ÉDER ALVES DE OLIVEIRA FELIPE GUSTAVO FENILLI
ESTUDO DE DOSAGEM PARA DETERMINAÇÃO DE TRAÇO DE CONCRETO
Palhoça 2019
ÉDER ALVES DE OLIVEIRA FELIPE GUSTAVO FENILLI
ESTUDO DE DOSAGEM PARA DETERMINAÇÃO DE TRAÇO DE CONCRETO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Roberto de Melo Rodrigues, Engº. Civil
Palhoça 2019
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, gostaríamos de agradecer a Deus por nos ter dado força e saúde durante toda a trajetória universitária.
Agradecemos também aos nossos familiares, pelo total apoio a nós concedido ao longo do curso e pela compreensão nos momentos de ausência dedicados aos estudos.
Agradecemos a todos os professores do curso de Engenharia Civil da UNISUL, pela paciência e pelos ensinamentos que nos foram concedidos. Devemos também um agradecimento especial ao nosso professor orientador, Roberto de Melo Rodrigues, Esp., que esteve sempre presente com muita prestatividade durante todo o processo de elaboração e execução deste Trabalho de Conclusão de Curso.
Agradecemos, ainda, à universidade, pelo bom ambiente acadêmico e pelos serviços a nós prestados.
Exaltamos nossa gratidão também aos colegas e amigos de curso, por toda a ajuda e o companheirismo com que nos auxiliaram.
Por fim, o nosso muito obrigado a todos que, de alguma forma, participaram e fizeram parte de nossa jornada acadêmica.
RESUMO
A mistura de matérias-primas que forma o concreto apresenta diversos parâmetros e características que são alterados conforme o método de dosagem e materiais utilizados. Assim sendo, a dosagem de concreto tornou-se um procedimento de suma importância atualmente, pois é a principal ferramenta de análise das proporções dos materiais nas quantidades necessárias, objetivando a obtenção de um traço com maior economia, durabilidade e que atenda às características de resistência mecânica para cada tipo de obra na construção civil. Diante disso, o presente trabalho apresenta um estudo de dosagem experimental, no qual, após a comparação entre dois métodos, optou-se pela utilização da metodologia elaborada pelo IPT/USP, com a exploração de três traços de concreto distintos. O estudo partiu, então, de um traço-piloto (1:5), com teor de argamassa inicial de 50%, que foi sucessivamente elevado em porções de 2% até que, após observações práticas de características do concreto como trabalhabilidade e coesão, chegou-se a um teor de argamassa considerado ideal, de 56%. Com base nesse traço-piloto, foram realizados os traços rico (1:3) e pobre (1:7). Após a execução em laboratório, o concreto produzido com cada traço foi submetido ao ensaio de resistência à compressão em idades de 7 e 28 dias. Por fim, os dados obtidos foram relacionados em um diagrama de dosagem. A apuração das resistências alcançadas apresentou resultados satisfatórios, o que demonstra a eficiência do método empregado.
Palavras-chave: Dosagem de concreto. Traço de concreto. Diagrama de dosagem. Método do
ABSTRACT
The mixture of raw materials that form the concrete presents several parameters and characteristics that are changed according to the method of dosage and materials used. Therefore, concrete dosing has become a very important procedure today, since it is the main tool for analyzing the proportions of the materials in the necessary quantities, aiming to obtain a trace with greater economy, durability and that meets the characteristics of mechanical resistance for each type of construction. Therefore, the present work presents a study of experimental dosage, in which, after the comparison between the two methods, the methodology elaborated by the IPT / USP was chosen, with the exploration of three different concrete traces. The study was then based on a pilot trait (1:5), with initial mortar content of 50%, which was successively raised in 2% portions until, after practical observations of concrete characteristics such as workability and cohesion, an optimum mortar content of 56% was reached. Based on this pilot trait, the traits were rich (1:3) and poor (1:7). After the execution in the laboratory, the concrete produced with each trait was submitted to the compressive strength test at ages of 7 and 28 days. Finally, the data obtained were listed on a dosage diagram. The determination of the resistances presented satisfactory results, which demonstrates the efficiency of the method used.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – NBRs unificadas na 16697:2018 ... 21
Figura 2 – Determinação do abatimento... 30
Figura 3 – Formas de abatimento ... 31
Figura 4 – Modelo de esquema de ensaio utilizado... 33
Figura 5 – Esquema de ensaio em corpo de prova cilíndrico ... 36
Figura 6 – Ensaio de tração na flexão ... 37
Figura 7 – Ruptura fora do terço médio ... 37
Figura 8 – Composição do cimento ... 53
Figura 9 – Agregados em processo de secagem ... 53
Figura 10 – Material para o traço-piloto (1:5) ... 54
Figura 11 – Acréscimos para α de 52%, 54% e 56% ... 55
Figura 12 – Imprimação da betoneira ... 56
Figura 13 – Traço-piloto α 50% – à esquerda, início do traço com agregado graúdo, água e cimento; à direita, traço final já com todos os materiais ... 56
Figura 14 – Acréscimos – à esquerda, cimento e agregado miúdo; à direita, água ... 57
Figura 15 – Verificação 1 ... 57
Figura 16 – Verificação 2 ... 58
Figura 17 – Slump Test para o traço-piloto (1:5) ... 59
Figura 18 – Corpos de prova para o traço-piloto (1:5) ... 59
Figura 19 – Equipamento EMIC ... 60
Figura 20 – Material para o traço pobre (1:7) ... 62
Figura 21 – Slump Test para o traço pobre (1:7) ... 63
Figura 22 – Corpos de prova para o traço pobre (1:7)... 63
Figura 23 – Material para o traço rico (1:3) ... 66
Figura 24 – Slump Test para o traço rico 1 (1:3) ... 67
Figura 25 – Slump Test para o traço rico 2 (1:3) ... 67
Figura 26 – Slump Test para o traço rico 3 (1:3) ... 68
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Curva de Gauss para resistência do concreto à compressão ... 33
Gráfico 2 – Resistência à compressão do concreto requerida aos 28 anos (fc28) (MPa) ... 41
Gráfico 3 – Diagrama de Dosagem para uma família de concretos ... 46
Gráfico 4 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço-piloto – 7 dias ... 60
Gráfico 5 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço-piloto – 28 dias ... 61
Gráfico 6 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço pobre – 7 dias ... 64
Gráfico 7 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço pobre – 28 dias ... 64
Gráfico 8 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço rico 1 – 7 dias ... 69
Gráfico 9 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço rico 2 – 7 dias ... 70
Gráfico 10 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço rico 3 – 7 dias ... 70
Gráfico 11 – Curvas de tensão x deformação para 3 CPs – Traço rico 3 – 28 dias ... 71
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Classes de resistência (Grupos I e II) ... 16
Tabela 2 – Limites da composição granulométrica do agregado graúdo ... 17
Tabela 3 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo ... 18
Tabela 4 – Composição dos cimentos Portland de acordo com a nova norma (NBR 16697:2018) ... 22
Tabela 5 – Porcentagem da massa de Trióxido de Enxofre ... 23
Tabela 6 – Porcentagem de Resíduo Insolúvel (RI) ... 23
Tabela 7 – Porcentagem de Óxido de Magnésio (MgO) ... 24
Tabela 8 – Porcentagem de Anidrido Carbônico** ... 24
Tabela 9 – Porcentagem da Perda ao Fogo (PF) ... 25
Tabela 10 – Tempo de Início de Pega ... 26
Tabela 11 – Tempo de Fim de Pega ... 26
Tabela 12 – Resistência à Compressão (MPa) ... 27
Tabela 13 – Desvio-padrão a ser adotado em função da condição de preparo do concreto ... 35
Tabela 14 – Consumo aproximado de água... 41
Tabela 15 – Volume do agregado graúdo por m³ de concreto ... 42
Tabela 16 – Tolerância para a idade de ensaio ... 50
Tabela 17 – Resistências do traço-piloto para 7 e 28 dias ... 61
Tabela 18 – Resistências do traço pobre para 7 e 28 dias ... 65
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ACI American Concrete Institute
AIE Agência Internacional de Energia ARI Alta Resistência Inicial
cm Centímetro
CP Corpos de prova
