universidade estadual de londrina · estruturas que são usadas neste tipo de aterramento, ......

Universidade

Estadual de Londrina

RENATO OGASAWARA FERREIRA

Aterramento Estrutural: Estudo sobre o Comportamento Elétrico

do Concreto

Londrina

2011


Aterramento Estrutural: Estudo sobre o Comportamento Elétrico

do Concreto

Trabalho de conclusão de curso submetido à

Universidade Estadual de Londrina, como

parte dos requisitos para obtenção do grau de

Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Osni Vicente.

Londrina

2011


Aterramento Estrutural: Estudo sobre o Comportamento Elétrico do

Concreto

‘Este trabalho foi julgado adequado para a

conclusão do curso de Engenharia Elétrica, e

aprovado em sua forma final pela

Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica

da Universidade Estadual de Londrina’

BANCA EXAMINADORA:

Prof. Orientador: Osni Vicente.

Universidade Estadual de Londrina

Prof. Aziz Elias Demian Junior


Profᵃ. Silvia Galvão de Souza Cervantes


Londrina, ___ de ___________ de _______.

Dedico este trabalho ao meu

pai e à minha mãe que sempre me

apoiaram. Também aos meus colegas

de curso e amigos pelo incentivo provido.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus por ser meu guia tanto nas horas boas e ruins nessa

caminhada, pelas oportunidades a mim fornecidas, pela saúde e pelos bens familiares.

Também agradeço a meus pais Anisio Donizeti Ferreira e Iracy Tieko Ogasawara Ferreira por

sempre me apoiarem e mostrarem um bom caminho para seguir. A meu irmão, Rafael

Ogasawara Ferreira pelos conselhos dados.

Da mesma forma, agradeço ao meu professor Osni Vicente, por aceitar o convite de

orientador deste trabalho e pelo suporte provido ao longo deste. Também ao colega de turma

Fábio Sawada Buratto que foi um fiel companheiro no desenvolvimento dos materiais

necessários ao trabalho. Aos meus companheiros de curso Alex, Bruna, Bruno, Débora,

Flávia, João, Luis Fernando, Mauricio e Victor. Aos funcionários e professores do CTU, que

sempre ofereceram suporte e informações, em especial ao técnico Anderson, que muito

auxiliou no desenvolvimento prático deste trabalho.

FERREIRA, Renato Ogasawara. Aterramento estrutural: estudo sobre o comportamento

elétrico do concreto. 2011. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso) – Universidade

Estadual de Londrina, Londrina, 2011.

RESUMO

Atualmente os Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) tem

incentivado estudos mais aprofundados sobre esta área, tanto quanto à questão da segurança,

quanto à escolha de um sistema mais eficaz para a dispersão da corrente de uma descarga

elétrica na terra. Em relação à segurança predial, as normas ABNT NBR 5410:2004 e NBR

5419:2005 especificam critérios para atender a este requisito, onde a norma NBR 5419

detalha critérios sobre o chamado aterramento estrutural. Este sistema utiliza o concreto dos

elementos da fundação como parte do SPDA, além das próprias armaduras das estruturas.

Assim é de suma importância que haja um estudo mais detalhado sobre o comportamento das

estruturas que são usadas neste tipo de aterramento, a fim de comprovar que a integridade do

concreto não seja afetada em uma eventual descarga atmosférica. Neste trabalho estudar-se-á

o comportamento elétrico do concreto submetido a ensaios de baixa tensão (BT), variando o

teor de umidade (quantidade de água absorvida pelo concreto) e a relação água-cimento.

Palavras-chave: 1. Segurança 2. Elementos de fundação 3. Ensaios de baixa tensão.

FERREIRA, Renato Ogasawara. Ground Structure: study of the concrete electrical

behavior. 2011. Monography (Conclusion Course Paper) – State University of Londrina,

Londrina, 2011.

ABSTRACT

Currently Lightning Protection Systems (LPS) has encouraged further study of this

area, as much as the security issues, as to the choice of a more effective system for current

dispersion from an electrical discharge on the ground. As to the security building, the ABNT

NBR 5410:2004 and 5419/2005 norms specifies rules to answer this requirement, which of

them, the NBR 5419 gives rules details about the so called ground structure. This system uses

the concrete foundation elements as LPS component, besides the own structure armors. So it

is extremely important to have a more detailed study about the structures behavior, which is

used at this grounding form, to substantiate that the concrete integrity does not be affected by

an electrical discharge. This paper will study the concrete electrical behavior under low

voltage tests (LV), varying the water content (water amount absorved by the concrete) and the

water-cement ratio.

Key words: 1. Security 2. Foundation elements 3. Low voltage tests.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 2. 1 - Segregação do concreto. ...................................................................................... 17

Figura 2. 2 - Adensamento manual do concreto. ...................................................................... 20

Figura 2. 3 - Vibrador utilizado em obras de grande porte....................................................... 20

Figura 2. 4 - Tipos de água retidos no concreto. ...................................................................... 21

Figura 2. 5 - Exsudação interna da água no concreto. .............................................................. 22

Figura 2. 6 - Relação entre o teor de umidade e a resistividade elétrica. ................................. 24

Figura 2. 7 - Resistividade elétrica x Relação água-cimento e consumo de cimento Portland

comum. ..................................................................................................................................... 25

Figura 2. 8 - Efeito do teor de agregado sobre a resistividade elétrica do concreto. ................ 25

Figura 2. 9 - Efeito da temperatura sobre a resistividade elétrica do concreto. ........................ 26

Figura 2. 10 - Representação esquemática de uma descarga atmosférica. ............................... 27

Figura 2. 11 - Registro da corrente de uma descarga. .............................................................. 27

Figura 2. 12 - Exemplo de descarga nuvem-solo. .................................................................... 28

Figura 2. 13 - Exemplo de descarga nuvem-nuvem. ................................................................ 28

Figura 2. 14 - Campo induzido entre nuvem e solo.................................................................. 29

Figura 2. 15 - Processo de conexão dos canais ascendente e descendente. .............................. 29

Figura 2. 16 - Corrente de retorno e os efeitos luminoso e sonoro associados. ....................... 30

Figura 2. 17 - Local incidido por descarga atmosférica. .......................................................... 31

Figura 2. 18 - Residência atingida por um raio. ....................................................................... 31

Figura 2. 19 - Ponto atingido pela descarga. ............................................................................ 32

Figura 2. 20 - Descarga lateral em residência. ......................................................................... 32

Figura 2. 21 - Esquema de baldrame e estaca........................................................................... 33

Figura 2. 22 - Baldrames e estacas em construção. .................................................................. 33

Figura 2. 23 - Representação esquemática da zona de proteção pelo método de Franklin. ..... 37

Figura 2. 24 - Zona de proteção pelo método eletrogeométrico. .............................................. 37

Figura 2. 25 - Método de proteção de Faraday. ........................................................................ 38

Figura 2. 26 - Detalhe dos anés de cintamento. ........................................................................ 39

Figura 2. 27 - Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da

resistividade do solo. ................................................................................................................ 41

Figura 2. 28 - Três estágios de impedância do caminho do aterramento. ................................ 43

Figura 2. 29 - Modelo de um sistema de aterramento utilizando uma linha de transmissão. ... 43

Figura 3. 1 - Fôrmas para fabricação dos CPs. ......................................................................... 46

Figura 3. 2 - Betoneira utilizada no processo de fabricação dos CPs. ...................................... 46

Figura 3. 3 - Esquema de ligação do inversor de frequência com o motor da betoneira. ......... 47

Figura 3. 4 - Passos para regulação dos parâmetros do inversor de freqüência. ...................... 49

Figura 3. 5 - Esquema para medições em baixa tensão. ........................................................... 50

Figura 4. 1 - Gráfico da curva de secagem dos CPs. ................................................................ 53

Figura 4. 2 - Gráfico da variação da resistência elétrica em função do teor de umidade para

relação A/C 0,50. ...................................................................................................................... 65


relação A/C 0,53. ...................................................................................................................... 69


relação A/C 0,56. ...................................................................................................................... 73


relação A/C 0,60. ...................................................................................................................... 77

Figura 4. 6 - Comportamento da resistência elétrica em função do teor de umidade. ............. 78

Figura 4. 7 - Comportamento da resistência elétrica em função do teor de umidade. ............. 78

Figura 4. 8 - Comportamento da resistência elétrica em função da relação água-cimento. ..... 79

Figura 4. 9 - Comportamento da resistência elétrica em função da relação água-cimento. ..... 80

Figura 4. 10 - Equipamento utilizado para o teste de compressão. .......................................... 81

Figura 4. 11 - CP rompido após o teste de compressão. ........................................................... 81

Figura 4. 12 - Relatório de ensaio de teste de compressão para CPs de A/C 0,50. .................. 82



LISTA DE TABELAS

Tabela 2. 1 - Níveis de Proteção. .............................................................................................. 35

Tabela 4. 1 - Dados de tensão, corrente e resistência para CPs saturados com A/C 0,50. ....... 54




Tabela 4. 5 - Resistências médias. ............................................................................................ 58

Tabela 4. 6 - Diferença entre as resistências das relações A/C. ............................................... 58

Tabela 4. 7 - Resistências médias. ............................................................................................ 59

Tabela 4. 8 - Relação de pesos variando o teor de umidade. .................................................... 60

Tabela 4. 9 - Dados da primeira variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,50. .... 62

Tabela 4. 10 - Pesos e porcentagens coletados da primeira medição para A/C 0,50. .............. 63

Tabela 4. 11 - Dados da segunda variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,50. ... 63

Tabela 4. 12 - Pesos e porcentagens coletados da segunda medição para A/C 0,50. ............... 64

Tabela 4. 13 - Dados da terceira variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,50. .... 64

Tabela 4. 14 - Pesos e porcentagens coletados da terceira medição para A/C 0,50. ................ 65

Tabela 4. 15 - Dados da primeira variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,53. .. 66













CONTEÚDO

LISTA DE ILUSTRAÇÕES 7

LISTA DE TABELAS 9

INTRODUÇÃO 13

1.1 Objetivo geral .............................................................................................................. 14

1.2 Objetivos específicos ................................................................................................... 14

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 15

2.1 Conceitos do Concreto ................................................................................................ 15

2.1.1 Dados Gerais ....................................................................................................... 15

2.1.2 Relação Água-Cimento........................................................................................ 16

2.1.3 Segregação e Exsudação ...................................................................................... 16

2.1.4 Mistura do Concreto ............................................................................................ 18

2.1.5 Adensamento do Concreto .................................................................................. 19

2.1.6 Formação de Poros .............................................................................................. 20

2.1.7 Resistividade do Concreto ................................................................................... 22

2.1.8 Fatores Influentes à Resistividade ....................................................................... 23

2.2 Descargas Atmosféricas .............................................................................................. 26

2.3 Elementos de fundação ................................................................................................ 33

2.4 Norma NBR 5419/05 aplicada .................................................................................... 34

2.4.1 Subsistema de captores ........................................................................................ 36

2.4.2 Subsistema de condutores de descida .................................................................. 38

2.4.3 Subsistema de aterramento .................................................................................. 41

DESENVOLVIMENTO PRÁTICO 45

3.1 Materiais utilizados ..................................................................................................... 45

3.2 Métodos ....................................................................................................................... 46

3.2.1 Fabricação dos CPs .............................................................................................. 46

3.2.2 Implementação do inversor de frequência ........................................................... 47

3.2.3 Metodologia para ensaio dos CPs para testes de baixa tensão ............................ 50

3.2.4 Metodologia para secagem dos CPs .................................................................... 51

RESULTADOS E DISCUSSÕES 53

4.1 Curva de secagem ........................................................................................................ 53

4.2 Variação da resistência elétrica em função da relação água/cimento ......................... 54

4.3 Variação da resistência elétrica em função do teor de umidade .................................. 60

4.3.1 Variação do teor de umidade para o grupo de relação água/cimento de 0,50 ..... 62




4.4 Análise do comportamento dos CPs ............................................................................ 77

4.5 Testes de resistência mecânica .................................................................................... 81

CONCLUSÕES 84

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 87

13

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

Através de estudos, trabalhos e testes realizados anteriormente, sabe-se que o uso do

aterramento estrutural já é aplicado há pelo menos 70 anos (datado de 1941 em Tucson,

Arizona). Em 1978 o National Electrical Safety Code (ANSIC2)- NEC incluiu, pela primeira

vez, especificações para eletrodos de aterramento embutidos nas fundações (GOMES, 2007).

Assim, seguindo a tendência internacional, o Brasil incluiu em sua norma (ABNT NBR5410 e

NBR5419) as primeiras especificações sobre o aterramento estrutural. Apesar destes estudos,

não houve uma preocupação significativa até o momento no estudo do comportamento

elétrico do concreto considerando as variações em sua composição (VICENTE, 2010).

Os sistemas de aterramento, em geral, são divididos em três partes: o subsistema de

captação, o subsistema de descida e o subsistema de aterramento (NBR5419, 2005). O foco

deste trabalho será em relação a este último, de modo a demonstrar que o concreto pode ser

utilizado como elemento de dispersão de corrente com segurança, ou seja, sem afetar sua

integridade física e por conseqüência a segurança da estrutura.

Uma das vantagens de se utilizar o aterramento por estruturas reside na questão da

equipotencialização: como o sistema utiliza elementos metálicos da própria estrutura, existem

pontos para interligar qualquer ponto do edifício à terra, permitindo assim uma distribuição de

elementos metálicos, tais como janelas e portas de sacadas, de maneira mais conveniente.

O comportamento elétrico do concreto, área de foco neste trabalho, apresenta uma

série de características que podem fazer com que os resultados dos experimentos realizados se

tornem bastante imprecisos. As quantidades de materiais para a idealização dos corpos de

prova (comumente denominado de CPs) para os testes devem ser, na medida do possível, o

mais próximo ao calculado para determinado traço (relação que indica a quantidade de

cimento, areia e pedra para a confecção do concreto), de forma que os resultados fiquem

menos dispersos possíveis. Trabalhos feitos anteriormente na Universidade Estadual de

14

CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO

Londrina mostraram alguns resultados heterogêneos, possivelmente devido aos valores de

baixo teor de umidade, à composição dos materiais e também do método, em sua confecção.

Neste trabalho pretende-se testar um novo método na confecção dos CPs, de modo a

gerarem resultados mais homogêneos quando testados, e também mostrar como a relação

água-cimento (posteriormente denominado por A/C) pode afetar sua resistividade, bem como

seu teor de umidade.

1.1 Objetivo geral

Realizar um estudo sobre o comportamento do concreto em sistemas de aterramento

estrutural submetido à testes de baixa tensão (BT), a fim de se realizar um estudo a variação

de sua condutividade modificando a relação água-cimento e o teor de umidade.

1.2 Objetivos específicos

• Aperfeiçoar a metodologia de fabricação (alteração da velocidade e do tempo de

mistura) dos CPs utilizados para os ensaios.

• Estimar a variação da resistividade do concreto quando variado o teor de umidade e a

relação água-cimento.

• Coletar os dados de resistência do concreto quando submetido a testes de baixa tensão

(até 240V AC).

• Aperfeiçoar o método de secagem dos CPs de modo que este processo seja o mais

homogêneo possível.

• Verificar a influência dos poros formados no concreto para a condutividade elétrica.

• Avaliação dos riscos da integridade do concreto pelo estudo da norma NBR5419

(2005) e de casos práticos onde o aterramento estrutural já é aplicado.

15

CAPÍTULO 2

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Primeiramente será fornecida uma base dos conceitos gerais do concreto, suas

principais características e fatores influentes à sua resistividade elétrica. Em seguida, os

principais fundamentos e tipos de descargas atmosféricas. Os elementos de fundação das

estruturas, que têm papel importante no aterramento estrutural, também são analisados. Por

fim, os pontos mais importantes da norma regulamentadora (NBR5419, 2005) dos sistemas de

proteção contra descargas atmosféricas são explorados.

