CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
MARCELO SILVA FERREIRA
AVALIAÇÃO DAS DOSAGENS E RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO
DOS CONCRETOS PRODUZIDOS EM OBRAS DE PEQUENO PORTE
NA CIDADE DE TOLEDO-PR
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
TOLEDO
2016
AVALIAÇÃO DAS DOSAGENS E RESISTÊNCIAS À COMPRESSÃO
DOS CONCRETOS PRODUZIDOS EM OBRAS DE PEQUENO PORTE
NA CIDADE DE TOLEDO-PR
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel, do curso de Engenharia Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Me. Gustavo Savaris
TOLEDO
2016
Coordenação do Curso de Engenharia Civil
TERMO DE APROVAÇÃO
Título do Trabalho de Conclusão de Curso de Nº 029
Avaliação das dosagens e resistências à compressão dos
concretos produzidos em obras de pequeno porte na cidade de
Toledo-PR
por
Marcelo Silva Ferreira
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi apresentado às 14:00 h do dia 10 de
Junho de 2016 como requisito parcial para a obtenção do título Bacharel em Engenharia Civil. Após deliberação da Banca Examinadora, composta pelos
professores abaixo assinados, o trabalho foi considerado APROVADO.
Profª Me. Lúcia Bressiani Profª Me. Patrícia Casarotto de Oliveira (UTFPR – TD) (UTFPR – TD)
Prof Me. Gustavo Savaris (UTFPR – TD)
Orientador
Visto da Coordenação Prof. Dr Lucas Boabaid Ibrahim
Coordenador da COECI
FERREIRA, Marcelo Silva. Avaliação das dosagens e resistências à compressão dos concretos produzidos em obras de pequeno porte na cidade de Toledo-PR. 2016 55 f. Monografia, Graduação em Engenharia Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Toledo, 2016.
O concreto produzido em in loco ainda é muito utilizado, podendo ser empregado nas obras de pequeno porte em elementos estruturais como pilares, vigas e blocos de fundação, onde o volume necessário de concreto é baixo, tornando-se viável a confecção do material no próprio local. Em obras de pequeno porte não é comum o controle tecnológico do concreto utilizado, o que pode ocasionar o aparecimento de patologias, quando os resultados obtidos em prática não atendem aos dimensionados. Portanto o objetivo deste trabalho é analisar as resistências dos concretos produzidos in loco, na cidade de Toledo-PR. Para isso foram selecionadas seis obras aleatórias, que se enquadrassem nos padrões construtivos de uma obra de pequeno porte e que utilizasse cimento CPII-Z-32. Com intuído de uma caracterização do estudo de resistência foram coletadas amostras de concreto e dos agregados constituintes e feitos ensaios de granulometria, umidade, massa específica, abatimento de cone e resistência à compressão. Para o auxílio das análises dos dados, foi coletado também o traço em volume das obras selecionadas, estes traços foram obtidos através da quantificação dos componentes do concreto de cada mistura. Para as análises das resistências ainda foi calculado o fck de todas as obras, utilizando as formulas normatizadas para amostras de casos excepcionais, e comparado com o valor mínimo normatizado de 20MPa. Posteriormente utilizando os resultados obtidos desenvolveu-se um diagrama semelhante ao proposto pelo IPT/EPUSP. Este diagrama oferece auxílio na elaboração de possíveis traços de dosagem, sendo que os resultados podem apresentar pequenas variações devido as condições climáticas. Devido as constantes atualizações das normas, a inexistência de projetos estruturais na maioria das obras analisadas e um menor controle das dosagens de materiais, somente 33,3% das amostras atenderam aos padrões mínimos de resistência à compressão característica. Foi notado também que o melhor indicador da pesquisa é o fator água/cimento, que apresentou uma relação inversa a resistência a compressão, ou seja, quanto menor o fator maior a resistência.
Palavras-chave: Resistência à compressão. Concreto feito in loco. Dosagem de
Figura 1 – Consumo per capita de cimento em 2012 (em kg/hab) ... 15
Figura 2 – Molde para realização do ensaio... 19
Figura 3 – Sequência do ensaio de Slump Test ... 19
Figura 4 – Digrama de Dosagem pelo Método IPT/EPUSP ... 26
Figura 5 – Fluxograma do programa experimental ... 30
Figura 6 – Capeamento dos corpos de prova ... 33
Figura 7 – Prensa hidráulica e corpo de prova após a ruptura ... 34
Figura 8 – A) Obra 1; B) Obra 2; C) Obra 3; D) Obra 4; E) Obra 5; F) Obra 6; ... 39
Figura 9 – Curva granulométrica dos agregados miúdos (areia)... 45
Figura 10– Curva granulométrica dos agregados graúdos (pedra britada) ... 45
Figura 11 – Amostras rompidas dos corpos de prova da obra 1 ... 47
Figura 12 – Gráfico da relação água/cimento (kg/kg) pela resistência média a compressão(MPa) ... 48
Figura 13 – Gráfico da relação água/cimento (kg/kg) pelos agregados secos/cimento (kg/kg) ... 49
Figura 14 – Gráfico do consumo de cimento (kg/m³) pelos agregados secos/cimento (kg/kg) ... 50
Quadro 1 – Desvio padrão em função da condição de preparo ... 23 Quadro 2 – Relação água cimento adequada ... 27 Quadro 3 – Características das obras selecionadas ... 38
Tabela 1 – Produção mundial de cimento e consumo per capita entre 1910 e 2010 15
Tabela 2 – Resistência do cimento de acordo com a sua classificação ... 16
Tabela 3 - Número de camadas para moldagem dos corpos de prova ... 21
Tabela 4 – Valores de Ψ6 ... 24
Tabela 5 - Resistência de dosagem à compressão (fc28,méd - MPa) e abatimento (cm) de concretos produzidos em obras de pequeno porte na cidade de Bauru/SP. ... 29
Tabela 6 – Traços das obras analisadas (em litros) ... 40
Tabela 7 – Valores de compressão de todos os corpos de prova, média por obra e valores de fck ... 41
Tabela 8 – Umidade dos agregados miúdos ... 41
Tabela 9 – Umidade dos agregados graúdos... 42
Tabela 10 – Massas específicas dos agregados graúdos ... 42
Tabela 11 – Massas específicas dos agregados miúdos ... 43
Tabela 12 – Massa retida acumulada em (g), para as amostras de agregados miúdos ... 44
Tabela 13 – Massa retida acumulada em (g), para as amostras de agregados graúdos ... 44
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR – Norma Brasileira
IBRACOM – Instituto Brasileiro do Concreto
IPT/EPUSP – Método de dosagem de concreto elaborado pelo Instituto de Pesquisas Técnológicas do estado de São Paulo
SNIC – Sindicato Nacional da Indústria de Cimento MPa – Mega Pascal
NM – Normatização Mercosul kN – Quilonewton
fck – Resistência característica a compressão fc28,med – Resistência média aos 28 dias de idade SANEPAR – Companhia de Saneamento do Paraná
1 INTRODUÇÃO ... 9 1.1 JUSTIFICATIVA ... 10 1.2 OBJETIVOS ... 11 1.2.1 Objetivo Geral ... 11 1.2.2 Objetivos Específicos ... 11 1.3 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA ... 11 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 13 2.1 CONCRETO ... 13 2.1.1 Cimento Portland ... 14
2.1.2 Agregados para Produção do Concreto ... 17
2.1.3 Propriedades do Concreto no Estado Fresco ... 18
2.1.4 Concreto no Estado Endurecido ... 20
2.2 CONTROLE DE QUALIDADE ... 22
2.3 MÉTODOS DE DOSAGEM ... 24
2.3.1 Método de Dosagem de Concreto do IPT/EPUSP ... 25
2.4 ESTRUTURAS PARA OBRAS DE PEQUENO PORTE ... 28
2.5 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM OBRAS DE PEQUENO PORTE ... 28
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 30
3.1 CARACTERIZAÇÃO DAS OBRAS E NÚMERO DE AMOSTRAS ... 31
3.2 COLETA DO MATERIAL ... 31
3.3 COLETA DOS CORPOS DE PROVA E SLUMP TEST... 32
3.4 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 33
3.5 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS GRANULARES ... 34
3.5.1 Determinação do Teor de Umidade ... 35
3.5.2 Determinação da Massa Específica dos Agregados Graúdos ... 35
3.5.3 Determinação da Massa Específica dos Agregados Miúdos... 36
3.5.4 Ensaio de Caracterização Granulométrica ... 36
3.6 Elaboração das Curvas de Dosagem ... 36
4 RESULTADOS E DISCUÇÕES ... 38
4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS OBRAS SELECIONADAS ... 38
4.2 TRAÇOS E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ... 40
4.3 PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO E ENDURECIDO ... 46
4.4 ELABORAÇÃO DE GRÁFICOS DE DOSAGEM ... 48
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 51
5.1 CONCLUSÕES ... 51
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 52
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 53
1 INTRODUÇÃO
A engenharia é composta de áreas diversas, porém todos os conhecimentos convergem para um ponto comum que seria a construção de um sistema que possa garantir a solução de um determinado “problema” seja ele de moradia, transposição de caminhos, melhoria de condição publica, etc. Segundo Bauer (2000) é essencial ter o conhecimento prévio de todos os materiais que serão aplicados a sua atividade, com o intuito de entender e controlar os resultados esperados pelos mesmos.