CSI Iniciativa pela Sustentabilidade do Cimento
D Diâmetro do corpo de prova
fck Resistência característica do concreto à compressão fcm Resistência média do concreto à compressão
IBRACON Instituto Brasileiro do Concreto IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas
kgf Quilograma-força
LEC Laboratório de Engenharia Civil
m metro
MgO Óxido de Magnésio
mm Milímetro
MPa Mega Pascal
N Newton
NBR Norma Brasileira
PF Perda ao Fogo
RI Resíduo Insolúvel
SO3 Trióxido de Enxofre
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 12 1.1 OBJETIVOS ... 12 1.1.1 Objetivo geral ... 12 1.1.2 Objetivos específicos ... 13 1.2 JUSTIFICATIVA ... 13
1.3 ESTRUTURA GERAL DO TRABALHO ... 14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 15
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 15
2.1.1 Agregados para o concreto ... 16
2.1.1.1 Agregado graúdo ... 17 2.1.1.2 Agregado miúdo ... 17 2.1.2 Cimento Portland ... 18 2.1.2.1 Clínquer ... 19 2.1.2.2 Adições ... 19 2.1.2.2.1 Gesso ... 19 2.1.2.2.2 Escórias de alto-forno ... 19 2.1.2.2.3 Materiais pozolânicos ... 20 2.1.2.2.4 Materiais carbonáticos ... 20
2.1.2.3 Atualizações da norma de Cimento Portland ... 20
2.1.3 Água de amassamento para concreto ... 27
2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO ... 28
2.2.1 Trabalhabilidade do concreto ... 29
2.2.2 Exsudação do concreto... 31
2.2.3 Segregação do concreto ... 31
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO ... 32
2.3.1 Resistência à compressão ... 32 2.3.2 Resistência à tração ... 35 2.3.3 Módulo de elasticidade... 39 2.4 DOSAGEM DE CONCRETO ... 39 2.4.1 Introdução ... 39 2.4.2 Método da ABCP/ACI ... 40 2.4.3 Método do IPT/USP ... 44
3 METODOLOGIA DO TRABALHO ... 47
3.1 INTRODUÇÃO ... 47
3.2 MÉTODO ADOTADO ... 47
3.3 DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DA PESQUISA ... 48
3.3.1 Revisão Bibliográfica ... 48
3.4 ESTUDOS DE DOIS MÉTODOS DE DOSAGEM ... 49
3.4.1 Definição dos traços de concreto ... 49
3.4.2 Realização do estudo de dosagem em laboratório ... 49
3.4.2.1 Estudo da mistura fresca ... 50
3.4.2.2 Estudo da mistura endurecida em ensaio à compressão ... 50
3.4.3 Análise dos resultados dos ensaios ... 51
4 PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 52 4.1 MATERIAIS EMPREGADOS ... 52 4.2 TRAÇOS ... 54 4.2.1 Traço-piloto... 54 4.2.1.1 Determinação ... 54 4.2.1.2 Execução... 55 4.2.1.3 Resistência à compressão ... 59 4.2.2 Traço pobre ... 61 4.2.2.1 Determinação ... 62 4.2.2.2 Execução... 62 4.2.2.3 Resistência à compressão ... 63 4.2.3 Traço rico ... 65 4.2.3.1 Determinação ... 65 4.2.3.2 Execução... 66 4.2.3.3 Resistência à compressão ... 68 4.3 DIAGRAMA DE DOSAGEM ... 72 5 CONCLUSÃO ... 74 5.1 CONCLUSÃO DA PESQUISA ... 74
5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 74
1 INTRODUÇÃO
O concreto é o material mais utilizado na construção civil e seu emprego ocorre desde as civilizações mais antigas. Diante da grande importância desse material na Engenharia Civil e da necessidade de melhoria de suas características para atender as demandas das construções modernas, o estudo do concreto vem aprimorando as técnicas de produção e as proporções de seus materiais constituintes.
O estudo de dosagem visa obter uma mistura ideal e econômica, com os materiais disponíveis em determinada região, e que atenda aos requisitos das diversas especificidades do concreto, como: trabalhabilidade, resistência mecânica, durabilidade, deformabilidade e, até mesmo, sua sustentabilidade. Por isso, dosar o concreto é um procedimento fundamental para a obtenção da melhor proporção de seus materiais construtivos, o que levará a um traço de concreto com desempenho ideal para determinado tipo de obra.
O traço de concreto corresponde a uma relação entre as quantidades de materiais utilizados em sua confecção, sendo estes o cimento, o agregado graúdo, o agregado miúdo e a água, que é o componente líquido da mistura. A dosagem da água em um traço deve ser cuidadosamente ponderada, pois sua relação com o cimento, chamada “fator água/cimento”, tem grande influência na resistência do concreto.
Existem diversos métodos de dosagem de concreto, sendo os métodos da ABCP/ACI (publicado pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) a partir de uma adaptação do método do American Concrete Institute – ACI) e do IPT/USP (desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas da Universidade de São Paulo) os mais comumente utilizados no Brasil.
1.1 OBJETIVOS
A seguir são apresentados os objetivos geral e específicos deste estudo.
1.1.1 Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho é realizar um estudo de dosagem para determinação de traço de concreto.
1.1.2 Objetivos específicos
São objetivos específicos:
• Comparar os dois métodos de dosagem mais utilizados no Brasil e escolher um deles para aplicação.
• Determinar a composição de traço(s) econômico(s) de concreto que obedeça(m) a requisitos técnicos e normativos conforme indicação do método de dosagem escolhido.
• Determinar matematicamente os traços-piloto, rico e pobre utilizados no estudo de dosagem.
• Produzir os traços em laboratório e moldar corpos de prova, a fim de rompê-los em idades de 7 e 28 dias.
• Elaborar um diagrama de dosagem com os dados dos traços estudados. 1.2 JUSTIFICATIVA
Sabe-se que o concreto é um material de construção empregado desde a época do Império Romano, quando se utilizavam as misturas de cal e cinza vulcânica nas edificações (AÏTCIN, 2000), sendo que ainda é, atualmente, o material mais consumido pelo homem em suas construções. O sucesso do emprego em grande escala deste material de construção deve-se as suas características técnicas, como resistência à compressão, excelente resistência à água e possibilidade de produzir peças de diversas geometrias.
Mesmo com tantas vantagens, o concreto ainda é produzido em obra por dois principais motivos: em cidades pequenas, a maioria localizadas em regiões interioranas, devido à falta de empresas concreteiras na cidade para venda do concreto pronto usinado; e nos grandes centos o problema é que, devido à grande demanda, torna-se difícil a venda de quantidades inferiores a 3 m³ pelas empresas.
Nesse sentido, devido ao crescimento demográfico da cidade de Palhoça/SC, observou-se a necessidade de estudo de traços de concreto utilizando materiais disponíveis na região.
1.3 ESTRUTURA GERAL DO TRABALHO
O presente Trabalho de Conclusão de Curso é constituído por cinco capítulos, que estão estruturados conforme a sequência descrita a seguir:
• No primeiro capítulo, apresenta-se a introdução ao tema, os objetivos geral e específicos, bem como a justificativa e as limitações da pesquisa.
• O segundo capítulo expõe uma breve revisão bibliográfica acerca do concreto, de seus componentes e dos dois principais métodos de dosagem utilizados no Brasil.
• O terceiro capítulo aborda a metodologia do trabalho.
• O quarto capítulo compreende o programa experimental, apresentando os procedimentos e materiais utilizados, além dos resultados obtidos.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo, será realizada uma análise meticulosa e ampla das publicações correntes sobre concreto, além de serem apresentados os referenciais teóricos e outras pesquisas relevantes para este estudo.
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
De acordo com a NBR 12655 (ABNT, 2015), o concreto de cimento Portland é um:
material formado pela mistura homogênea de cimento, agregados miúdo e graúdo e água, com ou sem a adição de componentes minoritários (aditivos químicos, pigmentos, metacaulim, sílica ativa, e outros materiais pozolânicos), que desenvolve suas propriedades pelo endurecimento da pasta de cimento (cimento e água). (ABNT, 2015, p. 3).
O concreto possui duas propriedades que se destacam dos demais materiais de construção: sua resistência à água, pois sofre menos danos do que o aço e a madeira, e sua plasticidade, que possibilita ser moldado em variadas formas.
Quando recém-misturado, o concreto deve ter plasticidade e trabalhabilidade que facilitem seu uso. Pelas reações entre aglomerante e água, o concreto deve adquirir coesão e resistência.
