A fissuração térmica é um dos desafios associados à execução de estruturas de concreto massa, como blocos de fundação, radieres espessos, pilares de grande seção, blocos de coroamento e barragens. Segundo estimativa apresentada pelo engenheiro Cesar Zanchi Daher, diretor-presidente da Daher Engenharia Consultiva e Tecnologia, entre 60% e 80% das peças executadas sem um plano de controle térmico prévio apresentam algum grau de fissuração de origem térmica.

O fenômeno está relacionado principalmente à geração de calor durante a hidratação do cimento e à dificuldade de dissipação térmica em elementos de grande volume. A diferença de temperatura entre o núcleo e a superfície pode gerar tensões de tração superiores à resistência do concreto nas primeiras idades. Também podem ocorrer fissuras quando o elmento  se resfria e tende a se contrair, mas encontra restrições à deformação, como a interação com a base rígida de solo ou rocha.

Para reduzir esses riscos, a metodologia utilizada pela Daher combina três frentes: modelagem térmica antes da concretagem, pré-resfriamento do concreto e monitoramento da estrutura durante a execução. A proposta é controlar a temperatura desde a definição do traço até o período de dissipação do calor gerado pela hidratação.

Simulação antecipa o comportamento da estrutura

A primeira etapa utiliza a Análise por Elementos Finitos, MEF ou FEA. A geometria do elemento é transformada em uma malha tridimensional e recebe parâmetros como condutividade térmica, calor específico e densidade do concreto. Também entram no modelo a curva calorimétrica do cimento, a temperatura de lançamento e as condições ambientais, incluindo temperatura do ar, velocidade do vento, tipo de fôrma e isolamento.

Com esses dados, o software simula a evolução da temperatura em diferentes pontos da peça ao longo do tempo. A análise permite identificar o pico térmico no núcleo, o gradiente entre núcleo e superfície e as tensões de tração decorrentes desse comportamento. “Caso as tensões calculadas superem a resistência à tração estimada do concreto, o risco de fissuração é sinalizado antes do lançamento do concreto”, explica Daher.

A modelagem também permite testar alternativas antes da execução. Em um caso apresentado pelo engenheiro, a análise de um bloco de fundação de grande volume identificou, a partir do traço inicialmente previsto, risco elevado de fissuração térmica nas primeiras 48 horas e possibilidade de degradação futura por DEF (Formação de Etringita Tardia). A solução envolveu a substituição de parte do cimento Portland por microssilica, a utilização de gelo escamado para limitar a temperatura de lançamento e a instalação de mantas isolantes sobre as fôrmas e a superfície superior do bloco durante sete dias. Com isso, o bloco foi concretado sem fissuras térmicas e com o pico de temperatura controlado.

Pré-resfriamento reduz o pico térmico

A segunda frente atua diretamente sobre a temperatura inicial do concreto. Entre as alternativas utilizadas estão a substituição de 20% a 100% da água de amassamento por gelo moído ou escamado, a refrigeração dos agregados, o uso de água de amassamento resfriada por chillers industriais e, em situações específicas, a injeção de nitrogênio líquido na betoneira.

O gelo absorve energia durante a mudança de estado, reduzindo a temperatura do concreto fresco. Já a refrigeração dos agregados pode ser feita por aspersão de água gelada ou por sistemas de resfriamento com ar. A escolha do procedimento depende das características da estrutura, das condições ambientais e da temperatura de lançamento definida no planejamento.

A metodologia também contempla a redução do teor de aglomerante. A definição do traço considera curvas granulométricas e modelos de empacotamento de partículas, como Andreassen e Funk-Dinger, para diminuir os vazios entre os agregados. De acordo com Daher, essa otimização pode permitir uma redução de 10% a 20% no consumo de aglomerante sem prejuízo às propriedades mecânicas ou à trabalhabilidade. “Essa redução pode representar de 8% a 15% de redução no custo do concreto. Em relação às emissões, a diminuição do consumo de cimento pode reduzir a pegada de carbono da estrutura em cerca de 48 kg a 50 kg de CO₂ por metro cúbico, equivalente a uma redução de 15% a 25% nas emissões incorporadas do concreto”, observa.

Ensaios validam o traço antes da aplicação

Antes da utilização em obra, o concreto pode ser submetido a diferentes ensaios para avaliar desempenho mecânico, comportamento no estado fresco, características térmicas e durabilidade. Entre eles, estão resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral, módulo de elasticidade estático e módulo dinâmico, além de ensaios de abatimento ou espalhamento, tempos de pega e índice de exsudação.