2.1 Conceitos do Concreto

2.1.1 Dados Gerais

Antes da apresentação das características do concreto, é importante ter em mente as

terminologias utilizadas para o estudo deste. O traço (também conhecido por dosagem de

concreto), é um conceito muito utilizado para a fabricação do concreto. Este dado fornece as

relações de peso entre cimento (aglomerante), areia (agregado miúdo) e pedra (agregado

graúdo), normalmente é apresentado pelas letras A-B-C, onde cada uma destas representam,

respectivamente cimento, areia e pedra. A escolha do traço é um dos determinantes mais

importantes em relação à suas propriedades mecânicas. Assim, a resistência mecânica para

determinado projeto, a relação água-cimento (detalhado posteriormente), o teor máximo de

cimento e a massa específica mínima são dados fundamentais para a escolha de um traço

adequado (NEVILLE, 1997). Neste ponto também é importante ressaltar que o traço também

interfere na característica de durabilidade, sendo este submetido a testes mecânicos, físicos e

16

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

químicos. Este dado portanto, varia de acordo com a finalidade de uso e com as condições de

aplicação.

Além destes três elementos base para a elaboração do concreto, pode-se também

incluir os chamados aditivos. Estes alteram as características físico-químicas do concreto. Os

aditivos podem ser utilizados de forma a alterar a resistência, seu adensamento, sua

trabalhabilidade, o tratamento mecânico da mistura, entre outros aspectos. Uma pequena

variação na quantidade e método de elaboração dos CPs pode resultar em uma variação muito

grande nos resultados esperados para o ensaio proposto. Em virtude deste fato, é de suma

importância que o método de preparação e as misturas sejam feitas de maneira muito

cuidadosa.

2.1.2 Relação Água-Cimento

Esta relação (A/C), indica a proporção entre o peso da água e o peso do cimento

empregados na mistura. Este dado pode ser considerado como um dos mais importantes para

uma dada resistência mecânica. Este conceito também está diretamente ligado ao conceito de

poros. Poros são os espaços vazios que surgem dentro do concreto devido ao fato, entre

outros, de que parte da água no processo de mistura do concreto não se incorpora à massa.

Assim, após endurecido o concreto, esta água presente nos poros evapora, deixando esse

espaço vazio.

Avaliando a resistividade elétrica do concreto, a formação de poros influi bastante para

sua condutividade, uma vez que, quando estes poros estão preenchidos com água, sua

resistividade se altera pois a água presente nestes poros auxilia a condução de corrente

elétrica. Quanto ao concreto seco, como os poros não estão preenchidos com água, este

apresenta características isolantes.

2.1.3 Segregação e Exsudação

A segregação (Figura 2.1) pode ser definida como a separação dos componentes da

mistura do concreto, ou seja, do cimento, areia e pedra. Evidentemente, para uma boa mistura

17


do concreto, este não pode apresentar esta segregação, influindo assim em suas características

mecânicas e elétricas.

Figura 2. 1 - Segregação do concreto.

Fonte: Vicente (2010)

As diferenças entre as massas específicas e o tamanho das partículas dos elementos do

concreto podem ser consideradas como as causas primárias deste fenômeno (NEVILLE,

1997). A pasta de água e cimento é mais leve e mais fina que a areia, que por sua vez tem

grãos menores e mais leves que o agregado graúdo. Como efeito, quando o concreto é vibrado

em excesso ou a dosagem é inadequada, a brita tende a depositar-se no fundo da mistura e a

pasta tende a subir, ficando esta sujeita a fissuração e desgaste. O excesso de vibração é,

portanto uma causa comum da segregação, pois facilita o deslocamento entre os grãos.

O combate a este problema começa na dosagem (ou escolha do traço). Quanto melhor

o preenchimento entre os agregados (incorporação da pasta de cimento e areia ao agregado

graúdo, criando um revestimento), menor o volume de vazios e, portanto, mais difícil para os

grãos se separarem. A coesão também é influenciada pelo teor de argamassa (cimento, areia e

água) do concreto, o qual deve ser suficiente para o envolvimento do agregado graúdo. Deve-

se considerar, porém, que o excesso de argamassa eleva o consumo de água, reduzindo a sua

resistência mecânica.

No caso do concreto fresco, a água apresenta viscosidade muito mais baixa do que a

mistura, além de ter menor densidade. Ocorre, portanto, a tendência a um natural afloramento

à superfície. A maior viscosidade da pasta fresca de cimento se opõe ao movimento

18


descendente das partículas mais pesadas de agregado. Em consequência, misturas com relação

água/cimento menor são menos propensas à segregação (NEVILLE, 1997).

O risco de segregação é menor quando o concreto não tiver que ser transportado a

grandes distâncias e puder ser transferido diretamente da betoneira ou da caçamba para a

posição final na forma. Por outro lado, se o concreto é lançado de grandes alturas, ou passar

por calhas, principalmente com mudanças de direção, ou é descarregado contra obstáculos, se

favorece a segregação (NEVILLE, 1997). Assim, recomenda-se dosar o concreto com um

pouco mais de argamassa, prevendo-se estas perdas. Este teor adicional depende da distância

ou altura a ser percorrido. É comum observar, apesar de ser uma forma incorreta, adicionar

água ao invés de se adicionar argamassa, porém com esta adição o concreto torna-se menos

viscoso, aumentando assim a probabilidade de segregação dos materiais.

A exsudação é um conceito decorrente da segregação. Este fenômeno ocorre quando a

água presente na mistura do concreto migra para a superfície de um concreto recém aplicado.

Assim a relação água/cimento não fica homogênea na área de aplicação, provocando assim

falhas na integridade estrutural do concreto (MEHTA; MONTEIRO, 1999).

2.1.4 Mistura do Concreto

O concreto deve ser preparado de maneira que garanta a homogeinidade da mistura

dos componentes, isto é, estes devem ser distribuidos em toda a massa de concreto. Convém

que a mistura se processe de modo a garantir que todas as partículas dos agregados do

concreto estejam revestidas com pasta de cimento.

Assim, o tipo de mistura (manual ou mecânica), a ordem de colocação dos materiais, o

tempo de mistura, o lançamento dos materiais, a retirada do concreto, etc, influem na

homogeneidade do concreto. Para este trabalho será utilizado uma betoneira basculante

(método mecânico), onde a retirada do concreto para os CPs será feita por meio de uma

concha metálica, onde o concreto terá uma segregação menos significativa com este método

(NEVILLE, 1997).

Existem diversos tipos e tamanhos de betoneiras, onde para uma escolha adequada se

dá principalmente na quantidade de concreto a ser utilizado. Segundo Neville, se a quantidade

a ser confeccionada for menor que 1/3 da capacidade nominal da betoneira, o concreto tende a

19


ficar mais segregado. Dentro da área de construção civil, há diversas normas para avaliar a

uniformidade do concreto, considerando a resistência à compressão, a quantidade de ar

incorporada, a massa específica, entre outros fatores. O fabricante fornece um tempo de

mistura e velocidade ótimos para se obter uma mistura mais uniforme (NEVILLE, 1997).

Naturalmente parte do cimento e do agregado miúdo fica presa às paredes da betoneira,

podendo prejudicar a mistura final do concreto pela falta destes materiais. Assim,

propositalmente, para a confecção dos CPs, foi feito um volume maior comparado ao volume

utilizado. Portanto uma possível porção destes materiais aderidos às paredes da betoneira

serão praticamente insignificantes.

Outro ponto importante é o tempo de mistura. Conforme mencionado anteriormente,

os fabricantes fornecem um tempo ideal para a mistura (número de revoluções da betoneira).

Segundo Neville (1997), tempos de mistura muito baixos fornecem concretos muito variáveis,

e também que tempos muito prolongados podem afetar significativamente as características

do concreto. Isto se deve ao fato de que a água pode evaporar em um tempo muito demorado,

e também o atrito entre as partículas aumenta a temperatura da mistura, prejudicando a

trabalhabilidade e variação em sua resistência mecânica.

A ordem de colocação dos materiais também é de suma importância (detalhado

posteriormente na área de metodologia).

2.1.5 Adensamento do Concreto

O adensamento, ou vibração, é uma compactação do concreto de modo a eliminar o ar

de seu interior e rearranjar os agregados, tornando-o mais compacto. A falta ou o

adensamento mal feito pode causar falhas no concreto, tais como a formação de buracos nas

estruturas, prejudicando a sua integridade. Este adensamento pode ser feito manual ou

mecanicamente. Após a deposição do concreto em seu molde, utiliza-se uma barra de aço para

aplicar golpes no concreto pré-moldado. Este é o chamado método manual, exibido na Figura

2.2:

20


Figura 2. 2 - Adensamento manual do concreto.

Em concretagens de estruturas, como o volume de concreto é maior, utiliza-se o

método mecânico para o adensamento. Este adensamento é feito através dos chamados

vibradores (Figura 2.3) que, se utilizados de maneira incorreta, também provocam a

segregação. Este adensamento deve ser feito em camadas para uma melhor compactação.

Figura 2. 3 - Vibrador utilizado em obras de grande porte.

2.1.6 Formação de Poros

Conforme já explicitado anteriormente, os poros são formados naturalmente no

processo de mistura. Os poros tem influência direta na condutividade elétrica do concreto,

pois estes podem fornecer possíveis caminhos para as correntes de descarga. Para um melhor

entendimento deste assunto, deve-se recorrer à micro-estrutura do concreto.

21


Após o endurecimento do concreto, a pasta de cimento (denominada de matriz)

envolve os agregados de maneira não uniforme e quimicamente complexos. Esta é composta

de diferentes tipos de compostos hidratados de cimento, entre eles destacam-se: silicatos de

cálcio hidratado (C – S – H), similares à estruturas fibrosas; carbonato de cálcio (Ca(OH)2) ;

sulfoaluminatos de cálcio e também por grãos de clínquer (cimento na fase básica de

fabricação) não hidratado (MEHTA; MONTEIRO, 1999).

O silicato de cálcio hidratado consiste em torno de 50 a 60% do volume de sólidos de

uma pasta de cimento Portland totalmente hidratado. O Ca(OH)2 de 20 a 25%, os

sulfoaluminatos de cálcio de 15 a 20% e os grãos de clínquer de 6 a 8%.

Na pasta endurecida do concreto há a presença de água retida sob quatro formas: a

água interlamelar, ligada à estrutura dos C – S – H; a água capilar, onde esta preenche os

vazios capilares presentes no concreto; a água adsorvida que esta presente próxima à

superfície do sólido; e a água quimicamente combinada, parte integrante da estrutura de

vários produtos hidratados do cimento.

Na Figura 2.4 é exibida uma imagem demostrando os tipos de água retida na pasta de

concreto:

Figura 2. 4 - Tipos de água retidos no concreto.


22


Além destes fatores responsáveis pela retenção da água no concreto, pode-se citar

também poros formados pela exsudação interna (Figura 2.5). Esta é uma acumulação de água

nos arredores de partículas dos agregados.

Figura 2. 5 - Exsudação interna da água no concreto.


Apesar da formação de poros não ser o tema central deste trabalho, foi dada uma base

teórica para mostrar sua complexidade. Os poros afetam diretamente a condutividade do

concreto.

2.1.7 Resistividade do Concreto

Dados colhidos no próprio Laboratório de Materiais de Contrução da Universidade

Estadual de Londrina mostram que o concreto em seu estado seco (0% de água absorvida)

apresenta-se como um isolante, podendo a resistência chegar a 3kΩcm (dado presente

também em Moreno e Costa (1999)). Segundo Neville (1997), o concreto úmido pode chegar

a 104Ωm. As armaduras das construções auxiliam na condutividade elétrica, fazendo com que

a resistência chegue a 0,25Ωm (MORENO; COSTA, 1999).

Para a área da Engenharia Civil, busca-se um concreto com característica de alta

resistividade elétrica, de forma a se minimizar a corrosão das armaduras. Para a área da

Engenharia Elétrica, busca-se um caminho de menor impedância, para que a corrente possa

23


passar mais facilmente das armaduras para os elementos de fundação que dissipam as

correntes à terra, no caso de um aterramento estrutural.

Neste trabalho serão realizadas medidas aplicando-se níveis de tensão relativamente

baixos com o intuito de provar o comportamento elétrico do concreto variando-se a relação

água/cimento (A/C) e também o teor de umidade.

2.1.8 Fatores Influentes à Resistividade

Conforme mencionado anteriormente, os fatores que influenciam a resistividade do

concreto são muitos, e muitas vezes complexos. Entre eles podem ser citados: a relação A/C,

o teor de umidade, o tipo de cimento, a dosagem e também os aditivos. Estes influenciarão

física e quimicamente as características do concreto na sua formação dos poros. Um estudo

aprofundado sobre este fenômeno pode ser encontrado em Neville (1997).

A resistividade elétrica do concreto depende principalmente da composição química

da solução aquosa dos poros, da estrutura dos poros, da umidade e da temperatura do

concreto, podendo o mesmo atuar como isolante ou como semicondutor elétrico (HOPPE,

2005).

A umidade está intimamente ligada à resistividade elétrica do concreto: variando-se o

teor de umidade pode-se obter valores diferentes de resistências. Para o caso deste trabalho,

pode-se considerar duas classificações para a água absorvida pelos poros: evaporável e não-

evaporável. A água evaporável é aquela que se perde com uma alta temperatura (NEVILLE,

1997) de secagem (aproximadamente 105°C), onde esta é a temperatura utilizada para a

secagem dos CPs para encontrar suas massas no estado seco. A solução aquosa destes poros é

o principal caminho da corrente elétrica, sendo assim, uma umidade mais alta faz com que o

concreto seja mais característico à um condutor. A resistividade depende de muitos outros

fatores, sendo o assunto bem complexo podendo ser analisado em (HOPPE, 2005).

Um ponto interessante a ser observado em Neville (1997) foi sua pesquisa mostrando

a variação da resistividade elétrica do concreto para algumas variações no teor de umidade.

24


Figura 2. 6 - Relação entre o teor de umidade e a resistividade elétrica.

Fonte: Neville (1997)

Na Figura 2.6 observa-se que, quanto menor o teor de umidade, maior a resistividade

elétrica. Outro ponto importante deste gráfico é a relação entre a relação A/C e a resistividade:

quanto maior esta relação, menor a resistividade do concreto.

Assim percebe-se que, juntamente com o teor de umidade, a relação A/C tem uma

influência muito grande na determinação da resistividade elétrica do concreto. Este dado

também é de suma importância para as características de resistência mecânica e as

propriedades ligadas à sua durabilidade (MEHTA; MONTEIRO, 1999). Conforme dito

anteriormente, este é um forte parâmetro, pois com o aumento do volume de água na solução

aquosa dos poros, diminui-se a resistividade elétrica da pasta de cimento. A resistividade

decresce rapidamente devido ao aumento dos eletrólitos e a maior porosidade. Também com a

variação da quantidade de cimento utilizado, mantendo-se constante a relação água/cimento,

altera-se a resistividade do concreto. Caso haja um consumo menor de cimento, a

resistividade aumenta, uma vez que há menos eletrólitos disponíveis para a passagem de

corrente (NEVILLE, 1997). Na Figura 2.7 pode-se observar este comportamento.

25


Figura 2. 7 - Resistividade elétrica x Relação água-cimento e consumo de cimento Portland comum.

Fonte: Neville (1997)

A resistividade dos agregados (areia e pedra) também pode influir no valor da

resistividade do concreto. Alguns valores comuns são: arenito: 18kΩ.cm; pedra calcária: 30

kΩ.cm; mármore: 290 kΩ.cm. Embora a resistividade seja mais influenciada pela pasta de

cimento, uma variação no tipo e quantidade de agregado resultará em uma resistividade

diferente. A Figura 2.8 mostra esta variação:

Figura 2. 8 - Efeito do teor de agregado sobre a resistividade elétrica do concreto.