Para conferir características especiais ao concreto, é comum incorporar aditivos em sua mistura, visto que eles irão alterar algumas de suas propriedades com a finalidade de aumentar sua trabalhabilidade e plasticidade; isso diminuirá o consumo de cimento, ao final reduzindo custos; alterará o tempo de pega, podendo o processo ser acelerado ou retardado; e, por último, reduzirá a retração, aumentando assim sua durabilidade.
De acordo com a NBR 8953, “os concretos para fins estruturais são classificados em dois grupos, conforme sua resistência à compressão (fck). Os concretos com resistência à compressão menores que 20 MPa não são considerados estruturais” (ABNT, 2015, p. 2). A Tabela 1, a seguir, apresenta as classes.
Tabela 1 – Classes de resistência (Grupos I e II) 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 Fonte: NBR 8953 (ABNT, 2015, p. 2).
2.1.1 Agregados para o concreto
De acordo com Petrucci (1993):
entende-se por agregado o material granular, sem forma e sem volume definidos, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia. Os agregados desempenham um importante papel nas argamassas e concretos, quer do ponto de vista econômico, quer do ponto de vista técnico, e exercem influência benéfica sobre algumas características importantes, como, retração, aumento na resistência ao desgaste etc., sem prejudicar a resistência aos esforços mecânicos, pois os agregados de boa qualidade têm resistência mecânica superior à da pasta de aglomerante. (PETRUCCI, 1993, p. 38).
De acordo com a NBR 7211 em sua terceira edição:
os agregados devem ser compostos por grãos de minerais duros, compactos, estáveis, duráveis e limpos, e não devem conter substâncias de natureza e em quantidade que possam afetar a hidratação e o endurecimento do cimento, a proteção da armadura contra a corrosão, a durabilidade ou, quando for requerido, o aspecto visual externo do concreto. (ABNT, 2009, p. 4).
As principais características dos agregados que serão utilizados em uma mistura são: resistência à compressão, composição granulométrica, forma, porosidade, absorção de água e tipos de substâncias presentes.
São utilizados dois tipos de agregados para o concreto, cada um com função específica na mistura, sendo eles: agregado graúdo (brita) e agregado miúdo (areia).
2.1.1.1 Agregado graúdo
De acordo com a NBR 7211 (ABNT, 2009, p. 3), define-se como agregado graúdo “aquele cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm”. Além disso, é necessário que sua distribuição granulométrica atenda aos limites indicados para o agregado graúdo, conforme consta na Tabela 2, a seguir.
Tabela 2 – Limites da composição granulométrica do agregado graúdo
Peneira com abertura de malha
(ABNT NBR NM ISO 3310-1)
Porcentagem, em massa, retida acumulada Zona granulométrica d/Da 4,75/12,5 9,5/25 19/31,5 25/50 37,5/75 75 mm - - - - 0 - 5 63 mm - - - - 5 - 30 50 mm - - - 0 - 5 75 - 100 37,5 mm - - - 5 - 30 90 - 100 31,5 mm - - 0 - 5 75 - 100 95 - 100 25 mm - 0 - 5 5 - 25b 87 - 100 - 19 mm - 2 - 15b 65b - 95 95 - 100 - 12,5 mm 0 - 5 40b - 65b 92 - 100 - - 9,5 mm 2 - 15b 80b - 100 95 - 100 - - 6,3 mm 40b - 65b 92 - 100 - - - 4,75 mm 80b - 100 95 - 100 - - - 2,36 mm 95 - 100 - - - -
a Zona granulométrica correspondente à menor (d) e à maior (D) dimensões do agregado graúdo. b Em cada zona granulométrica deve ser aceita uma variação de no máximo cinco unidades percentuais em apenas um dos limites marcados com 2). Essa variação pode também estar distribuída em vários desses limites.
Fonte: NBR 7211 (ABNT, 2009, p. 7).
2.1.1.2 Agregado miúdo
De acordo com a NBR 7211 (ABNT, 2009, p. 3), define-se como agregado miúdo: “aquele cujos grãos passam pela peneira de abertura de malha de 4,75 mm”. Além disso, é necessário que sua distribuição granulométrica atenda aos limites estabelecidos na tabela 3, a seguir.
Tabela 3 – Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo
Peneira com abertura de malha (ABNT NBR NM ISO 3310-1)
Porcentagem, em massa, retida acumulada Limites inferiores Limites superiores Zona utilizável Zona ótima Zona ótima Zona utilizável 9,5 mm 0 0 0 0 6,3 mm 0 0 0 7 4,75 mm 0 0 5 10 2,36 mm 0 10 20 25 1,18 mm 5 20 30 50 600 µm 15 35 55 70 300 µm 50 65 85 95 150 µm 85 90 95 100
NOTA 1: O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90.
NOTA 2: O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20. NOTA 3: O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50. Fonte: NBR 7211 (ABNT, 2009, p. 5).
De acordo com a NBR 7211 (ABNT, 2009, p. 4), podem também “ser utilizados como agregado miúdo para concreto, materiais com distribuição granulométrica diferente das zonas estabelecidas, desde que estudos prévios de dosagem comprovem sua aplicabilidade”.
2.1.2 Cimento Portland
O termo “cimento Portland” foi convencionado mundialmente como o material utilizado na construção civil, sendo mais conhecido apenas como cimento. É um pó fino que dispõe de propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, e que endurece depois de ter contato com a água. Após a reação de endurecimento, o cimento Portland não irá mais se decompor, mesmo que sofra ação da água em seguida.
O cimento Portland, quando misturado com água e outros materiais, resulta no material construtivo mais utilizado no mundo: o concreto.
O cimento Portland é composto de clínquer e de adições, sendo o primeiro o principal componente, presente em todos os tipos de cimento. Já as adições são utilizadas para acrescentar propriedades e características ao cimento, a fim de melhorar seu desempenho.
2.1.2.1 Clínquer
É composto principalmente de rocha calcária, além de argila e dos óxidos de ferro e de alumínio, que estarão presentes em menor proporção. Após ser extraída, a rocha calcária é britada e triturada, até virar um pó fino. Na sequência, é realizada a mistura com as outras matérias-primas. Essa mistura irá ao forno giratório cuja temperatura interna chega a 1.450°C. O calor transforma a mistura em um material em forma de pelotas, o clínquer. Ao ser retirado do forno, o clínquer é bruscamente resfriado e novamente moído, até que seja obtido um pó. Esse pó de clínquer sofre uma reação química em contato com água, tornando-se inicialmente um material pastoso, endurecendo em seguida, e obtendo uma alta resistência e durabilidade, o que faz do clínquer um ligante hidráulico de ótimo desempenho, sendo essa a sua principal propriedade.
2.1.2.2 Adições
As adições correspondem a matérias-primas que são misturadas ao clínquer na fase de moagem, permitindo a fabricação dos diferentes tipos de cimento Portland disponíveis no mercado. As principais adições são o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais pozolânicos e os materiais carbonáticos.
2.1.2.2.1 Gesso
O gesso é responsável por retardar o tempo de pega, possibilitando o controle do início do endurecimento do clínquer moído, quando misturado com água. Se não for adicionado gesso à moagem do clínquer, o cimento em contato com água endurece muito rapidamente, tornando-se difícil o seu uso nas obras. Por isso, o gesso é adicionado em todos os tipos de cimento Portland.
2.1.2.2.2 Escórias de alto-forno
São obtidas nas indústrias siderúrgicas durante a produção de ferro-gusa e possuem propriedade ligante hidráulica muito resistente. Quando reagem com a água, desenvolvem características aglomerantes semelhantes ao clínquer. Por isso, a escória de alto-forno é adicionada à moagem do clínquer com gesso para que seja possível obter um cimento com melhoria na durabilidade e resistência final.
2.1.2.2.3 Materiais pozolânicos
A maior parte dos materiais pozolânicos utilizados na adição ao cimento é derivada da queima de carvão mineral realizada em usinas termelétricas. Em alguns casos, eles são extraídos de materiais encontrados na natureza na forma de fósseis de rochas vulcânicas, ou são obtidos da queima de argila em elevadas temperaturas (de 550°C a 900°C). Quando pulverizados em partículas finas, apresentam a propriedade de ligante hidráulico, assim como as escórias de alto-forno. No processo de hidratação, o clínquer libera hidróxido de cálcio (cal), que reage com a pozolana, dessa maneira produzindo um concreto ou argamassa com maior impermeabilidade.
