UNIVERSIDADE FUMEC
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
Curso de Mestrado Profissional em Processos ConstrutivosCONTRIBUIÇÃO AO CONHECIMENTO DA INFLUÊNCIA DO DIÂMETRO NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE TESTEMUNHOS DE CONCRETO.
Marina Leme Teodoro
Belo Horizonte 2018
Marina Leme Teodoro
CONTRIBUIÇÃO AO CONHECIMENTO DA INFLUÊNCIA DO DIÂMETRO NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE TESTEMUNHOS DE CONCRETO.
Dissertação apresentada ao programa de Mestrado Profissional em Processos construtivos da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade FUMEC, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Processos Construtivos.
Orientador: Dr. Luiz Antônio Melgaço
Belo Horizonte 2018
T314c Teodoro, Marina Leme, 1990 -
Contribuição ao conhecimento da influência do diâmetro na resistência à compressão de testemunhos de concreto / Marina Leme Teodoro. – Belo Horizonte, 2018.
100 f. : il. ; 29,7 cm
Orientador: Luiz Antônio Melgaço Nunes Branco Dissertação (Mestrado em Processos Construtivos), Universidade FUMEC, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Belo Horizonte, 2018.
1. Engenharia civil - Brasil. 2. Concreto - Testes. 3. Normas técnicas (Engenharia) - Brasil. I. Título. II. Nunes Branco, Luiz Antônio Melgaço. III. Universidade FUMEC, Faculdade de Engenharia e Arquitetura.
CDU: 691 Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Universitária-FUMEC
AGRADECIMENTOS
Agradeço inicialmente aos meus pais, Neize e Márcio, pelo incentivo e exigência. Sempre acreditaram no meu potencial.
À minha irmã, Luiza, pelas ideias e apoio durante a elaboração deste trabalho. Ao meu marido, Paulo Victor, pelos comentários, apoio, paciência e incentivo. Ao professor orientador Dr. Luiz Antonio Melgaço, pela confiança, oportunidade de trabalhar ao seu lado, pelos ensinamentos e pela condução deste trabalho.
Ao professor Dr. Marco Elísio Marques pelo tempo desprendido a me ajudar e à troca de conhecimento. Agradeço pela conversa de orientação e por sua disponibilidade. À Supermix e seus funcionários, pelo interesse no estudo, fornecimento do concreto, local e ajuda para realização do trabalho experimental.
À Furofix pelo apoio na realização das extrações dos testemunhos, disponibilidade de profissionais e equipamentos.
TEODORO, M, L. Contribuição ao conhecimento da influência do diâmetro na resistência a compressão de testemunhos extraídos. Dissertação (Mestrado Profissional em Processos Construtivos) – Universidade FUMEC, Belo Horizonte, 2018 RESUMO
O presente trabalho experimental apresenta o estudo e análise de resultados de ensaios de resistência a compressão axial realizados em corpos de prova cilíndricos. Busca-se avaliar a influência da geometria de testemunhos extraídos, através do diâmetro e comprimento, nos resultados obtidos em ensaios laboratoriais comparados aos valores obtidos a partir do rompimento de corpos de prova moldados conforme norma. Admitindo-se que os valores medidos nos ensaios dos testemunhos correspondam aos valores obtidos em corpo de prova moldados (relação M/Ext), entende-se como confiável a utilização de testemunhos, análogos aos ensaios realizados para acompanhamento de obras acabadas e conferencia das características de uma peça estrutural. A norma brasileira ABNT NBR 7680:2015 “Concreto – Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto” referência os diâmetros normalizados para a extração de testemunhos com preferencialmente maiores ou iguais a 100mm, sendo apenas em casos específicos a possibilidade de utilização de diâmetros igual ou maior que 50mm. O estudo tem como intuito contribuir ao conhecimento da influência do diâmetro na resistência à compressão de testemunhos de concreto, sendo avaliada a utilização de testemunhos extraídos com diâmetros menores, diminuindo o impacto à estrutura de concreto decorrente da extração de testemunhos em estruturas prontas. O estudo inclui as fases principais de definição do traço do concreto, execução do concreto, moldagem do bloco de concretagem e corpos de prova, extração de testemunhos, ensaio de resistência à compressão axial e análise dos resultados. Para o dimensionamento destes itens foram utilizadas as normas da ABNT e livros didáticos. Dessa forma, visa-se a contribuição ao conhecimento da influência do diâmetro na resistência à compressão de testemunhos de concreto extraídos. Os resultados obtidos através dos ensaios demonstraram que a utilização de testemunhos de 100mm representam com confiabilidade a peça estrutural estudada. Os testemunhos de 75mm, para extração no sentido paralelo a concretagem, podem ser utilizados com grande confiabilidade. Para os diâmetros de 50mm e 25mm o estudo apresenta uma grande dispersão, não sendo aconselhado a utilização para o ensaio de resistência axial.
TEODORO, M, L. Contribution to the knowlege of the diameter influence in compressive strenght of core drilled samples. Dissertation (Master Professional Degree on Constructions Process) – Universidade FUMEC, Belo Horizonte, 2018 ABSTRACT
The present work presents the study and analysis of results of tests of resistance to axial compression performed in cylindrical test bodies. The aim of this study was to evaluate the influence of the geometry of extracted samples, through diameter and length, on the results obtained in laboratory tests compared to the values obtained from the breaking of molded specimens according to the standard. Assuming that the values measured in the tests of the tests correspond to the values obtained in molded test pieces (M / Ext ratio), it is understood as reliable the use of testimonials, analogous to the tests carried out to follow up finished works and conference the characteristics of a structural part. The Brazilian standard ABNT NBR 7680: 2015 "Concrete - Extraction, preparation and testing of concrete testimonies" refers to the standard diameters for the extraction of samples with values of 100 mm or more, only in specific cases the possibility of using equal diameters or greater than 50mm. The aim of this study was to contribute to the knowledge of the influence of diameter on the compressive strength of concrete samples. The use of extracted samples with smaller diameters was evaluated, reducing the impact to the concrete structure due to the extraction of samples in ready structures. The study includes the main phases of the definition of the concrete trace, the execution of the concrete, the molding of the concrete block and test bodies, extraction of testimonies, axial compression resistance test and analysis of the results. For the dimensioning of these items, ABNT norms and textbooks were used. In this way, the aim is to contribute to the knowledge of the influence of the diameter on the compressive strength of extracted concrete cores. The results obtained through the tests demonstrated that the use of 100mm cores represent the structural part with reliability. The 75mm tests, for extraction in the direction parallel to concrete, can be used with great reliability. For the diameters of 50mm and 25mm the study shows a great dispersion, and it is not recommended to use the axial resistance test.