A busca pelo controle de qualidade na engenharia civil se deve pelo fato das edificações não apresentarem a durabilidade esperada. E principalmente ao alto índice de reformas precoces necessárias para que a edificação mantenha o seu princípio fundamental construtivo, reformas essas que demandam recursos financeiros e podem ser evitadas se a obra for planejada e construída seguindo determinados padrões de qualidade.
A utilização dos métodos de dosagem dos concretos visa à aplicação de um controle de qualidade do processamento do concreto produzido em obra, estes procedimentos de dosagem são utilizados principalmente por grandes empresas de fornecimento de concreto. Para obras de pequeno porte ainda são utilizados métodos empíricos de dosagem que implicam em consumo de materiais que poderiam ser minimizados ou até mesmo acrescidos.
Uma boa dosagem deve apresentar uma resistência característica real do concreto, condizente com aquela calculada. Isso pode ser obtido em traços feitos em laboratórios, pois eles são feitos com total controle dos componentes. Mas quando o concreto é preparado in loco, existem variáveis como: a umidade, água inapropriada, excesso de partículas de solo, que podem interferir na resistência final do concreto.
Segundo Barboza e Bastos (2008) os traços empregados em obra normalmente utilizam de conceitos e tabelas antigas, que se tornaram ultrapassadas devido às atualizações das normas. Portanto são necessários novos estudos, que possam garantir que os padrões atuais sejam contemplados no dimensionamento da dosagem do concreto.
A análise da resistência à compressão, das amostras de concreto feito in
porte, estejam atendendo as resistências mínimas estipuladas pela NBR 6118 (ABNT, 2014). Neste sentido este trabalho apresenta um estudo dos traços adotados, destes concretos feitos em obra, e uma análise das suas resistências.
De acordo com Barboza e Bastos (2008), o concreto feito em obra, ainda torna-se necessário e viável, em alguns casos. Pois em obras de pequeno porte o volume de concreto utilizado nos elementos estruturais, como os pilares, não é maior que o volume mínimo vendido pelas indústrias de concreto inviabilizando assim a compra do concreto usinado.
1.1 JUSTIFICATIVA
Segundo Lima (2005) a problemática da habitação está relacionada aos parâmetros de: qualidade, custo e durabilidade. No entanto, os meios de produção de concreto elaborados in loco tendem a ter uma menor preocupação com o controle de qualidade de seus materiais.
A baixa resistência do concreto com função estrutural pode gerar diversas patologias. É comum que em obras de pequeno porte não seja feito o controle tecnológico das betonadas de concreto, nem parcial tampouco total. Sendo assim, não se tem uma estimativa de quanta carga as peças moldadas realmente irão suportar, o que pode ocasionar fissurações, flechas nas vigas, ou até mesmo a ruptura dos elementos.
A preocupação com a resistência dos concretos elaborados in loco se deve pelo grande volume de obras, em sua maior parte residencial, que utilizam deste tipo de procedimento para a confecção dos elementos estruturais, tais como: vigas, pilares e fundações.
Nesse sentido, o presente trabalho se justifica ao promover as reais interferências no processo de produção do concreto em obras de pequeno porte, que refletem na resistência à compressão do concreto, objetivando uma melhora nas condições do controle de qualidade das obras.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Analisar a resistência à compressão de concretos produzidos em construções de pequeno porte na cidade de Toledo-PR.
1.2.2 Objetivos Específicos
Avaliar a resistência à compressão axial média e característica dos concretos produzidos in loco em obras de pequeno porte em Toledo-PR.
Obter dados, com base em resultados de ensaios experimentais, para auxiliar na elaboração de um diagrama de dosagem empírica para concretos feitos
in loco.
Avaliar a relação entre as dosagens dos concretos e as suas respectivas resistências à compressão.
Analisar os fatores que interferem na resistência à compressão dos concretos produzidos em obras.
Verificar o controle de qualidade utilizado na produção do concreto nas obras de pequeno porte.
1.3 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA
O estudo limitou-se a edificações que atendam aos quesitos de obras de pequeno porte, definido pelo Instituto Brasileiro do Concreto IBRACON (2003). Foram avaliadas obras localizadas na cidade de Toledo-PR, que produzem concreto no próprio canteiro, para utilização em vigas, pilares blocos de fundação, ou qualquer outro elemento estrutural. Para a realização das comparações de
resistência e do método de dosagem IPT/EPUSP foram escolhidas obras que utilizem o mesmo tipo de cimento, que para está pesquisa foi o CPII-Z-32.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CONCRETO
Dentre os produtos mais utilizados nas obras relacionadas à engenharia civil encontra-se o concreto, podendo este ser feito em in loco ou adquirido com empresas especializadas na confecção do produto e que possuem um maior controle tecnológico em sua produção.
O concreto, no sentido mais amplo, é qualquer produto ou massa produzido a partir do uso de um meio cimentante. Geralmente esse meio é o produto da reação entre um cimento hidráulico e água, mas atualmente mesmo essa definição pode cobrir uma larga gama de produtos. O concreto pode ser produzido com vários tipos de cimento e também conter pozolanas, com cinza volante, escória de alto-forno, sílica ativa, adições minerais, agregados de concreto reciclado, aditivos, polímeros e fibras. (NEVILLE; BROOKS, 2013, p.02).
Segundo SNIC (2013) o concreto feito com cimento Portland é um dos materiais mais usados no mundo. Yazigi (2009) descreve que a composição deste tipo de material é formada pela junção, de um aglomerante (cimento Portland) misturado com um ou mais agregados e água. Ao final, a mistura deve oferecer uma devida plasticidade que facilite a trabalhabilidade e o transporte do material durante seu estado fresco. Em seu estado enrijecido deve proporcionar a resistência à tração e compressão pretendidas na elaboração do projeto. Tais características como plasticidade, permeabilidade e resistência, não necessitam da dependência exclusiva da mistura citada, podendo ser otimizadas de acordo com a necessidade pelo uso de aditivos.
De acordo com Bastos (2006), a história do concreto permeia desde as décadas anteriores a Cristo, sendo que o modo operante do material foi evoluindo conforme as civilizações foram acumulando os conhecimentos e criando uma necessidade por técnicas construtivas que pudessem sanar suas carências.
Isaia (2011) retrata que povos antigos, como os gregos e romanos foram os principais percursores de tecnologias ligadas ao uso do concreto, posteriormente tanto na idade moderna quanto na idade contemporânea as construções mantiveram-se limitadas. Em 1796 foi patenteado um meio de produzir cimento hidráulico a partir da calcinação de nódulos de calcário com argila, método este que teria contribuído para a criação das técnicas atuais da produção do cimento Portland.
De acordo com Carvalho (2008) a demora na inserção global do concreto se deve ao desenvolvimento do nível de conhecimento através das décadas, pois houve uma demora de aproximadamente vinte séculos desde a sua descoberta para a sua popularização.
Segundo Isaia (2011), essa popularidade do material se deve ao uso do concreto nas construções de 1945, pós Segunda Guerra Mundial, cujas necessidades para reconstrução dos locais afetados se encaixavam com as principais características do concreto, tais como: alta disponibilidade em quase todo o globo, a versatilidade de moldagem em seu estado fresco, facilidade de execução, durabilidade e o seu baixo custo.
