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1 1.1. DEFINIÇÃO Produto resultante do endurecimento de uma mistura, em determinadas proporções, de cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água. As funções da pasta (cimento + água) são: dar impermeabilidade ao concreto; dar trabalhabilidade ao concreto; envolver os grãos; preencher os vazios entre os grãos. As funções do agregado são: reduzir o custo do concreto; reduzir as variações no volume (diminuição das retrações); contribuir com grãos com resistência superior ao da pasta. 1.2. TIPOS a) Concreto Simples ou Hidráulico: Preparado com cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Tem grande resistência aos esforços de compressão, mas pequena resistência aos esforços de tração. b) Concreto Armado: Possui elevada resistência, tanto aos esforços de tração como aos de compressão. Além do cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água, utiliza-se armadura ou ferragem (barras de aço). c) Concreto Magro: É um concreto simples com reduzido teor de cimento. É mais econômico, mas deve ser usado quando não for exigido tanta resistência e impermeabilidade. Exemplos: Contrapisos e bases de fundações e pavimentos. d) Concreto Protendido: É o concreto onde, através da tração dos cabos de aço, é introduzido pré- tensões de tal grandeza e distribuição, que as tensões de tração resultantes do carregamento são neutralizadas a um nível ou grau desejado. e) Concretos Especiais: Concreto leves (porosos, aerados ou celulares; com agregados leves ou com agregados sem finos): Caracterizados pela baixa massa específica aparente em relação aos concretos normais ou tradicionais. Nas construções possuem baixo peso próprio e elevado isolamento térmico. O isolamento térmico é melhorado com o acréscimo da porosidade. O termo concreto leve é usado para concreto cuja massa é menor que 1.800 kg/m 3 . CAPÍTULO 5 CONCRETOS 2 Concretos com aditivos: Concretos que faz uso de plastificantes, incorporadores de ar, superplastificantes, aceleradores ou retardadores de pega e endurecimento. O uso de plastificantes possibilita a redução da água para uma mesma trabalhabilidade, aumentando a resistência, ou a redução do teor de cimento, mantendo a resistência no mesmo valor. As bolhas de ar incorporado ao concreto atuam como um agregado fino adicional, que possui coeficiente de atrito nulo em relação aos grãos rígidos vizinhos, melhorando a plasticidade e a trabalhabilidade do concreto fresco. Concreto massa: Utilizado em peças de grandes dimensões (barragens), sem armadura, caracterizado por baixos consumos de cimento, agregados de elevado diâmetro máximo, e com geração de baixa quantidade de calor de hidratação. Concretos injetados ou coloidais: Obtido a partir da injeção de com uma argamassa, de modo a preencher os vazios de um agragedo graúdo, colocado anteriormente nas formas. Concretos à vácuo: A quantidade de água utilizada para misturar e adensar o concreto é maior do que a necessária para a hidratação do aglomerante. Para facilitar o lançamento emprega-se o teor de água adequado à trabalhabilidade desejada e posterior elimina-se a água em excesso, com relação as necessidades das reações químicas. A água é eliminada por sucção e ao mesmo tempo aplica-se uma forte compressão às faces externas do concreto. O procedimento consiste em aplicar sobre a massa uma placa rígida composta por treliças recobertas por um tecido forte e permeável, e sobre estas, outra parede repousando sobre borrachas, formando uma cavidade sobre o concreto. Concretos refratários: Quando o concreto tiver que suportar elevadas temperaturas ou mudanças térmicas é preciso um concreto especial, tendo o nome de refratário, onde as características próprias levam a um comportamento adequado naquelas temperaturas. O concreto normal perde suas qualidades a 200-300°C, desagregando-se, pois os compostos hidratados do cimento perdem sua água de constituição. Os agregados do tipo silícico sofrem transformações cristalinas a 600- 800°C e os agregados calcários produz, a estas temperaturas, a descarbonatação e a desintegração da massa. Para obter este tipo de concreto, deve-se usar cimento aluminoso como aglomerante e, como agregados, materiais refratários mais ou menos silícicos, para temperaturas pouco elevadas, mais aluminosos, para temperaturas maiores, e, agregados como o coridon, o carborundo, a cromita, a magnesita, entre outros, para temperaturas elevadas. Concretos ciclópicos: Concreto simples que contém pedra de mão. Concretos projetados: Concreto transportado pneumaticamente através de uma mangueira e projetado sobre uma superfície a uma alta velocidade. Concretos de alta resistência: Concretos onde a resistência à compressão é superior a 40 MPa e peso normal de 2.400 kg/m 3 . Concretos de alto desempenho: A microssílica impõe ao concreto uma melhoria nas suas mais importantes características. Isto é conseguido através da atuação da microssílica na microestrutura do concreto através de dois efeitos: atua quimicamente reagindo com o Hidróxido de Cálcio (CH) transformando-o em Sílicato de Cálcio Hidratado (CSH), que é um dos principais componentes do concreto endurecido responsáveis pela sua resistência, e atua também como material inerte preenchendo os poros do concreto e tornando-os descontínuos. Com o uso da microssílica o concreto passa a ter : maior resistência à compressão, porosidade próxima de zero, maior resistência à abrasão e à corrosão química, maior adesão a outras superfícies de concreto e melhor aderência com o aço, dentre outras vantagens. A reação química acontece principalmente na interface entre argamassa de cimento e agregado graúdo, a qual constitui-se em um ponto vulnerável do concreto. Por isto, com o uso da microssílica há uma maior aderência entre agregado e pasta, e o ponto "fraco" do concreto passa a ser o agregado. Isto é evidenciado 3 observando-se a superfície de ruptura do concreto de alto desempenho na compressão, mostrando os agregados totalmente rompidos. Podemos citar entre outras aplicações as seguintes : Edifícios em concreto (por reduzir tempo de execução, aumentar a área útil, tornar a estrutura mais durável e proporcionar uma economia em torno de 20%); Pontes e viadutos (permite maiores vãos, rapidez de execução e aumento da vida útil, além de economia); Soleiras de vertedouros de usinas Hidrelétricas (devido à sua boa resistência à abrasão); Pisos industriais (indicado por ter alta resistência à abrasão bem como a ataques químicos); Obras marítimas (por se tratar de um material com permeabilidade próxima de zero é fortemente indicado o seu uso em ambientes agressivos); Recuperação de estruturas (pela sua grande aderência a superfícies de concreto, dispensando a utilização de epóxi para união das superfícies); Peças pré moldadas (seu uso impõe agilidade à produção); Concreto projetado (elimina o problema da reflexão no concreto projetado). 1.3. CLASSIFICAÇÃO Os concretos simples ou hidráulicos podem ser classificados: 1.3.1. Quanto às propriedades dos aglomerantes: Comum; Moderado calor de hidratação; Alta resistência inicial; Resistentes à águas sulfatadas; Baixo calor de hidratação. 1.3.2. Quanto ao tipo de agregados: Leves: Quando são executados com agregados leves. Exemplos: Pérolas de isopor, argila expandida, etc.) Pesados: Quando são executados com agregados pesados. Exemplos: Minérios de barita, magnetita e limonita. Normais: Quando são executados com agregados normais. Exemplos: Areias quartizosas, britas graníticas. 1.3.3. Quanto à consistência: Fracamente Plásticos: Abatimento do tronco de cone (Slump) menor que 5cm; Medianamente plástico: Slump maior que 5cm e menor que 15cm; Fortemente plástico: Slump maior que 15cm. 1.3.4. Quanto ao processo de mistura, transporte e lançamento: Manual; Mecânico. 1.3.5. Quanto ao processo de adensamento: Manual; Mecânico (vibração, pervibração, centrifugação, jateamento). 1.3.6. Quanto ao seu destino: Estrutural; Secundário. 1.3.7. Quanto ao processo de dosagem: Experimental; Empírica. 4 1.3.8. Quanto à textura: Gordo: Quando possui elevado teor de argamassa; Magro: Quando possui baixo teor de argamassa; Rico: Quando possui elevado teor de cimento; Pobre: Quando possui baixo teor de cimento. 