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 14 1.1. Objetivo ... 16 1.2. Justificativa ... 16 1.3. Conteúdo da dissertação ... 19 2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA ... 20 2.1. Histórico do concreto ... 20
2.2. A segurança no projeto de estruturas de concreto ... 23
2.3. Resistência a compressão ... 29
3. NORMALIZAÇÃO ... 34
3.1. Concepção e aceitação de estruturas ... 34
3.2. Extração de testemunho ... 35
3.3. ACI 318 e ACI 214.4R ... 37
3.4. BS EN 12504 ... 40
3.5. ASTM C 42 ... 41
3.6. NBR 7680 ... 44
4. AVALIAÇÃO INDIRETA DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO ... 49
4.1. Ensaio de dureza superficial ... 51
4.2. Ultrassom ... 53
4.3. Métodos combinados ... 54
5. PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 56
5.1. Materiais aplicados. ... 56
5.2. Método de avaliação ... 61
5.3. Ensaio de resistência à compressão ... 67
5.4. Ensaios complementares ... 69
5.5. Dificuldades encontradas no trabalho experimental ... 70
6. RESULTADOS E ANÁLISE ESTATISTICA ... 72
6.1. Método de análise estatística ... 72
6.2. Análise de resultados ... 72
7.1. Conclusões ... 82
7.2. Sugestões para trabalhos futuros ... 83
8. BIBLIOGRAFIA ... 84
9. ANEXO ... 91
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Origem de não conformidade em obras... 17
Figura 2: Influência da intensidade e duração do carregamento na resistência do concreto ... 26 Figura 3: Resistência do concreto em função da idade de aplicação da carga de longa duração ... 26 Figura 4: Representação da distribuição da resistência à compressão do concreto .. 27
Figura 5: Fatores intervenientes à resistência do concreto ... 31
Figura 6: Fatores intervenientes à resistência real e potencial ... 32
Figura 7: Etapas de investigação estrutural ... 49
Figura 8: Quadro de correlação métodos X Características avaliadas... 50
Figura 9: Procedimento de ensaio de esclerometria ... 51
Figura 10: Ensaio de esclerometria ... 52
Figura 11: Equipamento de ultrassom ... 53
Figura 12: Curva granulométrica areia artificial de calcário... 59
Figura 13: Curva granulométrica areia natural... 59
Figura 14: Curva granulométrica calcário 0... 60
Figura 15: Curva granulométrica calcário 1 ... 60
Figura 16: Concretagem lote 2 ... 64
Figura 17: Posição das extrações dos testemunhos ... 65
Figura 18: Prensa para ensaio de resistência à compressão ... 67
Figura 19: Equipamento extrator durante processo ... 68
Figura 20: Testemunhos antes do ensaio de resistência à compressão axial ... 69
Figura 21: Ensaio de esclerometria em testemunho ... 69
Figura 22: Ensaio de ultrassom no testemunho ... 70
Figura 24: Gráfico de valores de médias conforme norma – Lote 1 ... 79
Figura 25: Gráfico de valores de médias- Lote 2 ... 79
Figura 26: Gráfico de valores de médias conforme norma – Lote 2 ... 80
Figura 27: Dispersão dos valores não corrigidos – Lote 1 ... 80
Figura 28: Dispersão dos valores corrigidos – Lote 1 ... 81
Figura 29: Dispersão dos valores não corrigidos – Lote 2 ... 81
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Classificação do concreto segundo NBR 8953... 29
Tabela 2: Classificação do concreto segundo Priskin... 30
Tabela 3: parâmetros estudados em normas... 36
Tabela 4: Fator Fdia... 38
Tabela 5: Fator Fmc... 38
Tabela 6: Fator de correção h/d... 43
Tabela 7: Coeficiente de correção k1... 46
Tabela 8: Coeficiente de correção k2... 46
Tabela 9: : Comparativo entre métodos de avaliação... 55
Tabela 10: Composição do cimento Portland de alta resistência... 57
Tabela 111: Controle de qualidade do cimento... 58
Tabela 12: Composição aditivo plastificante... 61
Tabela 13: Traço concreto usinado... 61
Tabela 14a: Quadro resumo valores cálculos Lote 1 sem coeficiente de correção.. 74
Tabela 14b: Análise ANOVA Lote 1 sem coeficiente de correção... 74
Tabela 14c: Análise T de Student Lote 1 sem coeficiente de correção... 74
Tabela 15a: Quadro resumo valores cálculos Lote 1 corrigidos conforme norma 7680... 75
Tabela 15b: Análise ANOVA Lote 1 valores corrigidos conforme norma 7680... ... 75
Tabela 15c: Análise T de Student Lote 1 valores corrigidos conforme norma 7680.... ... 75
Tabela 16a: Quadro resumo valores cálculos Lote 2 sem coeficiente de correção... ... 76
Tabela 16b: Análise ANOVA Lote 2 sem coeficiente de correção... 76
Tabela 16c: Análise T de Student Lote 2 sem coeficiente de correção... 76 Tabela 17a: Quadro resumo valores cálculos Lote 2 corrigidos conforme norma 77
7680... Tabela 17b: Análise ANOVA Lote 2 valores corrigidos conforme norma 7680... 77 Tabela 17c: Análise T de Student Lote 2 valores corrigidos conforme norma 7680.. 77
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a/c Relação água / cimento ACI American Concrete Institute
ABNT Associação Brasileiras de Normas Técnicas ANOVA Análise de variância
ASTM American Society for Testing and Materials BS British Standard
cm Centímetro
CP mold Corpo de prova moldado
Dmáx Diâmetro máximo característico
EN European Standard
Ext Extração
fck Resistência característica do concreto à compressão
fck,ef Resistência efetiva característica do concreto à compressão
fc,ext,j Resistência à compressão do concreto extraído
g Grama
h/d Relação altura/diâmetro
kg Quilograma
k1 Coeficiente de correção referente a relação h/d (NBR 7680:2015)
k2 Coeficiente de correção referente ao diâmetro (NBR 7680:2015)
k3 Coeficiente de correção referente à direção de extração (NBR 7680:2015)
km/s Quilometro por segundo L Litros MPa Megapascal Mm Milímetro m² Metro quadrado m³ Metro cúbico
m/s Metros por segundo NBR Norma Brasileira
Ø Diâmetro
ν Velocidade ultrassônica SPC Sobre Peso do cimento
1. INTRODUÇÃO
A necessidade de verificação de estruturas de concreto acabadas para conferência das propriedades físicas esperadas de um concreto é uma ação recorrente às obras atuais. Tal fato gerou, nos últimos anos, um aumento nas pesquisas referentes às investigações de qualidade do concreto lançado em uma estrutura. A qualidade da estrutura de concreto é desenvolvida desde o planejamento da obra, considerando suas fases de projeto com determinação de classes de resistência, módulo de elasticidade, características finais do concreto, seleção de insumos, manuseio, aplicação, utilização e manutenção.
Como citado por Figueiredo (2017) “a qualidade da estrutura de concreto é obtida quando almejada desde o planejamento da edificação, passando pelas fases de projeto, seleção dos insumos e fabricação do concreto”, durante todo o processo de concepção à entrega da estrutura, o concreto está suscetível a falhas, sendo necessário acompanhamento e fiscalização por profissionais da qualidade dos processos executados bem como dos materiais aplicados. Este processo de acompanhamento conhecido como controle tecnológico, como explica Bauer (2017), trata-se de um processo que visa ao registro e à garantia da conformidade ou fatos não conformes e a ações corretivas dos concretos produzidos e aplicados nas obras. O controle tecnológico do concreto compreende os serviços relacionados às especificações técnicas do projeto, com relação às propriedades, características e respectivas idades do concreto fresco ou endurecido.
O controle tecnológico tem como objetivo garantir a qualidade de insumos e métodos utilizados durante a execução de uma obra. Entretanto, existem outras variáveis inerentes ao processo que, muitas vezes, não são controladas no momento da execução e podem causar alterações no resultado desejado. Como citado por Bauer (2017) “a qualidade (do concreto) é obtida por quem faz o trabalho e não por quem controla; quem controla monitora, documenta e registra a qualidade ou falta de qualidade das atividades”.
A necessidade de analisar estruturas acabadas é realizada quando há dúvidas quanto à resistência e características do concreto fornecido e lançado, assim como a existência de sinais de degradação da estrutura além da necessidade de submeter uma estrutura a novas solicitações de tensão, como cita Neville (2001). Quando os resultados de ensaios de resistência à compressão de corpos de prova moldados, referentes aos
lotes de concreto de uma obra, resultam em não conforme são necessárias avaliações da estrutura. Ensaios laboratoriais e in situ são usualmente aplicados para determinar a melhor intervenção da estrutura, são compostos por ensaios destrutivos e não destrutivos. A obtenção da resistência a compressão de um concreto é o principal resultado procurado nos ensaios, uma vez que este representa uma das principais características do concreto e, por meio deste, é possível estimar as demais propriedades físicas como módulo de elasticidade, estanqueidade, etc. O resultado dos ensaios são parâmetros para definição de aceitação ou rejeição da estrutura, sendo determinados a partir de condições padronizadas por diversas normas no mundo.
