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INFLUÊNCIA DA CARGA PREMATURA EM CORPOS DE PROVAS CILÍNDRICOS DE CONCRETO NAS IDADES DE CURA. Influence of load in premature cylindrincal bodies of evidence in the age of concrete curing. Ártano Silva dos Santos (1); Igor Brim Menezes (2) (1) Graduando em engenharia civil, Universidade Federal da Bahia – e-mail:
[email protected] (2) Graduando em engenharia civil, Universidade Federal da Bahia - e-mail:
[email protected] Rua Amparo do Tororó, nº133, Ap101 – Tororó – Salvador – Bahia – CEP: 40050-100.
Resumo É incontestável a importância do corpo-de-prova como fonte de obtenção de parâmetros, diretos ou indiretos, para análise do desempenho de estruturas de concreto. Dentre os diversos parâmetros que influenciam os resultados desse ensaio destacam-se a resistência a compressão, que em geral é a propriedade mais desejável do concreto. Os corpos de provas de diferentes dimensões sejam eles coletados em campo ou produzidos em laboratórios, após a sua confecção necessitam de tratamento e cuidados especiais até a realização dos posteriores ensaios, são submetidos à cura, e na grande maioria o sistema de cura é realizado em tanque com esta finalidade. Estes recipientes muitas das vezes possuem um comprimento limitado, porém uma altura suficiente para que se possa sobrepor uns sobres os outros, sendo assim este artigo irá avaliar qualitativamente e quantitativamente a influência do carregamento do CP anda em idade de cura, tendo como objetivo descriminar uma quantidade permissível em que CP’s possam ser empilhados sem afetar os resultados futuros dos ensaios a serem realizados no mesmo. Palavra-Chave: cura, fluência, concreto, corpos de provas.
Abstract There is no doubt the importance of specimen as a source of obtaining parameters, direct or indirect, to analyze the performance of concrete structures. Among several parameters that influence the results of that trial highlight the resistance to compression, which is usually the most desirable property of the concrete. The specimens of different sizes, that are collected in the field or produced in laboratories, after its manufacture require treatment and care until the completion of subsequent trials, are subject to cure, and in most the healing system is performed in the tank for this purpose. These containers often have a limited length, but high enough so that it could stack on each other, so this article will qualitatively and quantitatively assess the influence of loading the specimen walk-age healing, aiming to discriminate a allowable amount that specimen can be stacked without affecting the results of future tests to be performed in the same.
Keywords: Healing, Fluency, Concrete, Bodies of Evidence.
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Introdução
Estruturas de concreto são projetadas a atenderem alguns pré-requisitos básicos, como resistência a compressão, durabilidade, baixa permeabilidade entre outros requisitos mínimos para desempenho do seu uso. Assim é na fase de dosagem que se projeta um concreto para que atenda todos os requisitos de projeto, como resultado do estudo de dosagem o resultado é confecção de corpos de provas, que serão submetidos a ensaio de compressão uniaxial, conforme NBR 5739/2007 - Ensaio de compressão de corpo-deprova cilíndrico, estes são considerados uma unidade representativa da estrutura, capaz de especificar a sua funcionalidade e desempenho sobre os esforços solicitados durante seu período de vida – útil. Tais unidades representativas são submetidas à cura, conforme NBR 5738/ 2003 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto, até o instante do ensaio a compressão, esse período é definido como idade de cura do corpo de prova, nos períodos de 7, 14 e 28 dias (no geral), logo após o corpo de prova pode ser submetido a ensaio de compressão, e daí é possível obter os valores de resistência característica de compressão (fck) em períodos diferentes de cura. Segundo Mauren Aurich (2009, p. 36), “Entre os vários fenômenos que se produzem nas primeiras idades do concreto pode-se destacar os seguintes fenômenos: hidratação do cimento, retração devido à secagem, efeitos térmicos e químicos e afluência. No entanto esses fenômenos não podem ser tratados separadamente, pois interagem entre si.” As variações volumétricas do concreto ocorrem a partir do estado fresco e segue após o seu endurecimento. É notório que o volume de concreto no estado fresco é maior que no estado endurecido, esse fato se dá de forma natural devido à perda parcial do ar incorporado e da água, formando assim após endurecimento poros capilares (composto de água e ar). A partir destes poros surgem os fenômenos capilares responsáveis por algumas deformações do concreto, podendo citar a deformação lenta ou simplesmente fluência. Segundo Boaventura (2009, p.16), ”A fluência no concreto é um fenômeno próprio do material. Quando o concreto está sujeito a certa tensão constante no tempo, essa tensão provoca transferência da água. O resultado é um aumento gradual de deformação ao longo do tempo.”. A geometria da peça estrutural é um dos fatores de enorme importância para o tratamento da fluência, pois o transporte de água no interior do concreto ocorre de forma mais conturbada em peças de maiores dimensões devido ao comprimento do caminho da água para atmosfera. No entanto não faz parte do objetivo deste artigo entrar no mérito da fluência e sim avaliar de forma básica o comportamento do corpo-de-prova cilíndrico submetido a carregamento nas idades de cura e se magnitude da carga prematura poderá alterar resultados de resistência de compressão aos 7, 14 e 28 dias. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 – 53CBC
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Materiais Utilizados
2.1 Caracterização dos Materiais 2.1.1 Cimento Portland Foi utilizado nesta pesquisa o cimento CP II Z 32, cujas características fornecidas pelos fabricantes constam da tabela 1 abaixo. Tabela 1 - Características físicas e químicas do cimento utilizado.