1.4. PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO 1.4.1. Trabalhabilidade: De acordo com PETRUCCI (1983), é uma propriedade qualitativa que identifica a maior ou menor aptidão do concreto para ser aplicado com determinada finalidade sem perda de sua homogeneidade. A consistência é um dos principais fatores que influenciam a trabalhabilidade. A trabalhabilidade compreende duas propriedades essenciais: A Consistência ou Fluidez que é função da quantidade de água adicionada ao concreto e a Coesão que é a medida da facilidade de adensamento e de acabamento, avaliada pela facilidade de desempenar e julgamento visual da resistência à segregação. É função da quantidade de finos da mistura, bem como da granulometria dos agregados graúdo e miúdo e da proporção relativa entre eles. Os principais fatores que afetam e determinam a trabalhabilidade são: a) Fatores internos: Consistência: Função da relação água/materiais secos (umidade do concreto); Traço: Proporção relativa entre cimento e agregados; Granulometria: Distribuição granulométrica dos agregados e proporção relativa entre eles; Forma dos grãos dos agregados; Tipo e finura do cimento. b) Fatores externos: Tipo de aplicação (finalidade); Tipo mistura (manual ou mecânica); Tipo de transporte (calhas, bombas, etc.), lançamento, adensamento e dimensões peças. 1.4.2. Medidas da Trabalhabilidade: Os aparelhos e métodos para medirem a trabalhabilidade possuem limitações por não conseguirem introduzir todas as variáveis no fenômeno. A maioria dos métodos medem somente a consistência e tem como base uma das seguintes proposições: Medida de deformação causada a uma massa de concreto fresco pela aplicação de força determinada. Medida do esforço necessário para gerar na massa de concreto fresco, uma deformação preestabelecida. Os processos empregados podem ser: a) Ensaios de consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBR NM 67/1998) O equipamento para ensaio de abatimento do tronco de cone é bastante simples. Consiste numa haste de socamento de um tronco de cone de 300 mm de altura, 100 mm de diâmetro no topo e 200 mm de diâmetro na base. O tronco de cone é preenchido com concreto, em três camadas de alturas aproximadamente iguais, adensadas cada uma com 25 golpes com uma barra de 16mm de diâmetro e 5 depois vagarosamente suspenso (10 a 12 segundos). O concreto sem suporte abate-se pelo seu próprio peso. A diminuição da altura do tronco de cone é chamada de abatimento do concreto. Figura 1: Determinação da consistência do concreto através do ensaio do tronco de cone Existem valores de abatimento (Slump) recomendados em função do tipo de aplicação do concreto: Volume grande de concreto com pouca armadura, utilizado para sapatas e blocos de fundação. Aproximadamente 4cm; Concreto utilizado para vigas, pilares, lajes onde o lançamento é manual ou com caçambas. De 6 a 8 cm; Concreto bombeado. De 8 a 12 cm. O ensaio de abatimento pode ser utilizado para fazer a verificação do bom proporcionamento da mistura. Se a superfície do concreto apresentar excesso ou falta de argamassa e quando o concreto é abatido por pancadas laterais, se estiver mal proporcionado, com falta de coesão, a mistura desagrega. O operador influência no ensaio devido a forma como ele retira o molde, podendo fazer o abatimento variar em até 4cm (dependendo de sua consistência). b) Ensaio de remoldagem de Powers: A principal parte do aparelho é um recipiente cilíndrico, dentro do qual se encontra um anel concêntrico suspenso acima do fundo. O conjunto é fixado a uma mesa de consistência (flow-table). O cone de abatimento utilizado no slump test serve para a moldagem do concreto a ser ensaiado. Retirado o cone de abatimento, um disco metálico (1,9kg) é colocado no topo do concreto moldado. A mesa é, então, posta em funcionamento num ritmo de uma queda por segundo, até que o fim da operação seja alcançado quando o traço marcado na haste atingir o topo de referência existente na guia. A essa altura, a forma do concreto mudou de um tronco de cone para um cilindro. O esforço requerido para conseguir essa remoldagem é expresso pelo número de golpes registrados. O ensaio de Powers é eminentemente laboratorial, mas sua validade decorre do fato de que o esforço, para remoldagem, está estritamente ligado à consistência. O ensaio de Powers foi modificado por Wuerpel, que substituiu a mesa de consistência por uma vibratória. O número de segundos necessários à remoldagem passou a ser um índice de caracterização da consistência do concreto. Abatimento ( Slump) 6 Figura 2: Ensaio de Remoldagem de Powers c) Ensaio Vebê: (ACI 211-3/87) O equipamento de ensaio, que foi desenvolvido pelo engenheiro sueco V. Bährner, consiste de uma mesa vibratória, um recipiente cilíndrico, um tronco de cone, e um disco de vidro ou plástico com movimento livre e descendente o qual serve como referência do final do ensaio. O tronco de cone é colocado no recipiente, em seguida é preenchido com concreto, e depois removido. O disco é posicionado no topo do tronco de cone e a mesa vibratória é ligada. O tempo necessário para remoldar o concreto da forma tronco-cônica para a cilíndrica, até que o disco esteja em contato com todo o concreto, é a medida da consistência e este valor é anotado como sendo o índice Vebe, em segundos. Apropriado para concreto fracamente plástico. É normalizado na Grã-Bretanha. d) Mesa de espalhamento: NM 68: 1998- Determinação da consistência pelo espalhamento na mesa de Graff Utilizado na Alemanha e normalizado no Brasil. É medido pelo espalhamento de um tronco de cone de concreto sujeito a golpes. É apropriado para os concretos medianamente e fortemente plástico. O aparelho consta essencialmente de uma mesa metálica de 70 x 70cm de diâmetro, montada sobre um suporte que lhe permite aplicar quedas de 4 cm. Um molde, com a forma de um tronco de cone de 13cm de topo e 20cm de base e altura de 20cm, é colocado no centro da mesa e o enchimento é feito em duas camadas e compactado da mesma maneira que o ensaio de abatimento. O molde é então removido e são aplicados ao concreto 15 quedas, através de uma manivela agindo sobre um excêntrico. O concreto se espalha sobre a mesa; mede-se o diâmetro médio do concreto espalhado. Figura 3: Ensaio da mesa de espalhamento FLOW TABLE d1 7 Figura 4: mesa de espalhamento vista em topo e) Caixa L: (NBR 15823-4/2010) Este ensaio, realizado em equipamento apresentado na Figura xx, avalia propriedades como fluidez e tendência a bloquemento e a segregação de forma similar a de uma concretagem real pois o concreto é forçado a fluir entre barras de aço om pequeno espaçamento. No ensaio, marcam-se os tempos para o concreto fluir até a marca de 200 a 400 mm(T20 e T40) e as alturas H1 e H2. O concreto é considerado auto-adensável se T20 e T40 forem respectivamente menores que 1,5 e 3,5 segundos e H2/H1 estiver entre 0,80 e 0,85. Figura 5: caixa L para ensaio de concretos auto-adensáveis f) Caixa de Walz: (DIN 1048-1) Enche-se uma caixa de dimensões padronizadas com concreto e mede-se o rebaixamento que ocorrerá na massa após ser feito o adensamento (por vibração). Apropriado para concretos fracamente plásticos. 8 Figura 6: Ensaio da caixa de Wals g) Ensaios de penetração: A trabalhabilidade é medida pela capacidade do concreto em se deixar penetrar por um objeto de formas e pesos padronizados. Na Europa são utilizados outros tipos de ensaios de pouco interesse aqui no país que são os de Graff, Humm e Irribarien (Norma Espanhola) e Kelly (Norma Americana). 