2.1.1 Cimento Portland
Cimento Portland é o nome dado ao cimento obtido pela mistura íntima de calcário, argila ou outros materiais silicosos, alumina e materiais que contenham óxido de ferro. Essa mistura é queimada à temperatura de clinquerização, sendo o material resultante dessa queima, o clínquer, moído. (NEVILLE; BROOKS, 2013, p.08).
Entre os avanços tecnológicos dentro da produção do concreto destaca-se a descoberta do cimento Portland e do concreto armado que acabou intensificando os métodos construtivos e concretizando a grande produção de cimento para suprir as necessidades do material conforme apresentado na Tabela 1.
Tabela 1 – Produção mundial de cimento e consumo per capita entre 1910 e 2010 Ano Produção de cimento 106 ton. População mundial 109 habitantes Produção per capita kg/habitante 1910 30 1,5 20 1925 150 2,0 75 1940 400 2,2 180 1955 600 2,7 220 1974 1000 4,0 250 2000 1650 6,0 275 2010 3000 6,9 435 Fonte: (http://www.cemnet.com/cement-history/portland-cement.aspx.)
De acordo com SNIC (2013), no ano de 2013 foram consumidas 71,0 milhões de toneladas de cimento no Brasil, gerando um consumo per capita de 353 kg/habitante, ficando assim abaixo do consumo per capita mundial de aproximadamente 550. Mesmo assim a representatividade mundial do Brasil é considerável e crescente sendo, em 2012, o maior produtor de concreto na América Latina e o quinto maior em nível global, com uma produção de 69,8 milhões de toneladas. Com relação ao consumo de concreto no Brasil a nível mundial, ele encontrava-se, em 2012, na quarta colocação com um consumo de aproximadamente 69,3 milhões de toneladas e com uma taxa per capita (kg/habitante) de 348 como mostrado na Figura 1.
Figura 1 – Consumo per capita de cimento em 2012 (em kg/hab) Fonte: (http://www.snic.org.br/pdf/RelatorioAnual2013final.pdf)
Segundo Bauer (2000), existem algumas características físicas e químicas de grande influência no comportamento do cimento, tais como a finura, o tempo de pega e sua resistência. A finura do material é responsável pela velocidade da reação de hidratação, sendo que o aumento da finura pode melhorar a resistência, diminuir a exsudação, aumentar a trabalhabilidade da pasta de concreto e a impermeabilidade do produto final.
O tempo de pega do cimento seria o tempo desde a hidratação do concreto até o início de seu enrijecimento químico, ou seja, período em que não seja mais aconselhável a prática da sua trabalhabilidade. De acordo com Neville e Brooks (2013) o tempo de pega pode ser definido genericamente pela mudança da pasta de cimento do estado líquido para o rígido, havendo assim uma elevação na temperatura da mistura. O tempo de pega pode ser alterado com o uso de aditivos químicos que atendam a necessidade de acelerar ou desacelerar o processo.
A resistência do cimento (Tabela 2) de acordo com Yazigi (2009) irá variar de acordo com a sua classificação que pode ser:
· Cimento Portland comum (CP I): com adição de escória, pozolana ou filer; · Cimento Portland composto (CP II): com adição de escória, pozolana ou filer; · Cimento Portland de alto forno (CP III): com adição de escória;
· Cimento Portland pozolânico (CP IV) : com adição de pozolana; · Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI).
Tabela 2 – Resistência do cimento de acordo com a sua classificação Sigla Classe de
resistência
Resistência mínima à compressão aos 7 dias de idade
(MPa)
Resistência mínima à compressão aos 28 dias de idade
(MPa) CP I 25 15 25 32 20 32 40 25 40 CP II 25 15 25 32 20 32 40 25 40 CP III 25 15 25 32 20 32 40 23 40 CP IV 25 15 25 32 20 32 CP V-ARI - 34 - Fonte: Yazigi (2009, p.228)
2.1.2 Agregados para Produção do Concreto
A definição de agregados pode ser entendida como “material granular, sem forma e volume definidos, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia” (YAZIGI, 2009, p.218).
De acordo com o ensaio de granulometria apresentado na NBR NM248 (ABNT, 2003), a classificação do agregado quanto à dimensão dos grãos, pode ser em agregados graúdos e agregados miúdos. Onde de acordo com a NBR 7211 (ABNT, 2009) são considerados agregados graúdos aqueles passantes na peneira de 152mm e retidos na malha 4,75mm. Já os agregados miúdos são os passantes na peneira de 4,7mm e retidos na 0,075mm.
De acordo com Yazigi (2009), os agregados graúdos do tipo pedra britada podem ser divididos, por razões comerciais, como:
· Pedrisco: de 4,8mm a 9,5mm; · Pedra britada 1: de 9,5mm a 19mm; · Pedra britada 2: de 19mm a 38mm; · Pedra britada 3: de 38mm a 76mm; · Pedra-de-mão: maior que 76mm.
Segundo Bauer (2000) os agregados miúdos compostos principalmente pelas areias podem ser classificados, por razões comerciais, como:
· Areia fina: de 0,15mm a 0,6mm; · Areia média: de 0,6mm a 2,4mm; · Pedra britada 2: de 2,4mm a 4,8mm.
A NBR 7211 (ABNT, 2009) classifica as areias em quatro faixas, sendo as três citadas acima, acrescida de uma classificação como muito finas, inferiores a 0,15mm.
A umidade dos agregados depende muito da condição com que os mesmos encontram-se armazenados em obra, ocorrendo variações em função das condições meteorológicas. A umidade apresenta variações entre os tipos de agregado, devido às diferentes propriedades físicas, não sendo possível associar a umidade do agregado miúdo ao agregado graúdo.
Como a absorção representa a água contida no agregado na condição saturado superfície seca, o teor de umidade pode ser definido como a água excedente a essa condição. Portanto, o conteúdo total de água em um agregado úmido é a soma da absorção e do teor de umidade. (NEVILLE; BROOKS, 2013, p.55).
A massa específica dos agregados pode ser entendida como a massa pura do material, ou seja, o volume do material subtraído de todos os seus poros. Bauer (2000) define massa específica aparente, que seria o valor da massa do agregado por volume, podendo variar de acordo com o grau de adensamento que ele se encontra em seu estado natural solto, ou seja, seria o volume do material somado aos vazios. Para definir os valores de massa específica dos agregados graúdos e miúdos são utilizados os procedimentos preconizados nas normas NBR NM53 (ABNT, 2009) e NBR NM52 (ABNT, 2009).
2.1.3 Propriedades do Concreto no Estado Fresco
Diante da apresentação de todos os componentes do concreto convencional vê-se a necessidade de apresentar as propriedades do concreto fresco e sua influência sobre o resultado estrutural final sobre as construções. Dentre as características do concreto fresco a de maior importância é sua trabalhabilidade.
“A trabalhabilidade pode ser definida como a quantidade de trabalho útil necessário para a obtenção do adensamento total” (NEVILLE; BROOKS, 2013, p.79).
Bauer (2000) retrata a trabalhabilidade como um fator fundamental com a intenção da obtenção da compacidade que proporcione a máxima densidade possível. Dentre os fatores que podem interferir na trabalhabilidade destaca-se a consistência, que pode ser entendida como a facilidade do concreto fresco em escoar. A consistência do concreto, cujas propriedades podem ser afetadas pelo teor de água por mistura seca, aditivos, temperatura e granulometria dos agregados, podem ser analisadas de diversas formas, entre as mais convencionais está o ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test).
Conforme a NBR NM 67 (ABNT, 1998) o ensaio de abatimento do tronco de cone é realizado utilizando um tronco de cone metálico (Figura 2), o qual é preenchido com concreto, devidamente adensado, sendo então removido o molde. A trabalhabilidade é relacionada com a variação da altura final do material, conforme sequência representada na Figura 3.
Figura 2 – Molde para realização do ensaio Fonte: NBR NM 67 (ABNT, 1998)
Figura 3 – Sequência do ensaio de Slump Test Fonte: Itambé (2011)
A trabalhabilidade está relacionada à facilidade de aplicação do concreto, sendo que para cada função a ser exercida pelo material é necessário uma trabalhabilidade diferente. Se a aplicação for em uma peça com a presença de armaduras de aço, é mais fácil lançar um concreto com maior trabalhabilidade, ou seja, mais fluido para facilitar o adensamento.