Caracterização Física
DETERMINAÇÃO Água para consistência normal (%)
26,80
Área específica Blaine (cm2/g)
3540
Massa Específica (g/cm3)
3,04
Densidade Aparente (g/cm3) Finura
Tempo de Pega
Resistência à Compressão
Composição potencial do Clínquer Caracterização Química
RESULTADOS
1,20 Resíduo na peneira #200 (%) Resíduo na peneira #325 (%) Inicio (mim) Fim (mim)
2,2 15,6 150 220
3 dias (MPa)
26,40
7 dias (MPa)
28,70
28 dias (Mpa)
32,10
C3S
67,00
C2S
7,80
C3A
7,80
C4AF
10,50
Perda ao fogo
4,39
Resíduo Insolúvel
6,89
Al2O3
5,20
SiO3
20,60
Fe2O3
3,50
CaO
65,00
MgO
2,66
SO3
3,26
CaO Livre
1,44
Equivalente alcalino em Na2O
1,02
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2.1.2 Agregados Os agregados utilizados são de natureza mineralógica quartzosa, comercializados na RMS (Região Metropolitana de Salvador), ambos (graúdo e miúdo) foram submetidos aos seguintes ensaios de caracterização: composição granulométrica, massa especifica NBR 9776/ 1987, massa unitária (NBR 7251/ 1982) e matérias pulverulentos (NBR NM 46, 2003), cujos resultados obtidos encontram-se abaixo. Tabela 2 – Composição granulométrica do agregado miúdo GRANULOMETRIA AMOSTRA 01=357,75 PENEIRAS ABNT(mm)
AMOSTRA 02=400
RESULTADO MÉDIO
MASSA MASSA % RETIDA % RETIDA %RETIDA % RETIDA RETIDA(g) RETIDA(g) INDIVIDUAL ACUMULADO
4,75
0
0
0
0
0
0
2,36
1,3
0,4
1,28
0,3
0,4
0
1,18
5,61
1,6
5,74
1,4
1,5
2
0,6
38,87
10,9
48,57
12,1
11,5
13
0,3
139,76
39,1
161,97
40,5
39,8
53
0,15
133,1
37,2
132,65
33,2
35,2
88
0,075
36,66
10,2
44,4
11,1
10,7
99
TOTAIS
355,3
---
394,61
---
---
---
Os agregados exercem enorme influência nas propriedades do concreto endurecido, principalmente na deformabilidade do concreto. As características básicas do agregado como: dimensão máxima, granulometria, forma e textura do agregado são os fatores que influenciam a fluência. Estudos comprovaram que para mesma resistência à compressão, concretos com maior teor de agregados apresentam menor deformação ao longo do tempo. A fluência é maior em concretos com agregados com módulo de elasticidade menores. Conforme a figura 1, pode-se observar que agregados com maior módulo de elasticidade apresentam menor deformação ao longo do tempo.
