2.2 DOSAGEM DO CONCRETO
2.2.1 Método de dosagem IPT/EPUSP
2.2.1.1 Histórico do método
O método denominado IPT/EPUSP foi desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) e da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), possuindo grande aplicação em todo o país desde a década de 1970 (ALENCAR, 2008). Esse método considera como principal parâmetro do concreto a relação água/cimento, buscando a melhor proporção entre os agregados disponíveis com a finalidade de obter o menor consumo de água. As principais etapas do método de dosagem são apresentadas no fluxograma simplificado representado na Figura 3.
Figura 3 – Fluxograma simplificado do método de dosagem IPT/EPUSP.
Fonte: Autor (2019).
Os limites de aplicação do método de dosagem IPT/EPUSP, apresentados por Tutikian e Helene (2011) são:
a) Resistência à compressão: 5 MPa ≤ fc ≤ 150 MPa;
b) Relação água/cimento (a/c): 0,15 ≤ a/c ≤ 1,50;
c) Abatimento: 0 mm ≤ abatimento ≤ autoadensável;
d) Dimensão máxima do agregado: 4,8 mm ≤ Dmáx≤100 mm;
e) Teor de argamassa seca: 30% ≤ α ≤ 90%;
f) Relação de água/materiais secos (H): 5% ≤ H ≤ 12%;
g) Módulo de finura do agregado: qualquer;
h) Distribuição granulométrica dos agregados: qualquer;
i) Massa específica do concreto: maior que 1500 kg/m3.
2.2.1.2 Formulação e parâmetros fundamentais empregados no método
Dois parâmetros fundamentais para o início da experimentação são o teor de argamassa seca (α) e a relação de água/materiais secos (H), expostos respectivamente pelas Equações 1 e 2.
1 1
a α = +m
+ (1) /
1 H a c
= m
+ (2) Onde:
a = relação agregado miúdo seco/cimento, em massa (kg/kg);
m =a+p = relação agregados secos/cimento, em massa (kg/kg);
p = relação agregado graúdo seco/cimento, em massa (kg/kg).
O método de dosagem IPT/EPUSP estabelece como resultado um diagrama de dosagem, dividido em quadrantes e composto por interações entre as diversas variáveis regidas pelas leis universais de comportamento do concreto: Lei de Abrams, Lei de Lyse e a Lei de Molinari, conforme apresentado na Figura 4.
Figura 4 – Diagrama obtido a partir do método de dosagem tradicional IPT/EPUSP.
Fonte: Adaptado de Alencar (2008).
A Lei de Abrams (1918) relaciona a resistência média de dosagem à compressão (fcj) com a relação água/cimento (a/c). Essa associação define que, dentro do campo dos concretos plásticos, a resistência do concreto endurecido numa determinada idade varia na razão inversa da relação água/cimento, conforme a Equação 3.
1 / 2
cj a c
f k
= k
(3) Onde:
k1 e k2 = constantes intrínsecas aos materiais empregados.
A Lei de Lyse (1932) estabelece que, fixados os materiais secos (cimento e agregados), a consistência do concreto fresco depende preponderantemente da quantidade de água por m3 de concreto, como expressa a Equação 4.
m= + ×k3 k4 a c/ (4) Onde:
k3 e k4 = constantes que dependem dos materiais utilizados.
A Lei de Molinari (1974) determina que o consumo de cimento necessário (C) por m3 de concreto varia na proporção inversa da quantidade de agregados secos (Equação 5).
5 6 C 1000
k k m
= + × (5) Onde:
k5 e k6 = constantes determinadas pelos materiais em laboratório.
Segundo Helene e Terzian (1992), para iniciar o estudo de dosagem é necessário realizar um levantamento prévio da situação em que o concreto será submetido, a saber:
a) Resistência característica à compressão do concreto (fck) apresentada no projeto;
b) Determinação do espaçamento entre barras de aço;
c) Escolha da dimensão máxima característica do agregado graúdo compatível com os espaços disponíveis entre armaduras e fôrmas;
d) Definição dos elementos estruturais a serem concretados com este traço;
e) Escolha da consistência do concreto em função do tipo do elemento estrutural e forma lançamento (para isso consultar a NBR 8953:2015);
f) Definição da relação água/cimento (a/c) para atender às condições de durabilidade (para isso, consultar a NBR 6118:2014 e/ou NBR 12655:2015);
g) Considerar o uso de aditivo quando se necessitar de condições especiais;
h) Estimativa de perda de argamassa do concreto no sistema de transporte e lançamento do concreto.
Geralmente a resistência à compressão simples é a propriedade mais relevante para os concretos convencionais. Contudo, os valores fornecidos pelo ensaio são mais ou menos dispersos e variáveis de uma obra para a outra, segundo o controle de qualidade de produção do concreto. Assim, surge o conceito de resistência média de dosagem, cujo valor considera não só a resistência característica como também a dispersão da série. De acordo com a NBR 12655:2015 (ABNT, 2015), a resistência média de dosagem (fcj) é determinada pela Equação 6, que considera a resistência característica à compressão do concreto (fck) especificada no projeto estrutural e o desvio-padrão de dosagem (Sd). Essa equação relaciona a resistência potencial do concreto à compressão (obtida a partir das operações de ensaio e controle) e a resistência efetiva do concreto na estrutura, devendo ser asseguradas por meio do controle tecnológico dos serviços envolvidos.
fcj = fck +1, 65×Sd (6) O valor do desvio padrão é estabelecido de acordo com a condição de preparo do concreto, a qual deve ser mantida durante a obra. Sob hipótese alguma o valor do desvio-padrão pode ser menor que 2 MPa.
2.2.1.3 Estudo experimental
A fase experimental é desenvolvida visando a montagem de um diagrama de dosagem que correlaciona, esquematicamente, a resistência à compressão, a relação água/cimento, o teor de agregado total/cimento e o consumo de cimento/m3 de concreto (Figura 4). Para tanto, são necessários no mínimo três pontos para montar o diagrama de dosagem, lembrando que qualquer modificação dos parâmetros selecionados inicialmente implica na necessidade de outro estudo de dosagem (TUTIKIAN; HELENE, 2011).
Determinação da composição granulométrica dos agregados
Uma vez determinada a dimensão máxima característica do agregado, busca-se um agregado graúdo que seja econômico, disponível na região e apresente uma composição granulométrica que possibilite uma mistura com máxima massa unitária. No estudo de máxima massa unitária é definida a composição binária ideal entre os agregados com base no ensaio de massa unitária no estado compacto conforme a NBR 45:2006 (ABNT, 2006a). Para
a mistura de agregados miúdos são válidos os mesmos princípios aplicados para os agregados graúdos (BOGGIO, 2000).
Determinação do teor de argamassa ideal no traço referência
Esse método prevê um ajuste experimental das proporções entre os materiais constituintes do concreto, com base na busca do teor ideal de argamassa seca. Inicia-se o estudo de dosagem com a elaboração do traço referência médio (por exemplo, 1:5,00), determinando-se o teor ótimo de argamassa. Essa etapa é considerada a mais importante, visto que a falta de argamassa acarreta aumento da porosidade do concreto e falhas de concretagem.
Por outro lado, o excesso de argamassa favorece a obtenção de concretos com boa aparência, porém aumenta seu custo por metro cúbico, além do maior risco de fissuração por origem térmica e por retração por secagem. Sendo assim, o teor de argamassa ideal deve ser o mínimo necessário para que não haja aumento da porosidade do concreto (RICCI;
PEREIRA; AKASAKI, 2017).
Para produzir o traço referência em laboratório, deve-se variar o conteúdo de argamassa por meio de um processo interativo, partindo de um valor baixo até encontrar o ponto ótimo por meio de observações visuais da mistura, manuseio do concreto com colher de pedreiro para verificar o aspecto de trabalhabilidade e acabamento, além da realização do ensaio de abatimento de tronco de cone para visualizar a coesão do concreto no estado fresco (ALENCAR, 2008).
Definido o teor de argamassa, executa-se uma nova mistura de concreto do traço referência (traço médio) para determinar alguns parâmetros, como a relação água/cimento necessária para a consistência desejada, o consumo de cimento por m3 de concreto, o consumo de água por m3 de concreto e a massa específica do concreto fresco. Com esse concreto, moldam-se corpos de prova para posteriormente serem submetidos ao ensaio de compressão nas idades de interesse, para as quais serão construídas as curvas de resistência do diagrama de dosagem.
Traços auxiliares
Com os mesmos materiais constituintes e o mesmo teor de argamassa obtido no traço referência (traço médio), elaboram-se os traços auxiliares rico (por exemplo, 1:3,50) e pobre (por exemplo, 1:6,50), com base nas correções entre os traços feitas pelo método. Os dois
traços devem atender à mesma faixa de abatimento especificada para o traço médio. Para cada um dos traços produzidos, é novamente realizada a moldagem das amostras, as quais devem ser curadas adequadamente e, nas idades pré-estabelecidas, ter suas propriedades no estado endurecido determinadas. Com base nas leis comportamentais do concreto e com os dados obtidos no estudo experimental, deve-se construir as correlações existentes, dando origem ao diagrama de dosagem, composto pelas três curvas mencionadas anteriormente. A partir dele, obtém-se uma interação entre a resistência à compressão, o consumo de cimento, a consistência e a relação água/cimento (RICCI; PEREIRA; AKASAKI, 2017).
A quantidade mínima de três traços permite um ajuste das equações de correlação de dosagem, possibilitando a construção do diagrama de dosagem, no qual, por regressão linear, pode-se lograr qualquer resistência que se queira dentro do intervalo estudado para traços de uma mesma família.