2.1.2.2.4 Materiais carbonáticos
São obtidos através da moagem de rochas que contenham carbonato de cálcio em sua constituição. Serve para melhorar a trabalhabilidade dos concretos e das argamassas, pois as partículas desses materiais moídos agem como um lubrificante quando misturadas entres os demais componentes do cimento.
2.1.2.3 Atualizações da norma de Cimento Portland
A norma atual sobre Cimento Portland no Brasil é a NBR 16697 (ABNT, 2018), sendo relativamente nova, publicada em junho de 2018, a qual unifica as normas abaixo relacionadas:
• Cimento Portland Comum – CP I e CP I-S (ABNT NBR 5732). • Cimento Portland Composto – CP II (ABNT NBR 11578). • Cimento Portland de Alto-Forno – CP III (ABNT NBR 5735). • Cimento Portland Pozolânico – CP IV (ABNT NBR 5736).
• Cimento Portland de Alta Resistência Inicial – CP V ARI (ABNT NBR 5733). • Cimento Portland Resistente a Sulfatos – RS (ABNT NBR 5737).
• Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação – BC (ABNT NBR 13116). • Cimento Portland Branco – CPB (ABNT NBR 12989).
Figura 1 – NBRs unificadas na 16697:2018
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 5).
Segundo o Geólogo Arnaldo Forti Battagin, gerente dos laboratórios da Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), em entrevista publicada no portal Cimento Itambé (SANTOS, 2018), a sugestão de se ter uma norma unificada veio de exemplos internacionais que já adotam essa prática, como é o caso da Argentina, do México e dos países da União Europeia, entre outros. Isso beneficia principalmente os consumidores, pela facilidade de consulta e diferenciação dos vários tipos de cimento.
Além de realizada a unificação das normas, houve também algumas modificações na composição dos cimentos, como pode ser verificado na Tabela 4.
Tabela 4 – Composição dos cimentos Portland de acordo com a nova norma (NBR 16697:2018) Composição Anterior Cimento Portland (ABNT) Tipo Clínquer + Sulfato de cálcio (%) Escória de alto-forno (%) Material pozolânico (%) Material carbonático (%) CP I Comum 100 0 0 0 CP I-S Comum 95 - 99 1 - 5 CP II-F Composto 90 - 94 0 0 6 - 10 CP II-E Composto 56 - 94 6 - 34 0 0 - 10 CP II-Z Composto 76 - 94 0 6 - 14 0 - 10 CP III Alto-forno 25 - 65 35 - 70 0 0 - 5 CP IV Pozolânico 45 - 85 0 15 - 50 0 - 5 CP V Alta Resistência Inicial 95 - 100 0 0 0 - 5 Nova Norma NBR 16697:2018 Cimento Portland (ABNT) Tipo Clínquer + Sulfato de cálcio (%) Escória de alto-forno (%) Material pozolânico (%) Material carbonático (%) CP I Comum 95 - 100 0 - 5 CP I-S Comum 90 - 94 0 0 6 - 10 CP II-F Composto 75 - 89 0 0 11 - 25 CP II-E Composto 51 - 94 6 - 34 0 0 - 15 CP II-Z Composto 71 - 94 0 6 - 14 0 - 15 CP III Alto-forno 25 - 65 35 - 75 0 0 - 10 CP IV Pozolânico 45 - 85 0 15 - 50 0 - 10 CP V Alta Resistência Inicial 90 - 100 0 0 0 - 10
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 7).
Conforme se observa, as mudanças foram aumento do teor máximo de Material Carbonático para o cimento CP II-F, passando do limite de 10% anterior para 25% na norma atual, e aumento de 5% para todos os outros tipos de cimento. Para o CP III, houve aumento também no teor máximo de escória de alto-forno do limite anterior de 70% para 75% na norma atual.
Outra modificação foi relativa à porcentagem da massa de Trióxido de Enxofre (SO3),
clínquer na forma solúvel e insolúvel e do sulfato de cálcio adicionado ao cimento, conforme é possível observar na Tabela 5.
Tabela 5 – Porcentagem da massa de Trióxido de Enxofre
Cimento Portland (ABNT)
Tipo Classe Parâmetro
Anterior NBR 16697:2018 CP I / CP I-S Comum 25 ≤ 4,0% ≤ 4,5% 32 ≤ 4,0% ≤ 4,5% 40 ≤ 4,0% ≤ 4,5% CP II-F / CP II-E / CP II-Z Composto 25 ≤ 4,0% ≤ 4,5% 32 ≤ 4,0% ≤ 4,5% 40 ≤ 4,0% ≤ 4,5% CP III Alto-forno 25 / 32 / 40 ≤ 4,0% ≤ 4,5% CP IV Pozolânico 25 / 32 / 40* ≤ 4,0% ≤ 4,5% CP V Alta Resistência Inicial ARI ≤ 3,5% (para C3A ≤ 8%) ≤ 4,5% ≤ 4,5% (para C3A > 8%) ≤ 4,5% * CP IV classe 40 foi incluído na NBR 16697:2018.
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 9).
Foi também modificada a porcentagem de Resíduo Insolúvel (RI), que é o material que não se solubiliza quando o cimento é submetido ao ataque de ácido clorídrico, conforme mostra a Tabela 6.
Tabela 6 – Porcentagem de Resíduo Insolúvel (RI)
Cimento Portland (ABNT) Parâmetro Anterior NBR 16697:2018 CP I ≤ 1,0% ≤ 5,0% CP I-S ≤ 5,0% ≤ 3,5% CP II-F ≤ 2,5% ≤ 7,5% CP II-E ≤ 2,5% ≤ 5,0% CP II-Z ≤ 16,0% ≤ 18,5% CP III ≤ 1,5% ≤ 5,0% CP IV - - CP V ≤ 1,0% ≤ 3,5%
Com exceção do CP I-S, em que houve uma redução de 1,5%, para todos os outros tipos de cimento houve um acréscimo nesse percentual.
O percentual de Óxido de Magnésio (MgO), parâmetro que determina o teor de MgO presente no cimento, também foi alterado, como é possível conferir na Tabela 7.
Tabela 7 – Porcentagem de Óxido de Magnésio (MgO)
Cimento Portland (ABNT) Parâmetro Anterior NBR 16697:2018 CP I ≤ 6,5% ≤ 6,5% CP I-S ≤ 6,5% ≤ 6,5% CP II-F ≤ 6,5% - CP II-E ≤ 6,5% - CP II-Z ≤ 6,5% - CP III - - CP IV ≤ 6,5% - CP V ≤ 6,5% ≤ 6,5%
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 15).
Também foi retirado o percentual dos cimentos CP II-F, CP II-E, CP II-Z e CP IV, e mantido o mesmo percentual anterior para os demais.
Com relação ao percentual de Anidrido Carbônico, parâmetro que determina o percentual de materiais que, quando aquecidos a determinada temperatura, sofrem descarbonatação, é possível conferir os novos valores de porcentagem na Tabela 8.
Tabela 8 – Porcentagem de Anidrido Carbônico** Cimento
Portland
Tipo Classe Parâmetro
Anterior NBR 16697:2018 CP I Comum 25 / 32 / 40 ≤ 1,0% ≤ 3,0% CP I-S Comum 25 / 32 / 40 ≤ 3,0% ≤ 5,5% CP II-F Composto 25 / 32 / 40 ≤ 5,0% ≤ 11,5% CP II-E Composto 25 / 32 / 40 ≤ 5,0% ≤ 7,5% CP II-Z Composto 25 / 32 / 40 ≤ 5,0% ≤ 7,5% CP III Alto-forno 25 / 32 / 40 ≤ 3,0% ≤ 5,5% CP IV* Pozolânico 25 / 32 / 40 ≤ 3,0% ≤ 5,5% CP V Alta Resistência Inicial ARI ≤ 3,0% ≤ 5,5%
* CP IV classe 40 foi incluído na NBR 16697:2018.
** Este parâmetro é considerado como facultativo (NBR 16697:2018). Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 17).
A mudança foi relacionada à inclusão do CP-IV classe 40 na nova norma e ao aumento para todos os outros tipos de cimento. As modificações dos percentuais de Anidrido Carbônico, por sua vez, são facultativas.
A Perda ao Fogo (PF) é o parâmetro que representa o percentual de perda de massa que ocorre quando o cimento é submetido, durante determinado período, a uma temperatura de 950ºC. Os novos valores de porcentagem, de acordo com a NBR 16697 (ABNT, 2018), podem ser observados na Tabela 9.