1.4.3. Exsudação: Forma particular de segregação, onde a água da mistura tende a elevar-se à superfície do concreto recentemente lançado. Fenômeno causado pela incapacidade dos constituintes sólidos do concreto fixarem toda água da mistura, depende muito das propriedades do cimento. O resultado da exsudação é o topo de cada camada de concreto tornar-se muito úmido e, se a água é impedida de evaporar pela camada que lhe é superposta, podendo resultar em uma camada de concreto poroso, fraco e de pouca durabilidade. Não existem ensaios para medida da segregação; a observação visual e a inspeção por testemunhos extraídos do concreto endurecido são, geralmente, adequados para determinar se a segregação é um problema em uma dada situação. Existe, porém, um ensaio normalizado da ASTM para medição da taxa de exsudação e da capacidade total de exsudação de uma mistura de concreto. Segundo a ASTM C 232, uma amostra de concreto é colocada e consolidada num recipiente de 250 mm de diâmetro e 280 mm de altura. A água de exsudação acumulada na superfície é retirada em intervalos de 10 minutos durante os primeiros 40 minutos e, daí em diante, em intervalos de 30 minutos. A exsudação é expressa em termos da quantidade de água acumulada na superfície, em relação à quantidade de água existente na amostra. A exsudação provoca: enfraquecimento da aderência pasta-agregado e pasta-armadura; aumento da permeabilidade; formação da nata de cimento na superfície do concreto, precisando remove-la ao executar concretagem de nova etapa. Para minimizar-se a ocorrência deste fenômeno, deve-se tomar os seguintes cuidados: não utilizar agregado miúdos sem uma parcela conveniente de finos. Utilizar cimentos de maior finura ( Ex.: Pozolânicos e de Alto-forno) Utilizar aditivos plastificantes 9 Figura 7: Efeito da exsudação de água 1.5. PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO 1.5.1. Massa Específica: Massa da unidade de volume, incluindo os vazios. Varia principalmente com tipo de agregado utilizado. Valores usuais: Concretos não-armados: 2.300kg/m3 Concretos armados: 2.500kg/m3 * A massa específica fazendo-se uso de agregados leves é da ordem de 1.800kg/m 3 e com agregados pesados é de 3.700kg/m 3 . 1.5.2. Resistência aos esforços mecânicos: O concreto é um material que resiste bem aos esforços de compressão e mal aos de tração. A resistência à tração é da ordem de um décimo da resistência à compressão.O concreto resiste mal ao cisalhamento devido as tensões de distensão que verificam-se nos planos inclinados. Os fatores que afetam a resistência mecânica são: a. Relação água/cimento b. Idade c. Forma e graduação dos agregados d. Tipo de cimento e. Forma e dimensões do corpo-de-prova f. Velocidade de aplicação de carga de ensaio g. Duração da carga 10 Figura 8: Resistência à Compressão do Concreto Simples (ABCP) Figura 9: Resistência à Tração do Concreto Simples (ABCP) Figura 10: Resistência à Tração e Compressão do Concreto Armado (ABCP) Fatores a serem controlados na produção do concreto: a) Fator água/cimento: Principal fator a ser controlado quando se deseja atingir uma determinada resistência. A resistência do concreto é inversamente proporcional à relação água-cimento. É uma relação não linear, podendo ser expressa, normalmente pela função: Esta expressão é chamada de “Lei de Abrams”. O excesso água colocado na mistura para que se obtenha uma consistência necessária ao processo de mistura, lançamento e adensamento ocasiona, após o endurecimento, vazios na pasta de cimento. Quanto maior o volume de vazios, menor será a resistência do material. c) Idade do concreto: A resistência do concreto progride com a idade, devido ao processo de hidratação do cimento que se processa ao longo do tempo. Em projetos, é usual utilizar a resistência do concreto aos 28 dias como padrão, após esta idade (para o cimento Portland Comum) o aumento de resistência é muito pequeno. A seguir estão alguns estimadores da resistência à compressão: LEI DE ABRAMS (5.0) 11 fc28= 1,25 à 1,50fc7; fc28= 1,70 à 2,50fc3; fc90= 1,05 à 1,20fc28; fc365= 1,10 à 1,35fc28. O coeficiente decresce com o aumento da resistência, isto é, para concretos menos resistentes (Por exemplo: fc28 = 15MPa) pode-se assumir os limites superiores e para os mais resistentes (18Mpa<fc28>30MPa), os limites inferiores. Para concretos de alta resistência ou aqueles confeccionados com cimentos muito finos, os coeficientes apresentados são muito grandes. d) Forma e graduação dos agregados: Os concretos confeccionados com seixos rolados tendem a ser menos resistentes do que aqueles confeccionados com pedra britada, possuindo o mesmo fator água/cimento, devido a menor aderência pasta/agregado. Este efeito só é significativo para concretos de elevada resistência. A granulometria do agregado graúdo também influencia a resistência do concreto. Concretos confeccionados com britas de menor diâmetro tendem a gerar concretos mais resistentes, mantida a relação água/cimento. d) Tipo de cimento: A composição química do cimento ( proporção de C3S e C2S) influenciam na resistência concreto, bem como a adição de escórias e pozolanas. Quanto mais fino possuir a mistura, maiores são as resistências iniciais do cimento. e) Forma e dimensões do corpo-de- prova: Para o ensaio de resistência à compressão do concreto, utiliza-se o corpo-de-prova cilíndrico de 15cm de diâmetro por 30cm de altura. f) Velocidade e aplicação da carga: Quando aplica-se velocidades maiores a tendência é gerara valores de resistências mais elevados. Em velocidades mais baixas existe um tempo maior para propagação de fissuras que ocorrem durante o carregamento, levando o corpo-de-prova ao colapso em níveis de carga inferiores. Portanto esta velocidade é normalizada (0,3 - 0,8MPa/s ou 530 a 1410kgf/s) no Brasil. g) Duração da carga: Nas cargas de curta duração o concreto resiste a maiores níveis de carga, devido a velocidade da propagação das fissuras. 1.5.3. Resistência à tração: Propriedade de difícil determinação direta. Sua importância está ligada a alguns tipos de aplicação (exemplo dos pavimentos de concreto), devido a resistência à tração ser desprezada para efeito de cálculo. Determina-se de duas maneiras: a) Por compressão diametral: Rompe-se o cilindro confeccionado para a resistência à compressão conforme mostra as figuras abaixo (NBR 7222/2011): Figura 11: Representação esquemática do ensaio de tração por compressão diametral 12 Onde: b = (0,15 ± 0,01) d h = (3,5 ± 0,5) mm d= diâmetro do corpo-de-prova b) Flexão de corpos-de-prova prismáticos (módulo de ruptura): O ensaio é realizado como mostra a Figura 12 e 13. Figura 12: Representação esquemática do ensaio de tração na flexão Figura 13: dispositivo de ensaio com corpo-de-prova Tração na flexão de corpos-de-provas prismátcos Na falta da determinação, a NBR 6118 permite que sejam adotados os seguintes valores: ftk = fck/10 para fck18MPa ftk = 0,06 fck + 0,7 para fck18Mpa 1.5.4. Módulo de elasticidade: (5.1) (5.2) 13 O módulo de elasticidade do concreto é obtido pela razão entre o gradiente de tensão aplicado e os respctivo gradiente de deformação específica. Devido o concreto não ser um material perfeitamente elástico, na determinação do módulo de elasticidade, convenciou-se determinar esses gradientes em dois níveis de tensão pré-definidos: 0,5MPa e 35% da tensão média de ruptura do material (módulo secante). A importância do conhecido desses parâmetros tem aumentado muito recentemente, a medida que interfere nas propriedades de deformidade das estruturas. Existem expressões que correlacionam a resitência à compressão do concreto com seu módulo de elasticidade pois sabe-se que são propriedades que caminham em mesma direção. Entretanto, a adoção dessas expressões deve ser feita com muita cautela pois o módulo de elasticidade depende também do módulo de elasticidade de seus materiais constituintes e do traço adotado. Por isso, cada vez mais os calculistas tem especificado em seus projetos que o módulo de elasticidade deva ser obtido em ensaios laboratoriais específicos, a partir de amostras do concreto. Por isso, cada vez mais os calculistas têm especificado, a apartir de amostras do concreto que será efetivamente utilizado na estrutura. Antes da aplicação da carga já existem microfissuras na zona de transição entre a matriz e o agregado graúdo. Sob efeito do carregamento à compressão centrada (4 estágios distintos) – Estágio 1: abaixo de 30% da carga última as fissuras permanecem estáveis e a curva tensão –deformação é linear; – Estágio 2: acima de 30% da carga última, à medida que a tensão aumenta, as fissuras da zona de transição começam a aumentar em comprimento, abertura e número. Desta forma a curva tensão-deformação começa a desviar de uma linha reta. Até 50% admite-se sistema estável de microfissuras; – Estágio 3: entre 50% a 75% da carga última começam a se formar fissuras na matriz, como também aumentar as fissuras na zona de transição., formando-se um sistema instável de fissuras. – Estágio 4: acima de 75% da carga última, com o aumento da tensão desenvolvem-se deformações muito grandes, indicando que o sistema de fissuras tornou-se contínuo e o colapso se aproxima. 