Interesse em materiais à base de cimento avançados não é apenas por causa de sua maior força bruta. Eles possuem outras propriedades de alto desempenho, bem como, tais como baixa permeabilidade, o encolhimento limitado e maior resistência à corrosão, todas as características valiosas para a indústria da construção.
Ex-empresa-mãe de HDR Engineering Inc., a empresa francesa Bouygues, tem usado Concreto de Alto Desempenho (HPC) com pontos fortes característicos até 14.500 psi - cerca de quatro vezes a resistência do concreto convencional - em mais de uma dúzia de pontes e outras estruturas.
Através deste trabalho, novas fronteiras foram abertas no desenvolvimento de novos materiais e conduziu a um produto inovador: Concreto de Pó Reativo CPR (nos EUA-RPC).
CPR rivais aço
| Vigas CPR são semelhantes em tamanho para vigas de aço. |
O conceito de CPR é baseado no princípio de que um material com um mínimo de defeitos, tais como micro-fissuras e vazios no interior, será capaz de perceber uma maior capacidade de transporte de carga e uma maior durabilidade.
CPR pode, em algumas áreas específicas, competir com o aço. Os aperfeiçoamentos na tecnologia CPR envolvidas tornam possível para criar um material à base de cimento mais homogênea, reduzindo as diferenças entre o cimento e agregados.Isso resulta em um produto do concreto com propriedades que, no passado, foram reservados para metais e permite a concepção de novos produtos e estruturas que usam o concreto.
Todas estas melhorias, no entanto, resultar num aumento do custo substancial em relação ao concreto convencional e mesmo de alto desempenho. Devido ao seu custo, CPR não irá substituir concreto em aplicações onde misturas convencionais podem economicamente atender os critérios de desempenho. No entanto, com alguns dos seus desempenhos que se aproximam daqueles dos metais e a um custo menor em comparação com o aço, torna-se CPR verdadeiramente competitivo em áreas onde o aço é predominante.
Transcendendo as limitações atuais
Historicamente, os materiais compósitos à base de cimento e do concreto têm sido incorporados em estruturas como sistemas apenas de compressão. CPR transcende esta limitação tradicional e traz uma nova abordagem ao design do concreto pré-esforçado porque pode ser usado para resistir a todas as pressões diretas, mas primários de tração. Isso elimina a necessidade de corte e outro aço de reforço em auxiliar os membros pré-moldado, o que resulta em redução de custos para os itens em si, mas, mais importante, para o trabalho que normalmente geram.
As propriedades do CPR de alto desempenho oferecem muitas melhorias em comparação com estruturas de concreto convencionais:
- Força resultados superiores em significativa redução de peso que produz estruturas de transporte mais delgados, reduz os custos gerais e aumenta a área útil em edifícios de grande altura.
- Absorção de ductilidade e energia Superior proporciona maior confiabilidade estrutura, mesmo sob condições de sobrecarga ou terremotos.
- A eliminação de aço de reforço suplementar permite quase ilimitadas estruturas formando membros com um design com muita liberdade.
- Resistência à abrasão melhorada proporciona maior vida útil para tabuleiros de pontes e pisos industriais.
- Resistência à corrosão superior fornece proteção contra produtos químicos de degelo e contínua exposição a ambientes úmidos.
- Uma quantidade significativa de cimento Portland não hidratada no produto acabado fornece um potencial de auto-cura, em condições de craqueamento.
- O grau de pureza do produto permite o acabamento da superfície de alta qualidade.
- Sua força superior resulta em uma redução significativa das quantidades totais de cimento e agregados, otimizando a utilização da matéria.
Características e comparações
| Comparação de secções transversais de feixe de capacidade igual momento. |
CPR 200 com forças de compressão na faixa de 30.000 psi pode ser conseguida com uma mistura que incorpora componentes regulares do concreto e podem ser colocados no campo como um concreto convencional.
O principal inconveniente com materiais concretos de alto desempenho foi sua resposta frágil e falta de desempenho de flexão. Adicionando fibras de aço permite que o material CPR com resistências à flexão na faixa de 7.000 psi, até oito vezes a do HPC. A ductilidade do material e de capacidade para absorver energia é também melhorada com os valores típicos de 300 vezes maior do que o HPC, tornando-se comparável à de alguns metais.
CPR também tem características ultra-alta durabilidade resultantes da sua extremamente baixa porosidade. Perfurações de líquido e / ou gás tornam-se quase inexistente, em comparação com a HPC.
Ponte pedonal Sherbrooke
Uma equipe internacional foi formada para construir um leve espaço-fardo pedonal / ciclovia usando este concreto desempenho ultra-alto em Sherbrooke, Canadá. Para demonstrar as características únicas da CPR e minimizar o peso, um conceito de design foi escolhida que difere significativamente dos utilizados para estruturas de concreto tradicionais.