Tabela 9 – Porcentagem da Perda ao Fogo (PF)
Cimento Portland (ABNT) Parâmetro Anterior NBR 16697:2018 CP I ≤ 2,0% ≤ 4,5% CP I-S ≤ 4,5% ≤ 6,5% CP II-F ≤ 6,5% ≤ 12,5% CP II-E ≤ 6,5% ≤ 8,5% CP II-Z ≤ 6,5% ≤ 8,5% CP III ≤ 4,5% ≤ 6,5% CP IV ≤ 4,5% ≤ 6,5% CP V ≤ 4,5% ≤ 6,5%
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 13).
Com relação à Perda ao Fogo, houve aumento nos percentuais para todos os tipos de cimento, sendo o CP II-F o que teve maior acréscimo, passando o seu limite de 6,5% para 12,5%.
Alguns parâmetros normativos se mantiveram, como nos casos do tempo de início de pega, do tempo de fim de pega e da resistência à compressão, como pode ser visto na Tabela 10, na Tabela 11 e na Tabela 12.
O tempo de início de pega corresponde ao intervalo de tempo decorrido entre o momento em que o cimento entrou em contato com a água, transformando-se em uma pasta plástica, até o momento em que começa a perder plasticidade.
Tabela 10 – Tempo de Início de Pega
Cimento Portland (ABNT)
Parâmetro Anterior NBR 16697:2018
CP I ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP I-S ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP II-F ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP II-E ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP II-Z ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP III ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP IV ≥ 60 min. ≥ 60 min.
CP V ≥ 60 min. ≥ 60 min.
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 11).
Tempo de fim de pega, é o momento em que a pasta já perdeu totalmente sua plasticidade, impossibilitando qualquer tipo de moldagem.
Tabela 11 – Tempo de Fim de Pega
Cimento Portland (ABNT)
Parâmetro Anterior NBR 16697:2018
CP I ≤ 600 min. ≤ 600 min.
CP I-S ≤ 600 min. ≤ 600 min.
CP II-F ≤ 600 min. ≤ 600 min.
CP II-E ≤ 600 min. ≤ 600 min.
CP II-Z ≤ 600 min. ≤ 600 min.
CP III ≤ 720 min. ≤ 720 min.
CP IV ≤ 720 min. ≤ 720 min.
CP V ≤ 600 min. ≤ 600 min.
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 11).
Já a resistência à compressão indica o quanto suporta uma peça ou superfície após serem aplicados esforços de compressão a ela.
Tabela 12 – Resistência à Compressão (MPa) Cimento Portland (ABNT) Classe Parâmetro Anterior NBR 16697:2018
Idade de ruptura Idade de ruptura
1 dia 3 dias 7 dias 28 dias
91
dias** 1 dia 3 dias 7 dias
28 dias 91 dias** CP I CP I-S CP II-F CP II-E CP II-Z 25 - ≥ 8,0 ≥ 15,0 ≥ 25,0 - - ≥ 8,0 ≥ 15,0 ≥ 25,0 - 32 - ≥ 10,0 ≥ 20,0 ≥ 32,0 - - ≥ 10,0 ≥ 20,0 ≥ 32,0 - 40 - ≥ 15,0 ≥ 25,0 ≥ 40,0 - - ≥ 15,0 ≥ 25,0 ≥ 40,0 - CP III CP IV 25 - ≥ 8,0 ≥ 15,0 ≥ 25,0 ≥ 32,0 - ≥ 8,0 ≥ 15,0 ≥ 25,0 ≥ 32,0 32 - ≥ 10,0 ≥ 20,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0 - ≥ 10,0 ≥ 20,0 ≥ 32,0 ≥ 40,0 40* - ≥ 12,0 ≥ 23,0 ≥ 40,0 ≥ 48,0 - ≥ 12,0 ≥ 23,0 ≥ 40,0 ≥ 48,0 CP V ARI ≥ 14,0 ≥ 24,0 ≥ 34,0 - - ≥ 14,0 ≥ 24,0 ≥ 34,0 - - * CP IV classe 40 foi incluído na NBR 16697:2018.
** A resistência à compressão aos 91 dias é um parâmetro considerado como facultativo pela norma.
Fonte: Votorantim Cimentos ([201-], p. 17).
Segundo o Geólogo Arnaldo Forti Battagin, gerente dos laboratórios da ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), em entrevista publicada no portal Cimento Itambé (SANTOS, 2018), todas essas alterações visam a um alinhamento com padrões normativos internacionais e atendem aos direcionamentos da Agência Internacional de Energia (IEA) e da Iniciativa pela Sustentabilidade do Cimento (CSI), que incentivam a adoção de alternativas ou tecnologias mais avançadas para diminuir emissões de CO2.
Cabe destacar que as mudanças normativas aqui citadas se limitam apenas à intenção de fornecer as atualizações sobre essas alterações, não sendo fruto de discussão aprofundada neste trabalho.
2.1.3 Água de amassamento para concreto
A NBR 15.900-1 regulamenta os requisitos para água ser considerada adequada ao preparo de concreto e descreve os procedimentos de amostragem, bem como os métodos para sua avaliação (ABNT, 2009, p. 1).
Segundo a norma, os tipos de água são classificados em função de sua origem, sendo possível verificar se a água é adequada ou não para preparo de concreto. Caso se opte pelo uso de gelo, também dever ser analisada a origem de sua água. Os tipos são: água de abastecimento público, água recuperada de processos de preparação do concreto, água de fontes subterrâneas, água natural de superfície, água de captação pluvial e água residual
industrial, água salobra, água de esgoto e água proveniente de esgoto tratado e, por fim, água de reuso proveniente de estação de tratamento de água de esgoto.
O concreto endurece através da reação de hidratação, por isso, a água é um dos seus principais constituintes.
A água potável é adequada para ser usada no concreto, e, por ser uma matéria-prima bastante acessível em locais onde há consumo de concreto, a água normalmente não é um problema. Porém, em alguns casos, é possível que não se encontre água potável acessível, sendo necessária, assim, a utilização de água não tratada. Nesse caso, é preciso que os níveis de algumas substâncias nocivas sejam observados.
As impurezas mais comuns e seus efeitos no concreto são:
• Carbonatos e bicarbonatos alcalinos: o carbonato de sódio pode acelerar a pega do concreto. Já o bicarbonato pode acelerá-la ou retardá-la, dependendo do tipo de cimento. Em grandes concentrações pode afetar também a resistência do concreto.
• Sais inorgânicos: sais de Magnésio, Titânio, Zinco e Cobre podem reduzir a resistência mecânica e afetar o tempo de pega.
• Iodato de sódio, fosfato de sódio, arseniato de sódio e borato de sódio: retardam a pega do concreto.
• Água do mar: aumenta o risco de corrosão da armadura.
Essas impurezas são toleráveis em pequenas quantidades, sendo nocivas somente se ultrapassarem certos limites de concentração na água. Cloretos e sulfatos de sódio, carbonatos e bicarbonatos de cálcio e magnésio, sais de ferro e outros, em pequenas proporções, também não afetam as propriedades do concreto.
Caso a água contenha alguma impureza não usual, é conveniente a realização de ensaio, sendo então considerada aceita aquela que atender a todos os requisitos estabelecidos na NBR 15.900-1 a partir da comprovação por ensaios.
2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO
Segundo Araujo, Rodrigues e Freitas (2000), o concreto fresco é assim considerado até o momento em que tem início a pega do aglomerante.
De acordo com Sobral (2000, p. 5), em seu estudo intitulado “Propriedades do concreto fresco: ET-15”, “o concreto é denominado fresco enquanto a pasta estiver no estado
fluido ou plástico e permitir uma rearrumação das partículas constituintes por uma ação dinâmica qualquer”.
2.2.1 Trabalhabilidade do concreto
O conceito de trabalhabilidade é muito vago, pois uma definição mais assertiva depende do local onde ele será empregado. Um concreto trabalhável para a produção de tubos de concreto ou blocos não é considerado aceito (com boa trabalhabilidade) para a concretagem de um pilar, viga ou laje de uma obra. Portanto, não existe uma medida padrão que atenda todas as necessidades de utilização do concreto.