Fonte: Hoppe (2005)

26


Para a relação de A/C de 0,5, o teor de agregado passou de 2,92 para 4,96 kΩ.cm,

resultando em uma variação de resistividade de 0,870 kΩ.cm. Também já foi feito uma

pesquisa de que quando o teor de agregado aumenta, a condutividade elétrica diminui

(HOPPE, 2005).

A temperatura também é outro fator que influencia a resistividade do concreto pois

tem influência na condutividade elétrica na solução aquosa dos poros. A Figura 2.9 expressa a

variação da resistividade elétrica em função da variação da temperatura (HOPPE, 2005):

Figura 2. 9 - Efeito da temperatura sobre a resistividade elétrica do concreto.

Fonte: Hoppe (2005)

Quando a temperatura aumenta, a viscosidade do eletrólito diminui, fazendo com que

haja um aumento na mobilidade dos íons da solução aquosa, fazendo com que haja um

aumento de condutividade elétrica e, consequentemente, uma diminuição de sua resistência.

2.2 Descargas Atmosféricas

Descargas atmosféricas são descargas elétricas que possuem grande intensidade (picos

de intensidade de corrente na faixa de quiloampères), que ocorrem devido ao acúmulo de

cargas elétricas na atmosfera (Figura 2.10).

Figura 2. 10

Este fenômeno é um tema considerado complexo, tanto devido à sua natureza física,

quanto aos seus efeitos. Na Figura 2.11

nuvem e solo:

Figura 2.

Nesta onda de corrente, percebe

de 75kA) muito rapidamente, reduzindo lentamente após este pico, chegando a 1A em

aproximadamente 500 micros

Existem diversos tipos de descargas, classificadas em função do local onde se

originam e do local onde terminam.

solo para a nuvem ou ainda entre nuv


10 - Representação esquemática de uma descarga atmosférica.

Fonte: Visacro Filho (2005)


aos seus efeitos. Na Figura 2.11 é apresentada uma corrente de descarga real entre

Figura 2. 11 - Registro da corrente de uma descarga.


Nesta onda de corrente, percebe-se que a corrente atinge seu valor máximo (em torno


0 microssegundos.


originam e do local onde terminam. Podem ocorrer da nuvem para o solo

solo para a nuvem ou ainda entre nuvens. Caso ocorram dentro de uma mesma nuvem

27


Representação esquemática de uma descarga atmosférica.


é apresentada uma corrente de descarga real entre

se que a corrente atinge seu valor máximo (em torno



Podem ocorrer da nuvem para o solo (Figura 2.12), do

aso ocorram dentro de uma mesma nuvem

28


denomina-se de intra-nuvem (Figura 2.13). De todos os tipos de descargas, as intra-nuvem são

as mais freqüentes, devido ao fato da capacidade isolante do ar diminuir com a altura em

função da diminuição da densidade do ar, e também devido às regiões de cargas opostas

dentro da nuvem estarem mais próximas que no caso dos outros relâmpagos. Estas

representam cerca de 70% do número total de descargas. Este percentual varia com a latitude

geográfica, sendo em torno de 80 - 90% em regiões próximas ao equador geográfico e em

torno de 50 - 60% em regiões de médias latitudes. Dos 30% restantes, mais de 99% das

descargas são entre nuvem-solo. Os raios negativos, globalmente cerca de 90% dos raios,

transferem cargas negativas (elétrons) de uma região carregada negativamente dentro da

nuvem para o solo (o exemplo da Figura 2.11 exibe um impulso negativo). Os raios positivos,

cerca de 10%, transferem cargas positivas de uma região carregada positivamente dentro da

nuvem para o solo, na realidade, elétrons são transportados do solo para a nuvem (VICENTE,

2010).

Figura 2. 12 - Exemplo de descarga nuvem-solo.

Fonte: Rocha (2010)

Figura 2. 13 - Exemplo de descarga nuvem-nuvem.

Fonte: Rocha (2010)

29


A descarga se inicia quando o campo elétrico, produzido pelas cargas da nuvem e

pelas cargas opostas induzidas na superfície da terra, excede a capacidade isolante do ar,

também conhecida como rigidez dielétrica (valor máximo de campo elétrico suportável sem

que ocorram processos disruptivos). Quebrada esta rigidez, tem-se o início de um rápido

movimento de elétrons de uma região de cargas negativas para uma região de cargas

positivas, observado na Figura 2.14:

Figura 2. 14 - Campo induzido entre nuvem e solo.


No caso de descargas entre nuvens, há uma indução de cargas entre as nuvens e,

quando é quebrada a rigidez dielétrica entre estas, ocorre a descarga intra-nuvem. Na Figura

2.15 tem-se o processo de conexão do canal que possibilita a descarga:

Figura 2. 15 - Processo de conexão dos canais ascendente e descendente.


Uma nuvem carregada com cargas elétricas negativas induz no solo cargas elétricas

positivas, estabelecendo uma grande diferença de potencial entre a nuvem e o solo (podendo

chegar a várias centenas de MV), bem como um intenso campo elétrico. O chamado canal

precursor de descarga começa a se formar para baixo na região externa da nuvem, devido

principalmente a descargas internas na base da nuvem que, por sua vez, constitui um canal

ionizado de plasma, gerando uma coluna de plasma. Com o canal ionizado estabe

ocorre um afluxo de cargas negativas da base da nuvem para este canal. Devido ao chamado

“poder das pontas” (tendência das cargas elétricas se concentrarem nas extremidades do

corpo, aumentando a intensidade de campo elétrico neste ponto), o campo

extremidade da coluna de plasma torna

canal ionizado se aproxima do solo, há um aumento da densidade de cargas positivas

induzidas e, dependendo do relevo da região, pode

alta concentração do campo elétrico neste local. No momento que os canais estão a uma

distância crítica mínima, ocorre uma descarga final que interliga os canais. Com o canal

estabelecido, é estabelecida uma corrente, ch

O fluxo de corrente que passa através do canal ionizado para o solo gera um intenso

aquecimento, com temperaturas superiores a 3000

aquecimento gera um efeito luminoso intenso, o relâmpago, e também resulta na exp

muito rápida do ar circunvizinho ao canal, consequentemente ao deslocamento de uma onda

sonora no ar, o chamado trovão

Figura 2. 16 -

O efeito luminoso é percebido quase instantaneamente por um observador, uma vez

que este se propaga na velocidade da luz, já o efeito sonoro é percebido posteriormente, pois o

tempo de propagação da onda sonora se processa em uma velo

(VISACRO FILHO, 2005).



ionizado de plasma, gerando uma coluna de plasma. Com o canal ionizado estabe



corpo, aumentando a intensidade de campo elétrico neste ponto), o campo

extremidade da coluna de plasma torna-se intenso, podendo gerar novas descargas. Quando o


induzidas e, dependendo do relevo da região, pode-se gerar descargas as



estabelecido, é estabelecida uma corrente, chamada de corrente de retorno.


aquecimento, com temperaturas superiores a 3000°C (VISACRO FILHO, 2005). Este

aquecimento gera um efeito luminoso intenso, o relâmpago, e também resulta na exp


sonora no ar, o chamado trovão (Figura 2.16).

Corrente de retorno e os efeitos luminoso e sonoro associados.




tempo de propagação da onda sonora se processa em uma velo

(VISACRO FILHO, 2005).

30



ionizado de plasma, gerando uma coluna de plasma. Com o canal ionizado estabelecido,



corpo, aumentando a intensidade de campo elétrico neste ponto), o campo elétrico na

se intenso, podendo gerar novas descargas. Quando o


se gerar descargas ascendentes devido à



de retorno.


C (VISACRO FILHO, 2005). Este

aquecimento gera um efeito luminoso intenso, o relâmpago, e também resulta na expansão


Corrente de retorno e os efeitos luminoso e sonoro associados.



tempo de propagação da onda sonora se processa em uma velocidade muito menor

31


Percebe-se por eventos ocorridos que, muitas vezes, o caminho “escolhido” pela

corrente pode ser imprevisível. A Figura 2.17 mostra uma descarga que ocorreu em um beiral

de concreto revestido de cerâmica:

Figura 2. 17 - Local incidido por descarga atmosférica.

Fonte: Lammert e Meppelink [S. l.: s.n.]

O seguinte caso mostra uma residência em um sítio próximo a Belo Horizonte, MG,

onde a descarga atingiu o telhado da residência (Figura 2.18).

Figura 2. 18 - Residência atingida por um raio.

Fonte: Alves (2006)

32


Neste caso, após o raio atingir o telhado da construção, passou próximo (ou através)

da janela metálica. Uma pessoa que estava com uma das mãos encostada na janela morreu

instantaneamente. Na Figura 2.19 é exibido o ponto de impacto da descarga.

Figura 2. 19 - Ponto atingido pela descarga.

Fonte: Alves (2006)

Este acidente mostra o perigo de pessoas que estão em contato com massas e

estruturas metálicas em dias de tempestade, mesmo dentro de uma estrutura. Devido a

acidentes como esse, nota-se a importância de realizar um aterramento adequado e a

correspondente equipotencialização dos elementos metálicos da estrutura. Este e outros casos

podem ser vistos em Alves (2006).

No ano de 2009 foi registrada uma ocorrência de uma descarga na zona Norte na

cidade de Londrina onde, contrariando as previsões mais prováveis onde a descarga poderia

acontecer, esta atingiu a parede lateral (Figura 2.20), causando danos a equipamentos

eletrônicos e provocando choques aos moradores (VICENTE, 2010):

Figura 2. 20 - Descarga lateral em residência.


33


2.3 Elementos de fundação

As estacas e baldrames tem por finalidade geral suportar, com segurança, as cargas

provenientes da estrutura em questão, ou seja, sua finalidade é originalmente prover uma boa

base estrutural para edifícios, residências, entre outros. Na Figura 2.21 pode-se observar um

desenho esquemático das estacas e baldrames.

Figura 2. 21 - Esquema de baldrame e estaca.

Na prática estes elementos são moldados juntamente com as armaduras (Figura 2.22).

Figura 2. 22 - Baldrames e estacas em construção.

34


Do ponto de vista do aterramento estrutural, estes elementos tem por função escoar as

correntes das descargas atmosféricas para o solo, sem fornecer danos à sua integridade física.

Na década de 1960, começou-se a dinfundir a idéia de se utilizar as armaduras do concreto de

fundação como eletrodos de aterramento (MIRANDA, 2003c). Esta prática foi possível

devido a constatação de que as fundações permanecem úmidas, fazendo com que a

resistividade do concreto seja similar a uma resistividade média a baixa do solo.

Verificou-se ao longo do tempo que a resistência de aterramento obtida através das

fundações equivale a uma fração da resistência obtida em um sistema de aterramento

convencional. Isto porque a ordem de grandeza das fundações é muito superior ao volume de

condutores de aterramento que é utilizado na prática tradicional.

A utilização das armaduras do concreto como integrantes do sistema de proteção

assegura a continuidade elétrica do ponto captor de uma estrutura, até os elementos de

fundação, onde a corrente é dispersada. Este é um ponto muito importante, uma vez que, com

a continuidade das estruturas, a corrente pode dispersar-se no terra sem danos colaterais.

Percebe-se que o uso do aterramento estrutural já é seguido há pelo menos 20 anos por vários

países, tais como a Alemanha, a Inglaterra, os Estados Unidos da América e o Brasil, onde

esta prática já está normalizada pela IEC (International Electrotechincal Commission). No

Brasil, dezenas de medições da resistência de aterramento já foram realizadas, mostrando

pelos resultados que esta resistência de aterramento pelas fundações não ultrapassaram o valor

de 1Ω (MIRANDA, 2003c), que é considerado um valor excelente, uma vez que a norma

sugere uma resistência de aterramento de 10Ω.

2.4 Norma NBR 5419/05 aplicada

Baseada na norma internacional IEC 61024-1-2, que dita regras e recomendações para

a proteção contra descargas atmosféricas, esta norma brasileira tem por objetivo geral

estabelecer condições de projeto, instalação e manutenção de sistemas de proteção contra

descargas atmosféricas (SPDA). Sua função é a proteção de estruturas contra a incidência

direta dos raios, e também é valida para a proteção de pessoas e equipamentos que se

encontram no interior destas, onde o SPDA está presente.

35


Um ponto importante a se destacar da norma é o fato de que o SPDA não garante

100% de eficácia contra uma descarga atmosférica, ou seja, mesmo que as instalações sejam

feitas à risca segundo a norma, ainda é possível que a descarga atmosférica possa causar

danos físicos e materiais, tanto às pessoas quanto à própria estrutura. Além disso, esse

procedimento não garante a proteção de equipamentos elétricos e eletrônicos contra

interferências eletromagnéticas causadas pelas descargas atmosféricas (efeitos indiretos).

De modo a confirmar se determinada estrutura necessita do SPDA, a norma especifica

um cálculo (anexo B da norma) para classificar uma determinada estrutura. Este cálculo

envolve vários parâmetros, tais como a localização, a altura, o tipo de ocupação da estrutura e

o valor de seu conteúdo. Através destes parâmetros, é possível classificar estruturas que

necessitam de proteção ou não. Além disso, especifica as estruturas como sendo especiais ou

não, onde o primeiro tipo de estrutura geralmente apresenta riscos de incêndio para a

instalação e seus arredores. Dependendo do tipo de instalação a ser realizada, deve-se basear

em um nível de proteção pré-determinado, conforme a Tabela 2.1:

Tabela 2. 1 - Níveis de Proteção.

Nível de Proteção Necessidade de SPDA

Nível 1 Obrigatório

Nível 2 Obrigatório

Nível 3 Vide Anexo B da Norma

Nível 4 Vide Anexo B da Norma

Tabela para Nível de Proteção

Tipos de Edificações Nível de Proteção

Edificações de explosivos, inflamáveis, indústrias químicas,

nucleares, laboratórios bioquímicos, fábricas de munição e fogos

de artifício, estações de telecomunicações, usinas elétricas,

indústrias com risco de incêndio, refinarias, etc.

Nível 1

Edifícios comerciais, bancos, teatros, museus, locais

arqueológicos, hospitais, prisões, casas de repouso, escolas,

igrejas, áreas esportivas.

Nível 2

Edifícios residenciais, indústrias, residências, estabelecimentos

agropecuários e fazendas com estrutura de madeira. Nível 3

36


Galpões com sucata ou de conteúdo desprezível, fazendas e

estabelecimentos agropecuários com estrutura de madeira Nível 4

Fonte: NBR5419 (2005)

O tipo e o posicionamento do SPDA devem ser estudados cuidadosamente no estágio

de projeto da edificação, para se tirar o máximo proveito dos elementos condutores da própria

estrutura. Caso uma estrutura não tenha sido projetada para utilizar as armaduras e os

elementos de fundação como parte integrante do SPDA, é necessário recorrer a um ensaio de

continuidade das armaduras. Este ensaio não pode ser realizado com multímetros

convencionais. O equipamento de medida deve injetar uma corrente de no mínimo 1A entre a

parte inferior e a parte superior da estrutura (ponto captor e ponto de aterramento). Este

equipamento medirá a diferença de potencial entre estes pontos e, assim, será obtida a

resistência elétrica (através da Lei de Ohm) equivalente do subsistema de descida (pela norma

as resistências medidas devem ser inferiores a 1 Ω).

Conforme já mencionado no trabalho, o SPDA pode ser separado em três subsistemas:

subsistema captor, de descida e de aterramento. A norma especifica diversos critérios para a

montagem destes subsistemas, tais como métodos, posicionamento, materiais e emendas.

Como este trabalho tem uma ênfase maior no subsistema de aterramento, o foco maior aqui

será este subsistema.

A norma informa ainda como realizar inspeções, de forma a garantir que o sistema está

conforme seu projeto. Porém, esta inspeção não se aplica ao SPDA estrutural, uma vez que os

pontos de acesso estão impossibilitados para as medições (embutidos no concreto armado).