14 1.5.5. Permeabilidade e absorção: O concreto é um material poroso. A interconecção de vazios de água ou ar poderá tornar o concreto permeável. As razões da porosidade são: Quase sempre é necessário utilizar uma quantidade de água superior a que se precisa para hidratar o aglomerante, esta água ao evaporar deixa vazios. Com a combinação química diminuem os volumes absolutos do cimento e água que entram na reação. Durante o amassamento ocorre incorporação ar na massa. A interconecção destes vazios de água ou de ar poderá tornar o concreto permeável. Sendo assim, para que se obtenha concretos com baixa absorção e permeabilidade, deve-se tomar as seguintes providências: Utilizar baixa relação água/cimento (aumentar o consumo de cimento ou utilizar aditivos redutores de água como plastificantes, superplastificantes e incorporadores de ar); Substituir parcialmente o cimento por pozolanas (cinzas volantes, cinza da casca de arroz ou microssílica) para preencher os vazios capilares do concreto através da reação entre pozolana e hidróxido de cálcio liberado nas reações de hidratação do cimento. Utilizar agregados com maior teor de finos, mas não de natureza argilosa. 1.5.6. Deformações: As variações de volume dos concretos são devido aos fatores citados a seguir: Retração autógena: Variação de volume absoluto dos elementos ativos do cimento que se hidratam. Retração plástica: Variação de volume do concreto ainda no estado fresco com a perda de água. Retração hidráulica irreversível: Variação do volume de concreto endurecido pela saída de água dos poros capilares Retração hidráulica reversível: Variação de água dos poros capilares devido a mudanças na umidade do ar. Dilatação e retração térmica: Variação do volume do material sólido com a temperatura. Cargas externas: A atuação de cargas externas originam as deformações imediatas e deformações lentas, estas últimas relacionadas também à perda de água dos poros capilares. 1.6. ANÁLISE ESTATÍSTICA DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO: Para a análise estatística do concreto deve-se observar as seguintes notações: fcj: resistência do concreto à compressão prevista para j dias de idade; fck: resistência característica do concreto à compressão; fctj: resistência característica do concreto à tração prevista para j dias de idade; fctk: resistência característica do concreto à tração; : coeficiente de variação; Sd: desvio padrão; n: número de corpos de prova. a) Média de n ensaios é a soma dos resultados dividida por n. ∑ (5.3) 15 b) Desvio padrão √ ∑ ̅̅ ̅ c) Coeficiente de variação d) Resistência característica à compressão ou à tração fck = (1-1,65 x δ) fck = fcj - 1,65 x Sd ftk= (1-1,65xδ) x ftj ftk = ftj – 1,65 x Sd * Resistência característica será aquela em que somente 5% dos resultados dos corpos de prova sejam inferior ao seu valor. 1.7. ESTUDO E DOSAGEM DO CONCRETO 1.7.1. Dosagem Empírica: Processo de seleção e proporcionamento de materiais constituintes do concreto baseado em valores médios de propriedades físicas e mecânicas destes materiais, conseguidos através da experiência prévia de tecnologias e bibliografias neste assunto. Este procedimento é recomendado para obras de pequeno volume. A ABNT NBR 6118/2007, estabelece as seguintes condições: Consumo mínimo de 300 kg de cimento/m3; proporcionamento (agregado miúdo/volume total de agregado de 30 a 50%) para trabalhabilidade adequada; quantidade mínima de água para trabalhabilidade adequada. a) Notação para o desenvolvimento das fórmulas: a: Kg agregado miúdo por Kg de cimento; p: Kg agregado graúdo por Kg de cimento; m: Kg agregado total por Kg de cimento (m = a + p); x: Kg de água por Kg de cimento (a/c); i: índice de inchamento da areia; C: consumo de cimento por m 3 de concreto; H: relação água/materiais secos a = massa unitária do agregado miúdo; p = massa unitária do agregado graúdo; da = massa específica aparente do agregado miúdo; dp = massa específica aparente do agregado graúdo; dc = massa específica do cimento. b) Procedimento: b.1) Determinação da resistência média característica (28 dias): fcj= fck +1,65 . Sd Onde Sd = Desvio padrão de dosagem. (5.4) (5.5) (5.6) (5.7) 16 * Condição A: Proporcionamento em massa, correção da umidade; assistência profissional habilitado. Sd= 4 MPa (aplicável as classes C10 até C80). * Condição B: Proporcionamento em massa, agregado em volume; agregados em volume; correção da umidade; assistência profissional habilitado. Sd= 5,5MPa (aplicável as classes C10 até C25). * Condição C: Cimento proporcionado em massa; agregados em volume; controle de umidade feito de forma expedita. (aplicável as classes C10 até C15). Sd= 7,0Mpa b.2) Determinação do fator água/cimento a ser a ser adotado (x), em função da resistência de dosagem desejada: São utilizadas as expressões apresentadas por Helene, 1993: Cimento Portland Comum (CP I e CP I-S): x = 1,11 log (92,8/fc28) Cimento Portland de Alto Forno (CP III): x = 0,99 log (121,2/fc28) Cimento Portland Pozolânico (CP IV): x = 0,95 log (99,7/fc28) Estas expressões foram tiradas dos ábacos encontrados em anexo neste capítulo. b.3) Determinação do fator água/materiais secos (H) em função da dimensão máxima característica do agregado graúdo e do tipo de adensamento a que o concreto estará sujeito em obra. Os valores de H conduzem a concretos com abatimentos na faixa de 6 a 9 cm de acordo com a Tabela 1. Tabela 1: Valores de H em função de max e tipo de adensamento max Adensamento Manual Adensamento Vibratório 9,5 11,5 % 10,5% 19 10,0% 9,0% 25 9,5% 8,5% 38 9,0% 8,0% 50 8,5% 7,5% Obs: Esta tabela foi desenvolvida para agregados comuns (areia média de rio, brita de granito), para seixo rolado tem que diminuir 1% em cada valor. b.4) Cálculo do traço (m): ( ) b.5) Determinação do agregado miúdo e agregado graúdo no agregado total: Determinação do teor de miúdo no agregado total: Os valores sujeridos de estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Valores do teor de argamassa em função do tipo de agregado graúdo e max max Brita granítica Brita basáltica Seixo Rolado 9,5 55% 57% 53% 19 53% 55% 51% 25 51% 53% 49% (5.8) (5.9) 17 38 49% 51% 47% 50 47% 49% 45% Determinação do teor de graúdo no agregado total: b.6) Conversão do traço em quantidades por m 3 e, quando for preciso, conversão dos agregados para volume: Onde: Quantidade de agregado miúdo/m³: C.a Quantidade de agregado graúdo/m³: C.p Quantidade água/m³: C.x A Tabela 3 mostra a massa específica aparente de alguns materiais: Tabela 3: Massa Específica Aparente de alguns Materiais Materiais Massa Específica Aparente (d) Agregado Basáltico 2,80 kg/dm 3 Agregado Granítico 2,65 kg/dm 3 Seixo Rolado 2,61 kg/dm 3 Areia 2,62 kg/dm 3 Cimento Portland Comum 3,15 kg/dm 3 Cimento Portland Pozolânico 2,95 kg/dm 3 Para que seja feita a conversão dos valores calculados em massa para volume, é preciso que se conheça as massas unitárias () dos agregados. A Tabela 4 mostra estes valores. Tabela 4: Massas Unitárias de alguns materiais Materiais Massa Unitária () Agregado Basáltico 1,33 kg/dm 3 Agregado Granítico 1,30 kg/dm 3 Seixo Rolado 1,50 kg/dm 3 (5.10) (5.11) C: consumo de cimento por m³ Traço final em massa Cimento:areia: brita: água 18 Areia 1,50 kg/dm 3 Cimento 1,50 kg/dm 3 É necessário ainda que conheça-se o coeficiente médio de inchamento (i) típico das areias. Os valores sugeridos por Petrucci (1983) são: Areia fina: 1,31; Areia média: 1,29; Areia grossa: 1,25. b.7) Cálculo dos volumes para abastecer a betoneira: Vx = Vbetoneira x Capacidade de mistura Obs: Capacidade da cuba da betoneira (eixo inclinado) é de 500 litros. A capacidade máxima de mistura é de 80% deste valor (400 litros). O volume de mistura é o somatório dos volumes unitários dos materiais. A Tabela 5 auxiliará no cálculo da produção de concreto. Tabela 5: Tabela para Produção de Concreto Materiais Massa (Kg) Massa Unitária (kg/dm 3 ) Volume (Litros) Volume Corrigido (Litros) Cimento Areia Brita Água Total Materiais Secos As fórmulas a seguir servem para auxiliar nas conversões: 1.7.2. Dosagem Experimental: Processo de dosagem baseado nas características específicas dos materiais que serão realmente usados na obra. Os processos de dosagem experimental exigem que sejam determinadas algumas propriedades anteriormente mencionadas no método de dosagem empírico. Quase todos os métodos baseiam-se em duas leis fundamentais: (5.12) (5.13) (5.14) (5.16) (5.15) 19 Lei de Abrams: “A resistência do concreto é proporcional ao fator água/cimento”. (Ver equação 5.0) Lei de Lyse: “ Quantidade de água a ser empregada em um concreto confeccionado com um determinado grupo de materiais (mesmo cimento, agregados graúdo e miúdo) para obter-se uma dada trabalhabilidade, independe do traço deste concreto”. No Brasil utiliza-se muito dois métodos de dosagem: O Método da ABCP/ACI e o Método IPT/EPUSP. 