Segundo Petrucci (1993, p. 83):
Todos os processos conhecidos para a medida da trabalhabilidade baseiam-se em uma das seguintes proposições:
a) A trabalhabilidade é medida pela deformação causada a uma massa de concreto fresco, pela aplicação de uma força predeterminada;
b) A trabalhabilidade é medida pelo esforço necessário a ocasionar, em uma massa de concreto fresco, uma deformação preestabelecida.
Como processos mais simples e divulgados, temos a determinação da Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone, que é regulamentada pela NBR NM 67 (ABNT, 1998), este ensaio também é popularmente conhecido como “Slump Test”, conforme é possível visualizar na Figura 2.
Figura 2 – Determinação do abatimento
Fonte: NBR NM 67 (ABNT, 1998, p. 8).
O ensaio é realizado com a colocação de concreto em 3 (três) camadas de mesma altura no tronco de cone. Em cada uma dessas camadas são aplicados 25 golpes com uma haste padrão, sendo, ao final, realizada a desforma. Segundo Petrucci (1993, p. 83), a medida é feita pela deformação causada na massa de concreto pelo seu próprio peso.
Existem três formas de abatimento. O primeiro é o abatimento verdadeiro, quando o concreto se abate uniforme e simetricamente. O segundo é conhecido como abatimento cortante, no qual uma das metades do cone de concreto desliza uma em relação à outra segundo um plano inclinado. O terceiro é conhecido como abatimento com desagregação. Geralmente, os abatimentos cortantes e com desagregação decorrem de concretos muito úmidos e pobres (SOBRAL, 2000, p. 24).
Figura 3 – Formas de abatimento
Fonte: Malhotra (1969).
2.2.2 Exsudação do concreto
A exsudação ocorre quando uma parte da água segrega da mistura, subindo para a superfície após o concreto ter sido lançado e adensado, porém, antes do processo de pega. A água sobe, pois, devido à falta de finos, o concreto não consegue retê-la.
Quando remisturada durante o processo de acabamento da superfície exposta, essa água de exsudação forma uma superfície com muita nata, ocasionando uma baixa resistência ao desgaste.
Se essa água de exsudação evaporar muito rápido, o concreto sofre uma forte retração, que pode causar fissuração. Além da retração, a exsudação pode prejudicar a aderência e a resistência do concreto.
A exsudação parcial é inevitável, porém, ela pode ser amenizada aumentando o teor de finos ou incorporando ar, além do controle da dosagem, manuseio e lançamento do concreto.
De acordo com Sobral (2000, p. 8), a exsudação pode não ser necessariamente prejudicial, desde que não determine perturbações na estrutura do concreto. Nesse caso, a água, ao evaporar, reduz a relação água/cimento e, consequentemente, haverá aumento de resistência.
2.2.3 Segregação do concreto
A segregação do concreto é a separação dos componentes de sua mistura heterogênea, deixando de ser uma distribuição uniforme, ocasionando ninhos ou bicheiras, que são vazios de concretagem. Uma das causas da segregação são os diferentes tamanhos e massas
específicas dos componentes do concreto. A granulometria adequada dos agregados reduz a segregação.
Como a pasta de cimento possui maior viscosidade, as partículas de agregado, por serem mais pesadas, tendem a descer. Por isso, misturas com a relação água/cimento maior são mais propícias a sofrerem segregação.
Existem dois tipos de segregação. A primeira ocorre em misturas secas, onde há separação dos agregados da argamassa, por exemplo, devido à vibração excessiva. Já o segundo caso se dá em misturas muito fluidas. A exsudação, conforme indicado no item 2.2.2 acima, é um exemplo de segregação de misturas fluidas.
A maior causa da segregação vem do manuseio e lançamento inadequado do concreto. Algumas precauções podem ser tomadas para diminuir a ocorrência de segregação. O concreto não deve ser transportado por longas distâncias nem ser lançado de grandes alturas ou passar por calhas ou obstáculos. Caso não possam ser evitados esses procedimentos, é aconselhado o uso de uma mistura muito coesiva. Além disso, com métodos corretos de manuseio, transporte e lançamento, a segregação não será significativa.
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO
Segundo Araujo, Rodrigues & Freitas (2000), o concreto endurecido é o material obtido a partir da mistura dos componentes, após o fim da pega do aglomerante.
De acordo com a NBR 12655 (ABNT, 2015, p. 3), o concreto normal com massa específica seca, determinada de acordo com a NBR 9778 (ABNT, 2009), compreende entre 2.000 kg/m³ e 2.800 kg/m³.
2.3.1 Resistência à compressão
A resistência à compressão do concreto é representada por “fck” e é medida na unidade MPa (Mega Pascal). O Pascal é a medida de pressão exercida por 1 Newton em uma área de 1 metro quadrado; já o Mega Pascal é esta força multiplicada por 1 milhão, ou seja, cada 1 fck corresponde à resistência aproximada de 10 kgf/cm².
Conforme consta na NBR 6118 (ABNT, 2014, p. 23), a resistência à compressão pode ser obtida em ensaios de corpos de prova cilíndricos, moldados segundo a NBR 5738 (ABNT, 2016) e rompidos como estabelece a NBR 5739 (ABNT, 2018). A Figura 4 apresenta um esquema de ensaio que ilustra essa questão.
Figura 4 – Modelo de esquema de ensaio utilizado
Fonte: Elaboração dos autores (2019).
Segundo Pinheiro, Muzardo e Santos (2004):
Após ensaio de um número muito grande de corpos de prova, pode ser feito um gráfico com os valores obtidos de fc versus a quantidade de corpos de prova relativos a determinado valor de fc, também denominada densidade de frequência. A curva encontrada denomina-se Curva Estatística de Gauss ou Curva de Distribuição Normal para a resistência do concreto à compressão. (PINHEIRO; MUZARDO; SANTOS, 2004, p. 2).
Segundo NBR 6118 (ABNT, 2014, p. 70), “a resistência característica inferior é admitida como sendo o valor que tem apenas 5% de probabilidade de não ser atingido pelos elementos de um dado lote de material”.
Gráfico 1 – Curva de Gauss para resistência do concreto à compressão
Na curva de Gauss, conforme observado no Gráfico 1, encontram-se dois valores de fundamental importância: resistência média do concreto à compressão (fcm), e resistência característica do concreto à compressão (fck).
O cálculo da resistência, conforme determina a NBR 5739 (ABNT, 2018, p. 5), deve ser realizado de acordo com a fórmula (1):
fc = 4𝐹
𝜋 x 𝐷2 (1)
Em que:
fc = resistência à compressão, expressa em Mega Pascals (MPa); 𝐹 = força máxima alcançada expressa em Newtons (N);
𝐷 = diâmetro do corpo de prova, expresso em milímetros (mm).
A seguir, é explicitado um trecho da NBR 12655 (ABNT, 2015, p. 16-17) que trata sobre o cálculo da resistência de dosagem.
5.6.3 Cálculo da resistência de dosagem
A resistência de dosagem deve atender às condições de variabilidade prevalecentes durante a construção. Esta variabilidade medida pelo desvio-padrão, sd, é levada em conta no cálculo da resistência de dosagem, segundo a equação:
fcmj = fckj + 1,65 x sd
onde
fcmj é a resistência média do concreto à compressão, prevista para a idade de j dias,
expressa em megapascals (MPa);
fckj é a resistência característica do concreto à compressão, aos j dias, expressa em
megapascals (MPa);
sd é o desvio-padrão da dosagem, expresso em megapascals (MPa).
5.6.3.1 Condições de preparo do concreto
O cálculo da resistência de dosagem do concreto depende, entre outras variáveis, das condições de preparo do concreto, definidas a seguir:
a) condição 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;
b) condição B (pode ser aplicada às classes C10 a 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, de acordo com o exposto em 5.4;
c) condição 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 da determinação da consistência do concreto, conforme disposto na ABNT NBR NM 67 ou outro método normalizado.
5.6.3.2 Concreto com desvio-padrão conhecido
Quando o concreto for elaborado com os mesmos materiais, mediante equipamentos similares e sob condições equivalentes, o valor numérico do desvio-padrão deve ser fixado com no mínimo 20 resultados consecutivos obtidos no intervalo de 30 dias,
em período imediatamente anterior. Em nenhum caso, o valor de sd adotado pode ser menor que 2 MPa.