Para maiores informações, checar item 6 da norma NBR5419 (2005).

2.4.1 Subsistema de captores

Quanto ao subsistema captor, existem atualmente os seguintes métodos: método

Franklin (por ângulo de proteção); esfera rolante (modelo eletrogeométrico); e o método de

Faraday (condutores em gaiola). O mais usual atualmente é a utilização combinada dos

métodos de Faraday e da esfera rolante, pois para edifícios superiores a 60m de altura, é

obrigatória a utilização do método de Faraday. No método de Franklin, a zona de proteção é

37


representada por um cone, onde o ângulo de proteção () depende do nível de proteção e da

altura da estrutura (h). Um desenho esquemático com um nível de proteção IV pode ser

analisado na Figura 2.23.

Figura 2. 23 - Representação esquemática da zona de proteção pelo método de Franklin.

Neste método percebe-se que quanto maior a estrutura, menor o ângulo de proteção,

fazendo com que a estrutura esteja sujeita a descargas laterais. No método de proteção

eletrogeométrico, as esferas representam a área que pode ser atingida por uma descarga

atmosférica, assim a zona de proteção é delimitada pelas áreas que não estão em contato com

estas esferas (Figura 2.24).

Figura 2. 24 - Zona de proteção pelo método eletrogeométrico.

Neste método, que também é conhecido por método das esferas rolantes, a zona de

proteção é delimitada pelos arcos das circunferências das esferas. O método de Franklin, por

ser uma metodologia mais antiga e restrita, está sendo substituída pelo método das esferas

38


rolantes, uma vez que este método é uma evolução do primeiro. O método de proteção de

Faraday consiste em uma malha de condutores que não permitem a passagem da corrente de

descarga para o interior do edifício (Figura 2.25).

Figura 2. 25 - Método de proteção de Faraday.

Um ponto importante a ser destacado pela norma é o fato de que quaisquer elementos

condutores expostos, ou seja, que do ponto de vista físico podem ser atingidos por raios,

devem ser considerados como elementos do SPDA.

Os chamados captores naturais são aqueles que não foram posicionados de maneira

intencional para promover a captação da descarga elétrica. São elementos metálicos que têm

probabilidade de atraírem as descargas, dentre eles pode-se citar os rufos, os gradeamentos e

os mastros. Os raios não têm preferência por captores específicos projetados para tal fim.

Estes incidirão sobre elementos metálicos aterrados, ainda que não intencionalmente. Os

rufos, por exemplo, que geralmente protegem a alvenaria contra penetração de umidade no

topo das fachadas, são captores extremamente eficazes, tanto por sua posição privilegiada em

zonas de alta concentração do campo elétrico, durante a aproximação da descarga

atmosférica, quanto pela sua baixa impedância à propagação da onda de impulso do raio

(MIRANDA, 2003d).

2.4.2 Subsistema de condutores de descida

Este subsistema pode ser do tipo não natural ou natural. As descidas naturais são

classificadas como estruturas metálicas de torres, postes e mastros, assim como as armaduras

39


de aço interligadas do concreto. Assim, com este tipo de subsistema de descida, dispensa-se a

necessidade de condutores de descida paralelos ao longo da sua extensão, que é o caso das

descidas não naturais.

Os condutores de descida não naturais são aqueles montados especificamente para

interligar os subsistemas captor e de aterramento (inicialmente estes condutores eram

montados externos à estrutura, com o tempo passaram a ser embutidos). Estes devem ser

interligados por meio de condutores horizontais, formando anéis (Figura 2.26). O primeiro

anel deve ser o anel de aterramento, mas na impossibilidade de instalação deste, deve ser

construído um anel com altura máxima de 4m acima do nível do solo, e outros anéis a cada

20m de altura. Estes anéis laterais têm por objetivo proteger as estruturas contra descargas

laterais.

Figura 2. 26 - Detalhe dos anéis de cintamento.

Outros detalhes de regras e sugestões relativos a este subsistema se encontram no item

5.1.2 da norma NBR5419 (2005).

40


Para as edificações de concreto armado existentes poderá ser implantado um SPDA

com descidas externas ou, opcionalmente, poderão ser utilizadas como descidas as armaduras

do concreto. Neste último caso devem ser realizados testes de continuidade (explicado

anteriormente em 2.4) e estes devem resultar em resistências medidas inferiores a 1 Ω.

Detalhando um pouco mais as descidas naturais, percebe-se na prática que esta já vem

sendo utilizada há pelo menos 70 anos, e desde então tem-se observado vantagens sobre sua

utilização. Uma dessas vantagens observadas é a diminuição do efeito eletromagnético,

reduzindo as interferências prejudiciais às pessoas e aos equipamentos de tecnologia de

informação (ETIs) (GOMES, 2007; MIRANDA, 2003b). A ausência de faltas de ETIs em

edifícios com gaiola de Faraday, providenciada pelas armaduras do concreto armado, é uma

prova de sua eficácia (MIRANDA, 2003d). Especialistas consultados sobre o assunto não têm

conhecimento sobre casos que não tiveram sucesso resultante da aplicação das armaduras do

concreto como parte integrante da gaiola de Faraday (MIRANDA, 2003b). Pode-se citar

também, a economia dos materiais que seriam utilizados na construção de um subsistema de

descida próprio, uma vez que, utilizando-se das próprias armaduras da edificação, o custo do

SPDA é reduzido.

A norma também considera que um condutor específico (conhecido também por “re-

bar”) seja embutido na estrutura, sendo assegurada a continuidade elétrica por contatos

mecânicos ou por solda, de forma a garantir a equalização de potencial com as armaduras. Em

Miranda (2003a) há um detalhamento das desvantagens e perigos da separação do condutor

dedicado das estruturas, bem como um caso prático sobre esta prática.

Dados obtidos em Kokkinos et al.(2006) mostram danos à estrutura do concreto, via

impulsos de corrente aplicados (simulam uma descarga atmosférica), quando o condutor de

descida é incorporado às armaduras da estrutura. Com os dados obtidos neste experimento

conclui-se que o condutor embutido deve ser interconectado às armaduras por meio de

conectores específicos, ou por meio de amarras bem firmes. Os resultados experimentais

mostraram que, caso haja um mínimo espaço entre a barra condutora e a armadura no ponto

de conexão, o concreto sofre sérios danos em sua estrutura física.

Outro ponto importante a ser explicitado pela norma é que os sistemas elétricos de

potência e de sinal deverão ser referenciados a um barramento de equalização (TAP/LEP), o

qual deverá ser ligado a uma armadura local e/ou ao eletrodo de aterramento. Explorando este

ponto na visão do aterramento estrutural, já nota-se uma vantagem neste tipo de aterramento.

41


Devido à disposição do aterramento estrutural, o trabalho da equipotencialização se torna

mais fácil, pois, como este aterramento utiliza os elementos metálicos das estruturas, há

pontos para o aterramento dispostos em praticamente toda a estrutura. As ligações

equipotenciais permitem reduzir os riscos de incêndio, explosão e também de choques

elétricos. O detalhamento da equalização pode ser vista no item 5.2.1 da norma NBR5419

(2005).

2.4.3 Subsistema de aterramento

Para assegurar a dispersão da corrente da descarga atmosférica na terra, sem causar

sobretensões perigosas, o arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais

importantes que o próprio valor da resistência de aterramento.

Segundo a norma os seguintes tipos de eletrodos de aterramento podem ser utilizados:

aterramento natural pelas fundações, em geral as armaduras de aço das fundações; condutores

em anel; hastes verticais ou inclinadas; e condutores horizontais radiais.

No caso de eletrodos não naturais, devem ser instalados vários eletrodos

adequadamente distribuídos. O comprimento total dos eletrodos de aterramento, conforme o

nível de proteção, e para diferentes resistividades do solo, é dado na Figura 2.27:

Figura 2. 27 - Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da resistividade do

solo.

Fonte: NBR5419 (2005)

42


Os eletrodos de aterramento profundos são adequados para solos em que a

resistividade diminua com a profundidade e onde as camadas de baixa resistividade ocorram a

profundidades maiores do que aquelas em que normalmente são cravadas as hastes de

aterramento. Um maior detalhamento sobre regras deste subsistema se encontra em 5.1.3.

Conforme apresentado anteriormente, o aterramento estrutural já é prática usual há

cerca de 50 anos. Neste período, engenheiros e especialistas não encontraram valores

aceitáveis de resistência de aterramento que tenham ultrapassado 1Ω (MIRANDA, 2003c). A

norma NBR 5419 (2005) sugere uma resistência de aterramento não superior a 10Ω.

Para realizar a medição da resistência de aterramento, necessita-se de um equipamento

específico. Como o foco deste trabalho não reside neste ponto, para um maior detalhamento

pode-se consultar (MIRANDA, 2003c; ROUSSEAU, 2004) que indicam como e por quais

aparelhos deve ser feita esta medição. Devido ao método utilizado para realizar as medições, a

resistência de aterramento medida nas fundações tem tendência a ser superior ao real

(MIRANDA, 2003c), assim, na prática, este valor pode ser ainda menor, aumentando a

probabilidade de se obter um aterramento mais efetivo. Uma das vantagens de se utilizar os

elementos de fundação como subsistema de aterramento reside no fato deste possuir uma

resistividade baixa, geralmente muito menor que o valor de resistividade do próprio solo, por

este estar em áreas úmidas (GOMES, 2007). O uso das ferragens das fundações também

diminui as variações de tensão durante a dissipação de uma descarga, diminuindo as

diferenças de potencial de passo e de toque.

Um importante conceito que é destacado e explicado em Rousseau (2004) e Surtess,

(2007), é a diferenciação da resistência da impedância. Apesar deste trabalho frequentemente

utilizar o termo resistência de aterramento, que é o foco de estudo, deve ficar claro que um

sistema de aterramento deve fornecer um caminho de baixa impedância à terra. Muitos

autores utilizam somente o conceito de baixa resistência à terra, o que é um equívoco. As

descargas atmosféricas apresentam tanto componentes de baixa quanto de alta freqüência

(faixas de até 1MHz), onde neste último está relacionado à elevação extremamente rápida da

frente de onda do transitório. Já as componentes de baixa freqüência localizam-se na parte

alongada da onda, conforme a Figura 2.28:

43


Figura 2. 28 - Três estágios de impedância do caminho do aterramento.

Fonte: Surtees, Rousseau e Martlzloff (2007)

Componentes de alta freqüência são significativos para efeitos indutivos, ou seja,

tensões induzidas no circuito, enquanto que os componentes de baixa freqüência são

relacionados aos efeitos de energia (SURTEES; ROUSSEAU; MARTZLOFF, 2007). Assim

um bom sistema de aterramento deve garantir a maximização da dissipação de ambas os

componentes, e não só os componentes de baixa freqüência, que estão relacionados com a

resistência.

Um sistema de aterramento pode ser modelado por uma linha de transmissão com

fuga, onde este sistema é ilustrado na Figura 2.29:

Figura 2. 29 - Modelo de um sistema de aterramento utilizando uma linha de transmissão.

O sistema é composto por capacitâncias, indutâncias e resistências. A capacitância

predomina durante a elevação acentuada da frente de onda de impulso; já indutância

44


predomina durante a rápida variação da corrente no tempo; e a resistência é importante no

período de cauda do surto, onde se encontra o elevado conteúdo de energia de deposição de

carga. Inicialmente, a capacitância e a indutância dominam a resposta do sistema, enquanto

que a resistência passa a predominar após este estágio.

De modo a melhorar a impedância de aterramento de um sistema, não é necessária

apenas uma condutância alta, mas também uma capacitância alta e uma indutância baixa

(SURTESS; ROUSSEAU; MARTZLOFF, 2007). Isto pode ser observado na equação (1),

exibindo a impedância do sistema de aterramento, utilizando-se o modelo da linha de

transmissão:

Z =

(1)

Para melhorar a capacitância pode-se aumentar a superfície dos eletrodos para uma

maior área de contato com a terra, ou seja, uma placa ou uma barra se comportará de maneira

mais eficaz, deste ponto de vista, do que um único condutor. Para diminuir a indutância,

podem ser usados vários condutores em paralelo em vez de um único condutor de

comprimento total equivalente. Por exemplo, três condutores em forma de fita de 3m cada

possuirão uma indutância menor que uma única fita de 9m. Por este fato, conforme já

explicitado no trabalho, a norma diz que a forma e a dimensão dos condutores de aterramento

são mais importantes que o próprio valor da resistência de terra.

Em Surtees, Rousseau e Martzloff (2007) foram realizados experimentos mostrando a

diferença entre os valores de impedância e resistência de diversos tipos de aterramento. A

principal conclusão que se pode tirar é que um sistema de aterramento longo ou profundo não

é necessariamente um bom aterramento para descargas atmosféricas. Se fosse visto apenas

pelo lado da resistência, poder-se-ia dizer que eletrodos profundos melhoram a resistência de

aterramento. Porém, como o sistema envolve capacitâncias e indutâncias, formas mais

específicas têm resultado melhor para diminuir a impedância. Para maiores detalhes práticos

consultar Surtess; Rousseau e Martzloff (2007).

45

CAPÍTULO 3

DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

Os experimentos foram desenvolvidos no Laboratório de Materiais de Construção da

Universidade Estadual de Londrina, onde inicialmente foram fabricados os CPs com a

implementação de um inversor de freqüência (detalhado posteriormente) para um teste de

otimização no processo de fabricação destes, testando diferentes velocidades de rotação. Em

seguida, foi feita uma avaliação em relação à quantidade de água absorvida por estes, a fim de

estimar, pelo peso dos CPs, a porcentagem de água contida nestes.

Após estas etapas, os dados de resistência foram obtidos pela aplicação de uma tensão

alternada (utilização de um varistor para variar a tensão alternada da rede), medindo-se

juntamente com esta tensão a corrente que fluía pelos CP, resultando, através de um simples

cálculo, o valor da resistência elétrica equivalente (Lei de Ohm).

Concluída a etapa de coleta de dados, foi realizada uma análise estatística sobre o

comportamento dos dados obtidos, com o objetivo de observar a relação de sua resistência,

variando-se o teor de umidade e a relação água-cimento. Dos resultados encontrados,

concluir-se-á se os novos métodos de fabricação e secagem dos CPs foram eficientes,

comparando com resultados obtidos anteriormente, sem a implementação do inversor de

freqüência.

3.1 Materiais utilizados

Em relação aos materiais utilizados no processo de fabricação dos CPs, foram

utlilizadas fôrmas cilíndricas de dimensão 10x20 cm para a fabricação dos CPs (Figura 3.1):

46

CAPÍTULO 3. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

Figura 3. 1 - Fôrmas para fabricação dos CPs.

Para a confecção do concreto, foi utilizado o cimento Portland CP II E32, areia média

natural quartzosa seca e peneirada, brita de basalto número 1 e água potável. O traço

escolhido, que representa a proporção em peso dos elementos cimento, areia e pedra brita,

respectivamente, foi de 1:2:3.

3.2 Métodos

3.2.1 Fabricação dos CPs

Na fabricação foi utilizada uma betoneira de 100 litros, da Empresa Engemac, modelo

BSK 100, utilizada normalmente em obras de pequeno porte, conforme a Figura 3.2:

Figura 3. 2 - Betoneira utilizada no processo de fabricação dos CPs.