1.7.3. Método da ABCP/ACI Baseia-se no fato de que cada tipo de agregado graúdo possui um volume de vazios que será preenchido por argamassa, devendo existir uma parte de argamassa adicional. Esta argamassa deverá servir como lubrificante entre os grãos de agregado graúdo para que se consiga uma trabalhabilidade adequada. A quantidade de argamassa será em função da quantidade de vazios e do tipo de areia empregado, já que as areias mais grossas geram argamassas mais ásperas (menos lubrificantes). a) Parâmetros de dosagem: Característica dos Materiais: a.1) Cimento: Tipo. Massa específica. Resistência do cimento aos 28 dias. a.2) Agregados: Análise granulométrica o Módulo de finura do agregado miúdo o Dimensão máxima característica do agregado graúdo Massa específica Massa unitária compactada a.3) Concreto: Consistência desejada no estado fresco (Slump); Condições de exposição ou finalidade da obra; Resistência de dosagem: Em função da resistência característica Condições de preparo em função do desvio padrão (Sd) Dimensão máxima característica admissível de acordo com a NBR 6118 deve ser: - Menor do que ¼ da menor distância entre faces de formas; - Menor do que 1/3 da espessura das lajes; - Menor do que 5/6 do espaçamento das armaduras em camadas horizontais; - Menor do que 1,2 vezes do menor espaçamento entre camadas na vertical; - Menor do que 1/3 do diâmetro da tubulação (quando o concreto for bombeado); b) Procedimentos: b.1) Definição da relação água/cimento: A relação água/cimento é fixada em função dos seguintes critérios de durabilidade: 20 b.1.1) Quanto a agressividade ambiental: As estruturas de concreto devem ser projetadas e construídas de modo que, sob condições ambientais previstas na época do projeto e quando utilizadas conforme preconizado em projeto apresentem segurança, estabilidade e aptidão em serviço durante o período correspondente a vida útil (ABNT, 6118/2007). De acordo com a norma ABNT NBR 6118/2007, a agressividade do meio ambiente está relacionada às ações físicas e químicas que atuam sobre as estruturas de concreto, independentemente das ações mecânicas, das variações volumétricas de oriegem térmica, da retração hidráulica e outras previstas no dimensionamento das estruturas de concreto. Nos projetos de estrutura, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na Tabela 6, e pode ser avaliada, segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes. Tabela 6: Classe de agressividade ambiental Classe de agressividade ambiental Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de projeto Risco de deterioração da estrutura I Fraca Rural Insignificante Submersa II Moderada Urbana 1), 2) Pequeno III Forte Marinha 1) Grande Industrial 1), 2) IV Muito Industrial 1), 3) Elevado Respindos de maré 1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (im nível acima) para ambientes internos secos (sala, dormitórios, banheirosm cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestido com argamassa e pintura). 2) Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) em obras em regições de clima seco, com umdade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chiva em ambientes predominantes secos, ou regiõe onde chove raramente. 3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques indutriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilidade e indústrias químicas. b.1.2) Quanto a qualidade do concreto para cobrimento: A durabilidade as estruturas é altamente dependente das características do concreto, da espessura e da qualidade do concreto para o cobrimento da armadura. Devido a existência de uma forte correspondência entre a relação água/cimento, resistência à compressão do concreto e sua durabilidade, permite-se adotar os requisitos míninos da Tabela 7, 8, 9 e 10 (ABNT, 6118/2007). Tabela 7: correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto Concreto tipo Classe de agressividade I II III IV Relação água/cimento em CA ≤0,65 ≤0,60 ≤0,55 ≤0,45 21 Para o cobrimento deve-se observar os seguintes requisitos (ABNT NBR 6118/2007): 1. O cobrimento mínimo da armadura é o menor valor que deve ser respeitado ao longo de todo o elemento considerado e que se constitui num critério de aceitação. 2. Para garantir o conbrimento mínimo (Cmim )o projeto e a execução devem considerar o cobrimento nominal (Cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução (Δc). Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na Tabela 8, para Δc = 10 mm. 3. Nas obras correntes o valor de Δc deve ser maior ou igual a 10 mm. 4. Quando houve um adequdo controle de qualidade e rígids limietes de tolerâncua da variabilidde das medidas durante a execução pode ser adotdo o valor Δc=5mm, mas a exigência de controle rigoroso deve ser explicitada nos desenhos do projeto. Permite-se, então, a redução dos cobrimentos nominais prescritos na Tabela 8, em 5 mm. 5. Os cobrimentos nominais e míminos estão smpre referidos à superfície da armadura externa, em geral à face externa do estribo. O cobrimnto nominal de uma determinada barra deve sempre ser: a. Cnom ≥ ϕ barra b. Cnom ≥ ϕ feixe = ϕn = √n c. Cnom ≥ 0,5 ϕ bainha 6. A dimensão máxma característica do agregado graúdo utilizado no concreto não pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento, ou seja: dmáx. ≤ 1,2 Cnom Tabela 8: correspondência entre classe de agressividade ambiental e massa CP ≤0,60 ≤0,55 ≤0,50 ≤0,45 Classe de concreto CA ≥ C20 ≥ C25 ≥ C30 ≥ C40 CP ≥C25 ≥C30 ≥C35 ≥C40 NOTAS: 1) O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir com os requisitos estabelecidos na ABNT NBR 12655 2) CA correspondente a componentes e elementos estruturais de concreto armado. 3) CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido. 22 cobrimento nominal para Δc =10 mm. Tabela 9: requisitos para o concreto, em condições especiais de exposição Condição de exposição Máxima relação água/cimento, em massa, para concreto com agregado normal Mínimo valor de Fck ( para concreto com agregado normal ou leve (MPa) Condições em que é necessário um concreto de baixa permeabilidade à água 0,50 35 Exposição a processos de descongelamento em condições de umidade ou a agentes químicos de degelo 0,45 40 Exposição a cloretos provenientes de agentes químicos de degelo, sais, água salgada, água do mar, ou respingos ou borrifação desses agentes 0,40 45 Tabela 10: Valores da relação água/cimento em função Das condições de exposição e tipo de peça exposta Tipo de Estrutura Estrutura exposta à ação de água do mar ou sulfatada Peças delgadas e seções com menos de 2,5cm de recobrimento da armadura 0,40 Outros 0,45 * Ao utilizar cimentos resistentes a sulfatos, aumentar relação a/c de 0,05. Tipo de Estrutura Componente ou elemento Classe de agressividade ambiental I II III IV 3) Cobrimento nominal (mm) Concreto armado Laje 20 25 35 45 Viga/pilar 2) 25 30 40 50 Concreto protendido 1) todos 30 35 45 55 Observações: 1) Cobrimento nominal da armadura passiva que envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificao para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão. 2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeia, com argamassa de revestimnto e acabamento tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituídas pelo item 6 3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, a armadura deve ter cobrimento nominal ≥ 45mm 23 Observações: Quando não existe restrições quanto à durabilidade, o fator a/c será determinado através de um gráfico (Curva de Abrams) que relaciona a resistência de dosagem (fcj) determinada pela equação 5.0 com a relação a/c. Se o valor de fck for inferior ao definido pela classe mínima do concreto estabelecida pelos critérios de durabilidade, o valor de fck deverá se tomado como o dessa classe. Na prática, o fck adotado será o maior dos dois valores (fck função da resistênia característica definida no projeto estrutural ou a correspondente à classe definida por durabilidade). Se o valor de a/c obtido no gráfico for superior aos limites estabelecidos na tabela 7, deve-se adotar valor limite como a/c para continuidade dos cálculos. Se não possuir a resistência do cimento, deve-se utilizar o valor correspondente a sua