A extração de testemunhos de concreto endurecido (NBR 7680:2015) é utilizada para ensaios de resistência à compressão axial em corpos de prova cilíndricos (NBR 5739:2007), destaca-se como o ensaio mais utilizado e de maior confiabilidade, pois se trata de um elemento que representa as propriedades de toda peça em estudo. Os fatores que influenciam os resultados deste ensaio e a interpretação dos mesmos levam inúmeros pesquisadores a se dedicarem a esta área de pesquisa, almejando a determinação de fatores que influenciem os resultados dos ensaios e suas interpretações. Os valores obtidos nos ensaios laboratoriais seguem determinações normativas, sendo inclusive balizados nos valores utilizados em projeto. De um modo geral, a qualidade do concreto é especificada pela resistência a compressão do concreto com idade de 28 dias. Idade em que o concreto usualmente atinge a resistência estimada em projeto e atende aos demais parâmetros de sua finalidade.
Outros ensaios são realizados a partir da extração de testemunho e podem servir, também, para analisar o estado atual de uma estrutura: determinação de carbonatação do concreto, determinação de propriedades físicas e mecânicas como absorção de água, permeabilidade, densidade, resistividade, penetração de cloretos, são ensaios realizados em testemunhos extraídos.
Em relação a elaboração de projetos de concreto e características do concreto, utiliza-se no cálculo de projetos estruturais fatores de segurança que foram implantados com referência ao Model Code 1990 do “Comite Euro-International du Beton”. Esses coeficientes são aplicados de forma conjunta majorando-se as ações (ɣf) e minorando-se
a resistência dos materiais aplicados (ɣm) gerando dessa forma uma margem de
segurança nos projetos estruturais. A norma brasileira NBR 6118:2014 determina que o coeficiente de minoração a resistência dos materiais (ɣm) é composto por três parcelas:
considera a diferença entre a resistência do material no corpo de prova e na estrutura e ɣm3 - parcela que considera os desvios gerados na construção e aproximações feitas em
projeto.
A utilização dos coeficientes de minoração e majoração tem como finalidade minimizar as possíveis diferenças entre projeto e execução da obra, considerando também os desvios de materiais e insumos. A norma NBR 6118:2014 destaca-se pela exigência de ações para a segurança de estruturas de concreto, o que ressalva a importância da utilização de coeficientes. Entretanto, como citado por Couto (2015) “quando se analisa uma estrutura acabada, um grande número de fatores desconhecidos durante a etapa de projeto já se encontra definidos e podem ser mensurados (...). Por essa razão entende-se que analisar a segurança de uma estrutura acabada é mais complexo do que introduzir a segurança no projeto de estruturas novas.” Por isso faz-se necessário a utilização de métodos que representem de forma mais fidedigna a realidade da estrutura acabada para a realização de uma análise estrutural.
1.1.Objetivo
O presente trabalho tem como objetivo principal o melhor conhecimento dos resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão. Busca-se estudar a influência da redução dos diâmetros e, consequentemente, do tamanho dos testemunhos extraídos, considerando que a norma ABNT NBR 7680:2015 prevê a utilização de corpos de prova de diâmetros 10cm, 15cm, e em casos especiais, 5cm e 7,5cm, atendendo à relação h/d exigida pela norma. Busca-se, também, estudar a viabilidade da utilização de testemunhos com diâmetros 7,5cm, 5cm e 2,5cm na análise de estruturas acabadas, com intuito de reduzir a utilização de diâmetros maiores, proporcionando menores danos às estruturas, decorrente de cortes de armaduras pela extração de testemunhos, aumento da amostragem e garantia da obtenção da esbeltez definida pela norma h/d igual a 2.
1.2.Justificativa
Muitas vezes o ritmo acelerado de execução e entrega das obras leva os profissionais da construção a tomarem decisões que podem comprometer o desempenho da estrutura previsto em projeto, além de favorecer a possibilidade de erros durante a fase de execução.
Observa-se na figura 1 que, dentre as diversas etapas de uma obra é durante a etapa de execução que se originam mais da metade de não conformidades identificadas em uma estrutura. As não conformidades decorrentes de projeto seguem como segundo responsável. Portanto, entende-se como essencial os controles tecnológicos realizados em obras para garantia de execução adequada.
Figura 1: Origem de não conformidades em obra
Fonte: AEC web 2015.
Muitos fatores estão envolvidos no acontecimento de falhas no resultado final de uma estrutura, dentre eles pode-se destacar: a falta de controle de qualidade dos materiais envolvidos na construção e a deficiência na qualidade da mão de obra que manuseia tais materiais. Destaca-se o concreto, o material construtivo mais utilizado no mundo, como foco deste trabalho. Outro importante fator que corrobora estas falhas é a falta de informação e qualificação sobre as exigências para cada atividade, conforme determinações de normas técnicas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), podendo também ser interpretada como negligência destes profissionais, uma vez que estas normas são amplamente difundidas e, frequentemente, comentadas por profissionais de maior representatividade no meio acadêmico. É importante ressalvar que a responsabilidade da segurança de uma obra é exclusivamente do contratado, tanto quanto à aplicação de boas práticas de construção, como eficiência e rigor nas execuções.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas, órgão responsável pela elaboração de normas técnicas no Brasil, revisou em 2014 a norma NBR 6118 “Projeto de estruturas de concreto”. Pontos importantes como exigências quanto à durabilidade das estruturas de concreto prevista em projeto e necessidade de promover a verificação do projeto foram revisados. Por ser uma norma que prioriza a segurança tanto das edificações como também da sociedade, o engajamento dos profissionais da área é incontestavelmente necessário.
Portanto, faz-se necessário a investigação de qualidade de uma estrutura de concreto quando há dúvidas quanto ao desempenho e eficiência em comparação aos parâmetros estipulados em projeto. A escolha pelo método de ensaio laboratorial capaz de aproximar os resultados obtidos aos valores da resistência à compressão do concreto lançado é o ponto mais importante na hora da seleção.
Como conhecido, a resistência de corpos de prova moldados são normalmente superior ao de testemunhos extraídos das peças de concreto, decorrente dos efeitos deletérios originário do processo de broqueamento. Por se tratar de um procedimento que envolve ação mecânica de corte por meio de brocas diamantadas rotativas, os efeitos deletérios são explicados operacionalmente de forma clara. A macro e a microestrutura do material são afetadas diretamente devido ao efeito de broqueamento dos testemunhos. Como parte principal deste trabalho, é realizada a avaliação dos efeitos que o diâmetro do testemunho extraído e a direção de extração em determinada classes de resistência têm frente aos resultados dos ensaios de resistência à compressão axial de corpos de prova.
Apesar da existência e aplicação de ensaios não destrutivos, os resultados dos mesmos são muitas vezes imprecisos. Razão pela qual os ensaios de esclerometria, ultrassom, entre outros são qualitativos e estimativos, mas não quantitativos. A extração de testemunhos de concreto de peças estruturais para ensaios de resistência à compressão com corpos de prova cilíndricos é considerada o método mais utilizado para avaliação de resistência a compressão de uma estrutura existente e considerado o método mais confiável dentre os existentes.
Fatores como a direção da extração também são estudados no presente trabalho, pois as extrações ocorrem em diferentes peças estruturais, diferindo, entre si, as formas de aplicação das cargas na peça estrutural.
1.3.Conteúdo da dissertação
O presente trabalho foi estruturado em quatro capítulos, referências bibliográficas, apêndices e anexos, além dos elementos usuais componentes da parte pré textual. O primeiro capítulo é composto pela introdução ao tema, descrição do objetivo da dissertação, justificativa da escolha do tema e conteúdo do trabalho.