47


Foi calculado que, para a confecção de oito CPs, seria necessário, aproximadamente,

8kg de cimento. Consequentemente, pelo traço utilizado, 16kg areia e 24kg de pedra. Porém,

prevendo que parte do material pudesse aderir às paredes da betoneira, foi utilizado uma

proporção de 200%, ou seja: 16kg de cimento, 32kg de areia e 48kg de pedra. O processo de

colocação dos materiais foi o seguinte: primeiramente, foi jogada à mistura toda a pedra, em

seguida metade da água (a mistura se processa durante 1 minuto). Depois foi colocado todo

cimento e areia (a mistura se processa durante mais 1 minuto) e, por fim, a outra metade da

água (finalizando o processo depois de 3 minutos). A quantidade de água adicionada à mistura

dependeu da relação A/C. Por exemplo, para a relação A/C de 0,5, a quantidade de água na

mistura é de 8kg, para 0,53, 8,48kg de água e assim por diante. Estes tempos de mistura foram

baseados em resultados e testes de rotação realizados anteriormente. Como foi apresentada

anteriormente, a ordem de colocação destes materiais é de suma importância, uma vez que, se

esta ordem de colocação for alterada, a mistura pode apresentar segregação.

3.2.2 Implementação do inversor de frequência

Um dos processos otimizados foi na preparação dos CPs: nos trabalhos anteriores, para

sua produção, foi utilizada apenas a betoneira para realizar o processo de mistura dos

componentes que formam o concreto. Neste trabalho foi utilizado, juntamente com o motor da

betoneira, um inversor de freqüência (Siemens, série Micromaster, modelo 6SE3166-8C40),

que tem por finalidade substituir a ligação direta do motor da betoneira com a rede. O

esquema da Figura 3.3 foi realizado:

Figura 3. 3 - Esquema de ligação do inversor de frequência com o motor da betoneira.

48


Assim, este aparelho eletrônico tem por finalidade controlar a velocidade do motor

com muita precisão, se necessário. Além desta enorme vantagem, ele também permite

controles como rampas de aceleração e desaceleração, evitando trancos na partida e no

desligamento do motor. Este é um fato crucial para a fabricação do concreto sem que os

componentes deste fiquem irregulares na mistura, ou seja, a mistura terá um aspecto mais

homogêneo.

As características mais importantes desta série de inversores são as seguintes:

• Possuem um extenso número de parâmetros para uso em praticamente qualquer

aplicação.

• Possui uma memória não volátil para armazenamento do ajuste dos parâmetros, que

configuram e operam o motor.

• Controlado por microprocessador para uma alta confiabilidade e flexibilidade.

A freqüência de saída (e com ela a velocidade do motor) pode ser controlada de cinco

formas:

• (1) Referência digital de freqüência

• (2) Referência analógica (entrada em tensão ou corrente)

• (3) Potenciômetro motorizado

• (4) Freqüência prefixada ou fixa

• (5) Via transmissão remota de dados

As características do modelo 6SE3166-8C40 são as seguintes:

• Freqüência de entrada: 47 a 63 Hz

• Tensão e corrente de entrada: 230V , 5A

• Potencia nominal: 1,5kW

• Faixa de temperatura: 0 a 40ºC

• Proteção: Norma IEC 536 VDE 0106 Classe 1

Para o ajuste dos parâmetros desejados, deve-se seguir os seguintes passos

demonstrados pelo fluxograma da Figura 3.4:

49


Figura 3. 4 - Passos para regulação dos parâmetros do inversor de freqüência.

Fonte: Manual de operação (1997)

Os parâmetros utilizados foram os seguintes:

• P002: Tempo (em segundos) para que o motor atinja a frequência máxima.

• P003: Tempo que o inversor leva para desacelerar o motor.

• P004: Ameniza a curva de aceleração e desaceleração do motor.

Como o método usado para controlar a freqüência de saída do motor foi o de

referência digital, o seguinte parâmetro foi utilizado:

• P005: Determina a velocidade de rotação do motor no caso de comando digital.

Este comando só funciona regulando o parâmetro P006 em 0.

Os seguintes parâmetros são utilizados para regular os dados do motor utilizado:

• P081: Frequência nominal (Hz)

• P082: Velocidade nominal (RPM)

• P083: Corrente nominal (A)

• P084: Tensão nominal (V)

• P085: Potência nominal (kW)

50


O motor da betoneira é um motor de indução trifásico de 1 CV de potência, 60 Hz de

freqüência, velocidade de rotação de 1730 RPM, ligado em delta, 220V de tensão e 3,8A de

corrente, modelo 80 986 WEG.

O objetivo da utilização do inversor de freqüência é mostrar sua contribuição (ou mais

especificamente sua influência) nos dados finais tanto da resistividade elétrica quanto

mecânica do concreto, e não para mostrar se este deve (ou não) ser implementado em prática

em grandes obras. Portanto os objetivos deste trabalho consistem em criar uma metodologia

mais controlada na confecção do concreto para estudos mais aprofundados sobre suas

características.

3.2.3 Metodologia para ensaio dos CPs para testes de baixa tensão

Com a aplicação de uma tensão alternada e pela medição do valor da corrente que

atravessa o CP, pode-se calcular a resistência equivalente aplicando-se a Lei de Ohm (R=V/I).

São colocadas placas metálicas nas partes planas dos corpos de prova, juntamente com

um gel condutor de baixa resistividade para auxiliar na medição, devido a algumas

irregularidades dos próprios CPs (Figura 3.5).

Figura 3. 5 - Esquema para medições em baixa tensão.


Para controlar o teor de umidade, após a confecção dos CPs, estes foram colocados na

câmara úmida durante 28 dias (tempo de cura onde os CPs absorvem sua capacidade máxima

de água). Em seguida foram feitas as medições de corrente com estes CPs saturados. Durante

51


cinco dias estes CPs ficaram em uma estufa a 105°C para secar: este foi observado para que o

CP atingisse o teor de umidade de 0%. Com 0% de teor de umidade, constatou-se que são

necessários, no mínimo, 15 dias para que estes reabsorvam sua capacidade máxima de água

(ponto de saturação), representando 100% de teor de umidade. Portanto, caso deseje-se um

teor de umidade de 50%, deve ser encontrado a quantidade máxima de água absorvida pelo

CP, calculando a diferença de peso do CP saturado com o peso seco. Esta massa representa

100% de teor de umidade, assim, para encontrar 50%, basta calcular essa proporção.

Foram confeccionados oito CPs para cada grupo de relação água-cimento, totalizando

32 CPs. Dentre estes oito, foram escolhidos três CPs de cada grupo para testes de compressão,

a fim de avaliar sua resistividade mecânica e compará-los com resultados obtidos nos

trabalhos anteriores. Assim, os 20 CPs restantes foram submetidos a testes de resistividade

elétrica onde, inicialmente foram medidas as massas em seu estado saturado e depois levados

à estufa para obtermos sua massa seca. Portanto com estes dados em mãos, foram calculadas

as massas aproximadas para diferentes valores de teor de umidade, e em seguida foram

realizados os testes em baixa tensão.

3.2.4 Metodologia para secagem dos CPs

A metodologia de secagem é um dos pontos mais importantes a serem desenvolvidos,

pois nesta etapa será feita uma análise sobre o comportamento da resistência elétrica do

concreto variando o teor de umidade. Assim, se o processo de secagem não for eficiente, os

dados poderão corromper-se, ou seja, estes mostrarão uma tendência irregular, ou até mesma

falsa quanto ao seu comportamento.

Inicialmente testou-se uma secagem rápida na estufa, a uma temperatura média de

80°C por um período de 3 horas. A média de peso perdido pelos CPs foi de 11g, porém esta

secagem foi superficial, uma vez que testes de resistência elétrica não mostraram diferenças

significativas nas resistências equivalentes. Apesar de estes CPs perderem uma porcentagem

considerável de água necessária para análise desejada (em torno de 5%), esta perda se deu

superficialmente, enquanto que no interior destes ainda estivessem úmidos. Portanto este

método não apresentou resultados satisfatórios.

52


A próxima hipótese testada foi diminuir a temperatura da estufa para 50°C em um

tempo, também reduzido, de 2 horas. O peso perdido após este período foi de

aproximadamente 7g. Após este período, estes foram envoltos por um plástico filme, e

deixados por um período de 24 horas dentro da câmara úmida. O plástico filme tem por

função dificultar a troca de umidade com o ambiente, fazendo com que a água contida no CP

se distribua de maneira mais uniforme pelo próprio CP. Vale citar que o plástico filme

dificulta a troca de umidade com o ambiente, mas não o impossibilita. Após este tempo, a

média de peso perdida pelos CPs foi de 13g (valor em torno de 95% de teor de umidade), e os

testes de resistência elétrica subseqüentes foram bastante satisfatórios.

Assim este método mostrou-se, através dos resultados obtidos, mais eficiente. Para as

etapas seguintes (teores de umidade mais baixos), foi seguido o mesmo processo, porém

verificou-se que o concreto perde água com mais facilidade no início do processo de secagem.

Ou seja, para teores de umidade mais baixos, além do tempo de 2 horas na estufa a 50°C,

estes repousaram em média de dois a três dias na câmara úmida, dependendo do teor de

umidade desejado.

53

CAPÍTULO 4

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Primeiramente, antes da coleta dos dados necessários para o cálculo da resistência

elétrica dos CPs (tensão e corrente elétrica), foram realizados testes de secagem. Com a curva

de secagem dos CPs, poder-se-á analisar o tempo necessário que os CPs levam para perder

toda massa de água contida em seus poros. Esta é uma informação importante para,

posteriormente, encontrar diferentes teores de umidade. Com posse destes dados foram

realizadas diversas medições para uma posterior análise do comportamento dos CPs variando-

se a relação A/C e o teor de umidade.

4.1 Curva de secagem

Foi levantado o gráfico da Figura 4.1, onde foram coletados os pesos dos CPs durante

sete dias (intervalos de medições de 24 horas) para três diferentes relações de água-cimento:

0,50, 0,53 e 0,56.

Figura 4. 1 - Gráfico da curva de secagem dos CPs.

3,550

3,600

3,650

3,700

3,750

3,800

3,850

3,900

3,950

1 2 3 4 5 6 7 8

Massa (

kg)

Dias

A/C = 0,50

A/C = 0,53

A/C = 0,56

54

CAPÍTULO 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Estes foram secos em uma estufa a uma temperatura de 105°C. Percebe-se que após as

primeiras 24 horas os CPs perderam uma proporção maior de água, enquanto que nas outras

medidas observou-se uma perda de água mais constante. Depois do quinto dia de medições os

CPs estabilizaram, ou seja, perderam toda água que possuíam no estado saturado. Estes

valores de massas (seco e saturado) são importantes, pois através destes será encontrado,

através de proporção por peso, diferentes valores de umidade. Por exemplo, se a massa

saturada do CP de relação água-cimento 0,5 é 3,928kg e, a massa seca é de 3,680kg, é

possível encontrar um teor de umidade de, por exemplo, 95% através desta proporção.

4.2 Variação da resistência elétrica em função da relação água/cimento

Os resultados dos testes em baixa tensão (BT) foram primeiramente separados de

forma a se observar a relação entre a condutividade dos CPs e a relação água-cimento. Assim,

foram realizados testes em quatro grupos distintos de CPs: grupos com A/C de 0,50 (grupo

A), 0,53 (grupo B), 0,56 (grupo C) e 0,60 (grupo D). Para cada um destes grupos foram

confeccionados oito CPs, onde cinco foram selecionados para testes de resistência elétrica e

os três restantes foram utilizados para testes de compressão.

Para cada CP, de todos os grupos, foi dado um identificador (A1, A2, A3, etc) de

modo a facilitar o controle de dados coletados. Nas primeiras medições de resistência elétrica,

todos os CPs (de todos os grupos) foram submetidos a este teste. Os cinco CPs que

apresentaram maior homogeneidade nos dados coletados (corrente elétrica), dentro de seus

grupos, foram selecionados para este teste. Por exemplo, do grupo A (A1, A2, A3, A4, A5,

A6, A7 e A8), os que apresentaram resultados mais homogêneos foram: A1, A3, A5, A6 e

A7. Portanto, os CPs restantes: A2, A4 e A8 foram utilizados somente para testes de

compressão. Na Tabela 4.1 pode-se observar os resultados observados em prática para os CPs

com A/C de 0,50:

Tabela 4. 1 - Dados de tensão, corrente e resistência para CPs saturados com A/C 0,50.

0,50

A1 A3 A5 A6 A7

55


Para este conjunto de CPs, observou-se uma resistência média de aproximadamente

1,967 kΩ. Na Tabela 4.2 apresentam-se os resultados para o grupo de CPs de A/C 0,53:


V I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 9,90 2,020 9,90 2,020 9,50 2,105 9,70 2,062 10,50 1,905

40 20,00 2,000 19,70 2,030 19,20 2,083 19,60 2,041 21,70 1,843

60 29,60 2,027 29,80 2,013 28,90 2,076 29,20 2,055 32,50 1,846

80 39,75 2,013 39,70 2,015 38,20 2,094 39,00 2,051 43,80 1,826

100 50,40 1,984 50,30 1,988 48,90 2,045 49,80 2,008 55,00 1,818

120 60,40 1,987 60,70 1,977 59,10 2,030 60,00 2,000 66,50 1,805

140 70,60 1,983 71,20 1,966 69,10 2,026 70,20 1,994 77,50 1,806

160 81,00 1,975 81,70 1,958 79,00 2,025 80,20 1,995 89,50 1,788

180 91,40 1,969 92,40 1,948 89,40 2,013 90,50 1,989 100,30 1,795

200 101,70 1,967 103,00 1,942 100,10 1,998 101,30 1,974 111,10 1,800

220 112,10 1,963 112,40 1,957 110,00 2,000 111,30 1,977 123,40 1,783

240 122,90 1,953 124,30 1,931 120,10 1,998 121,70 1,972 134,70 1,782

MÉDIA

1,987

1,979

2,041

2,010

1,816

DESVIO

PADRÃO 0,024

0,034

0,039

0,033

0,035

MÉDIA

GERAL 1,967

0,53

B1 B2 B3 B6 B7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 10,10 1,980 10,30 1,942 11,14 1,80 10,69 1,871 10,80 1,852

40 20,30 1,970 20,30 1,970 22,33 1,79 21,60 1,852 21,74 1,840

60 30,80 1,948 30,90 1,942 33,11 1,81 32,40 1,852 32,30 1,858

80 40,69 1,966 41,80 1,914 44,50 1,80 43,50 1,839 44,20 1,810

100 52,20 1,916 52,00 1,923 55,60 1,80 55,70 1,795 55,40 1,805

56


Neste conjunto a média geral de resistência elétrica foi de 1,846 kΩ. Na Tabela 4.3

apresenta-se o conjunto de 0,56:


120 62,30 1,926 62,80 1,911 67,60 1,78 66,80 1,796 66,80 1,796

140 73,00 1,918 73,80 1,897 78,90 1,77 77,30 1,811 78,10 1,793

160 83,80 1,909 85,00 1,882 90,90 1,76 88,70 1,804 89,40 1,790

180 93,70 1,921 95,50 1,885 101,70 1,77 99,80 1,804 100,90 1,784

200 106,00 1,887 106,80 1,873 113,70 1,76 110,70 1,807 112,40 1,779

220 116,30 1,892 118,00 1,864 125,40 1,75 123,40 1,783 124,30 1,770

240 127,00 1,890 129,60 1,852 138,10 1,74 134,50 1,784 136,00 1,765

MÉDIA 1,927 1,905 1,777 1,816 1,803

DESVIO

PADRÃO 0,032 0,036 0,022 0,029 0,031

MÉDIA

GERAL 1,846

0,56

C2 C4 C5 C6 C7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 12,10 1,653 12,50 1,600 12,50 1,600 12,40 1,613 12,40 1,613