especificação. Por exemplo, na Figura 14 pode-se observar a relação a/c de um cimento CP 32 com resistência de dosagem 25 MPa aos 28 dias. Caso o cimento utilizado não seja o cimento Portland Comum, emprega-se as expressões propostas por Helene (1993), apresentadas no item 5.7.1, b.2 , Procedimento. Figura 14: Curva de Abrams com exemplo de realação água/cimento b.2) Determinação do consumo de água do concreto (Cag): É feito em função da consistência e da dimensão máxima característica do agregado (Tabela 11): Tabela 11: Consumo de água (Cag) aproximado (l/m³) Abatimento do Tronco de cone (mm) Dimensão máxima característica do agregado graúdo (mm) 9,5 19,0 25,0 32,0 38,0 40 a 60 220 195 190 185 180 60 a 80 225 200 195 190 185 80 a 100 230 205 200 1950 190 b.3) Determinação do consumo de cimento ( c ) : o consumo de cimento depende diretamente do consumo de água. 24 ca C c ag / b.4) Determinação do consumo de agregados: - Agregado Graúdo (Cb): Cb = Vc . Mc (kg/m 3 ) Cb = consumo de agregado graúdo (por m 3 de concreto) Vc = volume compactado seco do agregado graúdo/ m³ de concreto (Tabela 12) Mc = massa unitária compactada do agregado graúdo Tabela 12: Volume compactado seco (Vc) do agregado graúdo/ m³ de concreto MF Dimensão máxima característica (mm) 9,5 19,0 25,0 32,0 38,0 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 Quando utiliza-se mais de um tipo de agregado graúdo, o Cb pode ser dividido da seguinte forma: Utililizar o critério do menor volume de vazios. Proporcionar o agregado graúdo de maneira a obter a maior massa unitária compactada. Tabela 13: Proporcionamento sugerido dos agregado graúdos Agregados Utilizados (Dmáx em mm) Proporção (%) 9,5 – 19,0 30 – 70 19,0 – 25,0 50 – 50 25,0 – 38,0 50 – 50 38,0 – 50,0 50 – 50 * Quando o concreto é bombeado, a mistura 19,0 – 25,0 pode assumir a proporção 70 % - 30%. Quando deseja-se uma otimização melhor do proporcionamento, deve-se estudar outras proporções e determinar a massa unitária compactada(Mc). A solução escolhida deverá ser aquela que conduza ao maior Mc. Consumo de agregado Agregado miúdo (Cm): dm dag Cag db Cb dc c Vm )(1 Onde: Vm = volume do agregado miúdo (areia) c = consumo de cimento (5.19) (5.17) (5.18) 25 Cb = consumo do agregado graúdo (brita) Cag = consumo de água dc = massa específica aparente cimento. db = massa específica aparente do agregado graúdo; dag = massa específica da água dm = massa específica da areira b.5) apresentação do Traço calculado: traço = cimento: areia: brita: relação a/c b.6) cuidados e corresções: Falta de argamassa: acrescentar areia, mantendo constante a relação a/c. Excesso de argamassa: acrescentar brita, mantendo constante a relação a/c. Agregados com alta absorção de água: acrescentar no consumo e água. 1.7.4. Método do IPT/EPUSP Este método denominado IPT/EPUSP, apresentado no Manual de Dosagem e Controle do Concreto (HELENE E TUTIKIAN, 1992), constitui-se numa atualização e generalização feita na Escola Politécnica da USP a apartir do método desenvolvido inicialmente no IPT- Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Este método de dosagem estabelece, como resultado final de sua aplicação, um diagrama de dosagem graficado sobre quatro quadrantes onde serão apresentadas “Leis de comportamento”. 1) Estudo Teórico: Conceitos fundamentais: (HELENE e TUTIKIN, 2011) a) Busca obter o comportamento mecânico e reológico do concreto e forma unívoca. b) Considera a relação água/cimento (a/c) é o parâmetro mais importante no concreto estrutural; c) Definida a/c e os materiais, a R e durabilidade do concreto passam a ser únicas, sempre que seja mantida a trabalhabilidade da mistura. d) O método não exige conhecimentos prévios sobre o cimento, as adições e os agregados, apesar e que , sob o ponto de vista da durrabilidade, sempre é conveniente contar com informação de ensaios prévios de laboratório como: reatividade álcali-agregado, presença de sulfatos, de matérias carbonosas, presença de pó e de rgila, granulometria e outros. e) É necessário fixar o o abatimento para diferentes proporções de teor de argamassa (α) para encontrar a mínima quantidade de água para obter a trabalhabilidade especificada. f) O concreto é mais econômico quanto maior for a Dmax do agregado graúdo e menor abatimento do tronco de cone; g) Correções assumidas como “Leis de comportamento” : g.1) Lei de Abrams fcj= k1 / k2 (a/c) (5.20) (5.21) 26 g.2) Lei de Lyse m= k3 + k4 *a/c m: relação agregado/cimento em massa (kg/kg) g.3) Lei de Molinari C= 1.000/ (k5 + k6*m) C: consumo de cimento/m³ de concreto gd.4) Teor de argamassa seca α (%) = [ (1+a) / (1+m)]x100 g.5) m = a + p g.6) Notação: fcj: resistência à compressão axial à idade j, em Mpa; a/c: relação água/cimento em massa, em (Kg/Kg); a: relação agregado miúdo seco/cimento, em (Kg/Kg); p: relação agregado graúdo seco/cimento, (Kg/Kg); m: relação agregados secos/cimento, (Kg/Kg); k1 k2 k3 k4, k5: constantes que dependem materiais. α: teor d argamassa seca em porcentagem (%) g.7) Diagrama de dosagem: fcj (Mpa) (5.22) (5.23) (5.24) (5.25) 27 Modelo de Comportamento a/c (kg/kg) m (kg ) C (kg/m3 ) fcj (Mpa) 3 dias 7 dias 28 dias Abatimento 40mm Fonte: Manual de Dosagem e Controle do Concreto (Ed. PINI, 1993) 80mm 150mm C1 C2 C3 Figura 15: diagrama de dosagem e controle do concreto g.7) Leis Complementares: Cag = C x a/c : consumo de água / m3. Cag = C x a/c : consumo de água / m3. C : consumo de cimento/ m3; Onde: C : consumo de cimento por m3 de concreto adensado em kg/m3 d : massa específica do concreto, medida em canteiro em kg/m3; dc : massa específica do cimento, medida em kg/m3; da: massa específica do agregado miúdo, medida em kg/m3; dp : massa específica do agregado graúdo, medida em kg/m3. 1.1) Cálculo da resistência de dosagem: a) Correlação com resistência do projeto: fcdj= fcdj + 1,65* Sd fcdj= fcmj: resistência à compressão de dosagem, a j dias (28 dias) (MPa); Sd : desvio padrão de dosagem referido à j dias (28dias) (MPa); 1.2) Procedimento de dosagem: a) Dados iniciais: informações de projeto e obra Consistência desejada no estado fresco (Slump); x dp p da a dc C 1 1000 (5.27) (5.28) 28 Condições de exposição ou finalidade da obra; Resistência de dosagem: Em função da resistência característica Condições de preparo em função do desvio padrão (Sd) Dimensão máxima característica admissível de acordo com a NBR 6118 deve ser: o Menor do que ¼ da menor distância entre faces de formas; o Menor do que 1/3 da espessura das lajes; o Menor do que 5/6 do espaçamento das armaduras em camadas horizontais; o Menor do que 1,2 vezes do menor espaçamento entre camadas na vertical; o Menor do que 1/3 do diâmetro da tubulação (quando o concreto for bombeado); b) Abatimento: Verificação do valor mínimo de consistência do concreto em função do tipo de elemento esrutural, para adensamento mecânico (Tabela 14). Tabela 14: valores mínimos de abatimento para os elementos estruturais Elemento Estrutural Abatimento (mm) Pouco armada Muito armada Laje 60±10 70±10 Viga e parede armada 60±10 80±10 Pilar de edifício 60±10 80±10 Paredes de fundação, sapatas, tubulações 60±10 70±10 c) Ajuste de trabalhabilidade: Deve-se preparar o concreto piloto de traço compatível com a resistência de dosagem desejada com um teor de argamassa (α) bastante baixo (40% como sugestão). A Tabela 15 sugere alguns valores para o traço piloto. Tabela 15:traços recomendados para mistura piloto em função da resistência de dosagem Fcj (MPa) Traço piloto (mpiloto) recomendado 25-35 5 40-45 4,5 50-60 4 d) Exemplo de aplicação do método: d.1) Cálculo o traço piloto para 20 litros de concreto: Característica do concreto= 25 MPa Cimento: CP IV 32 RS Agregado graúdo: brita 0 (4,75/12,5mm e dmáx. = 9,5) brita 1 (9,5/25 mm e dmáx. = 19 mm) Concreto convencional: abatimento de 8 ± 1 cm Destinação: Edifício em concreto aparente construído na Praia Brava- Florianópolis/SC d.2) Procedimento: 29 d.2.1) dados obtidos: da= 2,63 kg/dm³ dp= 2,65 kg/dm³ (britas 9,5 e 19 mm) dc= 3,10 kg/dm³ d.2.2) determinação do proporcionamento ideal entre agregados graúdos. Para a seleção da mistura ideal, utiliza o ensaio da massa unitária compactada. A tabela abaixo apresenta o resultado obtido pra diferentes proporções entre Britas 0 e 1. Proporção nº % brita 9,5mm % brita 19mm Massa unitária compactada (kg/dm³) 1 100 0 1,50 2 70 30 1,53 3 50 50 1,55 4 30 70 1,56 5 0 100 1,52 A proporção 