O segundo capitulo é focado na revisão bibliográfica iniciando-se na história do concreto, início da utilização do concreto no Brasil, principais personalidades envolvidas no processo, evolução dos critérios de segurança nos projetos de concreto, importância e métodos de avaliação.
O terceiro capítulo é dedicado à normalização brasileira e internacional sobre concepção, avaliações e ensaios de concreto endurecido, com enfoque principal os ensaios a partir de testemunhos extraídos. Ainda nesse capitulo são descritos outros ensaios de avaliação do concreto a partir de ensaios não destrutivos, além do método combinado de ensaios.
No quarto capitulo estão descritos os passos do trabalho experimental, detalhando as variáveis em análise, as características do concreto utilizado para o experimento e procedimento dos ensaios realizados. Apresenta-se também as características dos insumos utilizados no concreto e suas composições. Ainda nesse capitulo são discutidas as dificuldades percebidas durante a execução das extrações dos testemunhos e ensaios de resistência a compressão.
No quinto capítulo estão detalhados os resultados dos ensaios, bem como analisados estatisticamente e comentados posteriormente. Na sequência estão as conclusões finais e sugestão de trabalhos futuros.
Seguem-se as referências bibliográficas, anexo com os resultados de ensaio a resistência à compressão, valores obtidos durante os rompimentos, detalhamento dos coeficientes de correção aplicados e valores obtidos após utilização dos coeficientes de correção, segundo norma NBR 7680.
2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA 2.1. Histórico do concreto
O concreto é o material construtivo mais utilizado na atualidade. Diversas são as razões de sua grande aplicação em construções. Segundo Metha e Monteiro (2008) o uso do concreto, acima de qualquer outro elemento estrutural, é devido a sua alta resistência à água. Enquanto outros materiais, como a madeira e aço, são agredidos mais facilmente, o concreto tem maior resistência e, portanto, apresenta menor necessidade de manutenção. Logo, torna-se material ideal para construções que envolvam água e que estejam em ambientes com alto índice de umidade.
Outro importante motivo é a facilidade para obtenção de formas de elementos estruturais. Com sua trabalhabilidade alta, o concreto fresco tem estado plástico sendo possível moldá-lo e conformá-lo de forma a melhor atender à demanda da estrutura. Exemplos de estruturas conformadas com concreto fresco são os dutos, pois sua forma circular só é possível devido à plasticidade do concreto enquanto fresco.
Terceiro motivo apontado pelos autores é o relativo ao baixo custo e à grande disponibilidade para obras, sendo este o motivo mais popular entre profissionais da área. Razões estas que justificam o concreto como material de construção mais consumido no mundo, com valor de consumo global estimado na ordem de 19 bilhões de toneladas ao ano.
Isaia (2011) cita em sua obra que o concreto necessita, como sua matéria prima, materiais de fácil obtenção e que podem ser encontrados em praticamente todos os lugares do mundo, como descrito abaixo:
Disponibilidade: devido a constituição do concreto ser composta por elementos químicos de grande abundancia na superfície terrestre, tornando-o mais fácil de aquisição e trabalho, o concreto é considerado um produto relativamente baixo. Versatilidade: enquanto se apresenta no estado fresco tem como característica
comportamento plástico, sendo assim, passível de moldagem com grande liberdade de dimensões e formas, de acordo com a necessidade do projeto estrutural.
Hiperestaticidade: as peças estruturais de concreto possuem alta rigidez devido ao monolitismo dos nós. Quando previstos em projeto as ligações rígidas entre os nós possibilitam engastamentos, proporcionando hiperasticidade na estrutura,
produzindo seções com maior esbeltez, maior resistência, aumentando a segurança.
Facilidade de execução: as peças de concreto podem ser executadas por mão de obra sem muita especialização e com equipamentos de simplicidade elevada para obras correntes.
Durabilidade: quando bem projetado, dosado e executado, o concreto proporciona um retorno de durabilidade adequada, inclusive com resistência a agentes agressivos.
Custo: no que tange qualidade x custo nenhum material é tão competitivo. Afim de garantir as características e excelência do concreto é necessário que o processo de elaboração do projeto, execução da obra e cuidados posteriores sejam tratados com a mesma atenção e com os devidos cuidados para um bom resultado.
Isaia (2011) cita ainda as desvantagens do concreto e que devem ser salientadas para conhecimento.
Baixa resistência a tração: isto faz com que no ato de projetar, tenham que ser tomados devidos cuidados no tocante a flexões originadas de carregamentos. Também, quando se projetam os momentos fletores, serão necessárias armaduras de modo a reforçar o concreto a resistir aos esforços de tração, aumentando o custo.
Peso próprio elevado: este parâmetro do concreto resulta em maior peso final da estrutura e, também, maiores dimensões de vigas e pilares para que suportem, além dos carregamentos, seu peso próprio.
Suscetibilidade a variações volumétricas: esta propriedade deixa o concreto sensível a passíveis deformações provenientes de retração, expansão, e fluência. Tendo, como consequência, possíveis fissuras.
Calor de hidratação: no que tange ao calor de hidratação, peças de grande volume podem gerar uma alta taxa de liberação de calor, podendo ocasionar reações deletérias ao concreto.
Tomados os devidos cuidados durante os processos de execução as desvantagens citadas podem ser mitigadas, fazendo com que o material seja mais uma vez muito bem empregado.
Com sua vasta utilização e ganhos de desempenho quando aplicado junto ao aço, o concreto armado, denominado anteriormente como cimento armado, ganhou mais
visibilidade e aumento da necessidade de estudos e conhecimento sobre suas aplicações. Apesar do incremento do conhecimento sobre o concreto armado e sua aplicação nos últimos 100 anos, o quesito durabilidade foi alvo de estudos iniciados há apenas algumas décadas, pois acreditava-se que o concreto era um material eterno, de acordo com Isaia (2011).
Contudo, segundo Isaia (2011), a deterioração de algumas estruturas de concreto construídas a partir de meados do século XX, expostas a ambientes agressivos, demonstrou a diferença entre as informações conhecidas em âmbito técnico e emprego e prática de métodos construtivos com utilização deste material.
A introdução do concreto armado no Brasil está associada ao engenheiro Emílio Baumgart, considerado por Vasconcelos (1985) como o “pai do concreto armado no Brasil”. Baumgart adiquiriu vasta experiência no trabalho de concreto armado durante o período que estagiou com o alemão Lambert Riedlinger, fundador da Companhia Construtora em Cimento Armado em 1912 no Brasil. Enquanto estudante projetou a ponte Maurício Nassau em Recife, um dos primeiros projetos de concreto armado do Brasil, segundo Vasconcelos (1985).
Ainda segundo Vasconcelos (1985), outros personagens estão associados à história do concreto armado no Brasil, em especial os construtores das obras de saneamento de Santos e Recife, o engenheiro Saturnino de Brito, nas primeiras décadas do século XX, os engenheiros Antonio de Paulo Freitas, Antonio Alves Noronha, Paulo Fragoso, Sergio Marques de Souza e o diretor do Laboratório de Ensaios de Materiais da Escola Politecnica de São Paulo, Ary Frederico Torres, dentre outros. Iniciando os trabalhos e avanços no conhecimento técnico do concreto armado, Ary Torres publicou o pioneiro trabalho “Dosagem dos Concretos”, no Boletim EPUSP em 1927.
A normalização do concreto armado no Basil teve seu início no começo do século XX, alinhado em ordem cronológica baseado na obra “Concreto no Brasil: professoes, cientistas, técnicos” de Vasconcelos (1985).
1905 – Eng. Saturnino de Brito publica suas “Cadernetas de Instruções e Especificações para a Construção dos Esgotos” para a Comissão de Saneamento de Santos, considerada por Ary Torres como as primeiras realizações notáveis no campo das especificações técnicas e normas no Brasil.