40 24,60 1,626 25,01 1,599 25,10 1,594 25,12 1,592 24,90 1,606

60 36,80 1,630 37,50 1,600 37,20 1,613 37,00 1,622 36,90 1,626

80 50,20 1,594 50,70 1,578 51,20 1,563 51,10 1,566 50,20 1,594

100 62,10 1,610 63,80 1,567 63,80 1,567 64,10 1,560 63,40 1,577

120 75,80 1,583 76,90 1,560 76,90 1,560 77,00 1,558 75,90 1,581

140 89,00 1,573 90,50 1,547 90,30 1,550 90,40 1,549 89,30 1,568

160 101,80 1,572 103,50 1,546 103,10 1,552 102,80 1,556 102,30 1,564

180 115,30 1,561 116,90 1,540 116,60 1,544 117,10 1,537 114,70 1,569

200 128,90 1,552 130,50 1,533 130,10 1,537 130,20 1,536 129,30 1,547

220 141,70 1,553 144,40 1,524 143,80 1,530 143,20 1,536 142,40 1,545

240 155,10 1,547 158,00 1,519 158,60 1,513 157,10 1,528 156,30 1,536

MÉDIA 1,588 1,559 1,560 1,563 1,577

DESVIO 0,035 0,030 0,030 0,031 0,028

57


Neste caso, a resistência média encontrada foi de 1,569 kΩ. Finalmente para o grupo

de CPs de 0,60 (Tabela 4.4):


Pelos resultados encontrados em prática, aquele que se destaca (médias de resistência

das medidas) pode ser observado com maior facilidade na Tabela 4.5:

PADRÃO

MÉDIA

GERAL 1,569

0,60 D2 D3 D4 D6 D7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 16,9 1,183 17,9 1,117 17,5 1,143 16,4 1,220 16,8 1,190

40 33,8 1,183 35,7 1,120 34,4 1,163 32,9 1,216 33,6 1,190

60 51 1,176 54,3 1,105 51,8 1,158 50 1,200 50 1,200

80 67,9 1,178 72,4 1,105 69,6 1,149 67 1,194 67,6 1,183

100 85,4 1,171 90,6 1,104 87,1 1,148 83,3 1,200 85,2 1,174

120 102,8 1,167 108,7 1,104 104,9 1,144 100,4 1,195 100,9 1,189

140 120,2 1,165 127,6 1,097 123 1,138 116,8 1,199 119 1,176

160 137,7 1,162 145,8 1,097 140,5 1,139 134,5 1,190 137,2 1,166

180 155 1,161 163,3 1,102 158,8 1,134 152,1 1,183 155,2 1,160

200 172,7 1,158 189,3 1,057 177,3 1,128 169,7 1,179 173 1,156

220 191,2 1,151 203,7 1,080 195,5 1,125 187,3 1,175 191 1,152

240 209 1,148 223,4 1,074 213,9 1,122 204,2 1,175 209 1,148

MÉDIA 1,167

1,097

1,141

1,194

1,174

DESVIO

PADRÃO 0,012 0,018 0,013 0,015 0,017

MÉDIA

GERAL 1,155

58


Tabela 4. 5 - Resistências médias.

Relação A/C Resistência média (kΩ)

0,50 1,967

0,53 1,846

0,56 1,569

0,60 1,155

Verifica-se um comportamento esperado quanto à resistividade do concreto variando-

se a relação A/C. Quanto maior esta relação, menos resistivo é o concreto, uma vez que a

condutividade deste está diretamente ligado aos poros formados neste. Conforme já explicado

em teoria, depois que o concreto passa por seu processo de endurecimento, parte da água não

é absorvida pela mistura, deixando assim poros no corpo do concreto. Quanto mais água

estiver presente na mistura, maior será a probabilidade de serem formados mais poros. Na

Tabela 4.6 é exibida a diferença entre as resistências médias (em kΩ) dos grupos de A/C:

Tabela 4. 6 - Diferença entre as resistências das relações A/C.

Diferença entre resistências

0,60 - 0,56 0,414

0,56 - 0,53 0,277

0,53 - 0,50 0,121

Por estes dados percebe-se que a relação entre a resistência e a relação água-cimento

não é estritamente linear.

Outro ponto importante a ser observado nestes dados é a “homogeneidade” dos dados

de corrente levantados. Apesar do fato de haver alguns desvios nos valores individuais das

correntes encontradas, pode-se ainda dizer que estes estão bastante uniformes. Isto porque são

muitos os parâmetros que podem afetar na resistividade elétrica e também física dos CPs,

entre eles, podem-se citar: o adensamento e o método de inserção do concreto na forma, uma

vez que, se estes processos não forem cuidadosamente efetuados, pode haver uma diferença

muito mais significante nos resultados gerados posteriormente.

59


As resistências médias obtidas nesse trabalho foram relativamente superiores aos

valores encontrados em trabalhos anteriores. Vale lembrar mais uma vez que neste trabalho

foi implementado um inversor de freqüência junto ao motor da betoneira para um

levantamento das diferenças (vantagens/desvantagens) deste novo método com os métodos

utilizados até o momento.

Na Tabela 4.7 são apresentados alguns resultados obtidos em Vicente (2010) a respeito

da resistividade elétrica do concreto:

Tabela 4. 7 - Resistências médias.

Relação A/C Resistência media (kΩ)

0,50 4,672

0,53 4,342

0,56 2,994


Como pode-se observar, os valores médios de resistências estão mais elevados

comparados aos valores encontrados neste trabalho, observados na Tabela 4.6. Uma possível

explicação pode ser fornecida pela nova metodologia de confecção dos CPs.

Uma vez que com o inversor de freqüência podemos regular a freqüência aplicada ao

motor e, consequentemente alterar sua velocidade, pode-se analisar uma melhor rotação para

efetuar uma mistura mais homogênea. Ligando diretamente a alimentação da rede no motor

da betoneira fica nítido que seu movimento se dá de forma muito violenta, prejudicando assim

que os componentes do concreto se misturem adequadamente. Em prática foi verificado que,

com uma partida mais suave e uma rotação de valor aproximado de 90% da velocidade

nominal, a mistura se processava de maneira mais homogênea.

Como os valores de resistência elétrica encontrados aqui foram inferiores, uma

possível explicação seria a maior presença de poros e, também, um tempo de mistura mais

elevado. Isto porque o tempo de mistura, nesta metodologia experimental, resultou em uma

mistura mais uniforme (visível em prática), e uma quantidade maior de poros auxilia mais na

condução da corrente elétrica.

60


4.3 Variação da resistência elétrica em função do teor de umidade

Outra análise efetuada foi a variação da resistência elétrica modificando-se o teor de

umidade dos CPs. Ou seja, até o momento os testes mostraram os valores das resistências dos

CPs com 100% de teor de umidade. Alterando esta variável, mais resultados foram coletados.

Estes valores de umidade foram obtidos através do gráfico de secagem dos CPs, ou seja, com

a massa saturada e a massa seca é possível encontrar a quantidade de água absorvida pelos

CPs e, por proporção, determina-se a massa aproximada para determinada teor de umidade. A

Tabela 4.8 mostra os pesos dos CPs e a quantidade de água necessária (em kg) para os teores

de umidade de 85, 90 e 95%:

Tabela 4. 8 - Relação de pesos variando o teor de umidade.

Peso esperado dos CPs variando a umidade

Umido Seco Delta

Peso Perde Peso Perde Peso Perde

100% 0% 85% 90% 95%

A1 3,912 3,666 0,246 3,875 0,037 3,887 0,025 3,900 0,012

A3 3,937 3,686 0,251 3,899 0,038 3,912 0,025 3,924 0,013

A5 3,795 3,548 0,247 3,758 0,037 3,770 0,025 3,783 0,012

A6 3,834 3,585 0,249 3,797 0,037 3,809 0,025 3,822 0,012

A7 3,892 3,639 0,253 3,854 0,038 3,867 0,025 3,879 0,013

B1 3,946 3,707 0,239 3,910 0,036 3,922 0,024 3,934 0,012

B2 3,871 3,629 0,242 3,835 0,036 3,847 0,024 3,859 0,012

B3 3,879 3,636 0,243 3,843 0,036 3,855 0,024 3,867 0,012

B6 3,898 3,665 0,233 3,863 0,035 3,875 0,023 3,886 0,012

B7 3,861 3,621 0,240 3,825 0,036 3,837 0,024 3,849 0,012

C2 3,862 3,608 0,254 3,824 0,038 3,837 0,025 3,849 0,013

C4 3,842 3,592 0,250 3,805 0,038 3,817 0,025 3,830 0,013

C5 3,837 3,586 0,251 3,799 0,038 3,812 0,025 3,824 0,013

C6 3,891 3,636 0,255 3,853 0,038 3,866 0,026 3,878 0,013

C7 3,822 3,562 0,260 3,783 0,039 3,796 0,026 3,809 0,013

D2 3,696 3,427 0,269 3,656 0,040 3,669 0,027 3,683 0,013

61


D3 3,721 3,435 0,286 3,678 0,043 3,692 0,029 3,707 0,014

D4 3,683 3,406 0,277 3,641 0,042 3,655 0,028 3,669 0,014

D6 3,737 3,464 0,273 3,696 0,041 3,710 0,027 3,723 0,014

D7 3,764 3,484 0,280 3,722 0,042 3,736 0,028 3,750 0,014

Por esta tabela fica explícito o peso dos CPs com 100% de umidade, secos e com os

teores de umidade acima especificados. Ainda mostra a massa total de água absorvida pelos

CPs (DELTA), e as massas que estes devem perder para possuírem um determinado teor de

umidade.

Um ponto importante desta tabela, que exibe os pesos dos CPs, é o fato que aqueles

que possuem a relação A/C mais elevada (0,60) não absorverem uma massa de água maior

comparados aos outros. Esta mesma observação se aplica também ao grupo C comparado ao

grupo B e ao grupo B comparado ao grupo A. Segundo a teoria, um corpo com maior relação

A/C tem maior probabilidade de formar mais poros, devido à maior quantidade de água

utilizada na estrutura. Porém, analisando os dados percebe-se que os pesos dos CPs são bem

variáveis, até se comparados dentro de seus próprios grupos. Isto pode ser explicado pela

confecção dos CPs, mais especificamente quanto ao método utilizado para a transferência da

massa de concreto da betoneira para as fôrmas dos CPs. Por mais homogênea que a massa

fique, nesta etapa, utilizando-se de conchas para coletar a massa de concreto da betoneira,

neste momento cada CP conterá um volume pouco mais diferenciado do agregado graúdo,

onde este ocupa mais espaço por sua área maior. Assim, como cada CP tem uma massa

diferente, considerando-se o peso do agregado graúdo, seu peso final será diferente em

relação aos outros CPs.

Portanto, para cada grupo de CPs (A, B, C, D), foram coletados mais dados dispostos

em três tabelas. Os valores de 85, 90 e 95% de teor de umidade foram escolhidos desta forma

principalmente pelo fato de que o solo é bastante úmido nos locais das fundações

(MIRANDA, 2003c). Assim foram escolhidos valores de teor de umidade próximos à

saturação. Outro ponto importante para esta escolha se deve ao concreto seco ser um isolante.

Além disso, teores de umidade muito baixos não proveriam resultados pertinentes para a

análise em questão. Apesar de a tabela fixar exatamente quanto de massa cada CP deve

perder, na prática este controle é falho, visto que a secagem dos CPs, na maioria das vezes,

não ocorre de maneira uniforme, por mais cuidados que se tome. Portanto cada grupo possuirá

62


porcentagens próximas, mas não iguais, e também dentro de cada grupo pode haver uma faixa

de variação em suas porcentagens. A metodologia de secagem aplicada foi detalhada no

capítulo 3 (Desenvolvimento Prático).

4.3.1 Variação do teor de umidade para o grupo de relação água/cimento de 0,50

Para o grupo de CPs com relação A/C 0,50, obteve-se as seguintes medidas (Tabela

4.9), com seus respectivos valores de teor de umidade:

Tabela 4. 9 - Dados da primeira variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,50.

VARIAÇÃO 1 DO TEOR DE UMIDADE

94% A1 A3 A5 A6 A7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 6,87 2,910 7,11 2,814 6,43 3,113 6,40 3,125 6,89 2,903

40 14,08 2,842 14,50 2,758 13,00 3,077 12,92 3,096 13,81 2,897

60 20,83 2,880 21,66 2,770 19,20 3,125 19,44 3,086 20,87 2,875

80 28,37 2,820 29,36 2,725 25,86 3,094 26,25 3,048 27,75 2,883

100 35,56 2,812 36,31 2,754 32,72 3,056 33,02 3,028 34,60 2,890

120 43,20 2,778 43,90 2,733 39,60 3,030 39,93 3,005 41,96 2,860

140 50,10 2,794 51,10 2,740 46,10 3,037 47,30 2,960 49,82 2,810

160 57,60 2,778 58,00 2,759 53,00 3,019 54,30 2,947 57,29 2,793

180 65,40 2,752 66,30 2,715 59,60 3,020 61,30 2,936 64,66 2,784

200 73,20 2,732 73,80 2,710 66,80 2,994 68,20 2,933 71,63 2,792

220 79,10 2,781 80,90 2,719 73,70 2,985 75,60 2,910 79,17 2,779

240 87,60 2,740 89,00 2,697 80,60 2,978 82,70 2,902 87,27 2,750

MÉDIA 2,802

2,741

3,044

2,998

2,835

DESVIO

PADRÃO 0,055

0,032

0,049

0,078

0,055

MÉDIA

GERAL 2,884

63


Os pesos e respectivas porcentagens destes CPs estão dispostos na Tabela 4.10:

Tabela 4. 10 - Pesos e porcentagens coletados da primeira medição para A/C 0,50.

PESO A1 A3 A5 A6 A7

3,897 3,922 3,779 3,817 3,878

% 93,9 94 93,5 93,2 94,5

MÉDIA % 93,82

Por estes valores, apesar de não possuírem a mesma quantidade de massa perdida, será

adotado que estes valores representem o teor de umidade de 94%.

Na Tabela 4.11 são exibidos os próximos valores coletados são os seguintes:

Tabela 4. 11 - Dados da segunda variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,50.


90% A1 A3 A5 A6 A7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 5,80 3,448 5,92 3,378 5,90 3,390 5,53 3,617 5,49 3,643

40 11,20 3,571 11,45 3,493 11,73 3,410 10,90 3,670 10,88 3,676

60 16,78 3,576 16,87 3,557 16,90 3,550 16,53 3,630 16,48 3,641

80 22,40 3,571 22,86 3,500 22,92 3,490 22,11 3,618 21,74 3,680

100 28,12 3,556 28,43 3,517 28,75 3,478 27,98 3,574 27,70 3,610

120 33,40 3,593 33,84 3,546 34,02 3,527 33,19 3,616 32,95 3,642

140 39,31 3,561 40,10 3,491 39,43 3,551 38,75 3,613 38,40 3,646

160 44,40 3,604 44,70 3,579 44,90 3,563 44,10 3,628 43,60 3,670

180 49,50 3,636 50,20 3,586 49,80 3,614 48,90 3,681 48,40 3,719

200 54,70 3,656 55,00 3,636 54,80 3,650 54,40 3,676 54,10 3,697

220 59,90 3,673 60,90 3,612 60,10 3,661 59,70 3,685 59,80 3,679

240 65,30 3,675 67,40 3,561 66,20 3,625 64,80 3,704 63,90 3,756

MÉDIA 3,593 3,538 3,543 3,643 3,672

DESVIO

PADRÃO 0,063 0,069 0,088 0,039 0,040

64


MÉDIA

GERAL 3,598

Na Tabela 4.12, suas massas e porcentagens:

Tabela 4. 12 - Pesos e porcentagens coletados da segunda medição para A/C 0,50.

PESO A1 A3 A5 A6 A7

3,887 3,912 3,769 3,812 3,887

% 89,8 90 89,5 91,1 89,8

MÉDIA % 90,34

Com estes pesos será utilizado como ponto o teor de umidade de 90%. As últimas

medidas para este grupo de CPs são exibidas na Tabela 4.13:

Tabela 4. 13 - Dados da terceira variação do teor de umidade de para CPs com A/C 0,50.