5.6.3.3 Concreto com desvio-padrão desconhecido
No início da obra, ou em qualquer outra circunstância em que não se conheça o valor do desvio padrão, deve-se adotar para o cálculo da resistência de dosagem o valor apresentado na Tabela 6, de acordo com a condição de preparo (conforme 5.6.3.1), que deve ser mantida permanentemente durante a construção. (ABNT, 2015, p. 16-17).
Tabela 13 – Desvio-padrão a ser adotado em função da condição de preparo do concreto
Condição de preparo do concreto Desvio-padrão MPa
A 4,0
B 5,5
C 7,0
Fonte: NBR 12655 (ABNT, 2015).
2.3.2 Resistência à tração
A resistência à tração do concreto pode ser obtida através de três tipos de ensaios: tração direta (fct ), compressão diametral, também conhecida como tração indireta(fct,sp ), e tração na flexão (fct,f ).
Ensaios de tração direta no concreto raramente são realizados, pois os dispositivos de fixação aplicam tensões secundárias nos corpos de prova que influenciam no resultado.
A tração indireta (fct,sp ) é dada pelo ensaio de compressão diametral, descrito na NBR 7222 (ABNT, 2011), em que um corpo de prova cilíndrico é colocado com o eixo horizontal entre os pratos da prensa e é aplicada uma força até a sua ruptura por tração indireta. A Figura 5 apresenta um esquema do ensaio.
Figura 5 – Esquema de ensaio em corpo de prova cilíndrico
Fonte: Propriedades do concreto endurecido: ET-61 (SOBRAL, 2000, p. 11).
O cálculo da resistência à tração por compressão diametral, conforme determina a NBR 7222 (ABNT, 2011), deve ser realizado de acordo com a fórmula (2):
fct,sp= 2 x 𝐹
𝜋 x D x ℓ (2)
Em que:
fct,sp = resistência à tração por compressão diametral, expressa em Mega Pascals (MPa);
𝐹 = força máxima obtida no ensaio, expressa em Newtons (N); 𝐷 = diâmetro do corpo de prova, expresso em milímetros (mm). ℓ = comprimento do corpo de prova, expresso em milímetros (mm).
A determinação da tração na flexão (fct,f ) é obtida pelo ensaio descrito na NBR 12142 (ABNT, 2010), no qual um corpo de prova de seção prismática é submetido à flexão, com
carregamentos em duas seções simétricas, até à ruptura. A Figura 6 apresenta um esquema do ensaio indicado.
Figura 6 – Ensaio de tração na flexão
Fonte: Pinheiro, Muzardo e Santos (2004, p. 4).
O cálculo da resistência à tração na flexão, conforme determina a NBR 12142 (ABNT, 2010), deve ser realizado de acordo com a fórmula (3):
fct,f= 𝐹 x ℓ
𝑏 x 𝑑2 (3)
Caso a ruptura ocorra fora do terço médio, conforme mostra a Figura 7, a uma distância não superior a 5% de ℓ, deve-se calcular a resistência à tração na flexão com base na fórmula (4).
Figura 7 – Ruptura fora do terço médio
fct,f=
3 x 𝐹 x 𝑎
𝑏 x 𝑑2 (4)
Em que:
fct,f = resistência à tração na flexão, expressa em Mega Pascals (MPa);
𝐹 = força máxima registrada na máquina de ensaio, expressa em Newtons (N); ℓ = dimensão do vão entre apoios, expressa em milímetros (mm);
b = largura média do corpo de prova, expressa em milímetros (mm); d = altura média do corpo de prova, expressa em milímetros (mm);
a = distância média entre a linha de ruptura na face tracionada e a linha correspondente ao apoio mais próximo, em milímetros (mm).
Segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014), a resistência à tração direta (fct ) pode ser
considerada igual a 0,9 x fct,sp ou 0,7 x fct,f ou, na falta de ensaios para obtenção de fct,sp e fct,f , pode ser avaliado o seu valor médio ou característico por meio das fórmulas (5) e (6):
fctk,inf = 0,7 x fct,m (5)
fctk,sup= 1,3 x fct,m (6)
— Para concretos de classes até C50:
fct,m = 0,3 x 𝑓𝑐𝑘2/3 (7)
— Para concretos de classes C55 até C90:
𝑓𝑐𝑡,𝑚 = 2,12 ℓn (1 + 0,11 𝑓𝑐𝑘) (8)
Em que:
𝑓𝑐𝑡,𝑚 e 𝑓𝑐𝑘 são expressos em Mega Pascal (MPa).
Sendo que se:
𝑓𝑐𝑘𝑗 ≥ 7 MPa, estas expressões podem também ser usadas para idades diferentes
2.3.3 Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é a grandeza que relaciona a quantidade de tensão necessária para se produzir uma determinada deformação em um material.
Segundo Neville (1997, p. 413), como muitos outros materiais, o concreto é elástico dentro de certos limites. Nesse sentido, um material é considerado perfeitamente elástico se surgem e desaparecem deformações imediatamente após a aplicação ou retirada de tensões.
Um dos fatores que determinam o comportamento elástico do concreto é a sua densidade, que está ligada à densidade dos agregados e da pasta de cimento. A relação água/cimento também tem influência direta sobre esse comportamento.
Sendo os agregados menos porosos e mais densos, isso levará a um concreto com maior módulo de elasticidade. Um fator água/cimento alto levará a um acréscimo na quantidade de vazios no concreto, deixando-o menos denso e com módulo de elasticidade baixo. Em comparação, quanto menor for o módulo de elasticidade, menos rígido será o material; por outro lado, quanto maior for o módulo de elasticidade, maior será a rigidez do material.
De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2014), o módulo de elasticidade do concreto pode ser obtido segundo o método de ensaio estabelecido na NBR 8522 (ABNT, 2008).
2.4 DOSAGEM DE CONCRETO
Dosagem é o processo por meio do qual é obtida a proporção ideal entre o cimento, os agregados, a água e os aditivos no concreto, a fim de atender especificações prévias. A proporção dos materiais no concreto tem grande influência em suas propriedades, sendo os requisitos mais importantes a trabalhabilidade do concreto fresco e a resistência do concreto em uma idade definida. A dosagem também deve visar a economia financeira, por isso, devem ser escolhidos não só os materiais mais adequados, mas também aqueles com menor custo possível, desde que os requisitos de desempenho sejam atendidos.
2.4.1 Introdução
Existem vários métodos de dosagem de concreto de cimento Portland no Brasil. Devido à falta de uma norma que estabeleça os parâmetros e procedimentos da dosagem do concreto, diversos institutos e pesquisadores a criaram seus próprios métodos.
Neste trabalho, serão apresentados apenas dois dos métodos mais comumente utilizados no país: o método da ABCP/ACI, e o método do IPT/USP.
2.4.2 Método da ABCP/ACI
Este método foi publicado com o título de “Parâmetros de Dosagem de Concreto” pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) em 1984, e trata-se de uma adaptação do método do American Concrete Institute (ACI), realizada pelo engenheiro Públio Penna Firme Rodrigues (1984).
O método é baseado em tabelas e gráficos elaborados a partir de informações experimentais, em que os agregados são selecionados segundo a NBR 7211 (ABNT, 2009), que trata sobre agregados para concreto.
O método da ABCP inicia-se com a caracterização dos materiais a serem utilizados, detalhando as seguintes informações:
• Fcj (resistência de dosagem do concreto); • resistência do cimento aos 28 dias; • diâmetro máximo do agregado graúdo; • módulo de finura do agregado miúdo;
• massa unitária compactada do agregado graúdo; • massa real específica do agregado miúdo; • massa específica do agregado graúdo; • abatimento do tronco de cone (Slump Test); • massa específica do cimento.
Em seguida se determina a relação água/cimento, levando em conta a resistência normal do concreto e sua resistência à compressão, ambas aos 28 dias, conforme ilustrado no Gráfico 2.
Gráfico 2 – Resistência à compressão do concreto requerida aos 28 dias (fc28) (MPa)
Fonte: Rodrigues (1998).
O consumo estimado de água por metro cúbico de cimento é obtido através da relação entre o diâmetro máximo característico do agregado e o abatimento, conforme é possível observar na Tabela 14.
Tabela 14 – Consumo aproximado de água
Abatimento do tronco do
cone
Dimensão máxima característica do agregado graúdo (ɸmáx.)