1929 – O primeiro passo em direção à normalização do concreto armado no Brasil, a publicação do “Código de obras Arthur Saboya” pelos engenheiros Arthur
Saboya e Silvio Cabral de Noronha foi posto em vigor em novembro de 1929, pela Lei no 2427.
1930 – Criação no mês de janeiro de 1930 no Rio de Janeiro a revista “Cimento Armado” pelos engenheiros Mário Cabral e José Furtado Simas, constitui a primeira publicação técnica do Brasil especializada em concreto armado. Surge então a Associação Brasileira do Concreto – ABC, publicando o 1º Regulamento para Estruturas de Concreto Armado em 1931.
1936 – Fundada a Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP, no Rio de Janeiro, com o objetivo de promover estudos sobre o cimento e suas aplicações, com âmbito nacional.
1937 – Publicação das “Normas para Execução e Calculo de Concreto Armado” pela ABCP, primeira vez utiliza-se a denominação “norma”. Essa norma publicada pela ABCP corrigiu distorções existentes na norma anterior da ABC, entre as quais elimina a exigência da apresentação de matrizes na resolução de estruturas hiperestáticas, como cita Vasconcelos (1992). Além da introdução e substituição de alguns termos existentes a época pelo engenheiro Telemaco Van Langendonc.
1938 – Ary Torres, na condição de diretor do Laboratório de Ensaio de Materiais da Escola Politécnica, inicia a discussão sobre o aperfeiçoamento dos “cadernos de especificações de materiais de construção” com a participação dos laboratórios tecnológicos. Convoca então a 1ª Reunião dos Laboratórios Nacionais de Ensaios de Materiais.
1940 – Em setembro de 1940 durante a 3ª Reunião dos Laboratórios Nacionais de Ensaios de Materiais foi criado o formato final da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, reuniões coordenadas pelo engenheiro Paulo Sá. Abordando os problemas relativos aos coeficientes de segurança, especificações técnicas e amostragem, Sá enfatizou em sua obra “A Estatística na Tecnologia” a necessidade de normalização técnica nas atividades desenvolvidas no Brasil.
Ainda no ano de 1940, a ABNT publica a primeira norma oficial brasileira, a NB1/1940 “Calculo e Execução de Obras de Concreto Armado”.
2.2. A segurança no projeto de estruturas de concreto
A introdução da segurança em projetos de estruturas de concreto ocorre, principalmente, devido à importância do controle de resistência do concreto das estruturas, segundo Helene e Terzian (1993). De modo geral os critérios de segurança
servem para balizar e avaliar a correspondência entre o que foi produzido com o que foi previamente especificado no dimensionamento nos projetos da estrutura.
Segundo Vieira Filho (2007), os métodos de dimensionamento de estruturas desenvolvidas a partir do século XX eram baseados em princípios deterministas para os carregamentos e deformações, visando a garantir uma margem de segurança da utilização de uma estrutura até sua ruína foram adotados coeficientes de segurança. Os conceitos probabilistas, considerando os carregamentos e resistência dos materiais como variáveis aleatórias, foram propostas por Balaca e Torroja em 1949.
O método de introdução da segurança no projeto estrutural, proposto em 1978 com a revisão da NB1 “Projeto e Execução de Obras de Concreto Armado”, teve grande investigação internacional, promovida pelo CB - Comite Euro Internacional du Beton. Esse método adota uma distribuição estatística das variáveis consideradas aleatórias, resistência e ações, e fixa um valor chamado característico, tornando-o assim um método semi-probabilista. Método de cálculo adotado não só no Brasil como vários outros países, que adotam coeficientes parciais de segurança são descritos, recomendados e normatizados por normas como NBR 6118:2014 e ACI 318.
Vieira Filho (2007) ainda discorre sobre a resistência dos materiais, como as ações, são representadas por valores característicos (fixados), com probabilidade de ocorrência de 95%, ou seja, no que concerne às resistências dos materiais, 95% dos casos deverá ser superior ao valor característico. As ações deverão ter 95% dos casos inferiores ao valor fixado como característico. Para cálculo de projetos de estruturas de concreto admite-se, então, a minoração da resistência dos materiais e a majoração das ações. Desta forma, a resistência característica do concreto, no quesito segurança das estruturas, corresponde à 5% de frequências em uma distribuição normal.
No caso de estruturas acabadas o Model Code 2010 recomenda quatro modelos de verificação da segurança, dentre eles os dois principais: Método Probabilístico de Segurança e Método dos Coeficientes Parciais de Segurança (Método Semi-Probabilistico). A norma NBR 8681 “Ações e Segurança nas Estruturas” oferece ferramentas de cálculos de esforços baseados no método semi-probabilístico, representados nas equações seguintes:
Para as ações:
(1)
γf1: coeficiente que considera a variabilidade das ações;
γf2: coeficiente de combinação simultânea;
γf3: coeficiente que considera possíveis erros da avaliação dos efeitos das ações
devido ao método de cálculo empregado ou método construtivo. Para a resistência dos materiais:
(3)
(4)
γm: corresponde à resistência do material;
γm1: leva em conta a variabilidade da resistência efetiva do concreto na estrutura, que
é sempre maior que a variabilidade da resistência potencial do concreto na sua produção de origem, avaliada através de corpos de prova moldados;
γm2: considera as diferenças entre a resistência efetiva do concreto na estrutura e a
resistência potencial medida convencionalmente em corpos de prova padronizados; γm3: considera as incertezas existentes na determinação das solicitações resistentes,
seja em decorrência dos métodos construtivos, seja em virtude do método (modelo) de cálculo empregado. Cremonini explica que os coeficientes γc1 e γc2 podem ser
determinados por medidas experimentais e análises estatísticas, enquanto γc3 é
encontrado por meio de critérios empíricos. No caso do concreto, pode-se considerar que γc se decompõe, aproximadamente, nas seguintes parcelas:
(5)
A variação das parcelas diverge em seu resultado de 1,3 a 1,6 devido a adoção de valores adotados pela norma brasileira em comparação às indicações do Model Code 2010.
Outro fator importante na avaliação de estruturas, a variação da resistência do concreto por carga mantida, efeito Rüsch, é considerado no atual método de introdução da segurança no projeto estrutural pelo método semi-probabilístico. É considerado coeficiente de minoração adicional, incluso no diagrama tensão – deformação da ABNT NBR 6118:2014.
Segundo Rüsch, o concreto, quando submetido a carregamentos permanentes, ou de longa duração, sofre perda de resistência à compressão e deve ser considerada na
ordem de 15% do valor da resistência total. Logo, quando as cargas previstas nessas estruturas forem de natureza permanente ou de longa duração, esse fenômeno deve ser considerado no projeto e no cálculo de estruturas de concreto.
Entretanto a redução da resistência à compressão é oposta ao ganho de resistência que ocorre, ao longo de sua vida, devido ao processo de hidratação do cimento, gerando assim o aumento da resistência. O ensaio de compressão axial, conforme norma NBR 5739:2007, o corpo de prova é carregado rapidamente sendo conduzido à ruína em um pequeno período de tempo após o início do carregamento. O tempo de carregamento é fundamental durante o processo, pois caso haja diminuição da velocidade de carregamento ocorrerá a diminuição da resistência, análogo ao efeito Rüsch, como observa-se na figura 2 e 3.
Figura 2: Influencia da intensidade e duração do carregamento na resistência do concreto (Rüsch)
Fonte: Revista IBRACON, 2015. Adaptado
Figura 3: Resistência do concreto em função da idade de aplicação da carga de longa duração (Rüsch)
Fonte: Revista IBRACON, 2015. Adaptado
F orç a d o c ili nd ro Tensão do concreto Idade R esi st ên ci a do con cr e to
Pode-se constatar, através da figura 2, que quando ocorre o rápido carregamento de um corpo de prova a tensão é mantida constante, é gerado um aumento da deformação até o limite de resistência, com consequente ruptura. Observa-se que a tensão é inferior à resistência fcm obtida no ensaio normal quando o carregamento é
prolongado. Quando o corpo de prova é carregado até o ponto B e a tensão mantida constante, as deformações aumentam até uma estabilização. Neste caso não haverá ruptura do corpo de prova.