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Figura 1 – Efeito da mineralogia do agregado na fluência do concreto (Fonte: cf. Davis)
Tabela 3 – Composição granulométrica do agregado graúdo GRANULOMETRIA AMOSTRA=5013g PENEIRAS ABNT (mm)
RESULTADO
MASSA % % RETIDA RETIDA (g) RETIDA ACUMULADA
19
67
1,3
1
12,5
1889
37,7
39
9,5
2290
45,7
85
6,3
596
11,9
97
4,75
55
1,1
98
2,36
45
0,9
99
1,18
0
0
99
0,6
0
0
99
0,3
0
0
99
0,15
0
0
99
TOTAIS
4942
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Tabela 4 - Características da Areia e Brita. Características Areia Brita Massa Especifica (kg/dm³)
2,62
2,76
Massa Unitária (kg/dm³)
1,48
1,41
Materiais Pulverulentos (%) Modúlo de Finura Dimensão Máxima (mm)
1,00 1,56 1,18
1,30 6,79 19,00
2.1.3 Materiais utilizados para carregamento Para a execução do carregamento foram utilizados corpo-de-prova cilíndrico de dimensões 10x20 cm e 15 x30 cm, apresentando massa correspondente a 1 e 3,5 massa de um CP. Para simular um maior carregamento foram utilizados blocos de concreto armado destinados a contenções de encostas, denominados de bloco terrae, onde sua massa corresponde em média 8,5 a massa do CP ensaiado.
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Metodologia
3.1 Determinação do Traço A fim de avaliar o concreto nas piores condições possíveis, foi definido um concreto plástico (slump = 80 mm) e uma resistência a compressão baixa conseqüentemente a relação a/c alta, assim pela curva de Abrams obtemos o fcj equivalente a 24,1 MPa. Utilizando a equação 1, e considerando os materiais medidos em massa, tem-se o fck = 17,5 MPa. Fck = fcj - 1,65 x Sd (Equação 1) Foi utilizado o método do ACI adaptado para agregados brasileiros para dosagem do concreto em questão, sendo assim o traço teórico foi: 1,00: 2,60: 3,82: 0,70. Como o slump definido não foi obtido com o traço acima, realizou-se a correção do mesmo, obtendo o seguinte traço: 1,00: 2,39: 3,51: 0,70.
3.2 Moldagem dos corpos de provas A moldagem dos corpos de prova foi realizada conforme a NBR 5738 – Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos e prismáticos de concreto, os moldes utilizados de dimensões 10 x 20 cm, com o auxilio de uma concha, em camada única. 3.2.1 Adensamento O adensamento foi realizado através de mesa vibratória com freqüência mínima de 2400 vibrações/min, onde o tempo necessário de vibração conveniente ao adensamento foi ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 – 53CBC
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considerado de acordo a características visuais, no instante que o concreto apresentou superfície plana e brilhante. 3.2.2 Desforma A desforma aconteceu em 24 h após moldagem, tempo ideal para que não ocorressem danos durante o processo de desforma. 3.2.3 Cura inicial ao ar Após a moldagem, os corpos-de-prova foram imediatamente cobertos com plásticos (material não reativo), com a finalidade de evitar a perda de água para o meio e protegêlos de outros incovinietes. 3.2.4 Cura final Após a desforma, os corpos-de-prova forma destinado a um reservatório de água denominado tanque de cura, com dimensões limitadas e que devido ao grande necessidade de armazenamento de Cp’s é rotineiro acomodar uns sobre os outros, ou seja, ainda em idade de cura o cp é solicitado.
Figura 2 – Corpos-de-prova imersos em água
3.3 Arranjo Experimental O trabalho consistiu em avaliar a influência da carga prematura em corpos-de-prova cilíndricos nas idades de cura foi adotada uma metodologia de avaliação da influência direta do carregamento inicial do CP a ser descrito. Foram produzidos 4 (quatro) famílias de corpo-de-prova, denominado neste trabalho de lotes 1,2,3 e 4, para cada lote 06 corpos-de-prova de 10 cm x 20 cm. Após confecção e desforma os mesmos foram carregados com carga a ser descritas no item 3.4, fixado condição de cura e a carga prematura de cada lote, tais condições permaneceu até ser ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 – 53CBC
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submetido a ensaio de compressão onde valores de resistência a compressão foram determinados.