9,5 mm 19 mm 25 mm 32 mm 38 mm
40 a 60 mm 220 l/m³ 195 l/m³ 190 l/m³ 185 l/m³ 180 l/m³
60 a 80 mm 225 l/m³ 200 l/m³ 195 l/m³ 190 l/m³ 185 l/m³
80 a 100 mm 230 l/m³ 205 l/m³ 200 l/m³ 200 l/m³ 190 l/m³
Observações:
1. Os valores acima são recomendados para concretos confeccionados com agregado graúdo britado (basalto), agregado miúdo (areia de rio), consumo de cimento por metro cúbico de concreto da ordem de 300 kg/m³ e abatimento, medido pelo tronco do cone, entre 4 mm e 100 mm.
2. Quando usado seixo rolado como agregado graúdo, os valores do consumo de água podem ser reduzidos de 5% a 10%.
3. As areias pertencentes à zona 1 da NBR 7211 (muito fina), podem gerar aumentos de até 10% no consumo de água por metro cúbico de concreto.
Fonte: Rodrigues (1998).
Além dos dados dispostos na Tabela 14, é possível estimar o consumo de água por metro cúbico de cimento através da fórmula (9):
𝐶𝑎𝑟 = 𝐶𝑎𝑖∗ (𝑆𝑇𝑟 𝑆𝑇𝑖)
0,1
(9)
Em que:
𝐶𝑎𝑟 = consumo de água requerida;
𝐶𝑎𝑖 = consumo de água inicial;
𝑆𝑇𝑟 = abatimento requerido; 𝑆𝑇𝑖 = abatimento inicial.
Ao utilizar a seguinte equação, calcula-se o consumo de cimento na mistura com base na fórmula (10): 𝐶 = 𝐶𝑎𝑔 (𝑎 𝑐) (10) Em que:
C = consumo de cimento por metro cúbico de concreto (kg/m³); 𝐶𝑎𝑔 = consumo de água por metro cúbico de concreto (l/m³); (𝑎
𝑐) = relação água/cimento (kg/kg).
O consumo de agregado graúdo é dado pela relação entre sua dimensão máxima característica e o módulo de finura do agregado miúdo.
Tabela 15 – Volume do agregado graúdo por m³ de concreto
Módulo de finura da
areia
Dimensão máxima característica do agregado graúdo (ɸmáx.)
9,5 mm 19 mm 25 mm 32 mm 38 mm 1,8 0,645 0,770 0,795 0,820 0,845 2,0 0,625 0,750 0,775 0,800 0,825 2,2 0,605 0,730 0,755 0,780 0,805 2,4 0,585 0,710 0,735 0,760 0,785 2,6 0,565 0,690 0,715 0,740 0,765 2,8 0,545 0,670 0,695 0,720 0,745 3,0 0,525 0,650 0,675 0,700 0,725 3,2 0,505 0,630 0,655 0,680 0,705 3,4 0,485 0,610 0,635 0,660 0,685 3,6 0,465 0,590 0,615 0,640 0,665 Observação:
1. Os valores acima foram obtidos experimentalmente na Associação Brasileira de Cimento Portland. Fonte: Rodrigues (1998).
O consumo de agregado graúdo também pode ser estimado através da fórmula (13):
𝐶𝑝 = 𝑉𝑝𝑐∗ 𝑀𝑈𝑐 (13)
Em que:
𝐶𝑝 = consumo de agregado graúdo por metro cúbico de concreto (kg/m³);
𝑉𝑝𝑐= volume compactado seco do agregado graúdo por metro cúbico de concreto;
𝑀𝑈𝑐 = massa unitária compactada do agregado graúdo por metro cúbico de concreto (kg/m³).
Quando não for possível determinar o 𝑀𝑈𝑐, é necessário adotar o valor aproximado de 1.500 kg/m³.
Posteriormente, é calculado o consumo estimado de agregado miúdo através da diferença entre a soma dos valores absolutos dos demais componentes em relação a 1 metro cúbico de concreto, conforme a fórmula (14):
𝑉𝑚 = 1 − ( 𝐶 𝜌𝑐+ 𝐶𝑏 𝜌𝑏+ 𝐶𝑎 𝜌𝑎) (14) Em que:
𝑉𝑚 = volume de agregado miúdo; 𝜌𝑐 = massa específica do cimento;
𝜌𝑏 = massa específica do agregado graúdo; 𝜌𝑎 = massa específica da água.
Após a obtenção do volume de agregado miúdo (𝑉𝑚), e sabendo-se que 𝜚𝑚 é a massa
específica desse agregado, calcula-se seu consumo de acordo com a fórmula (15):
𝐶𝑚 = 𝜚𝑚∗ 𝑉𝑚 (15)
Após calculados os consumos dos demais constituintes, finalmente podem ser representadas as proporções através do traço, que indicam a relação quantitativa entre o cimento e os agregados e a água.
𝑇𝑟𝑎ç𝑜 = 𝐶 𝐶 ∶ 𝐶𝑚 𝐶 ∶ 𝐶𝑏 𝐶 ∶ 𝐶𝑎 𝐶 (16) 2.4.3 Método do IPT/USP
O método do IPT/USP (desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas da Universidade de São Paulo) baseia-se na melhor proporção de agregados como sendo aquela que tem um consumo menor de água para obter um abatimento desejado. Não é necessário o conhecimento prévio dos agregados, e, após a fixação do abatimento requerido, são definidos os teores de argamassa e relações água/cimento mais adequados.
Inicialmente é escolhida a dimensão máxima característica da brita que será compatível com os espaços disponíveis entre as fôrmas e armaduras.
Conforme as necessidades da obra e do projeto forem definidos, será possível mensurar o abatimento e a resistência média que se deseja alcançar em determinada idade.
Para a primeira mistura experimental, sugere-se um traço de 1:5 (uma parte de cimento para cinco de agregados), sendo que a proporção de areia e brita depende do teor de argamassa escolhido. Para o cálculo do teor de argamassa é utilizada a fórmula (17):
𝛼 = 1+ a
1+𝑚 (17)
Em que:
𝛼 = teor de argamassa; a = agregados miúdos;
m = agregados graúdo e miúdo.
A quantidade de água na mistura depende da consistência desejada para o concreto, sendo essa consistência controlada com o ensaio de abatimento.
O traço é acertado experimentalmente em laboratório, a fim de encontrar a melhor proporção entre cimento, adições, agregado graúdo, agregado miúdo e aditivos. Para o primeiro traço feito em laboratório, o teor de argamassa deve variar, começando com 𝛼 = 33% e subindo esse valor de 2% em 2% até obtenção do ponto ideal. Após ser encontrado o 𝛼 ideal, são moldados corpos de prova para ensaios com o concreto endurecido.
Novos traços são feitos para verificar o mesmo abatimento, porém, com diferentes relações água/cimento, mantendo fixados os valores do teor de argamassa (𝛼) e a relação em massa de água/massa seca (H) do traço anterior.
𝐻 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝐶á𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜+ 𝐶𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎+ 𝐶𝑏𝑟𝑖𝑡𝑎 = 𝑎/𝑐 1+𝑚 (18) Em que:
𝐻 = relação em massa de água/massa seca; a/c = relação água/cimento;
m = agregados graúdo e miúdo.
O número mínimo de traços é três, o que permite que nas idades específicas de rompimento, sejam verificados as resistências e os demais requisitos do concreto. Em seguida, é construído o Diagrama de Dosagem evidenciado sobre três quadrantes com os resultados das correlações de dosagem realizadas sobre as fórmulas (19), (20) e (21):
Equação da Lei de Abrams (1918): 𝑓𝑐 = 𝑘1
𝑘2𝑎/𝑐 (19)
Equação da Lei de Lyse (1932): 𝑚 = 𝑘3+ 𝑘4× 𝑎/𝑐 (20)
Equação da Lei de Molinari: 𝐶 = 1000
(𝑘5+ 𝑘6 × 𝑚) (21)
Em que:
𝑓𝑐 = resistência à compressão, em MPa; 𝑎/𝑐 = relação água/cimento, em kg/kg;
𝑚 = relação de materiais secos / aglomerantes;
𝐶 = consumo de cimento por m³ de concreto, em kg/m³;
𝑘1+ 𝐾2+ 𝐾3+ 𝑘4 + 𝐾5+ 𝐾6 = constantes particulares de cada conjunto de
materiais.
O Gráfico 3 ilustra o detalhamento de um Diagrama de Dosagem para Cimento Portland.
Gráfico 3 – Diagrama de Dosagem para uma família de concretos