30/70% apresentou o maior valor de massa unitária compactada, portanto, deve ser escolhida. d.2.3) determinação da resistência de dosagem: De acordo com a ABNT NBR 6118/2007, o concreto não pode ser e classe inferior a C30 (Tabela 8) o fck adotado será de 30 MPa. Toma-se o Sd da usina, para este nível de resistência, como sendo 4. fcj=fck+1,65Sd fcj=30+1,65*4 fcj= 36,6MPa d.2.4) estudo da trabalhabilidade ( determinção de α e H): 1º determinação - Traço piloto= 1: 5,5 - Capacidade de mistura de betoneira = 50 litros - Volume inicial do concreto a ser misturado: 20 litros - Volume desdobrado (agregado miudo seco/cimento , em massa) m= agregados secos/cimento , em massa (agregado graudo seco/cimento, em massa) 30 Brita 0 = 0,3 x p = 0,3 x 3,9 = 1,17 Brita 1 = 0,7 x p = 0,7 x 3,9 = 2,73 Fator água/materiais secos (H) estimado para obter-se um abatimento de 80 mm = 10,0% a/c = H/100. (1+ m) a/c = 10/100. (1+ 5,5) = 0,65 Traço inicial desdobrado = 1: 1,6: 1,17: 2,73: 0,65 Cálculo do consumo de cimento para excutar 20 litros Adotando γ = 2350 kg/m³ C= 2350/(1+5,5+0,65) = 329 kg/m³ Para 20 litros: C20 = 20.329/1000 = 6,58 Quantidades de material para executar o traço piloto inicial: Cimento: 6,58 kg Areia: 6,58 x 1,6 = 10,53 kg Brita 0: 6,58 x 1,17 = 7,70 kg Brita 1: 6,58 x 2,73=17,96kg Água: 6,58 x 0,65 = 4,28 litros (até atingir a consistência necessária 8 ± 1 cm). 2º determinação m = 5 α = 42% a-1 = 42 (1+5,5)/100 = 1,73 p = m-a = 5,5-1,73 = 3,77 regra de 3 para areia: 3,77---------(7,70+17,96) 1,73--------- areia Areia= 11,78 kg .: adicionar 11,78 – 10,53 = 1,25 kg regra de 3 para cimento: 3,77---------(7,70+17,96) 1 ---------- cimento Areia= 6,81 kg .: adicionar 6,81 – 6,58 = 0,23 kg Para obter as demais determinações, fazer o mesmo procedimento da 2º determinação. Determinação α a p Cimento (kg) Areia (kg) B1 (kg) B2 (kg) Água (kg) Aspecto da mistura Abatimento 31 1 40 1,6 3,9 6,58 10,53 7,70 17,96 4,277 A - Adicionar 0,23 1,25 2 42 1,73 3,77 6,81 11,78 7,70 17,96 variável A - Adicionar 0,24 1,34 3 44 1,86 3,64 7,05 13,11 7,70 17,96 variável A - Adicionar 0,26 1,44 4 46 1,99 3,51 7,31 14,55 7,70 17,96 variável A1 70 Adicionar 0,28 1,55 5 48 2,12 3,38 7,59 16,09 7,70 17,96 variável B 80 adicionar 0,30 1,67 6 50 2,25 3,25 7,90 17,76 7,70 17,96 variável B 75-80 Adicionar 0,33 1,81 7 52 2,38 3,12 8,22 19,57 7,70 17,96 variável C 75 Adicionar 0,36 1,97 8 54 2,51 2,99 8,58 21,54 7,70 17,96 variável Cl 80 2- Estudo Experimental: 2.1) Princípios: • 03 pontos são necessários para se obter o diagrama de dosagem; • avaliação dos traços (1:m) (cimento: agregados secos totais, em massa); • traço 1: 5 (avaliação preliminar em betoneira); • traço 1: 3,5 (confecção traço rico); • traço 1: 6.5 (confecção traço pobre). 2.2) Etapa 1: Determinação do teor ideal de argamassa para o traço 1: 5 (teor ideal de argamassa na mistura: mínimo possível). • excesso de argamassa, maior custo, ocasiona riscos fissuração; • falta de argamassa ocasiona porosidade ou falha concretagem. a) Determinação do traço unitário: 1:a :p b) Determinar para cada a a quantidade material para abastecer a betoneira; Massa total cimento: mcim= mp/p ; MASSA TOTAL AREIA: MA= MC * A ***acréscimo na mistura c) Pesar e lançar os materiais na betoneira (acréscimos sucessivos de argamassa: cimento + areia) sem alterar agregado graúdo ; d) Determinar o teor de argamassa ideal: • definição : colher de pedreiro; verificação vazios e falhas, exsudação, coesão e abatimento. α Traço unitário 1:a:p AREIA CIMENTO Massa total Acréscimo Massa total Acréscimo 35% 37% 65% 32 e) realizar nova mistura com o traço 1:5 e o teor de argamassa ideal “definitivo”, e determinar as seguintes características: • relação a/c necessária para obter a consistência; • consumo cimento/m3 concreto; • consumo água/m3 concreto; • slump test; • massa específica concreto fresco; • moldar corpos de prova para rompimento. 1.8. ATIVIDADES E PARÂMETROS QUE DEVEM SER CONSIDERADOS EM ESTUDOS DE DOSAGEM DE CONCRETOS PARA OBRAS CORRENTES 1. Cimento: Maior consumo de cimento acarreta: MAIOR plasticidade; MAIOR coesão; menor segregação; menor exsudação; MAIOR calor de hidratação; MAIOR variação volumétrica. 2. Agregado miúdo: Aumento no teor de agregado miúdo acarreta: Aumento do consumo de água; Aumento do consumo de cimento; Maior plasticidade; 3. Agregado graúdo: Mais arredondado e liso maior plasticidade e menor aderência; Lamelar maior consumo de cimento, areia e água e menor resistência; Melhores agregados são cúbicos e rugosos. 1.9. CONTROLE DE QUALIDADE (Baseado na NBR12655/2006) 1.9.1. Atribuições de responsabilidade O concreto para objetivos estruturais deve ter todas as características e propriedades bem claras, antes do início do serviço se concretagem. O proprietário da obra e o responsável técnico contratato, devem garantir a qualidade do concreto. 1.9.2. Profissional responsável pelo projeto estrutural: • Registro resistência característica concreto fck (desenho e memórias do projeto); 33 • Especificação de fcj para etapas construtivas (retirada de cimbramento, aplicação de protensão ou manuseio de pré-moldados); • Especificação requisitos correspondentes à durabilidade da estrutura e elementos pré-moldados, durante a sua vida útil, inclusive da classe de agressividade adotada em projeto. • Especificação dos requisitos correspondente às propriedades especiais do concreto, durante a fase construtiva e vida útil da estrutura, tais como: Módulo de deformação mínimo na idade de desforma, movimentação de elementos pré-moldados ou aplicação de protensão. Outras propriedades necessárias à estabilidade e a à durabilidade da estrutura. 1.9.3. Profissional responsável pela execução da obra: • escolha modalidade preparo concreto; • escolha tipo de concreto, consistência, dimensão máxima agregado e outras propriedades de acordo com projeto e condições de aplicação. • Atendimento a todos os requisitos de projeto, inclusive quanto à escolha dos materiais a serem empregados. • Aceitação do concreto. • Cuidados requeridos pelo processo construtivo e pela retirada do escoramento, levando em consideração as peculiaridades dos materiais (em particular do cimento) e as condições de temperatura ambiente. • concreto preparado na obra é responsável pelas etapas de execução (dosagem, ajuste e comprovação do traço, armazenamento dos materiais constituintes, medidas dos materiais e do concreto e mistura) e pela definição da condição de preparo; 1.9.4. Responsável pelo recebimento do concreto: • proprietário da obra ou responsável técnico pela obra; • documentação comprobatória NBR 12655/2006 (relatórios de ensaios, laudos e outros) devem estar no canteiro de obra, durante toda construção, arquivada e preservada pelo prazo legislação vigente, salvo concreto produzido em central. 1.9.5. Procedimento e plano de amostragem: Controle da qualidade, atuar em diferentes fases do processo de produção. Verificar materiais no canteiro corresponde aos utilizados na dosagem: Cimento (mesma marca comercial e especificação), agregado miúdo (mesma granulometria), agregado graúdo (mesma dimensão máxima característica, origem mineralógica e forma dos grãos) e as quantidades relativas dos constituintes do concreto (traço). Quando dosado em obra: Pelo menos uma vez dia verificar colocação materiais na betoneira. Quando concreto usinado: coleta de amostras e reconstituirão do traço recém misturado. Para cada tipo e classe de concreto colocado em uma estrutura realizar seguintes ensaios: Consistência abatimento tronco de cone (Slump Test) NBR 7223 ou Espalhamento tronco de cone (Mesa de espalhamento) NBR 9606; Resistência à Compressão. 34 1.9.5.1. Amostragem As amostras devem ser coletadas aleatoriamente durante a concretagem, conforme a ABNT NBR NM33.Cada exemplar deve ser constituído por 2 corpos-de-prova, da mesma amassada, conforme a ABNT NBR 5738, para cada idade de rompimento, moldados no mesmo ato. Toma-se como resistência exemplar o maior dos dois valores obtidos no ensaio do exemplar. 