Figura 3 – CP’s separados em pares para serem capeados
3.4 Determinação da Carga de Ensaio A carga de ensaio foi determinada, considerando a massa do corpo de prova, uma vez que a principal intenção deste trabalho é avaliar a quantidade permissível que corpos de provas podem ser empilhados, sendo assim há 03 classificações de cargas: 1. Carga 1 – equivalente a massa de um CP. 2. Carga 2 – equivalente a 3,5 a massa de um CP. 3. Carga 3 – equivalente a 8,5 a massa de um CP.
Tabela 5 – Cargas de Ensaios LOTE 2 LOTE 3
LOTE 1 - REFERENCIAL Corpo de Prova Carregamento CP 1 Sem carregamento CP 2 Sem carregamento CP 3 Sem carregamento CP 4 Sem carregamento CP 5 Sem carregamento CP 6 Sem carregamento MÉDIA ---DESVIO ----
Massa (Kg) 3,60 3,61 3,60 3,62 3,80 3,61 3,64 0,08
Massa (Kg) 12,60 13,00 12,65 12,10 13,00 12,90 12,71 0,34
LOTE 4 Massa (Kg) 30,70 30,80 31,20 31,00 30,60 31,00 30,88 0,22
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3.4 Ensaios de compressão Os ensaios de resistência à compressão foram realizados nas idades de 7, 14 e 28 dias, segundo a NBR 5739 (ABNT, 1980). O equipamento utilizado foi uma prensa mecânica com carga máxima para 100 toneladas, e sistema de medição analógico. A tabela 6 apresenta os resultados dos ensaios de compressão realizados para cada uma das famílias estudadas. Tabela 6 – Resultados do ensaio de resistência a compressão para as diferentes famílias CARGA CARGA MINIMA CARGA MÉDIA CARGA MÁXIMA Referencial 3,64 Kg 12, 71 Kg 30,83 Kg IDADE DE CURA 07 dias 07 dias 14 dias 14 dias 28 dias 28 dias
CP CP 1 CP 2 CP 3 CP 4 CP 5 CP 6
Carga de Rup. (N) 72.000 73.000 97.000 99.000 123.000 122.000
Tensão (MPa) 9,17 9,29 12,35 12,61 15,66 15,53
Carga de Rup. (N) 76.000 76.000 87.000 103.000 121.000 123.000
Tensão (MPa) 5,03 5,03 5,76 6,82 8,01 8,15
Carga de Rup. (N) 74.000 74.000 95.000 103.000 123.000 107.000
Tensão (MPa) 9,42 9,42 12,10 13,11 15,66 13,62
Carga de Rup. (N) 75.000 74.000 92.000 93.000 122.000 100.000
Tensão (MPa) 9,55 9,42 11,71 11,84 15,53 12,73
Para o ensaio de compressão foi submetido um par de CP de mesma idade de cura para os diferentes lotes ou famílias de corpo de prova.
Figura 4 – Ensaio de compressão uniaxial
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Resultados e Discussão
A figura 5 apresenta os resultados dos ensaios de resistência à compressão para cada uma das famílias estudadas, levando em consideração a família de referencial (não submetido a carregamento) e as demais famílias, onde carga mínima corresponde a um corpo de prova, a carga média aproximadamente a 3,5 vezes a massa de um CP e por fim a carga máxima que se refere a 8,5 a massa do CP. Os resultados apresentados na figura 5 expressa o valor do maior resultado de tensão obtido a ensaiar cada par de CP idades de cura diferentes (7, 14 e 28 dias).
Figura 5 – Resultados de resistência à compressão para as diversas famílias.
