APLICAÇÃO DO CONCRETO DE ULTRA-ALTO DESEMPENHO NA CONSTRUÇÃO DE PONTES DE CONCRETO PROTENDIDO

APLICAÇÃO DO CONCRETO DE ULTRA-ALTO DESEMPENHO NA CONSTRUÇÃO DE PONTES DE CONCRETO PROTENDIDO

 

Autores: Ana Lúcia Ferreira Ramos; Bruno Fiszuk Borges; Giovani Fonseca Ferreira; Laura Cerruti; José Américo Alves Salvador Filho; Silvete Mari Soares.

 

Introdução

O concreto de ultra-alto desempenho (CUAD) ou Ultra-high Performance Concrete (UHPC) é, segundo Viana et al. (2018), um material à base de cimento que apresenta resistência à compressão superior a 150 MPa e que possui propriedades mecânicas e de durabilidade superiores quando comparadas aos concretos de alto desempenho e aos concretos convencionais.

De acordo com Massa Cinzenta (2017), o concreto de ultra-alto desempenho foi desenvolvido nos anos 1990 como encomenda da engenharia militar para a construção de pontes pré-fabricadas com elementos esbeltos e é constituído por Cimento Portland, sílica-ativa, pó de quartzo, agregados miúdos, aditivos superplastificantes, pequenas quantidades de água e microfibras de aço, podendo alcançar resistências de 800 MPa.

Apesar de seus diversos benefícios, o uso do UHPC na construção civil ainda não foi muito difundido, principalmente em países em desenvolvimento como o Brasil, pois, conforme Abbas, Nehdi e Saleem (2016), mesmo trazendo uma economia posterior em função da redução das seções transversais dos membros estruturais com economia de materiais associados e menores custos de instalação e mão de obra, possui um custo inicial relativamente alto.

O concreto de ultra-alto desempenho é utilizado em elementos arquitetônicos, como painéis de fachada, ou em elementos estruturais, como tabuleiros de pontes e em edifícios. Outra das aplicações do UHPC é em ambientes com elevada agressividade, nos quais a performance de durabilidade do material é um requisito imperativo. (TECNOSIL, c2021). O presente trabalho irá analisar a utilização do concreto de ultra-alto desempenho na construção de pontes de concreto protendido.

 

O uso do UHPC nas pontes protendidas

Segundo Graybeal et al. (2020), o UHPC tem potencial para atender uma variedade de necessidades de projeto, construção e melhoria de desempenho de pontes, adotando soluções inovadoras para enfrentar desafios relacionados ao custo, velocidade de construção, durabilidade e vida útil dos projetos.

A primeira aplicação estrutural do concreto de ultra-alto desempenho foi na ponte pedonal híbrida protendida em Sherbrooke, no Canadá, construída em 1997, que inclui uma treliça UHPC de espaço aberto pós-tensionada com 4 vãos de acesso em concreto convencional de alto desempenho. Foi adotada uma laje nervurada com espessura de 30 mm e aplicada uma protensão transversal. O comprimento total do vão da ponte era de 60 m, e o vão principal foi montado a partir de seis segmentos pré-fabricados de 10 m de fundição combinada (YOO, D.; YOON, Y., 2016).

Também de acordo com Yoo e Yoon (2016), a passarela Seonyu, concluída em 2002 em Seul, na Coreia do Sul, é atualmente a ponte pedonal mais longa feita pelo UHPC com vão único de 120 m sem apoio central. A ponte consiste em um arco que suporta uma laje nervurada de UHPC com 30 mm de espessura com protensão transversal. Com capacidade de carga e propriedades de resistência equivalentes, a ponte precisava de apenas metade da quantidade de materiais necessários para a construção de concreto convencional.

Já em relação as pontes rodoviárias, conforme Yoo e Yoon (2016), a primeira foi construída em Iowa, nos EUA, denominada ponte Mars Hill. É uma ponte simples de um vão consistindo de três vigas de concreto pré-moldado e protendido com um comprimento de 33,5 m e tabuleiro de concreto moldado no local. Nenhum estribo foi aplicado e cada viga inclui 47 fios de protensão de baixa relaxação com um diâmetro de 15,2 mm.

Outros exemplos de pontes de UHPC protendido podem ser analisadas na tabela abaixo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabela 1 - Exemplos de aplicações de UHPC em pontes e passarelas em todo o mundo. Fonte: Abbas, Nehdi e Saleem (2016).