2.1.4 Concreto no Estado Endurecido
O concreto pode ser classificado em seu estágio final como endurecido, sendo que este estágio do material é compreendido na fase a partir da sua pega. Andrade e Tutikian (2011) mencionam diversas características e propriedades do concreto endurecido, mas de forma geral é dada ênfase a abordagem quanto à resistência mecânica e fatores que a influenciam como a relação água/cimento, a idade do concreto, o tipo de agregado utilizado e o tipo de cimento.
A característica de maior expressão quando se analisa o concreto em seu estado endurecido, é a sua resistência à compressão, são também as resistências à tração e cisalhamento, além de parâmetros de durabilidade relacionados a esta resistência. A NBR 5739 (ABNT, 2007) apresenta o procedimento para determinação da resistência à compressão axial do concreto através de corpos de prova, que devem ser preparados conforme a NBR 5738 (ABNT, 2015).
Os corpos de prova podem ser cilíndricos ou prismáticos, devendo o preenchimento ser realizado em camadas devidamente adensadas, garantindo assim, que as amostras tenham uma melhor representatividade da estrutura real. Durante a preparação dos corpos de prova a serem ensaiados é necessário, caso o adensamento pretendido for manual, ater-se a Tabela 3 que descreve o número de golpes e camadas de acordo com a dimensão do molde adotado.
Tabela 3 - Número de camadas para moldagem dos corpos de prova Tipo de corpo-de-prova Dimensão básica (d) mm
Número de camadas em função
do tipo de adensamento para adensamento Número de golpes manual Mecânico Manual Cilíndrico 100 1 2 12 150 2 3 25 200 2 4 50 250 3 5 75 300 3 6 100 450 5 - - Prismático 100 1 1 75 150 1 2 75 250 2 3 200 450 3 - - Fonte: NBR 5738 (ABNT, 2015)
Após a moldagem os corpos de prova devem ser submetidos a um processo de cura, visando o melhor desempenho da resistência e durabilidade das peças. Neville e Brooks (2013) definem a cura como sendo um procedimento físico-químico, com o intuito de realizar a hidratação do cimento e desenvolver a resistência. O procedimento mais usual nas obras em geral, é a cura úmida, que seria um meio de aplicar água sobre a estrutura com intuito de reduzir a temperatura e controlar o fluxo de água de dentro para fora do material e vice-versa.
Segundo Bauer (2000) o tempo e as boas condições da cura tornam-se necessários para minimizar as fissurações e reduzir as chances do enfraquecimento do concreto.
Antes da realização do ensaio de resistência a compressão os corpos de prova devem ter suas faces retificadas através de um aparelho retificador, garantindo assim que as tensões sejam distribuídas uniformemente quando realizado o ensaio de compressão. É necessário que a cura úmida dos corpos de prova seja garantida através da NBR 9479 (ABNT, 2006).
Os corpos de prova devem ser ensaiados nas idades cuja representatividade de seu valor de resistência atenda aos parâmetros esperados, conforme a NBR 5739 (ABNT, 2007). É possível estipular uma idade de 28 dias para romper os corpos de prova com uma tolerância de até 24 horas. A idade adotada se deve ao fato de que, posteriormente a essa data a resistência do concreto irá aumentar em
pequena quantidade com longos prazos, e o valor não tem grande expressividade quando comparado à resistência obtida nos 28 primeiros dias.
2.2 CONTROLE DE QUALIDADE
Em uma obra onde o concreto utilizado é feito in loco torna-se difícil ter total controle sobre os resultados obtidos da mistura, pois esta depende de diversos fatores como o transporte, o lançamento, o adensamento, o ambiente, a composição, etc.
Helene e Terzian (1992) determinam a palavra controle, como um conjunto de procedimentos técnicos, a partir dos quais é possível obter a qualidade esperada para uma boa funcionalidade do concreto. Qualidade pode ser definida como o processo de adequar-se a algo com o intuito de satisfazer o usuário.
Yazigi (2009) afirma que o controle na produção e estocagem do material empregado no concreto pode interferir em sua qualidade, fator esse refletido sobre as condições estruturais de sua obra posteriormente. Mesmo utilizando de um cimento de ótima qualidade e com a devida certificação, não é possível garantir que a resistência obtida ao final do processo seja a descrita na embalagem do produto, pois de acordo com Neville e Brooks (2013) “não é o cimento o material de construção, e sim o concreto” (NEVILLE; BROOKS, 2013, p.01).
Assim como os demais itens abordados, o controle de qualidade não é diferente, sendo ele exercido para que se possam ter menores perdas na resistência do concreto. Tendo agregados de boa qualidade a resistência ficaria por conta da pasta de cimento e água, mas a mão de obra assim como afirma Bauer (2000) possui grande parcela no resultado final, juntamente com o tipo de equipamento utilizado para realizar a produção do concreto.
Segundo Helene e Terzian (1992) torna-se inadequado o gestor admitir o controle de qualidade somente na fase de aplicação do concreto e as posteriores a essa, pois antes a isto devem ser atendidas as análises nas matérias primas adotadas e em seu armazenamento.
Com o intuito de padronizar ou nortear os meios de garantir uma boa gestão da qualidade na produção do concreto é possível seguir os procedimentos de
armazenagem e conceitos de dosagem e saneamento dos dados propostos pela NBR 12655 (ABNT, 2015). Referente ao saneamento dos dados é possível utilizar do controle estatístico apresentado na referida norma com intenção de obter valores característicos de resistência para as amostras de corpos de prova.
Para o cálculo da resistência característica de casos excepcionais com amostras parciais, é necessário a aplicabilidade das condições em que as amostras foram preparadas, conforme apresentado no Quadro1.
Condições de
preparo de concreto Descrição
Desvio Padrão em MPa
A
(aplicável a todas as classes de concreto) o cimento e os agregados são medidos em massa, a água de amassamento é medida em massa ou volume com dispositivo dosador e corrigida em função da umidade dos agregados.
4,0
B
(aplicável às classes C10 até C20) o cimento é medido em massa, a água de amassamento é medida em volume mediante dispositivo dosador e os agregados medidos em massa combinada com volume.
5,5
C
(pode ser aplicada apenas aos concretos de classe C10 e C15): o cimento é medido em massa, os agregados são medidos em volume, a água de amassamento é medida em volume e a sua quantidade é corrigida em função da estimativa da umidade dos agregados e da determinação da consistência do concreto.
7,0
Quadro 1 – Desvio padrão em função da condição de preparo Fonte: NBR 12655 (ABNT, 2015)
A partir das condições de preparo, utilizar um coeficiente Ψ6 (Tabela 4) para aplicar na Equação 1 ,ambos apresentados na NBR 12655 (ABNT, 2015), e obter assim o valor de resistência característica.
Tabela 4 – Valores de Ψ6 Condição de preparo Número de exemplares 2 3 4 5 6 7 8 10 12 14 ≥ 16 A 0,82 0,86 0,89 0,91 0,92 0,94 0,95 0,97 0,99 1,00 1,02 B ou C 0,75 0,80 0,84 0,87 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,00 1,02 NOTA Os valores de n entre 2 e 5 são empregados para os casos excepcionais
Fonte: NBR 12655 (ABNT, 2015)
݂ ൌ ߰כ ݂ଵ ( 1 )
Onde:
· ݂ = resistência característica à compressão, em MPa
· ߰ = é dado pela Tabela 4, para os números de exemplares de 2 a 5 · ݂ଵ = menor valor de resistência á compressão dos exemplares, em MPa
Segundo a NBR 12655 (ABNT, 2015), cada exemplar é constituído de dois corpos de prova da mesma amassada, moldado no mesmo ato e ensaiado para a mesma idade.
2.3 MÉTODOS DE DOSAGEM
Em um breve histórico Helene e Terzian (1992) mencionam que desde as primeiras utilizações do concreto houve uma preocupação sobre as quantidades a serem utilizadas de cada material. Porém, como os esforços solicitantes eram baixos as dosagens adotadas eram feitas de maneira empírica. Com o passar dos anos as construções de maior porte e carga acabaram influenciando para o desenvolvimento de dosagens mais precisas do concreto, objetivando assim, um melhor desempenho de todos os seus constituintes.
Neville e Brooks (2013) definem dosagem como um processo cujo objetivo é a produção de um concreto econômico e que proporcione a resistência e a trabalhabilidade pretendida em projeto, utilizando materiais em proporções adequadas. A economia no traço pode ser obtida com a mínima proporção de
cimento, que seria o material mais caro da mistura, mas sem prejudicar a resistência pretendida, a trabalhabilidade e a durabilidade da peça estrutural.