Analisando os resultados do ensaio de compressão apresentado em forma de gráfico na figura 5, comparando o referencial e a carga mínima aos 7 dias nota-se uma queda de tensão, onde o crescimento dessa variável era esperado, o mesmo acontece com as idade de 14 e 28 dias de cura para carga mínima. Já observando a carga média em comparação com o referencial é possível notar que o valor da resistência é praticamente a mesma para as diferentes idades de cura, a mesma conclusão pode ser feita para a carga máxima, correspondente a 8,5 a massa de um CP. A fluência do concreto carregado nas primeiras semanas é maior se comparada com concretos carregados em idades maiores. Tal fato acontece devido ao menor grau de hidratação dos concretos mais novos, que apresentam em sua estrutura interna mais água disponível. Segundo Chapira Kuperman, a fluência dos concretos carregados a baixas idades é maior nas primeiras semanas de carregamento se comparada com concretos carregados a idades maiores. Logo isso é facilmente verificado levando em conta que nas idades iniciais o concreto apresenta uma hidratação em fase inicial, ou seja, menor grau de ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 – 53CBC
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hidratação já em períodos que decorrem essa fase o grau de hidratação estar mais avançada e a presença de água disponível é menor. Estudos realizados mostraram que uma analise de uma série de valores de resultados de ensaios mostrou que a mudança da idade de carregamento dos dois ou três dias para os 28 dias, por exemplo, quando ocorre uma redução sensível dos valores de fluência, variando numa faixa de 25% a 80%, comprovou também que a partir dos 28 dias de idade de carregamento os valores de fluência não são significativamente alterados quando comparados aos concretos carregados aos 90, 180 ou 365 dias de idade. (KUPERMAN, 2007)
Figura 6 – Influência da idade de carregamento na fluência para concreto com a/c 0,52 (Fonte: Kalintzis e Kuperman, 2005)
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Conclusão
Com base no que nos estudos realizado por Kuperman, (2007), pode-se afirmar que o decréscimo da resistência a compressão nas idades iniciais era de ser esperar devido ao comportamento da fluência em idade inicial, além do grau de hidratação e água disponível na fase inicial do concreto. No entanto realizar ensaio nos Cp’s nos três dias iniciais seria extremamente interessante para verificar de forma mais refinada essa contribuição. Pode comprovar que em geral, após aproximadamente um mês sob carregamento, a deformação do concreto torna-se independente da idade de carregamento. Assim para carregamento superiores a 28 dias, a influência da idade é muito pequena. Ao término deste artigo consegui-se o seu maior objetivo, indicar de forma quantitativa que corpos-de-prova cilíndricos submetido a carregamento inicial de até 8,5 seu peso não irá interferir de forma substancial os valores de resistência a compressão. ANAIS DO 53º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC2011 – 53CBC
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No entanto este artigo servirá de base para trabalhos futuros, onde o estudo de outros fatores e até mesmo a fluência, onde um número maior de famílias e diferentes relação água/cimento podem ser ensaiadas, onde o tempo de carregamento poderá ser prolongado. É incontestável a importância de tratar o corpo-de-prova com o máximo de cuidado e melhorar os cuidados com o mesmo, como a cura, moldagem, desforma e quantificar a capacidade máxima permissível para que CP’s possam ser condicionados uns sobre os outros em idade de cura. Vale ressaltar que o corpo-de-prova é uma unidade que revela muitas das características e propriedades da estrutura de concreto, este fato é importante a ser observado quando atualmente a produção de grandes edificações e aceleração do processo produtivo, devese considerar na fase de projeto a maturidade do concreto a ao momento em que a carga será aplicada, observando a magnitude deste carregamento.
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Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 5738 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto, Rio de Janeiro, 2003. ____. NBR 5739 2007.
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Ensaio de compressão de corpo-de-prova cilíndrico. Rio de Janeiro,
___. NBR 9776 - Agregados - Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco Chapman. Rio de Janeiro, 1987. ___. NBR 7251 - Agregado em estado solto - Determinação da massa unitária. Rio de Janeiro, 1982. ___. NM 46:2001 - Agregados - Determinação do material fino que passa através da peneira 75 um, por lavagem. Rio de Janeiro, 2003. ___. NM 248:2001 - Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003. CALLISTER JR, W. D. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução. LTC editora. Rio de Janeiro, 2002.
KUPERMAN, C.S. Considerações sobre fluência de concretos. Artigo técnico, Revista Tèchne, edição 125, Agosto/2007. MEHTA, P. Kumar, MONTEIRO, Paulo J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo: Pini, 1995. NEVILLE, Adam. Concreto e suas Propriedades. Tradução (1976). Pini. OLIVEIRA, Adailton. Materiais de Construção II – Caderno de Aulas Práticas. Salvador: 2008. BOAVENTURA, B. M. Análise Experimental da influência do prazo de descimbramento na fluência de vigas de concreto armado do prazo de descimbramento na fluência de vigas de concreto armado. Criciúma, 2009. 16 p. Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) – Universidade do Extremo Sul Catarinense – Unesc.
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