No projeto de estrutura de concreto, devem ser consideradas situações semelhantes à exposta por Rüsch, uma vez que uma parcela significativa das cargas é aplicada e mantida constante durante praticamente toda a vida útil da estrutura.
Couto (2015) destaca que “a análise da resistência de estruturas acabadas, a partir de testemunhos extraídos, deve considerar o efeito Rüsch, uma vez que a resistência obtida pode estar sob influência deste efeito. Tal possibilidade irá depender do histórico de carregamento da estrutura”.
Ainda segundo Rüsch, em trabalho posterior, o modelo matemático mais adequado à representação da distribuição de resistência a compressão do concreto é a distribuição normal ou de Gauss, que pode representar de maneira satisfatória à distribuição da resistência a compressão sempre que o coeficiente de variação seja menor ou igual a 30%. Os resultados gerados durante o processo de produção e ensaio do concreto fornecem parâmetros para cálculos estatísticos para densidade de probabilidade. O valor da resistência à compressão é denominado fck e representado na
figura 4:
Figura 4: Representação da distribuição da resistência à compressão do concreto
(6)
O desvio padrão corresponde à distância entre a abcissa de fcm e o ponto de inflexão da curva. O valor de 1,65 corresponde à quantia de 5% dos corpos de prova que possuem fc < fck, segundo Pinheiro. Os parâmetros acima, assim como outros
envolvidos no controle estatístico de lotes de concreto no que tange à resistência à compressão e que concernem a este trabalho, estão descritos a seguir, segundo o trabalho de Helene (2011).
fck : Resistência característica do concreto à compressão, aos 28 dias de idade,
referenciada a corpos de prova padrão amostrados na boca da betoneira e ensaiados com carregamento único, de curta duração ou "instantâneo" e monotônico, adotada como valor referencial pelo projetista estrutural que admite que 95% do volume do concreto e do componente estrutural tenha a resistência à compressão acima desse valor e, consequentemente, 5% do total do volume do lote em exame por ter resistência abaixo desse valor, porém, preferencialmente não muito longe desse valor. Portanto fck é um valor hipotético. É o valor utilizado pelo projetista estrutural tanto como ponto de partida dos cálculos de dimensionamento como na análise de revisão do projeto do ponto de vista da segurança estrutural. Também é o valor utilizado para fins de análise de durabilidade, quando necessário o estudo de vida útil de projeto ou vida útil residual.
fck,ef : Resistência efetiva característica do concreto à compressão, aos 28 dias de
idade, no componente estrutural, na estrutura construída. Trata-se de um valor inviável de ser obtido, pois dependeria de ensaiar à ruptura o próprio componente estrutural ou a estrutura (ensaio de carregamento único, de curta duração e monotônico). Admite-se, no entanto, que na expressiva maioria das situações de obra, deve sempre ser menor que o fck devido a diferenças de geometria, cura, adensamento, segregação interna, variabilidade da resistência do concreto superior à de produção medida através de corpos de prova padrão, simplificação dos modelos de cálculo, etc. Trata-se de um valor que depende do próprio concreto e, principalmente da qualidade e conformidade da execução em relação ao projeto.
fc,ext,j : Resistência à compressão do concreto extraído a idade j, obtida a partir de
obtida a uma idade j qualquer e, em geral, acima de 28 dias. É um segundo valor fisicamente medido e muito mais próximo de fck,ef (ou seja, de fcd) do que o fck,est. Trata-se da resistência à compressão de uma porção íntegra e representativa do concreto de um componente estrutural. Considera-se que as operações de extração e ensaio, por melhor que sejam realizadas, introduzem efeitos deletérios no testemunho e reduzem sua resistência original (efeitos que são descritos posteriormente neste trabalho). No mínimo tem-se duas considerações: uma devida à redução do fc,ext em relação ao fc,ef e outra que fc,ext é mais "próximo" do fc,ef. Portanto requereria no mínimo, dois coeficientes de correção para passar de fc,ext,j a fcj.
fcm: Média aritmética dos valores de fc para o conjunto de corpos de prova
ensaiados, é utilizado na determinação da resistência característica fck. 2.3. Resistência a compressão
A resistência à compressão é considerada no mundo todo como o parâmetro mais importante, ou o mais objetivo, na avaliação da qualidade de uma estrutura de concreto. A ruptura de corpos de prova moldados durante os lotes de concreto de caminhões betoneira, quando ensaiados para verificação de resistência a compressão simples, representam uma resistência potencial do concreto aplicada na estrutura.
Por ser considerada como principal parâmetro de uma estrutura, é comum a classificação de concretos com base na resistência aos 28 dias. A NBR 8953 estabelece, para fins estruturais, uma classificação a partir de grupos de resistência.
Tabela 1: Classificação do concreto segundo NBR 8953 Classe de resistência Grupo I Resistência característica à compressão MPa Classe de resistência Grupo II Resistência característica à compressão MPa C20 20 C55 55 C25 25 C60 60 C30 30 C70 70 C35 35 C80 80 C40 40 C90 90 C45 45 C100 100 C50 50
Já Prinski (1994) sugere em sua obra a classificação do concreto abrangendo diversas categorias, conforme tabela 2:
Tabela 2: Classificação do concreto segundo Prinski
Classificação Resistência à compressão aos 28 dias(MPa)
Concreto comum 20 – 50
Concreto de alto desempenho 50 – 100
Concreto de ultra alto desempenho 100 – 150
Concretos especiais > 150
Fonte:Prinski, 1994, adaptada.
A simplicidade das classificações das resistências a compressão do concreto evidencia o cunho prático com que se adota esse parâmetro como representação da qualidade do concreto.
Como explicitado por Vieira Filho (2007), a avaliação da resistência das estruturas acabadas é complexa devido à grande quantidade de variáveis envolvidas no processo. A produção do concreto, desde a concepção do projeto, variabilidade das características dos insumos, posterior manuseio, mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura, introduz uma série de variáveis de difícil quantificação que levam a considerar a resistência atingida em ensaios de compressão de testemunhos extraídos, admitida como real, sendo inferior aos resultados obtidos em ensaios de corpos de prova moldados, uma vez que estes são realizados e curados sob condições ideais.
Helene e Terzian (1993) demonstram de forma sintetizada a análise dos diversos fatores que influenciam na resistência a compressão do concreto e posteriormente na diferença da conceituação das resistências potencial e real.
Observa-se na figura 5 que o controle tecnológico não acontece nas etapas de planejamento, projeto e execução uma vez que nestes momentos não são realizados estudos nos âmbitos tecnológicos e que as variáveis ocorrem apenas nos controles de materiais e execução. “O controle tecnológico por sua vez seria a análise e verificação do concreto e seus materiais constituintes, além do acompanhamento dos serviços de lançamento, vibração, desforma e cura”, Silva (2017).
Pode-se observar que diversos são os fatores que interferem no resultado da resistência a compressão prevista em projeto, por isso a necessidade de um controle tecnológico que englobe todas as áreas. Importante saber que o controle tecnológico deve ser adequado para ambos, serviços e materiais e, caso haja deficiência em algum
desses controles, a estrutura não terá as características desejadas, resultando na falta de confiabilidade da estrutura em questão.