85% A1 A3 A5 A6 A7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 5,12 3,906 4,98 4,016 4,56 4,386 5,22 3,831 5,32 3,759

40 9,94 4,024 9,87 4,053 9,12 4,386 10,78 3,711 10,84 3,690

60 14,98 4,005 14,54 4,127 13,87 4,326 15,87 3,781 15,79 3,800

80 20,04 3,992 19,84 4,032 19,20 4,167 21,40 3,738 21,32 3,752

100 24,43 4,093 24,32 4,112 23,40 4,274 25,89 3,862 25,53 3,917

120 30,21 3,972 29,81 4,025 28,12 4,267 31,97 3,754 31,43 3,818

140 35,80 3,911 35,00 4,000 33,76 4,147 38,00 3,684 37,89 3,695

160 40,60 3,941 40,10 3,990 38,41 4,166 42,20 3,791 41,93 3,816

180 45,70 3,939 45,30 3,974 43,10 4,176 49,20 3,659 48,80 3,689

200 51,00 3,922 50,80 3,937 47,30 4,228 53,10 3,766 52,00 3,846

220 56,40 3,901 56,10 3,922 53,50 4,112 58,20 3,780 57,80 3,806

240 60,30 3,980 59,20 4,054 57,90 4,145 63,40 3,785 62,90 3,816

MÉDIA 3,965 4,020 4,232 3,762 3,784

65


DESVIO

PADRÃO 0,057 0,062 0,095 0,058 0,069

MÉDIA

GERAL 3,953

E suas respectivas massas e porcentagens na Tabela 4.14:

Tabela 4. 14 - Pesos e porcentagens coletados da terceira medição para A/C 0,50.

PESO A1 A3 A5 A6 A7

3,876 3,9 3,755 3,799 3,856

% 85,4 85,3 83,8 85,9 85,8

MÉDIA % 85,24

Aproximando este ponto para 85% de teor de umidade.

Com estas três variações do teor de umidade, mais a sua medida saturada, pode-se

levantar a curva da Figura 4.2:

Figura 4. 2 - Gráfico da variação da resistência elétrica em função do teor de umidade para relação A/C 0,50.

Este gráfico mostra a variação da resistência elétrica em função da variação do teor de

umidade dos CPs. Pode-se perceber que, quanto menor o teor de umidade, maior a resistência,

em conformidade com a teoria, pois a água auxilia na condução elétrica no concreto.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

80 85 90 95 100 105

Resis

tência

(kΩ

)

Teor de Umidade (%)

A/C 0,50

66



O mesmo procedimento foi realizado para os outros grupos de CPs (B, C e D). Para o

grupo de CPs de 0,53 (Tabela 4.15).



94% B1 B2 B3 B6 B7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 7,75 2,581 7,05 2,837 8,05 2,48 8,15 2,454 8,24 2,427

40 15,27 2,620 14,13 2,831 16,06 2,49 16,15 2,477 16,68 2,398

60 23,10 2,597 20,93 2,867 23,67 2,53 24,33 2,466 25,12 2,389

80 30,55 2,619 28,30 2,827 32,29 2,48 32,54 2,459 33,51 2,387

100 38,34 2,608 35,79 2,794 40,64 2,46 41,50 2,410 42,60 2,347

120 46,90 2,559 43,80 2,740 49,80 2,41 50,10 2,395 51,50 2,330

140 54,60 2,564 51,60 2,713 58,30 2,40 58,60 2,389 60,20 2,326

160 62,90 2,544 59,30 2,698 67,00 2,39 67,40 2,374 69,00 2,319

180 71,10 2,532 67,30 2,675 75,70 2,38 76,20 2,362 78,80 2,284

200 79,60 2,513 75,30 2,656 84,70 2,36 85,40 2,342 88,00 2,273

220 87,60 2,511 83,40 2,638 93,70 2,35 94,20 2,335 97,50 2,256

240 96,10 2,497 92,60 2,592 103,20 2,33 103,80 2,312 107,40 2,235

MÉDIA 2,562 2,739 2,422 2,398 2,331

DESVIO

PADRÃO 0,043 0,091 0,066 0,056 0,061

MÉDIA

GERAL 2,490

Na Tabela 4.16, suas respectivas massas e porcentagens:


PESO B1 B2 B3 B6 B7

3,927 3,855 3,863 3,885 3,85

67


% 92,0 93,4 93,4 94,4 95,4

MÉDIA % 93,7

Adotando para estas medidas o teor de umidade de 94%. A segunda medida, variando

o teor de umidade é apresentada na Tabela 4.17.



88% B1 B2 B3 B6 B7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 5,50 3,636 5,42 3,690 5,47 3,66 5,15 3,883 5,51 3,630

40 11,00 3,636 11,09 3,607 11,12 3,60 10,62 3,766 11,17 3,581

60 16,56 3,623 16,71 3,591 17,03 3,52 16,31 3,679 16,98 3,534

80 22,10 3,620 22,36 3,578 23,04 3,47 22,07 3,625 23,06 3,469

100 27,84 3,592 28,16 3,551 29,02 3,45 28,03 3,568 28,95 3,454

120 33,47 3,585 34,08 3,521 35,34 3,40 33,94 3,536 35,11 3,418

140 39,11 3,580 39,93 3,506 41,90 3,34 40,20 3,483 41,70 3,357

160 45,40 3,524 46,30 3,456 48,40 3,31 46,50 3,441 48,00 3,333

180 51,30 3,509 52,50 3,429 54,80 3,28 52,70 3,416 54,60 3,297

200 57,40 3,484 58,90 3,396 61,60 3,25 59,00 3,390 61,50 3,252

220 63,40 3,470 65,60 3,354 68,40 3,22 65,60 3,354 68,10 3,231

240 69,60 3,448 72,20 3,324 75,30 3,19 72,60 3,306 75,10 3,196

MÉDIA 3,559 3,500 3,389 3,537 3,396

DESVIO

PADRÃO 0,068 0,111 0,152 0,175 0,142

MÉDIA

GERAL 3,476

Na Tabela 4.18, suas respectivas massas e porcentagens:


PESO B1 B2 B3 B6 B7

68


3,917 3,843 3,851 3,87 3,833

% 87,9 88,4 88,5 88,0 88,3

MÉDIA % 88,2

Adotando para estas medidas o teor de umidade de 88%. A última medida variando o

teor de umidade para este grupo encontra-se na Tabela 4.19.



84% B1 B2 B3 B6 B7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 4,81 4,158 4,43 4,515 5,50 3,64 5,18 3,861 5,47 3,656

40 9,58 4,175 9,05 4,420 11,33 3,53 10,75 3,721 11,29 3,543

60 14,51 4,135 13,76 4,360 16,94 3,54 16,22 3,699 16,91 3,548

80 19,42 4,119 18,60 4,301 23,02 3,48 21,71 3,685 23,02 3,475

100 24,32 4,112 23,81 4,200 29,01 3,45 27,54 3,631 29,21 3,423

120 29,46 4,073 28,90 4,152 34,96 3,43 33,18 3,617 35,09 3,420

140 34,61 4,045 34,15 4,100 41,80 3,35 39,23 3,569 42,00 3,333

160 40,01 3,999 39,83 4,017 48,00 3,33 45,70 3,501 48,20 3,320

180 45,90 3,922 46,20 3,896 54,60 3,30 51,80 3,475 54,60 3,297

200 51,40 3,891 52,20 3,831 60,90 3,28 58,00 3,448 61,20 3,268

220 57,00 3,860 58,40 3,767 67,90 3,24 64,10 3,432 67,80 3,245

240 62,40 3,846 64,30 3,733 74,70 3,21 70,60 3,399 75,00 3,200

MÉDIA 4,028 4,108 3,398 3,587 3,394

DESVIO

PADRÃO 0,121 0,263 0,133 0,140 0,141

MÉDIA

GERAL 3,703

E suas massas e porcentagens (Tabela 4.20):

69



PESO B1 B2 B3 B6 B7

3,906 3,834 3,84 3,857 3,825

% 83,2 84,7 83,9 82,4 85,0

MÉDIA % 83,8

Sendo o valor adotado para estas medidas de 84% de teor de umidade.

Da mesma forma que o caso do grupo de CPs de A/C 0,50, levanta-se a curva da

Figura 4.3:


Mostrando novamente o mesmo comportamento da resistência em função da variação

do teor de umidade.


Para o grupo de CPs de 0,56, a primeira medida variando-se o teor de umidade é

apresentada na Tabela 4.21.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

80 85 90 95 100 105

Resis

tência

(kΩ

)

Teor de Umidade (%)

A/C 0,53

70




95% C1 C4 C5 C6 C7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 9,39 2,130 10,66 1,876 10,57 1,892 10,72 1,866 10,02 1,996

40 18,98 2,107 21,71 1,842 21,20 1,887 21,40 1,869 20,10 1,990

60 28,42 2,111 32,60 1,840 31,83 1,885 31,81 1,886 29,83 2,011

80 38,10 2,100 44,00 1,818 43,00 1,860 42,60 1,878 39,40 2,030

100 48,60 2,058 55,40 1,805 54,00 1,852 53,70 1,862 50,60 1,976

120 58,60 2,048 66,80 1,796 65,10 1,843 64,10 1,872 60,90 1,970

140 68,80 2,035 78,10 1,793 76,10 1,840 75,30 1,859 71,40 1,961

160 78,80 2,030 89,50 1,788 86,70 1,845 86,40 1,852 82,40 1,942

180 88,80 2,027 101,30 1,777 98,60 1,826 97,90 1,839 92,70 1,942

200 99,50 2,010 113,00 1,770 109,50 1,826 109,10 1,833 103,70 1,929

220 109,60 2,007 124,60 1,766 120,90 1,820 120,20 1,830 114,30 1,925

240 120,70 1,988 136,70 1,756 132,50 1,811 131,40 1,826 125,80 1,908

MÉDIA 2,054 1,802 1,849 1,856 1,965

DESVIO

PADRÃO 0,047 0,036 0,027 0,020 0,038

MÉDIA

GERAL 1,905

E suas massas e respectivas porcentagens na Tabela 4.22:


PESO C2 C4 C5 C6 C7

3,847 3,831 3,824 3,878 3,809

% 94,1 95,6 94,8 94,9 95,0

MÉDIA % 94,9

Adotando-se o teor de umidade de 95% para este grupo de medidas. A segunda

medição variando-se o teor de umidade (Tabela 4.23):

71




88% C1 C4 C5 C6 C7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 7,12 2,809 7,20 2,778 7,04 2,841 6,80 2,941 7,25 2,759

40 13,93 2,872 14,32 2,793 14,07 2,843 13,92 2,874 14,31 2,795

60 21,27 2,821 21,54 2,786 21,56 2,783 21,14 2,838 21,80 2,752

80 28,03 2,854 28,47 2,810 28,65 2,792 28,07 2,850 28,87 2,771

100 35,20 2,841 35,21 2,840 35,92 2,784 34,81 2,873 35,80 2,793

120 42,00 2,857 41,50 2,892 42,40 2,830 41,10 2,920 43,30 2,771

140 49,40 2,834 49,30 2,840 50,20 2,789 48,90 2,863 51,10 2,740

160 56,60 2,827 56,10 2,852 55,90 2,862 55,70 2,873 57,20 2,797

180 64,00 2,813 63,80 2,821 64,20 2,804 63,40 2,839 65,00 2,769

200 71,30 2,805 71,00 2,817 71,50 2,797 70,60 2,833 72,40 2,762

220 78,50 2,803 78,00 2,821 78,00 2,821 77,60 2,835 80,90 2,719

240 86,30 2,781 85,40 2,810 86,20 2,784 85,00 2,824 88,40 2,715

MÉDIA 2,826 2,822 2,811 2,863 2,762

DESVIO

PADRÃO 0,026 0,031 0,027 0,036 0,027

MÉDIA

GERAL 2,817

Na Tabela 4.24, suas massas e respectivas porcentagens:


PESO C2 C4 C5 C6 C7

3,831 3,812 3,807 3,861 3,79

% 87,8 88,0 88,0 88,2 87,7

MÉDIA % 87,9

72


Neste o ponto adotado foi de 88% de teor de umidade. Por fim, para este grupo de

CPs, os dados apresentam-se na Tabela 4.25:



84% C1 C4 C5 C6 C7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 6,07 3,295 6,32 3,165 6,21 3,221 6,48 3,086 5,98 3,344

40 12,32 3,247 12,78 3,130 12,67 3,157 13,05 3,065 11,87 3,370

60 18,71 3,207 19,14 3,135 19,07 3,146 18,82 3,188 18,10 3,315

80 24,90 3,213 25,00 3,200 25,00 3,200 25,10 3,187 24,78 3,228

100 31,47 3,178 31,90 3,135 32,56 3,071 32,20 3,106 30,80 3,247

120 37,41 3,208 38,19 3,142 38,20 3,141 38,60 3,109 36,89 3,253

140 43,70 3,204 44,90 3,118 44,30 3,160 44,80 3,125 43,40 3,226

160 50,20 3,187 51,40 3,113 50,20 3,187 51,80 3,089 48,90 3,272

180 56,90 3,163 57,80 3,114 57,80 3,114 58,30 3,087 55,90 3,220

200 63,20 3,165 64,00 3,125 62,90 3,180 64,60 3,096 62,70 3,190

220 70,20 3,134 71,90 3,060 71,20 3,090 71,00 3,099 69,40 3,170

240 77,00 3,117 79,30 3,026 75,90 3,162 79,20 3,030 75,60 3,175

MÉDIA 3,193 3,122 3,152 3,106 3,251

DESVIO

PADRÃO 0,048 0,045 0,044 0,045 0,064

MÉDIA

GERAL 3,165

Na Tabela 4.26, suas massas e respectivas porcentagens:


PESO C2 C4 C5 C6 C7

3,831 3,812 3,807 3,861 3,79

% 83,4 84,4 83,7 84,3 82,3

73


MÉDIA % 83,6

Adotando-se o teor de umidade de 84% para estas medidas. A curva gerada através

destes pontos é apresentada na Figura 4.4:


Evidenciando também a mesma tendência neste grupo de CPs.