A superestrutura da ponte será uma armação de espaço pré-esforçado tridimensional que mede 200 pés. O deck de passagem, que também serve como o início de acorde do fardo, é apenas um polegadas de espessura. Os membros da web será um projeto usando CPR composto confinado na parede fina tubos de aço inoxidável. Nenhuma aço de reforço convencional está prevista para toda a superestrutura. Espessura efetiva da passarela é de seis polegadas. Um estudo comparativo mostrou que a mesma estrutura feita de HPC teria exigido uma espessura de 15 polegadas.
A tecnologia CPR permitirá que os construtores passarela para otimizar o uso material, perceber benefícios econômicos e construir uma estrutura que é ambientalmente amigável. Tecnologia CPR Aplicada permite a concepção de meios mecânicos mais inteligente estruturas e uma utilização mais racional dos materiais de construção.
Vigas pré-esforçadas em forma de X
As atuais formas pré-moldados estruturais utilizados para vigas pré-esforçadas em pontes e edifícios foram proporcionados para o concreto com propriedades de resistência muito mais baixos. Estas proporções não iria tirar vantagens máximos das capacidades do CPR.
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| Esta ponte pedonal / ciclovia no Canadá será feita de tubos de aço inoxidável preenchido com concreto.Nenhuma aço de reforço convencional está prevista para toda a superestrutura. |
Há agora uma oportunidade para introduzir novas formas em projeto feixe protendido. Um feixe de pré-esforçado do CPR, com uma secção transversal de ampulheta (referido como forma de X) e sem qualquer tipo de reforço da barra de aço secundária, foi configurado e testado para transportar capacidade igual momento quando em comparação com o seu homólogo de aço em toda a flange e a ter a mesma profundidade e muito próximo de peso. Usando o CPR, a profundidade do elemento pode ser reduzida em 50 por cento e o seu peso em 75 por cento em comparação com o concreto pré-esforçado convencional.
Contentores de segurança
Um acordo foi assinado pela Bouygues e o equivalente francês da Comissão Reguladora Nuclear dos EUA com o objetivo de fabricar Alta Integridade Containers (HIC) para armazenamento temporário de longo prazo de resíduos de nível médio nucleares.
A tecnologia atual envolve aço ou múltiplos recipientes de paredes à base de cimento em que os resíduos são imobilizadas pela injeção do concreto ou argamassa. Este processo não está em conformidade com a nova política de redução do volume de resíduos.
Vasilhames do CPR estão sendo desenvolvidos atualmente o que tornaria possível "a granel" empacotar os resíduos.Neste caso, o recipiente é a única barreira de confinamento de resíduos. Esta especificação CPR faz o único produto à base de cimento disponível para esta aplicação. CPR é uma combinação perfeita porque fornece baixa porosidade, excelentes características mecânicas e agiliza o processo de fabricação do barril. Ele também resulta em um recipiente que pode ser atualizado para atender as futuras normas e é mais durável, econômico e mais facilmente mantida.
Segurança para bancos, centros de informática
CPR está sendo investigado para aplicações de segurança que exigem resistência extremamente elevada penetração, bem como propriedades de recuperação de incêndio e redução de peso.
Tecnologia de segurança atual, usando ligas metálicas ou estrutura de painel composto / aço concreto, não satisfaz novas exigências de segurança e de peso. Para ser globalmente resistente, caixas de agora exigem camadas complicadas que geram altos custos e de peso. Regular ou mesmo de alto desempenho concreto não pode fornecer a dureza e resistência mecânica muitas vezes necessário.
Uma nova geração de produtos de segurança está a ser desenvolvido, que será mais econômico, especialmente para as pequenas caixas que devem ser protegidas, mas não são dignos de ligas muito caros. Essas caixas também tem que ser leve por causa dos custos de transporte e restrições de peso em edifícios existentes.
CPR fornece uma alternativa econômica. Ele permite também monolítico pré-de fundição, que reduz o número de peças a montar e também reduz as hipóteses de que a caixa seja fracturado.
Outras aplicações potenciais incluem um acordo de investigação em cooperação com o US Army Corps of Engineers com foco em tubos para água, esgoto e outros líquidos sob pressão ou fluxo de gravidade. Forros de alta resistência para túneis e poços de mineração, bem como painéis de piso de arquitectura e técnicos também estão sendo desenvolvidos.
Para obter informações adicionais, ou para discutir idéias ou propostas de parceria de produção de CPR, contate o escritório de Seattle de HDR. Mais informações também está disponível no web site HDR sob Hot Tópicos / Pesquisa & Desenvolvimento.
Christophe DAURIAC é um engenheiro de transporte com HDR Engineering Inc. no escritório de Seattle. A empresa com sede em Neb. Omaha, é uma engenharia de serviço completo e consultor de design arquitetônico e é responsável pelo desenvolvimento do concreto de pós reativos na América do Norte.
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