Figura 5: Fatores intervenientes a resistência do concreto
Fonte: Helene e Terzian, 1993
Silva (2017) comenta que “os serviços de controle tecnológico ao longo dos anos têm sido tratados como apenas moldagem e ruptura de corpos de prova, por total desconhecimento do meio técnico, o que implicou uma desvalorização de uma das mais importantes atividades da construção. Essa postura tem trazido muitos prejuízos às
empresas construtoras, pela necessidade de retrabalho”. Ainda sobre Silva (2017), o controle tecnológico é a atividade que verifica se os materiais empregados na elaboração de um concreto atendem às especificações técnicas de suas determinadas normas, além da análise, verificação do concreto, de seus materiais constituintes e acompanhamento de serviços durante a execução.
Outro ponto destacado por Helene e Terzian (1993), nas variáveis da resistência a compressão potencial e real, é a dosagem do concreto, figura 6. A dosagem do concreto é a relação para obtenção da melhor proporção entre os materiais constitutivos do concreto, como explica Helene. A dosagem visa obter a mistura ideal e mais econômica, fator que se faz importante na garantia de mecânica e garantia das propriedades do concreto.
Figura 6: Fatores intervenientes a resistência real e potencial
Fonte: Helene e Terzian, 1993, adaptada.
Helene e Terzian (1993) ainda observam que conceitualmente a resistência do concreto não tem apenas um valor e que deveriam ser descritos como uma população com “n” valores, tendendo ao infinito. Dessa maneira a distribuição dessa população deve ser normal ou gaussiana e representada por uma medida de posição. A NBR 6118
e NBR 12655 reduzem a um só valor a distribuição de resistências, simplificando-a e denominando resistência característica fckj.
A necessidade de comprovação da resistência do concreto em relação ao que está sendo executado frente ao que foi projetado resulta no controle da resistência à compressão. Essa comprovação é obtida através da correspondência entre a resistência potencial e a resistência real, executada por ensaios laboratoriais de controle tecnológico. Devido ao desconhecimento a respeito de variáveis intervenientes na correspondência entre resistência potencial e real, ainda enfoque de vários estudos, é englobado o coeficiente γc de minoração da resistência.
Como dito por Vieira Filho (2007) “essa resistência real ou efetiva, dificilmente pode ser conhecida, a não ser em casos especiais, quando for possível ensaiar e romper o próprio componente estrutural”. Portanto, entende-se que a extração de testemunho não fornece a resistência real da estrutura, devido a fatores diversos relativos à extração, como geometria do testemunho, corte de agregados, tempo de carregamento da peça e local de extração, além de outros fatores comentados por Helene, Neville e outros pesquisadores.
3. NORMALIZAÇÃO
3.1.Concepção e aceitação de estruturas
A Associação Brasileira de Normas Técnicas é o órgão responsável pela elaboração de normas técnicas, que definem os padrões de execução e padrões de segurança para que diversas atividades sejam executadas dentro dos mesmos parâmetros. Como exemplo: a elaboração de projetos de concreto armado, execução de obras e aceitação de obras executadas. A partir destas normas, os profissionais envolvidos em todo o processo (desde a concepção dos projetos até a entrega definitiva das obras) devem cumprir as exigências feitas pela ABNT para garantir, não apenas o controle de qualidade do produto, mas também a capacidade de resistência da estrutura, o desempenho em serviço quando carregada e sua vida útil.
A norma ABNT NBR 6118:2014 Projeto de Estruturas de Concreto – Procedimento estabelece os requisitos gerais a serem atendidos pelo projeto como um todo, bem como os requisitos específicos relativos a cada uma de suas etapas. O projeto estrutural deverá conter as principais informações que se fazem necessárias para a execução da estrutura com o objetivo de garantir a qualidade de execução da obra.
Definidos os requisitos de projeto como modulo de elasticidade, resistência à compressão do concreto, entre outros, inicia-se a execução da obra. Os requisitos básicos para preparo, recebimento e aceitação do concreto são previstos pela norma ABNT NBR 12655 Concreto de cimento Portland – Preparo, controle, recebimento e aceitação – Procedimento.
Apesar de se adquirir o concreto de centrais dosadoras, há sempre a possibilidade da existência de falhas. Entre elas, pode-se citar: a não adequação do traço à resistência prevista em projeto; tempo de transporte superior ao permitido e/ou aconselhável; utilização de água pelos operadores do caminhão betoneira e responsáveis pela frente de serviço a fim de melhorar a trabalhabilidade do material; falta ou excesso de vibração durante o adensamento do concreto; etc. Alguns desses fatores são desconhecidos pelo profissional responsável pela obra e, muitas vezes, omitidos pelos operadores para se evitar desgastes entre o construtor e a contratada (central dosadora de concreto ou empreiteiro responsável pela atividade de concretagem).
A existência de não conformidade pode ser constatada, inicialmente, por meio do ensaio de abatimento de cone , que deve ter seus limites previstos em projeto e, caso
apresente resultado diferente, deve ser verificado junto ao projetista responsável. Além disso, realizam-se ensaios de compressão axial de corpos de prova, como demonstrado esquematicamente na figura 2. Estes corpos de prova são coletados de forma aleatória durante a concretagem. Assim, como exigido pela norma técnica, descartando o terço inicial e final da betoneira, devem seguir os padrões e exigências de idade para o rompimento.
A ABNT NBR 6118 prevê a possibilidade de existência de não conformidades. Mesmo após seguir todos os parâmetros definidos pelas normas técnicas, há a possibilidade de falhas e a necessidade de correções. Entende-se que por se envolver uma série de variáveis, inclusive o fator erro humano, deve-se apresentar uma alternativa quando não houver a aceitação do elemento estrutural acabado.
A aceitação de uma estrutura acabada está condicionada ao cumprimento de todas as exigências previstas em projeto e à confirmação de que a estrutura está conforme as respectivas especificações e normas técnicas após ensaios de compressão dos corpos de prova moldados durante a concretagem. Quando a estrutura apresenta deficiências e não conformidades, é necessária uma nova avaliação de desempenho, conforme previsto no item 25.3.1 da norma ABNT NBR 6118:2004, no qual se define a adoção das seguintes ações corretivas:
a) revisão do projeto considerando o novo resultado de resistência característica do concreto à compressão obtida por meio do controle de recebimento realizado através de corpos de prova moldados in loco;
b) permanecendo a insegurança, extrair testemunhos de acordo com a NBR 7680, estimar o novo fck de acordo com a NBR 12655 e utilizar na nova verificação estrutural o novo γc disposto no item 12.4.1 da NBR 6118;
c) permanecendo a insegurança, o item 25.3.3 da NBR 6118, que orienta a prova de carga, deve ser atendido desde que a estrutura não apresente risco de ruptura frágil.
3.2. Extração de testemunho
A extração de testemunhos para obtenção da resistência a compressão de uma peça estrutural a partir de ensaios laboratoriais é o método mais utilizado, sendo reconhecido como o mais preciso e confiável entre os métodos de inspeção. O ensaio a partir de testemunhos extraídos representa, usualmente, a condição em que a estrutura está inserida.
Segundo Farias (2006), o nome “testemunho” é dado a amostras cilíndricas de concreto retiradas de elementos estruturais que tem como finalidade avaliação. Conforme Silva Filho e Helene (2011), extrações de amostras de concreto endurecido é a forma mais direta de coletar dados referentes à resistência efetiva de uma obra acabada. Os testemunhos são comumente obtidos através de extratoras, com brocas tipo serra copo com ponta diamantada, contendo fragmentos de zircônio, permitindo cortar um cilindro de concreto e segmentar armaduras, retirando amostras que representam as próprias peças estruturais.
Assim como Bungey (2006), Vieira Filho (2007), Helene (2011) e Ergün e Kürklü (2012) tem surgido uma tendência de utilização de brocas com diâmetros menores, resultando numa redução no tamanho das furações e, consequentemente, redução nos danos causados à estrutura.
Por ser o ensaio mais utilizado para obtenção da resistência a compressão de uma peça, existe hoje no mundo, várias normas e recomendações para a extração e análise de testemunhos extraídos.