Também são realizadas calorimetria de hidratação e caracterização da curva granulométrica conjunta dos agregados. Para durabilidade, a metodologia apresentada inclui ensaios de absorção de água por capilaridade e migração de íons cloreto.

Sistema Rebel acompanha o concreto aplicado

Outro diferencial da metodologia é o monitoramento da estrutura com sensores incorporados ao elemento. Termopares ou sensores inteligentes são fixados na armadura antes da concretagem e posicionados no núcleo, nas superfícies e nos cantos expostos. Os equipamentos registram a temperatura continuamente, permitindo acompanhar o pico térmico e o diferencial entre núcleo e superfície. Segundo Daher, o Sistema Rebel ASSHTO 412-24 acrescenta informações de temperatura, módulo dinâmico e resistência a compressão e flexão de forma direta e contínua, sem depender  das incertezas do rompimento de corpos de prova e curvas de maturidade, cujo principio é o mesmo , pois é baseado no rompimento dos corpos de prova para elaborar a mesma, para acompanhar esses parâmetros. 

O sistema antecipadamente  utiliza moldes específicos equipados com sensores calorimétricos e amostras do próprio concreto aplicado na obra. Dessa forma, busca reproduzir a história térmica real do material, diferentemente do método convencional, no qual corpos de prova cilíndricos são curados em condições padronizadas de laboratório. O monitoramento normalmente se estende de 7 a 14 dias, podendo chegar a 28 dias em peças de grande volume. “Nas primeiras 12 horas, são observadas a hidratação inicial, a perda de trabalhabilidade e a resistência real. Entre 24 e 72 horas, o foco está no pico térmico e no maior gradiente de temperatura. Entre 3 e 7 dias, os dados auxiliam na avaliação da maturidade para desforma e, entre 7 e 10 dias, acompanham a fase de resfriamento para orientar a retirada do isolamento térmico”, detalha Daher.

Dados em tempo real podem alterar procedimentos

O acompanhamento também permite decisões durante a execução. Daher relata um caso em que os sensores identificaram que a superfície de um bloco de fundação estava resfriando mais rapidamente do que o previsto. O aumento do gradiente levou a equipe a instalar mantas térmicas adicionais, reduzindo a diferença de temperatura e evitando a fissuração. Em outra concretagem contínua de grande porte, o monitoramento calorimétrico identificou maior reatividade no lote de cimento utilizado, com antecipação do pico de calor. A equipe ajustou o teor de aditivo retardador de pega nas betoneiras seguintes para reduzir o risco de juntas frias e picos térmicos excessivos.

Os resultados apresentados pela empresa incluem ainda a possibilidade de antecipar decisões relacinadas à desforma e desescoramento quando o concreto atinge a resistência necessária no interior da peça. Em um dos exemplos, essa condição foi identificada em três dias, antes do prazo indicado pelos corpos de prova convencionais. A metodologia também permitiu reduzir ou eliminar o uso de gelo em condições climáticas mais amenas e evitar a retirada prematura das mantas de cura quando os gradientes ainda não haviam se equalizado.

A combinação entre simulação numérica, controle do traço, pré-resfriamento e monitoramento direto cria um processo de controle tecnológico que acompanha o concreto desde a definição da mistura até a evolução térmica e mecânica da estrutura em campo. Para estruturas de grande volume, o objetivo é reduzir a distância entre o comportamento previsto em projeto e o que efetivamente ocorre dentro da peça durante a concretagem e a maturação.

ENTREVISTADO

Cesar Zanchi Daher é engenheiro civil graduado pela Universidade Federal do Paraná (UFPR). Foi diretor do curso de Engenharia Civil da PUC-PR, onde também lecionou por mais de 20 anos disciplinas relacionadas à Mecânica de Solos e Tecnologia do Concreto e Materiais. Atuou como consultor e gestor tecnológico em obras emblemáticas como Itaipu Binacional, Cimento Itambé (Balsa Nova), Aeroporto Afonso Pena, Yachthouse, entre outros. É diretor-presidente da Daher Engenharia Consultiva e Tecnologia, onde atua nas áreas de ciência dos materiais e desenvolvimento de soluções para obras de infraestrutura, incluindo dosagens de concretos de altíssimo desempenho, controle térmico e densificação da matriz cimentícea.

Contato

contato@dahertec.com.br e czdaher@dahertec.com.br

Jornalista responsável

Ana Carvalho

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