Finalmente para o grupo de CPs de 0,6, os dados apresentados para a primeira

variação do teor de umidade são apresentados na Tabela 4.27:



96% D2 D3 D4 D6 D7

V I R I R I R I R I R

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

80 85 90 95 100 105

Resis

tência

(kΩ

)

Teor de Umidade (%)

A/C 0,56

74


(mA) (kohm) (mA) (kohm) (mA) (kohm) (mA) (kohm) (mA) (kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 13,57 1,474 13,6 1,471 14,2 1,408 13,31 1,503 10,81 1,850

40 27,2 1,471 27,1 1,476 28,11 1,423 26,3 1,521 21,84 1,832

60 41,2 1,456 40,9 1,467 42,3 1,418 40,7 1,474 32,71 1,834

80 53,3 1,501 53 1,509 54,1 1,479 54,2 1,476 44,2 1,810

100 67,5 1,481 68,9 1,451 68 1,471 68,1 1,468 55,6 1,799

120 81,8 1,467 82,4 1,456 83,4 1,439 82 1,463 67,2 1,786

140 94,2 1,486 96,7 1,448 96,3 1,454 95 1,474 78,6 1,781

160 108 1,481 110,2 1,452 109,1 1,467 107,1 1,494 90,4 1,770

180 122,1 1,474 125,4 1,435 124,5 1,446 120,8 1,490 102,3 1,760

200 134,1 1,491 137,8 1,451 137,8 1,451 132,9 1,505 114 1,754

220 149,1 1,476 153,9 1,429 153 1,438 150,1 1,466 126,1 1,745

240 163,7 1,466 169,1 1,419 168,4 1,425 163,6 1,467 138,4 1,734

MÉDIA 1,477 1,455 1,443 1,483 1,788

DESVIO

PADRÃO 0,012 0,024 0,022 0,019 0,038

MÉDIA

GERAL 1,529

Suas massas e teores de umidade destas medidas são exibidos na Tabela 4.28:


PESO D2 D3 D4 D6 D7

3,684 3,709 3,673 3,724 3,751

% 95,5 95,8 96,4 95,2 95,4

MÉDIA % 95,7

Sendo a porcentagem média escolhida de 96% para o teor de umidade. A Tabela 4.29

mostra a segunda medição variando o teor de umidade:



91% D2 D3 D4 D6 D7

75


V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 8,6 2,326 9,41 2,125 9,93 2,014 9,32 2,146 9,34 2,141

40 17,67 2,264 19,2 2,083 20,01 1,999 19,13 2,091 18,86 2,121

60 26,7 2,247 29 2,069 30,07 1,995 28,31 2,119 28,7 2,091

80 35,5 2,254 38,55 2,075 40,64 1,969 38,3 2,089 38,14 2,098

100 45,1 2,217 49,2 2,033 51,5 1,942 48,6 2,058 48,7 2,053

120 54,2 2,214 59,4 2,020 61,9 1,939 58,1 2,065 58,8 2,041

140 63,8 2,194 69,5 2,014 72,6 1,928 68,5 2,044 68,2 2,053

160 73,4 2,180 79,8 2,005 83,3 1,921 77,8 2,057 78,9 2,028

180 83,1 2,166 90 2,000 94,2 1,911 88,1 2,043 89,2 2,018

200 92,9 2,153 100,7 1,986 105,4 1,898 98,3 2,035 99,3 2,014

220 102,6 2,144 111,4 1,975 116,4 1,890 108,2 2,033 110 2,000

240 112,7 2,130 121,7 1,972 128,2 1,872 118,8 2,020 120,4 1,993

MÉDIA 2,207 2,030 1,940 2,067 2,054

DESVIO

PADRÃO 0,058 0,048 0,046 0,038 0,048

MÉDIA

GERAL 2,060

E suas massas e respectivas porcentagens (Tabela 4.30):


PESO D2 D3 D4 D6 D7

3,672 3,697 3,661 3,712 3,74

% 91,0 91,6 92,0 90,8 91,4

MÉDIA % 91,4

Adotando um teor de umidade média de 91%. Por fim, a última variação do teor de umidade é

exibida na Tabela 4.31:



76


83% D2 D3 D4 D6 D7

V

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

I

(mA)

R

(kohm)

0 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

20 6,79 2,946 7,06 2,833 7,39 2,706 7,23 2,766 7,29 2,743

40 13,86 2,886 14,51 2,757 15,07 2,654 14,6 2,740 14,91 2,683

60 20,85 2,878 21,73 2,761 22,64 2,650 21,82 2,750 22,58 2,657

80 27,72 2,886 29,07 2,752 30,84 2,594 29,1 2,749 30,2 2,649

100 35,11 2,848 36,9 2,710 38,85 2,574 36,41 2,746 38 2,632

120 42,6 2,817 44,8 2,679 47,5 2,526 44,6 2,691 46,6 2,575

140 50,1 2,794 52,6 2,662 55,9 2,504 52,4 2,672 54,4 2,574

160 57,7 2,773 60,3 2,653 64 2,500 60,1 2,662 62,6 2,556

180 65,1 2,765 68,4 2,632 72,5 2,483 68 2,647 70,9 2,539

200 73 2,740 76,5 2,614 80,9 2,472 75,7 2,642 79 2,532

220 80,7 2,726 84,8 2,594 89,5 2,458 83,5 2,635 87,4 2,517

240 88,6 2,709 93 2,581 98,4 2,439 91,7 2,617 96,2 2,495

MÉDIA 2,814 2,686 2,547 2,693 2,596

DESVIO

PADRÃO 0,075 0,078 0,088 0,054 0,076

MÉDIA

GERAL 2,667

E suas massas e respectivas porcentagens (Tabela 4.32):


PESO D2 D3 D4 D6 D7

3,648 3,673 3,636 3,691 3,718

% 82,2 83,2 83,0 83,2 83,6

MÉDIA % 83,0

Com o valor do teor de umidade de 83% adotado. Também a curva gerada por estas

medições é apresentada na Figura 4.5:

77



Mostrando a mesma tendência das curvas anteriores.

Apesar das aproximações realizadas nas porcentagens das medições coletadas, este

artifício não implicará em mudanças significantes para a análise em respeito. Isto se deve ao

fato de que o que queremos observar é o comportamento genérico do concreto variando a

relação água-cimento e o teor de umidade. A precisão das medições não deixa de ser

importante, mas não é um ponto crucial para a análise a ser feita. Obviamente, resultará nos

gráficos gerados um erro pouco maior se comparado à medições realizadas com 100% de

precisão. Porém, devido as dificuldade no controle de secagem dos CPs, os resultados obtidos

foram bastante satisfatórios.

4.4 Análise do comportamento dos CPs

Em posse destes dados coletados, com os CPs saturados e variando o teor de umidade,

é possível observar a inter-relação entre a variação do teor de umidade com a relação A/C de

cada grupo de CPs (Figura 4.6). Para isto, basta realizar uma superposição das curvas geradas

anteriormente (Figuras 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5):

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

80 85 90 95 100 105

Resis

tência

(kΩ

)

Teor de Umidade (%)

A/C 0,60

78


Figura 4. 6 - Comportamento da resistência elétrica em função do teor de umidade.

Percebe-se neste gráfico que, além do CPs responderem corretamente à variação do

teor de umidade, estes se comportaram de maneira esperada conforme as fundamentações

teóricas que dizem respeito a este comportamento. Ou seja, quanto maior a relação água-

cimento, menor a resistência elétrica em um dado valor do teor de umidade. Apesar dos

pontos nas curvas não serem fixos para uma melhor comparação, a linha de tendência mostra

que há uma relação condizente para esta conclusão.

Em Vicente (2010), o gráfico da Figura 4.7 foi obtido:

Figura 4. 7 - Comportamento da resistência elétrica em função do teor de umidade.


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

80 85 90 95 100 105

Resis

tência

(kΩ

)

Teor de Umidade (%)

0,5

0,53

0,56

0,6

79


Onde nesta curva o comportamento isolado de cada grupo de CPs se deu conforme o

esperado: quanto maior o teor de umidade, menor o valor da resistência. Porém, ao observar

as três curvas, percebe-se que estas apresentaram um comportamento inesperado: houve

cruzamentos entre as curvas.

Uma das possíveis razões deste comportamento pode ser encontrada na formação dos

poros na mistura do concreto. Como a passagem de corrente no concreto esta intimamente

ligada aos poros formados, a metodologia utilizada pode não ter sido eficaz. A agitação do

agregado na betoneira pode produzir maior ou menor número de partículas de ar aprisionado.

Além destas curvas, é possível gerar outro gráfico para uma melhor visualização do

comportamento do concreto (Figura 4.8), fixando agora a relação água-cimento:

Figura 4. 8 - Comportamento da resistência elétrica em função da relação água-cimento.

Neste ponto, como em prática a coleta de dados para todos os CPs (diferentes relações

A/C), para um mesmo teor de umidade é muito difícil, os pontos das curvas cujos dados se

diferenciavam de 85, 90 e 95% tiveram de ser calculados. O método utilizado foi de

interpolação para que, através da curva gerada, uma função aproximada desta curva também

fosse gerada, a fim de se encontrar os valores específicos para estes teores de umidade.

Porém, como não há muitos pontos na curva, o erro gerado por esta interpolação é maior.

Contudo, conforme especificado anteriormente, a precisão de 100% não afeta

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,48 0,5 0,52 0,54 0,56 0,58 0,6 0,62

Resis

tência

(kΩ

)

Relação A/C

85%

90%

95%

100%

80


significativamente a análise proposta. Portanto os valores das resistências apresentadas no

gráfico anterior foram estimados através de cálculos.

Neste gráfico pode-se observar o comportamento “inverso” ao gráfico da figura

anterior. Neste foi fixado os teores de umidade, variando-se assim a relação água-cimento.

Conforme há um aumento na relação A/C, a condutividade elétrica aumenta, ou seja, a

resistência diminui. Na Figura 4.9 também é apresentada este mesmo comportamento obtido

em Vicente (2010):

Figura 4. 9 - Comportamento da resistência elétrica em função da relação água-cimento.


Neste, assim como o gráfico da Figura 4.7, apresenta um comportamento inesperado.

Neste fica mais nítida a incoerência dos dados encontrados com os fundamentos teóricos: para

os teores de umidade de 85, 90 e 95%, a resistência elétrica dos CPs aumentam a medida que

a relação A/C também aumenta. Segundo a teoria, conforme a relação A/C aumenta, maior a

probabilidade de se formar mais poros, consequentemente, maior as condições de conduzirem

mais. Como este gráfico é praticamente o “espelho” do gráfico da Figura 4.7, a mesma razão

para este comportamento pode ser aplicado: a metodologia de confecção dos CPs não foi

muito eficaz devido à formação irregular dos poros.

81


4.5 Testes de resistência mecânica

Além do fato destes CPs apresentarem uma melhor condutividade elétrica, estes

também apresentaram valores de resistências mecânicas bastante satisfatórias. Os testes foram

realizados no Laboratório de Materiais de Construção da UEL com um equipamento próprio

(Figura 4.10). Para estes testes, foram utilizados os três CPs de cada grupo que não foram

submetidos a testes de resistência elétrica.

Figura 4. 10 - Equipamento utilizado para o teste de compressão.

A Figura 4.11 mostra um CP após o teste de compressão:

Figura 4. 11 - CP rompido após o teste de compressão.

Nas seguintes figuras são exibidos os dados destes testes de compressão. Na Figura

4.12 são apresentados os resultados dos testes para os CPs de relação A/C 0,50.

82


Figura 4. 12 - Relatório de ensaio de teste de compressão para CPs de A/C 0,50.

Neste pode-se observar que a resistência média deste grupo de CPs foi de 43,61 MPa,

mostrando uma uniformidade na distribuição do concreto nos CPs, uma vez que, se a massa

apresenta uma segregação maior, menor será sua resistividade mecânica. Na Figura 4.13, os

valores para os CPs de A/C 0,53:


83


Este também apresentou um valor muito bom: 48,63 MPa de média. Por fim, os

valores de compressão para o grupo de A/C 0,56 estão dispostos na Figura 4.14.


Com o valor de resistência mecânica novamente acima dos 40MPa. Estes valores de

resistência mecânica são muito importantes, visto que estes são essenciais para analisar o

quanto uma determinada estrutura pode suportar. A Norma NBR6118 (2003) exige que a

resistência mínima à compressão para o concreto em elementos de fundação seja de 15MPa.

Portanto, os valores aqui encontrados foram muito bons. Apesar deste não ser o foco do

trabalho, é importante ressaltar este aspecto em virtude das propriedades físicas do concreto

das estruturas.

84

CAPÍTULO 5

CONCLUSÕES

Com base nos resultados encontrados pôde-se concluir primeiramente que o concreto,

submetido a baixas tensões elétricas é um material isolante. Com resistências superiores a 1

kΩ, estes não permitem a passagem de corrente elétrica de níveis elevados. Porém, os

objetivos do trabalho, utilizando testes de baixa tensão, são destinados à observação do

comportamento do concreto variando-se o teor de umidade e a relação água-cimento. Seria

muito interessante realizar testes de alta tensão e também medições da impedância do

concreto. Estes testes forneceriam dados mais precisos quando comparado com o cenário real.

Um estudo mais aprofundado sobre a integridade do concreto poderia ser realizado através da

aplicação de impulsos de alta tensão. Como o objetivo do sistema de aterramento é garantir

uma impedância de baixo valor, o comportamento da impedância do concreto também é

muito importante. Contudo, devido às limitações de equipamentos para realizar estas

medições, não foi possível aprofundar-se mais no assunto.

Os resultados mostraram um comportamento condizente ao que se encontra na teoria

quanto a estas variações, ou seja, variando-se o teor de umidade e a relação água-cimento dos

corpos de prova utilizados, estes responderam de maneira compatível. Quanto maior a relação

A/C nos CPs, melhor a sua condutividade, ou seja, sua resistência elétrica decresce, uma vez

que, a água que não se incorporou a mistura, dá origem aos chamados poros, que tem

influencia direta na condutividade do concreto. Também nesta linha de pensamento, quanto

maior o teor de umidade dos CPs, maior também sua condutividade, diminuindo, portanto sua

resistividade (maior a quantidade de água para o preenchimento dos poros). Este é um fato de

suma importância, uma vez que solo utilizado nos elementos de fundação, que são bastante

profundos, tem um alto nível de umidade, propiciando, assim, uma melhor condutividade nos

casos que são utilizados os elementos de fundação como parte do SPDA.

85

CAPÍTULO 5. CONCLUSÕES

A nova metodologia implantada (implementação do inversor de freqüência junto ao

motor da betoneira para controle de velocidade) mostrou-se bastante eficiente. Comparando

os dados obtidos neste trabalho, com dados coletados anteriormente (VICENTE, 2010), sem a

utilização do inversor de freqüência, pode-se inferir alguns pontos: as resistências médias aqui

obtidas tiveram valores inferiores, possivelmente por uma melhor formação e distribuição de

poros; apesar de uma possível elevação do número de poros, a resistência mecânica

apresentada nos CPs deste trabalho apresentaram em torno de 30% de elevação nesta variável,

mostrando que a integridade do concreto não foi prejudicada; e a relação entre as curvas,

fixando-se a relação água-cimento ou o teor de umidade, seguiu a linha da teoria, ou seja, a

metodologia aplicada auxiliou à melhora dos resultados obtidos.

Também, o novo método empregado para secagem dos CPs utilizada mostrou uma boa

melhora nos resultados, deixando as umidades entre cada grupo de CPs relativamente

próximas. Porém, para uma análise com maior acurácia, este método pode ser melhorado,

apesar desta etapa de secagem depender muito do ambiente a que estes estão expostos, e a

disposição dentro deste ambiente, uma vez que quanto maior a área de contato com o ar

ambiente, maior a troca de umidade com este.

Conforme já observado nos dados coletados, a formação dos poros pode ser

considerada como uma das variáveis mais importantes, se não a mais importante. Pelos

resultados obtidos, se a formação destes poros não for muito homogênea, a circulação de

corrente pode ocorrer de forma irregular ou até deixar de fluir, ou seja, não haverá um

caminho físico dentro do concreto para a circulação desta corrente. Apesar de não constar

nenhum dado na parte de resultados, foi realizado um teste aplicando-se uma tensão em um

CP de baixo teor de umidade (próximo a 10%). As correntes observadas foram insignificantes

(na faixa de uA a partir de 100V), mostrando a grande diferença entre um CP úmido e um CP

praticamente seco. Portanto, percebe-se que a presença dos poros e do teor de umidade no

concreto determinam grande parte de suas propriedades elétricas.

Quanto à segurança de aterramentos estruturais, o concreto com alto teor de umidade

apresenta uma resistividade elétrica inferior aos solos considerados mais condutivos. Assim a

corrente da descarga atmosférica encontra menor impedância no concreto dos elementos de

fundação do que na própria terra. Casos práticos observados no Brasil e em outros países,

onde o aterramento estrutural é empregado, mostram valores de resistências de aterramento

muitas vezes inferiores, quando comparadas às resistências de aterramentos tradicionais.

86

CAPÍTULO 5. CONCLUSÕES

Também, a redução de problemas em ETIs (equipamentos de tecnologia de informação) após

uma descarga atmosférica mostra que o aterramento estrutural auxilia na redução do efeito

eletromagnético causado pela onda de corrente da descarga.

Atualmente, pouca atenção é empregada no que se refere ao comportamento elétrico

do concreto. A variação da composição do concreto é um fator determinante para a

resistividade do concreto e, por conseqüência, sua impedância. Estudos e testes mais

aprofundados devem ser encorajados para um melhor entendimento a respeito do assunto,

para que, no futuro, o aterramento estrutural possa ser utilizado sem provocar receios e

preocupações.

87

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