2.3.1 Método de Dosagem de Concreto do IPT/EPUSP
O método desenvolvido por Helene e Terzian (1992) se fundamenta em conceitos de que a relação água/cimento seria a peça fundamental da dosagem do concreto, sendo que com essa relação bem estipulada e com os materiais apropriados a resistência torna-se adequada e o custo do concreto minimizado. É possível ainda afirmar que quanto maior a dimensão do agregado utilizado e menor o valor do slump test, mais econômico se torna o produto final.
Para a elaboração do método IPT/EPUSP, Helene e Terzian (1992), estipularam traços com três teores de argamassas diferentes com os mesmos agregados. Posteriormente, fixaram um teor de argamassa para elaboração de três dosagens com agregados distintos em cada uma.
Para a composição dos quadrantes do diagrama de dosagem (Figura 4) é necessário a compreensão das Equações 2 a 5 que representam respectivamente a Lei de Abrams, Lei de Lyse, Lei de Molinari e teor de argamassa seca.
݂ ൌ ݇ଵ ݇ଶȀ ( 2 ) ݉ ൌ ݇ଷ ݇ସכ ܽȀܿ ( 3 ) ܥ ൌ ͳͲͲͲȀሺ݇ହ ݇ ݉ሻ ( 4 ) ןൌ ሺͳ ܽሻȀሺͳ ݉ሻ ( 5 )
Onde:
· ݂ = resistência à compressão axial, à idade ݆, em MPa · ܽȀܿ = relação água/cimento em massa, em kg/kg
· ܽ = relação agregado miúdo seco/cimento em massa, em kg/kg · ݉ = relação agregado seco/cimento em massa, em kg/kg
· ߙ = teor de argamassa seca (deve ser constante para uma determinada situação), em kg/m³
· ݇ଵǡ ݇ଶǡ ݇ଷǡ ݇ସǡ ݇ହ݁݇ = constantes que dependem exclusivamente dos materiais (cimento, agregados miúdos, agregados graúdos e aditivos)
Figura 4 – Digrama de Dosagem pelo Método IPT/EPUSP Fonte: Helene e Terzian (1992)
Para a análise do terceiro e último quadrante seguindo o sentido horário é necessário o uso das leis complementares apresentadas nas seguintes equações:
ܥ ൌ ͳ ሺͳͲͲͲ כ ܽݎሻ ߛ ܽߛ ߛ ܽȀܿ
( 7 )
ܥ כ ܽȀܿ ( 8 )
Onde:
· ܥ = consumo de cimento por metro cúbico de concreto adensado, em kg/m³ · ߛ = massa específica do concreto, medida no canteiro, em kg/m³
· ߛ = massa específica do cimento, em kg/dm³
· ߛ = massa específica do agregado miúdo, em kg/dm³ · ߛ = massa específica do agregado graúdo, em kg/dm³
· ܽݎ = teor de ar incorporado e/ou aprisionado por metro cúbico, em dm³/m³ (adotar segundo o método 1% do valor total)
· = relação agregados graúdos secos/cimento em massa, em kg/kg
O método IPT/EPUSP baseia-se que o concreto será lançado em suas devidas formas e adensado apropriadamente. É necessário também garantir que o fator água/cimento atenda as recomendações do Quadro 2.
Relação
água/cimento Recomendação
≤ 0,65 Para peças protegidas e sem risco de condensação de umidade ≤ 0,55 Para peças expostas a intempéries, em atmosfera urbana ou rural ≤ 0,48 Para peças expostas a intempéries, em atmosfera industrial ou marinha
Quadro 2 – Relação água cimento adequada Fonte: Helene e Terzian (1992)
Os cálculos referentes a resistência da dosagem devem atender aos quesitos da NBR 12655 (ABNT, 2015) sob a utilização da Equação 1.
2.4 ESTRUTURAS PARA OBRAS DE PEQUENO PORTE
Segundo IBRACON (2003) as estruturas construtivas podem se classificar em três níveis segundo sua complexidade, sendo que as estruturas de nível 1 são as mais simples e podem ser nomeadas de estruturas ou obras de pequeno porte. As compreendidas no nível 2, são aquelas que podem ter elementos protendidos e que considera as ações dos ventos. Já as nível 3, são aquelas mais complexas que não permitem simplificações e deverá ser aplicada integralmente a NBR 6118 (ABNT, 2014).
São consideradas obras de nível 1, aquelas compostas por até quatro pavimentos e que não possuam protensão, vãos de lajes maiores que quatro metros, balanços maiores que dois metros e ,tampouco, empuxos causados por terras opostas as faces estruturais. As sobrecargas utilizadas para essa classificação não devem ser superiores a 3kN/m² e os elementos estruturais tais como pilares e vigas não devem exceder o tamanho de quatro metros e seis metros respectivamente.
Estruturas de pequeno porte, não devem estar enquadradas em ambientes de alta agressividade química. Para efeito de projeto, não são consideradas as ações do vento em estruturas dessa magnitude, desde que os demais requisitos estruturais delimitados pela NBR 6118 (ABNT, 2014).
2.5 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM OBRAS DE PEQUENO PORTE
Barboza e Bastos (2008), tratam as dosagens feitas in loco como ultrapassadas, pois eles afirmam que a maioria destes traços são baseados em tabelas e normas muito antigas, que não condizem com as atualizações na NBR 14931 (ABNT, 2004). A disponibilidade de materiais melhores para a produção do concreto é uma constante, existem diversas pesquisas em busca de um aprimoramento das técnicas construtivas, isso se deve pela expansão da construção civil e sua significância.
Para provar que as resistências obtidas em concretos, produzidos em obras, nem sempre atendem ao valor mínimo normatizado, Barboza e Bastos (2008) coletaram amostras em 12 obras de pequeno porte na cidade de Bauru-SP. Essas amostras foram ensaiadas à compressão e ao abatimento de cone, conforme apresentados na Tabela 5.
Tabela 5 - Resistência de dosagem à compressão (fc28,méd - MPa) e abatimento (cm) de
concretos produzidos em obras de pequeno porte na cidade de Bauru/SP.
Obra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
fc28,méd 6,62 9,87 9,76 11,77 5,61 10,77 17,49 10,33 11,97 13,33 7,38 22,07 8,44
Abatimento 11 20 20 15 - 19 21 11 20 20 14 16 20
Fonte: Barboza e Bastos (2008).
Os resultados de compressão são referentes à média de dois corpos de prova ensaiados à 28 dias após a moldagem. É possível notar que existe uma grande variação nos resultados de compressão, e que nem sempre aquele concreto mais fluido, com mais água em sua composição, é o de menor resistência.
3 PROGRAMA EXPERIMENTAL
O presente trabalho foi realizado em quatro etapas, conforme apresentado na Figura 5.
Figura 5 – Fluxograma do programa experimental
Na primeira etapa foram selecionadas obras de pequeno porte que se enquadravam na delimitação da pesquisa definida no item 1.3.
A segunda consistiu-se na coleta do material utilizado, que era concreto com função estrutural, produzido no canteiro de obra, e os agregados constituintes da mistura. A água utilizada não foi coletada, sendo realizada, apenas uma análise visual, pois se tratava de água fornecida pela companhia de saneamento do local, a qual apresenta mensalmente resultados de conformidade e potabilidade da água.
Na terceira etapa foram realizados ensaios em laboratório para caracterização mecânica e física do concreto e dos agregados utilizados para sua confecção.
Na quarta etapa, os resultados obtidos foram incorporados ao diagrama de dimensionamento do método IPT/EPUSP e analisado a relação entre os traços adotados e as resistências à compressão, dos concretos obtidos em campo.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DAS OBRAS E NÚMERO DE AMOSTRAS
Para a realização da pesquisa foram escolhidas aleatoriamente seis obras enquadradas no padrão de obras de pequeno porte, definidas pelo IBRACON (2003) e localizadas na cidade de Toledo, Paraná. As obras apresentavam características semelhantes em seus materiais, como o cimento adotado, e variedades nos traços, possibilitando assim a comparação dos resultados.
Durante a seleção das obras foram visitadas doze obras, mas algumas foram descartadas. Essas obras foram rejeitadas por diversos motivos tais como: ausência de cooperação dos funcionários, realização da mistura sem medir os constituintes do concreto e não usar o mesmo tipo cimento adotado na pesquisa (CPII-Z-32).