 

Estruturas/aplicações	Localização	Ano de conclusão/produção	Força compressiva (MPa)	Resistência à flexão (MPa)
Ponte pedonal Sherbrooke	Sheerbroke, Canadá	1997	200	40
Passarela Seonyu	Seul, Coréia	2002	180	32
Passarela Sakata Mirai	Sakata, Japão	2002	238	40
Shepherds Creek Bridge	Sydney, Austrália	2008	180	-
Passarela papatoetoe	Auckland, Nova Zelândia	2006	160	30
Ponte Glenmore/Legsby	Calgary, Canadá	2007	-	-
Ponte Gaertnerplatz	Kassel, Alemanha	2007	150	35
Ponte de viga UHPC	Iowa, EUA	2008	150	-
Ponte Whiteman Creek	Brantford, Canadá	2011	140	30
Passarela de treliça UHPC	Espanha	2012	50	-

 

Conclusão

O UHPC provou ser uma solução atraente que atende as mais diversas necessidades do setor de pontes em todo o mundo. A engenharia e a construção de pontes estão maduras e relativamente estáveis, mas enfrentam desafios significativos como a expectativa do público de que as pontes possam ser construídas rapidamente, com impacto mínimo para os usuários e para a região e que durem quase que indefinidamente, sem a necessidade de manutenção significativa. O UHPC, com suas propriedades mecânicas e de durabilidade únicas, que excedem em diversos aspectos as características vistas em concreto convencional, cria oportunidades para novos projetos estruturais e soluções robustas de restauração estrutural.

Outro desafio atenue na decisão pela utilização do UHPC é o custo de execução. Tendo em vista o comparativo com um material tradicional, os testes com UHPC mostram que devida a sua alta resistência, pode-se ter um tempo de vida útil mais prolongado, além de alguns materiais componentes serem ecologicamente mais sustentáveis do que o de concreto tradicional. Estas vantagens acabam por pesar na escolha em qual concreto utilizar, tendo em vista também que as necessidades de manutenções periódicas com o UHPC são menores do que com o concreto tradicional.

 

Referências Bibliográficas

1. ABBAS, S.; NEHDI, M. L.; SALEEM, M. A.. Ultra-High Performance Concrete: mechanical performance, durability, sustainability and implementation challenges. Internacional Journal of Concrete Structures and Materials, v.10, n. 3, p. 271-295, Setembro 2016. Springer Science and Business Media LLC. http://dx.doi.org/10.1007/s40069-016-0157-4.

2. GRAYBEAL, B.; BRÜHWILER, E.; KIM, B.; TOUTLEMONDE, F.; VOO, Y. L.; ZAGHI, A. International Perspective on UHPC in Bridge Engineering. Journal of Bridge Engineering, v. 25, n. 11, Novembro 2020. https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001630.

3. MASSA CINZENTA; Cimento Itambé. Quais obras usam concreto de ultra-alto desempenho?. 2017. Disponível em: https://www.cimentoitambe.com.br/massa-cinzenta/quais-obras-usam-concreto-de-ultra-alto-desempenho/. Aberto em: 15 nov 2021.

4. TECNOSIL. Concreto UHPC: O que é e por que esse concreto deveria ser mais utilizado no Brasil?. c2021. Disponível em: https://www.tecnosilbr.com.br/uhpc-o-que-e-e-por-que-esse-concreto-deveria-ser-mais-utilizado-no-brasil/. Aberto em: 15 nov 2021.

5. VIANA, T. M.; ANDRADE, R. C.; SALLES, P. V.; AZEVEDO, R. C.; LUDVIG, P. Aspectos de durabilidade de concretos de ultra-alto desempenho com matriz reforçada com nanotubos de carbono – estado da arte através do método proknow-c. Educação & Tecnologia, v.23, n. 3, Setembro 2018. Quadrimestral. Disponível em: https://seer.dppg.cefetmg.br/index.php/revista-et/article/view/915. Aberto em: 15 nov 2021.

6. YOO, D.; YOON, Y. A Review on Structural Behavior, Design, and Application of Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete. International Journal of Concrete Structures and Materials, v.10, n. 2, p. 125-143, Junho 2016. https://doi.org/10.1007/S40069-016-0143-X.