1.9.5.2. Controle estatístico do concreto por amostram parcial Para este tipo de controle, em que são retidados exemplates de algumas betonas de concreto, as amostras devem ser de no mínimo mínimo 6 exemplares para concretos do grupo I (classes até C50) e 12 exemplares para concretos do grupo II (classes superiores a C50), conforme a ABNT NBR 8953. a) Para lotes com números de exemplares 6 ≤ n ≤ 20, o valor estimado da resistência característivas à compressão (fckest ), na idade especificada, é dado por: Onde: m = n/2. Despreza-se o valor mais alto de n, se for ímpar f1, f2..., fm valores das resistências dos exemplares, em ordem decrescente. Não se deve tomar para fckes valor menor que Ψ6 f1, adotando-se para Ψ6 os valores da tabela xx, em função da condição de preparo do concreto e do número de exemplares da amostra, admitindo-se interpolação linear. b) Para lotes com números de exemplares n ≥ 20 fckest = fcm – 1,65xSd onde: fcm = é a resistência média dos exemplares do lote (MPa) Sd = é desvio- padrão da amostra de n elementos, calculados com um grau de liberdade a menos [(n-1) no denominador da fórmula], (MPa). Tabela 16: valores de Ψ6 1.9.5.3. Controle estatístico do concreto por amostram parcial Consiste no ensaio de exemplares de cada amassada de concreto e aplica-se a casos especiais, a critério do responsável técnico pela obra. Neste caso não há limitação para o número de exemplares do lote e o valor estimado da resistência característica é dado por: (5.29) 35 a) Para n ≤ 20, fckest = f1 b) Para n >20, fckest = fij Onde: i = 0,05n. Quando o valor de i for fracionário, adota-se o número inteiro imediatamente superior 1.9.5.4. Casos excepcionais Pode-se dividir a estrutura em lotes correspondentes a no máximo 10m³ e amostrá-los com número de exemplares entre 2 a 5. Nestes casos, denominados excepcionais, o valor estimado da resistência característica é dado por: fckest = Ψ6 f1 onde: Ψ6 é dado pela tabela xx, para os números de 2 a 5 1.9.5.5. Aceitação ou rejeição dos lotes de concreto Os lotes de concreto devem ser aceitos, quando o valor estimado da resistência característica, calculado conforme, item 5.9.5.3, satisfaz a relação: fckest ≥ fck 1.9.6. Requisitos básicos do concreto O cimento Portland deve cumprir, conforme seu tipo e classe, as exigências constantes nas normas ABNT(NBR 5732, NBR 5733, NBR 5735, NBR 5736, NBR 5737, NBR 11578, NBR 12989 OU NBR 13116). O tipo de cimento deve ser especificado levando-se em consideração detalhes arquitetônicos e executivos, a aplicação do concreto, o calor de hidratação, as condições de cura, as dimensões da estrutura e as condições de exposição naturais ou particulares de trabalho da estrutura. Todos os agregados utilizados deve atender aos requisitos da ABNT NBR 7211. Quando os agregados estiverem sucetíveis a reatividade d álcalis (NaOH e KOH), originados d cimento ou outras fontes, e se o concreto estiver exposto a condições de umidade, deve-se ter precauções especiais na escolha dos componentes. Portanto, verificar o local onde o concreto será usado, conforme a ABNT NBR 7211 e a observação de situações anteriores da mistura de cimento e agregados. Os aditivos utilizados devem cumpri os requisitos da norma ABNT NBR 11768. A quantidade de aditivo não deve exceder a dosagem estipulada pelo fabricante. 1.9.7. Ensaio de controle de aceitação Para cada tipo de classe de concreto a ser colocado numa estrutura (Tabelas 17 e 18), devem ser realizados os ensaios de controle previsto no itens abaixo. Além de ensaios e determinações para o controle das propriedades. Tabela 17: classe de resistência grupo I Grupo I de Resistência característica (5.30) (5.31) 36 resistência à compressão (MPa) C10 10 C15 15 C20 20 C25 25 C30 30 C35 35 C40 40 C45 45 C20 50 Tabela 18: classe de resistência grupo II 1.9.7.1. Ensaio de consistência Devem ser realizados ensaios de consistência pelo abatimento do cone, conforme a ABNT NBR NM 67 ou pelo menos espalgamento na mesa e Graff, conforme a ABNT NBR NM 68. Para o concreto preparado pelo executante da aobra, devem ser realizados ensaio de consistência sempre que ocorrem alterações na umidade dos agregafos e nas seguintes situações: a) Na primeira amassada do dia b) Ao reiniciar o preparo após uma interrupção da jornada de concretagem pelo menos 2 horas c) Na troca dos operadores d) Cada vês que forem moldados corpos-de-prova Para o concreto preparado por empresa de serviço de concretagem, devem ser realizados ensaio de consistência a cada betonada 1.9.7.2. Ensaios de resistência à compressão Os resultados dos ensaios de resistência, conforme a ABNT NBR 5739, devem ser utilizados para aceitação ou rejeição dos lotes. 1.9.7.3. Formação dos lotes A amostragem do concreto para ensaios de resistência à compressão deve ser feita dividindo-se a estrutura em lotes que atendam a todos os limites da tabela 19. De cada lote deve ser retirada uma amostra, com número de exemplares de acordo com o tipo de controle. Tabela 19: valores para a formação de lotes de concreto Grupo II de resistência Resistência característica à compressão (MPa) C55 55 C60 60 C70 70 C80 70 37 1.10. CONTROLE DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO NBR 5739 1.10.1. Aceitação da estrutura fckestfck Caso não haja aceitação automática, verificar: revisão do projeto, ensaios especiais do concreto e ensaios de estrutura. 1.10.2. Produção do Concreto A produção do concreto consiste em uma série de operações ou serviços executados e controlados (mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura) para que seja possível obter um concreto com as propriedades especificadas, de acordo com o projeto. a) Manuseio e estocagem dos materiais: Cimento: Embalados em saco de papel, abrigados da chuva e umidades excessivas, as pilhas não devem ter mais do que 10 sacos em altura (a não ser que o tempo de estocagem seja inferior a 15 dias, admitindo-se pilhas de até 15 sacos de altura). Utilizar barracões, cobertos e protegidos, com estrados de madeira ou material equivalente, evitando o contato direto dos sacos de cimento. Período médio de estocagem: 30 dias. Pode ser de 60 dias em locais de clima seco, bastante reduzido em locais de clima úmido. Agregados: Evitar segregação durante o lançamento das pilhas, pilhas de diferentes materiais devem estar bem separadas para evitar misturas que venham a interferir nas proporções da mistura final, evitar que o material contenha solos e outras impurezas. Durante o carregamento, evitar que a pá ou lâmina da carregadeira trabalhem muito rente ao solo. Com os agregados miúdos devem tomar cuidado para que enxurradas carreiem as parcelas finas. Água: Não pode ter contaminação por materiais como açúcar, cloretos, ácido húmico, etc. b) Proporcionamento: de acordo com a dosagem em laboratório; c) Mistura: Manual ou Mecânica (Betoneiras); f) Transporte: Do local de amassamento para local de lançamento. g) Quanto à direção: horizontal, vertical e oblíquo. Pode ocorrer problemas durante o transporte: Hidratação do cimento, evaporação, absorção e trituração. Atualmente maior parte do concreto é lançado em estrutura de edifícios pelo processo de bombeamento. d) Lançamento: Colocar no ponto onde deverá permanecer definitivamente. 38 e) Adensamento: Manual: Barras de aço (soquetes) e Mecânico: Vibrador, vibrador de forma e placa, réguas vibratórias, mesas vibratórias, centrifugação. f) Cura. 39 1.11. PATOLOGIA DO CONCRETO a) Destruição do concreto armado por esforços mecânicos (limites de utilização, fissuras por esforços mecânicos excessivos, rupturas por choque, deformações excessivas); b) Destruição da armadura do concreto armado sob a ação de agentes químicos ou eletroquímicos (corrosão da armadura); Figura 10: Formação de pilha de corrosão em concreto armado (Internet, 2000). c) Destruição do próprio concreto (corrosão do concreto) sob a ação de agentes químicos (substâncias orgânicas, ácidos inorgânicos, sais inorgânicos, água pura, aditivos), físicos (retração hidráulica, variação térmica, dimensionamento das juntas de dilatação, argila e silte, fogo, gelividade, abrasão) ou biológicos (fungos, bactérias, bolores e vegetais); Ocorrências mais comuns de corrosão do concreto: - Concretos em solos agressivos, tubulações de esgotos sanitários, concretos em ambientes industriais, concretos no mar ou em atmosferas marítimas, pavimentos de concretos não revestidos. e) Depreciação do concreto por manchas e eflorescências; e) Defeitos congênitos de execução do concreto armado: Bicheiras (superfície perfurada), Chochos (vazios internos), Deformações geométricas (fôrmas mal feitas), Resistência menor que prevista nos cálculos (falta de tecnologia, pessoal desqualificado), Segregação (concreto lançado em queda livre ou quando ocorre falta ou excesso de vibração).