Para o estudo foram coletadas amostras de seis obras, sendo que de cada uma foram retirados seis corpos de prova totalizando assim um total de 36 amostras. De acordo com a NBR 12655 (ABNT, 2015), as amostras se enquadram em casos excepcionais, pois possuem três exemplares por obra. A composição do gráfico de dosagem do IPT/EPUSP faz necessário no mínimo três traços diferentes de concreto.
Para a confirmação das obras escolhidas foi apresentado um termo de aceitação à pessoa responsável pela obra, localizado no Apêndice A deste trabalho, e somente após a autorização mediante assinatura do mesmo é que a obra foi enquadrada no referido estudo. Esse termo tem por finalidade, pedir a colaboração do proprietário para a retirada das amostras dos materiais utilizados na confecção do concreto, produzido in loco com função estrutural, e amostras do próprio concreto. A privacidade da obra foi mantida, pois somente os resultados obtidos através dos ensaios foram citados no trabalho. Não foram mencionados os proprietários nem os endereços das referidas obras.
3.2 COLETA DO MATERIAL
Os materiais granulares, areia e pedra britada, utilizados nas análises de laboratório, foram coletados nas obras escolhidas atendendo as quantidades
mínimas necessárias para sua caracterização, conforme normas específicas. Para manter a umidade dos materiais granulares recolhidos, foram utilizados sacos plásticos, garantindo assim uma menor variabilidade das condições reais do ambiente de armazenagem em obra que as amostras se encontram.
Antes da preparação do concreto, os recipientes utilizados para abastecimento da betoneira foram medidos, com o intuito de obter-se o volume de cada material usado, estipulando assim o traço utilizado para produzir as amostras.
Em todas as obras, cujas amostras foram retiradas, os materiais constituintes do concreto eram medidos em baldes, com exceção do cimento que normalmente era adicionado um saco inteiro por betonada.
As análises dos constituintes do concreto foram retiradas de somente uma betonada aleatória, visto que os funcionários da produção de concreto sempre são os mesmos e as medidas adicionadas devem seguir um traço. É possível que haja variações das quantidades dos materiais do concreto no decorrer da obra, mas para analise deste trabalho foi considerado que as betonadas eram compostas sempre das mesmas quantidades de cada material.
Também foram coletadas as informações gerais da obra, como: existência de projeto estrutural e fck adotado, tipo de peça a ser confeccionado, o tipo de construção e método de dosagem do concreto.
3.3 COLETA DOS CORPOS DE PROVA E SLUMP TEST
Antes da moldagem dos corpos de prova, foram realizados ensaios de consistência pelo abatimento do tronco de cone (slump test) conforme a NBR NM 67 (ABNT, 1998).
A moldagem dos corpos de prova, cilíndricos de 10x20 cm, foi executada seguindo o procedimento de adensamento manual exemplificado na NBR 5738 (ABNT, 2015), formado por duas camadas com 12 golpes em cada uma. Como previsto em norma, para amostras com abatimento de cone superiores a 160mm, as camadas do molde foram reduzidas pela metade.
Em cada obra foram moldados seis corpos de prova, sendo mantidos por no mínimo 24 horas no local de moldagem e então transportados até o laboratório de
materiais de construção da UTFPR. Após essas 24 horas os corpos de prova foram desmoldados e em seguida imersos em um tanque com água até a idade de 28 dias, realizando assim a cura úmida como indicada na NBR 9479 (ABNT, 2006).
3.4 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Antes de completar 28 dias de idade, os corpos de prova foram submetidos ao capeamento das suas faces irregulares (Figura 6), este procedimento foi realizado 7 dias antes da ruptura. E 24 horas após o capeamento as amostras retornaram para o tanque de água, para a cura da camada de cimento adicionada no processo.
Figura 6 – Capeamento dos corpos de prova
Os corpos de prova capeados foram submetidos ao ensaio de compressão axial, conforme está preconizado na NBR 5739 (ABNT, 2007), utilizando uma prensa hidráulica EMIC modelo AC6.8 (PC200C) com carga máxima de 2000kN, conforme apresentada na Figura 7.
Figura 7 – Prensa hidráulica e corpo de prova após a ruptura
Para a análise das amostras de concreto retiradas em campo, foi feita uma média entre os valores dos ensaios de compressão, para cada uma das obras. Também foi avaliado o fck, obtido através da Equação 1, este valor foi comparado com a resistência mínima de 20 MPa, estipulada pela NBR 6118 (ABNT, 2014).
3.5 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS GRANULARES
Os materiais granulares, graúdos e miúdos, utilizados na produção dos concretos foram analisados, para determinar suas propriedades físicas e permitir a determinação dos traços utilizados nas obras. A caracterização foi composta de duas amostras por obra, garantindo assim uma maior representatividade.
3.5.1 Determinação do Teor de Umidade
O teor de umidade das amostras de agregados retiradas das obras foi determinado conforme procedimento descrito na NBR 9939 (ABNT, 1987), calculado pela Equação 9: ܹ ൌ ܯܯെ ܯ௦ כ ͳͲͲ ( 9 ) Onde: · ܹ = teor de umidade (%) · ܯ = massa úmida (g) · ܯ௦ = massa seca (g)
3.5.2 Determinação da Massa Específica dos Agregados Graúdos
Para a determinação da massa específica nos agregados graúdos as amostras foram preparadas conforme descrito na NBR NM53 (ABNT, 2009) e utilizada a Equação 10:
ߩ ൌ ܥ െ ܤܣ ( 10 )
Onde:
· ߩ = massa específica (g/cm³) · ܣ = massa do agregado seco (g) · ܤ = massa do material submerso (g)
3.5.3 Determinação da Massa Específica dos Agregados Miúdos
Na determinação da massa especifica dos agregados miúdos, as amostras foram preparadas conforme descrito na NBR NM52 (ABNT, 2009), ensaiadas com o uso do frasco de Chapman e analisadas através da Equação 11:
ߩ ൌ ܸ െ ʹͲͲ݉ ( 11 )
Onde:
· ߩ = massa específica (g/cm³) · ݉ = massa seca de areia (500 g) · ܸ = leitura do volume final (cm³)
3.5.4 Ensaio de Caracterização Granulométrica
Para a determinação da granulometria dos agregados analisados, as amostras foram quarteadas e preparadas conforme NBR NM248 (ABNT, 2003). O ensaio foi realizado utilizando as peneiras da série normal e intermediária, e com o uso de um peneirador mecânico.
3.6 ELABORAÇÃO DAS CURVAS DE DOSAGEM
Com os dados coletados e analisados foi elaborado um diagrama de dosagem semelhante ao proposto por Helene e Terzian (1992) (Figura 4).
O gráfico montado difere-se do gráfico apresentado na Figura 4 somente na quantidade de curvas, pois todos os ensaios foram realizados somente para 28 dias
de cura, sendo assim o gráfico apresentado ao final do estudo é composto de apenas uma curva em cada um dos quadrantes.
Para o primeiro quadrante os valores de resistência média foram dispostos no eixo referente à fcj, já para o eixo da relação água cimento usou-se os valores retirados durante a coleta de dados, que seria a massa em quilogramas da água dividida pela massa de cimento adotado. Para obtenção da massa da água adotou-se o peso específico de 1000 kg/m³ para a mesma. Tendo os valores dos dois eixos foi possível criar uma curva experimental, com a utilização do software Microsoft® Excel, que facilitou a estimativa da relação água/cimento que devemos utilizar, de acordo com a resistência que se pretende adotar em projeto.
O segundo quadrante é composto pelo eixo da relação água cimento, já calculada para a realização do primeiro quadrante, e pelo eixo da massa dos agregados secos, utilizando os valores de massa específica retirados dos ensaios já citados, dividido pela quantidade de cimento empregada. Gerando assim uma curva para a determinação da massa de agregados, também com o uso do Microsoft® Excel.
O terceiro quadrante é composto pelo eixo de massa seca por consumo de cimento, já descritos no quadrante anterior, e pelo eixo do consumo de cimento a cada metro cúbico de concreto, dados esses retirados da pesquisa de campo. A partir dos valores dos eixos é gerada no Microsoft® Excel a última curva.
Através do diagrama gerado é possível estabelecer um traço de concreto usual, usando somente a resistência média a compressão de projeto pretendida. Sendo um diagrama ele minimiza os cálculo de dosagem.