Entretanto, devido ao grande número de normas e diversidade entre elas, torna-se difícil correlacionar resultados de ensaios e trabalhos, devido à variação dos parâmetros estudados. A tabela 3, elaborada por Khoury (2013) e citada em seu trabalho, sintetiza os parâmetros estudados em determinadas normas, gerando um compilado de informações. Nota-se que a norma europeia, alterada em 2009, não especifica diâmetro mínimo. De um ponto de vista crítico, esta alteração abre espaço para o estudo de diâmetros reduzidos, que é um dos focos deste trabalho.
Tabela 3: parâmetros estudados em normas
Norma Ano
Fatores estudados / considerados Relação h/d Diâmetro Presença de barras de aço Danos ao testemunho Direção da extração Concrete Society TR.11 1987 OK OK OK OK European Standard Specification 1998 OK OK OK OK 2009 OK OK ACI 214.4 R 1998 OK 2011 OK OK OK Japanese Standard 1998 OK BS EM 12504-1 2003 OK OK OK Egyptian Code 2008 OK OK OK NBR 7680 2015 OK OK OK OK OK
Analisa-se, a seguir, alguns métodos utilizados nos principais documentos normativos vigentes relacionados à extração de testemunho.
3.3.ACI 318 e ACI 214.4R
O American Concrete Institute publicou a norma ACI 318-11 (Capítulo 5, item 5.6.5) onde orienta a extração de três testemunhos por região afetada, frente a resultados baixos de resistências à compressão do concreto, durante o controle do concreto numa obra em construção.
Caso a média dos resultados de resistência a compressão dos três testemunhos extraídos seja superior a 85% da resistência do projeto (fck) e nenhum testemunho
apresente resistência inferior a 75% de fck, a estrutura deve ser considerada adequada e o
processo encerra-se.
A orientação da norma equivale a multiplicar a média dos resultados e o menor valor dos testemunhos extraídos por 1,18 e 1,33, ou seja, fck,equivalente=1,18·fcm,ext ou
fck,equivalente=1,33·fc,mínimo, ext.
Entretanto quando os resultados não atingem o esperado e representam uma não conformidade, ou sempre que se trate de estruturas existentes, o ACI 318-11 (Capítulo 20) prescreve a estimativa de uma resistência equivalente f’c de uma forma mais apurada, através do ACI 214.4R-10, onde coeficientes de correção devem ser considerados, relativos a fatores como geometria do testemunho, ensaio e sazonamento do testemunho, sendo:
(7)
Onde:
fc = resistência do testemunho corrigida;
fcore = resistência do testemunho, obtida diretamente no ensaio de compressão;
Fl/d = fator de correção devido à relação altura/diâmetro do testemunho, de acordo com
as condições do testemunho antes do ensaio, conforme equações 8 a 10; Fdia = fator de correção devido ao diâmetro do testemunho, conforme tabela 4;
Fmc = fator de correção devido à cura, detalhados na tabela 5;
O fator Fl/d deve ser calculado a partir das equações dispostas abaixo, as quais
são utilizadas de acordo com o tipo de cura a qual o testemunho foi submetido. Existem três opções, sendo a primeira o testemunho submetido ao tratamento previsto na norma ASTM C 42 (equação 8), outra no caso do testemunho submerso em tanque d’água por 48 horas (equação 9), e a terceira alternativa no caso de testemunhos secos ao ar(equação 10).
(8) (9) (10)
O valor de α nas equações 8 a 10 tem valor de 4,3 . (10– 4) MPa.
Para a escolha de F dia utiliza-se os coeficientes da tabela 4 de acordo com o diâmetro
do testemunho.
Tabela 4: Fator Fdia
F dia
50 mm 1,06
100 mm 1,00
150 mm 0,98
Fonte: ACI 214.R 2011, adaptada.
O fator Fmc é obtido a partir da tabela 5 que considera a forma de cura do testemunho
antes do ensaio. Tabela 5: Fator Fmc F tc Tratamento ASTM C42 1,00 Submersos 48 h 1,09 Secos ao ar 0,96
Fonte: ACI 214.R 2011, adaptada.
Após a aplicação dos coeficientes de correção, relativos às variáveis de ensaio e questões intrínsecas do concreto, o ACI 214.4R-10 recomenda dois métodos matemáticos para a obtenção da resistência equivalente final do concreto. São eles:
Tolerance factor method
(11)
Onde:
f’c,eq = resistência equivalente da amostra;
cf = média das resistências equivalentes dos testemunhos ensaiados;
K = fator que leva em conta o limite de tolerância unilateral para um quantil de 10% (ACI 214.4R-10, Tabela 9.2) que depende do nível de confiança desejado no cálculo; sc = desvio padrão da amostra;
Z = fator que leva em conta as incertezas do uso de fatores de correção da resistência (ACI 214.4R-10, Tabela 9.3) e também depende do nível de confiança desejado;
sa = desvio padrão dos fatores de correção da resistência(ACI 214.4R-10, Tabela 9.1).
Alternative method
(12)
(13)
Onde:
f’c,eq = resistência equivalente da amostra;
c f = média das resistências equivalentes dos testemunhos ensaiados;
T = fator obtido via distribuição t de Student com n-1 graus de liberdade, depende do nível de confiança desejado (ACI 214.4R-10, Tabela 9.4);
sc = desvio padrão da amostra;
Z = fator que leva em conta as incertezas do uso de fatores de correção da resistência (ACI 214.4R-10, Tabela 9.3) e também depende do nível de confiança desejado;
sa = desvio padrão dos fatores de correção da resistência (ACI 214.4R-10, Tabela 9.1);
n = número de testemunhos ensaiados;
C = coeficiente atrelado à variabilidade intrínseca das resistências na estrutura (ACI 214.4R-10, Tabela 9.5).
Caso a resistência equivalente obtida pelas equações de Tolerance Factor Method e Alternative Method não atenda à resistência de projeto, deve-se verificar a segurança adotada e aplicar novos coeficientes de minoração das resistências do concreto, denominados de fatores de redução das resistências (φ), constantes no ACI 318-11.
Apesar de serem os mesmos conceitos adotados pela normalização brasileira, o ACI 318-11 não prescreve um único coeficiente de minoração da resistência do concreto, gc, e no caso de estruturas existentes, na verificação da segurança, varia a
redução desse coeficiente de 6,7% a 23,1%, dependendo da natureza do esforço principal.
A recomendação ACI 214.R (2011), como pode-se observar, traz parâmetros importantes no cálculo da resistência de testemunhos de concreto. Bem como em outras normas e abordado ainda nesse trabalho, o fator do diâmetro do testemunho, onde o ACI não recomenda minoração ou majoração de resultado quando o diâmetro extraído for de 100 mm. Entretanto para diâmetros de 50 mm e 150 mm, é recomendada um fator de correção dos valores conforme descrito anteriormente.
3.4. BS EN 12504
A norma europeia para análise de estruturas acabadas foi revista pela última vez em 2009 e é seccionada em partes de acordo com os métodos de ensaio empregados para análise. Na primeira parte da norma encontram-se as recomendações para extração exame e ensaio através de extração de testemunhos de concreto.
Pontos importantes são destacados no início da norma, tal como o diâmetro máximo do agregado do concreto que, conforme descrito, tem influência direta no resultado de resistência a compressão e deve ter uma proporção máxima de até 1/3 do diâmetro do testemunho. Assim, como a norma brasileira, o diâmetro e comprimento do testemunho extraído são pontos de consideração na avaliação dos resultados. É importante ressaltar que, por se tratar de uma norma britânica, as recomendações se voltam à comparação de cubos de concreto, e para a esse caso relação h/d deve ser 1,0. Quando comparado a testemunhos cilíndricos moldados o fator h/d sugerido é 2,0.
O valor da resistência a compressão é aplicado na equação:
