida pelo projetista.
(26) Austrian Concrete Society: Sprayed Concrete Guideline – Application and Testing. Áustria, 1999. Neste documento constam classes (J1, J2 e J3) de resistência à compressão a baixa idade (6 minutos a 24 horas) após a projeção do concreto.
(27) Pois os índices de reflexão são obviamente maiores e a produção (m³/h) de projeção é mais baixa.
(28) Coutinho, A. S. - Fabrico e propriedades do betão. Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa. LNEC, 1973.
(29) Deve-se utilizar membrana de cura ou sistema automático de molhagem da estrutura.
Referências Bibliográficas
1) AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Guide to Shotcrete. ACI 506R-90. Farmington Hills, 1990.
2) Causes, evaluation and repair of cracks in concrete structures. ACI 224.1R-93.Farmington Hills, 1997. pt.1.
3) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento de tronco de cone - NBR NM67. Rio de Janeiro, 1998.
4) AUSTRIAN CONCRETE SOCIETY. Sprayed Concrete Guideline – Application and Testing. Austria. 1999.
5) COUTINHO, A.S. Fabrico e propriedades do betão. Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa – LNEC. Lisboa, 1973.
6) EFNARC European Spacifications for Sprayed Concrete: www.efnarc.org
7) MELBYE, T.A. Sprayed Concrete for rock support. 10th edition - UGC. Zurique, 2005. 252p.
8) SILVA, P.F.A. Concreto projetado para túneis. Pini. São Paulo, 1997. 92p.
Fonte: BASF the Chemical Company
Link; http://www.basf-cc.com.br/novo/impressao.asp?Id_Projeto=94