Como a pesquisa engloba todos os parâmetros da prática, os valores retirados do diagrama contem a precisão com o que realmente é adotado em obra. Ou seja, como os corpos de prova não são realizados em laboratório em condições ideais os resultados representam uma maior exatidão com o real, sendo o gráfico muito útil nas atividades práticas das obras de Toledo-PR.
Para que o gráfico experimental proposto tenha uma boa representatividade foram necessários diferentes traços de concreto, mas com o mesmo tipo de cimento. O gráfico obtido poderá ao final, determinar o traço que deve ser utilizado de acordo com a resistência média a compressão idealizada em projetos executados em Toledo-PR.
4 RESULTADOS E DISCUÇÕES
4.1 CARACTERIZAÇÃO DAS OBRAS SELECIONADAS
Todas as obras analisadas possuíam um local fechado para o armazenamento do cimento (CPII-Z-32) e os agregados estavam depositados ao ar livre e em contato com o solo.
A areia utilizada em todas as obras era proveniente de dragagem de rio e a pedra britada era de origem basáltica.
A água empregada na produção do concreto, proveniente da SANEPAR, era armazenada em um reservatório. Este mesmo reservatório também era usado para lavagem das mãos dos funcionários e de utensílios da obra.
O Quadro 3 apresenta as características de cada uma das obras selecionadas para o estudo. Em sua ultima coluna é possível relacionar com a Figura 8, que mostra as obras analisadas e seus canteiros.
Obra Tipo de Construção Elemento Estrutural Concretado
Tinha Projeto Estrutural
Slump
(mm) Figura
1 Casa térrea Pilar Não 18 8-A
2 Sobrado Vigas e lajes Sim 21 8-B
3 Sobrado Vigas baldrames Sim 10 8-C
4 Sobrado Bloco de fundação Sim 17 8-D
5 Sobrado Pilar Não 18 8-E
6 Casa térrea Vigas baldrames Não 18 8-F
Figura 8 – A) Obra 1; B) Obra 2; C) Obra 3; D) Obra 4; E) Obra 5; F) Obra 6;
A obra 1 não possuía projeto arquitetônico em obra nem junto aos órgãos competentes, podendo ser considerada como uma obra informal. A obra 2 possuía projeto estrutural, mas este não ficava em obra, logo a construção seguia as decisões do mestre de obras. Já as obra 3 e 4 tinham os projetos estruturais em obra mas nas pranchas não constava o fck adotado para os dimensionamentos. Portanto para as comparações de resistência foi considerado um fck mínimo de 20Mpa.
4.2 TRAÇOS E PROPRIEDADES DOS MATERIAIS
A Tabela 6 apresenta os consumos reais de materiais para a produção de uma betonada de cada traço, em volume, de cada uma das obras. Não incluindo assim a unidade dos agregados na quantidade de água:
Tabela 6 – Traços das obras analisadas (em litros)
Obra Litros
Cimento Areia Pedra britada Água
1 13,27 65,70 58,40 51,52 2 16,67 139,96 139,96 45,00 3 16,67 139,96 139,96 23,05 4 8,33 61,50 81,64 16,37 5 16,67 212,06 148,44 62,20 6 16,67 158,34 135,72 50,19
É possível observar na Tabela 6, que as obras 2 e 3 possuem uma semelhança na relação entre cimento e agregados, mas é utilizado mais água na obra 2 ,o que pode interferir no resultado de resistência. Na obra 4 os operários dividiram o saco de cimento ao meio ,sem pesar ou colocar ambas as partes em recipientes para conferir o volume, então para efeito de cálculo estima-se que foi usado meio saco de cimento. Nas obras 2, 3, 5 e 6 foi adotado um saco de cimento por betonada.
Após os 28 dias de cura as peças foram rompidas, obtendo-se os valores conforme apresentado na Tabela 7. Foi realizada uma média dos valores de resistência obtidos em cada obra e calculado o fck.
O fck foi calculado através da Equação 1, considerando que as condições de preparo do concreto se enquadram no item A do Quadro 1 e como foi adotado um número de 3 exemplares, por obra, adota-se um valor de ψ6 igual a 0,86 conforme apresentado na Tabela 4.
Tabela 7 – Valores de compressão de todos os corpos de prova, média por obra e valores de fck
Obra Resistência a compressão (MPa) das amostras Média (MPa) fck (MPa) 1 2 3 4 5 6 1 5,53 5,73 5,40 5,25 5,25 5,65 5,5 4,52 2 11,73 13,51 11,57 14,52 12,46 12,55 12,7 9,95 3 33,38 33,66 32,16 35,07 31,46 33,83 33,3 27,06 4 25,37 23,76 27,60 25,50 23,84 25,17 25,2 20,43 5 11,64 10,85 10,77 11,50 10,42 11,18 11,1 8,96 6 13,15 14,13 12,69 14,29 12,97 13,66 13,5 10,91
Dentre os dados de média de compressão apresentados na Tabela 7, é perceptível uma grande variação nas resistências médias, assim como apresentado na Tabela 5 referente ao estudo realizado por Barboza e Bastos (2008).
Na obra 1 o fck não chega a atingir nem 25% da resistência mínima que é 20MPa. Já as obras 2 e 3 destacam-se pela alta resistência obtida, que ultrapassa o valor de resistência mínima.
Se comparadas as médias de resistência à compressão com a Tabela 2, para um CPII 32, observa-se que somente a obra 3 atenderia aos valores de resistência mínima.
Nas Tabelas 8 e 9 são apresentados os teores de umidade (ܹ) dos agregados miúdos (Tabela 8) e graúdos (Tabela 9), foi adotada a Equação 9.
Tabela 8 – Umidade dos agregados miúdos
Obra AGREGADO MIÚDO (AREIA)
Mh (g) Ms (g) W (%) Média da W (%) 1 75,04 73,34 2,32 2,36 69,9 68,26 2,40 2 68,25 65,3 4,52 4,54 66,03 63,15 4,56 3 65,61 63,41 3,47 3,39 58,36 56,49 3,31 4 66,35 64,13 3,46 3,44 67,94 65,69 3,43 5 85,4 82,88 3,04 3,01 59,14 57,43 2,98 6 62,44 60,51 3,19 3,16 70,86 68,71 3,13
Tabela 9 – Umidade dos agregados graúdos
Obra AGREGADO GRAÚDO (PEDRA BRITADA) Mh (g) Ms (g) W (%) Média da W (%) 1 148,31 146,54 1,21 1,21 167,68 165,66 1,22 2 260,37 255,3 1,99 1,93 231,64 227,38 1,87 3 163,3 160,79 1,56 1,54 194,84 191,92 1,52 4 298,49 295,76 0,92 0,93 346,93 343,71 0,94 5 267,7 260,43 2,79 2,82 296,65 288,43 2,85 6 327,32 324,19 0,97 0,94 307,7 304,89 0,92
As umidades dos agregados, tanto graúdo quanto miúdo, apresentam uma uniformidade em todas as obras analisadas, contendo pequenas variações entre si. Essas porcentagens só se tornam consideráveis, quando analisados traços com o uso de grandes massas de agregados.
As massas específicas, dos agregados graúdos, foram determinadas utilizando a Equação 10 e os resultados estão apresentados na Tabela 10.
Tabela 10 – Massas específicas dos agregados graúdos Obra Amostra A (g) B (g) C (g) ρg (g/cm³) Média ρm (g/cm³) Média ρm (kg/m³) 1 1 3533,7 2380,3 3594,20 2,91 2,91 2910,1 2 3632,1 2443,3 3691,80 2,91 2 1 3788,3 2539,4 3851,40 2,89 2,88 2883,3 2 4029,8 2700,8 4100,40 2,88 3 1 3718,1 2500,6 3793,50 2,88 2,87 2872,5 2 3915,3 2630,1 3994,70 2,87 4 1 4069,0 2738,4 4119,60 2,95 2,95 2945,2 2 3986,5 2682,2 4036,10 2,94 5 1 3864,3 2592,4 3970,00 2,81 2,81 2811,1 2 3915,6 2631,0 4020,90 2,82 6 1 4044,2 2710,0 4107,50 2,89 2,89 2893,0 2 4054,3 2714,6 4116,40 2,89
As massas especificas, dos agregados miúdos, foram determinadas utilizando a Equação 11, sendo os resultados apresentados na Tabela 11.
Tabela 11 – Massas específicas dos agregados miúdos Obra Amostra Massa inicial (g) V (cm³) ρm (g/cm³) Média ρm (g/cm³) Média ρm (kg/m³) 1 1 500,0 389,0 2,65 2,65 2649,0 2 500,0 388,5 2,65 2 1 500,0 389,5 2,64 2,64 2642,0 2 500,0 389,0 2,65 3 1 500,0 389,0 2,65 2,65 2649,0 2 500,0 388,5 2,65 4 1 500,0 388,5 2,65 2,66 2656,0 2 500,0 388,0 2,66 5 1 500,0 388,0 2,66 2,65 2652,5 2 500,0 389,0 2,65 6 1 500,0 388,5 2,65 2,65 2649,0 2 500,0 389,0 2,65
As massas, tanto dos agregados graúdos (Tabela 10) quanto dos agregados miúdos (Tabela 11), apresentam uma uniformidade em todas as obras analisadas. Isso é possível devido o estudo ser feito em somente uma região, onde os materiais usados provavelmente são provenientes de locais com as mesmas características.
Para os ensaios de granulometria, nos agregados miúdos e graúdos, foram usadas as peneiras normais e intermediárias obtendo-se os resultados apresentados nas Tabelas 12 e 13.
Tabela 12 – Massa retida acumulada em (g), para as amostras de agregados miúdos Obra Amostra
Massa inicial
(g)
Massa retida acumulada em (g) nas peneiras em (mm)
4,75 2,36 1,18 0,59 0,297 0,149 Fundo 1 1 500,2 0,7 3,8 12,1 44,7 260,3 479,1 499,0 2 500,1 1,1 4,5 13,6 45,2 257,4 478,5 499,3 2 1 500,3 1,1 3,9 17,6 62,5 243,7 479,6 499,0 2 500,8 2,0 5,7 19,1 59,4 236,2 478,5 499,8 3 1 500,0 0,0 0,9 5,6 35,9 280,1 490,4 499,5 2 500,1 0,0 1,3 5,5 35,3 288,9 491,6 499,8 4 1 500,1 1,7 14,9 43,6 103,4 402,6 495,3 498,9 2 500,1 2,7 15,0 45,2 105,6 401,8 495,1 498,6 5 1 500,2 3,1 9,9 31,1 96,5 305,8 488,7 499,3 2 500,2 4,3 11,1 33,7 96,1 315,1 489,6 499,5 6 1 500,1 0,0 2,9 17,8 92,8 351,8 494,5 499,6 2 500,2 1,1 3,6 18,2 92,2 354,1 494,5 499,5
Tabela 13 – Massa retida acumulada em (g), para as amostras de agregados graúdos Obra Amostra
Massa inicial
(g)
Massa retida acumulada em (g) nas peneiras em (mm)
19 12,5 9,5 6,3 4,75 Fundo 1 1 5000,4 0,0 0,0 888,6 3356,9 4658,8 4985,5 2 5000,5 0,0 0,0 854,4 3317,5 4641,0 4994,3 2 1 5000,8 0,0 1773,3 4226,7 4615,2 4671,4 4986,4 2 5000,5 0,0 2103,4 4461,3 4759,5 4786,0 4989,1 3 1 5000,4 0,0 25,3 1296,8 3787,2 4676,4 4989,8 2 5000,5 0,0 19,6 961,7 3456,5 4320,9 4987,3 4 1 5000,1 43,3 3669,1 4789,5 4876,3 4890,6 4999,7 2 5000,7 57,2 3770,2 4831,4 4922,7 4933,5 4991,4 5 1 5000,4 69,0 2669,2 4492,1 4841,2 4847,0 4989,7 2 5000,9 35,3 2273,6 4331,1 4827,2 4833,1 4992,7 6 1 5000,9 22,6 2557,3 4605,6 4888,9 4928,4 4995,4 2 5000,1 15,8 2533,3 4575,8 4906,7 4947,5 4997,6
Através de uma média dos valores, da porcentagem de massa acumulada nas peneiras das duas amostras (Tabelas 12 e 13), é possível encontrar a porcentagem passante em cada peneira, e assim elaborar uma curva granulométrica para cada uma das obras, conforme apresentado nas Figuras 9 e 10.
Figura 9 – Curva granulométrica dos agregados miúdos (areia)
As curvas granulométricas, dos agregados miúdos (Figura 9), de todas as obras apresentaram um comportamento semelhante. Já as curvas, dos agregados graúdos (Figura 10), apresentaram duas obras (1 e 3) com agregados menores quando comparados as demais obras analisadas, mesmo todas elas sendo classificadas comercialmente como brita 1.
4.3 PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO E ENDURECIDO
Unindo os resultados obtidos em laboratório e os coletados em campo, foi possível elaborar a Tabela 14. O traço, em metros cúbicos, de cada obra foi multiplicado pelos valores de massa específica. Para os agregados foram utilizados os valores médios de massa específica das Tabelas 10 e 11, para o cimento foi adotado um valor de 3000 kg/m³, conforme descrito pelo fabricante, e para a água foi utilizado 1000 kg/m³.
Tabela 14 – Resumo das obras analisadas
Obra Traço em massa (kg)
Água/ Cimento (kg/kg) Slump (mm) Resistência média a compressão (MPa) Cimento Areia Pedra brita Água
1 39,8 169,9 167,9 57,7 1,45 18 5,5 2 50,0 353,0 395,8 69,6 1,39 21 12,7 3 50,0 358,2 395,8 41,8 0,84 10 33,3 4 25,0 157,7 238,2 24,2 0,97 17 25,2 5 50,0 545,6 405,5 90,9 1,82 18 11,1 6 50,0 406,2 388,9 67,1 1,34 17,5 13,5
Diferentemente da Tabela 6 que apresenta os valores das dosagens reais, na Tabela 14 foi retirado à porcentagem de umidade da massa dos agregados, de acordo com as Tabelas 8 e 9, e acrescidos na quantidade de água adicionada ao traço, oferecendo assim uma melhor representatividade do valor de água/cimento.
Observa-se uma relação inversa entre a proporção água/cimento e à resistência a compressão do concreto. É notado também que a trabalhabilidade medida através do abatimento de cone não apresentou grande influência nessa resistência.
Quando analisamos a obra 1 e 5 é perceptível uma inconsistência na afirmação de relação inversa entre resistência a compressão e fator água/cimento, pois a resistência da obra 5 é maior mesmo ela tendo a maior relação água/cimento. Mas a obra 1 é uma obra informal, sendo assim ela não é um parâmetro a ser considerado, e na obra 5 eu tenho uma quantidade maior de agregados o que pode explicar a grande quantidade de água aplicada.
Antes do ensaio de compressão nos corpos de prova da obra 1, foi observado o desprendimento dos agregados finos que resultou em uma baixa resistência à compressão. Como observado na Tabela 14 essa amostra possuía a maior relação água/cimento com menor quantidade de agregados, dentre as obras analisadas, resultando em concreto que se desagregava facilmente, conforme apresentado na Figura 11.
4.4 ELABORAÇÃO DE GRÁFICOS DE DOSAGEM
Para a composição do primeiro quadrante (Figura 12) do método de dosagem IPT/EPUSP foram utilizados os valores médios de resistência a compressão, de cada obra, juntamente com os valores de água/cimento, ambos apresentados na Tabela 14.
Figura 12 – Gráfico da relação água/cimento (kg/kg) pela resistência média a compressão(MPa)
Observa-se uma curva decrescente de resistência à compressão com o aumento da relação água/cimento. O formato e comportamento da curva são semelhantes ao apresentado na Figura 4, atendendo assim ao conceito inicial desenvolvido por Helene e Terzian (1992).
Para o segundo quadrante (Figura 13) foram utilizadas as relações água/cimento de cada obra e a soma da massa dos agregados secos, pedra britada e areia, pela massa de cimento usada.
Figura 13 – Gráfico da relação água/cimento (kg/kg) pelos agregados secos/cimento (kg/kg)
Na Figura 13 observa-se uma reta com baixa inclinação, comparando com o quadrante correspondente apresentado na Figura 4 e os valores de Slump Test coletados, é possível assumir que a baixa inclinação se deve pelos altos abatimentos de cone do estudo.
No terceiro quadrante (Figura 14) foi disposta a somatória dos agregados secos pela massa de cimento e o consumo de cimento para cada metro cubico de concreto elaborado. Para encontrar o volume de concreto utilizado foram somados todos os componentes da mistura, sendo considerado 1% de volume de vazios.
