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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

MÉTODOS DE ENSAIO PARA A DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO

Bruno Souza Cerralio

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos como parte dos requisitos para a conclusão da graduação em Engenharia Civil Orientador: Prof. Dr. Almir Sales

São Carlos 2012

DEDICATÓRIA

Dedico esta monografia à minha família, mais precisamente

meu pai, Ivair Cerralio, minha mãe, Dalva Aparecida de Souza

Cerralio, e meu irmão, Vitor Souza Cerralio, pois mesmo

quando não se viam possibilidades para que eu concluísse o

curso e chegasse ao final com êxito, eles estiveram ao meu

lado, em sacrifício quase constante, para priorizar minha

graduação, deixando de lado suas próprias vontades e se

concentrando na minha formação. A eles eu dedico este

trabalho.

AGRADECIMENTOS

Meus agradecimentos sempre são e serão dados ao Deus que mudou minha história e me

possibilitou chegar ao final de mais uma caminhada em minha vida. Sem Ele, eu não teria

atingido o lugar que alcancei.

Porque dele, por ele e para ele são todas as coisas. Glória, pois, a ele eternamente.

Amém.

Romanos 11:36

RESUMO

RESUMO

O concreto é hoje, sem dúvida, um dos maiores produtos consumidos pelo ser humano. Sua importância e preferência se dá por possuir características que o tornam um material flexível de ser utilizado em diversas ocasiões ligadas à engenharia, em relação ao outros materiais. No entanto, para poder assegurar que suas características realmente estão em atuação quando solicitado, é necessária a execução de ensaios que comprovem as mesmas. Este trabalho teve como tema central a análise dos métodos de ensaio que são utilizados para determinar as características do concreto, mais precisamente suas propriedades mecânicas, como resistência à compressão e módulo de elasticidade. Para isso foram pesquisadas normas nacionais, da ABNT, e internacionais, como as normas da ASTM, que definem os métodos de execução dos ensaios, a fim de serem comparadas e de se determinar o quanto eles diferem entre si. Além disto, foram realizados ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade, de acordo com as normas nacionais. As normas utilizadas para os ensaios foram a NBR 5739:2007, para o ensaio de resistência à compressão do concreto e a NBR 8522:2008, para o ensaio de módulo de elasticidade. O concreto utilizado foi o mesmo em todos os corpos de prova e ambos os ensaios foram realizados na idade de 28 dias do concreto. Para a resistência à compressão, foram ensaiados 6 corpos de prova de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura, enquanto que para o de módulo de elasticidade foram ensaiados outros 3 corpos de prova, também das mesmas dimensões. Os resultados dos ensaios apresentaram valores abaixo do esperado para resistência à compressão e valores com notável discrepância tanto para o ensaio de resistência à compressão quanto para o ensaio de módulo de elasticidade. Contudo, os valores de módulo de elasticidade obtidos nos ensaios quando comparados com valores obtidos por meio de formulações teóricas contidas na NBR 6118:2007 apresentaram-se muito próximos, atestando confiabilidade quanto sua fidelidade ao valor real. No comparativo entre as normas, os pontos mais avaliados foram aqueles relacionados ao método de execução do ensaio. Notou-se muita semelhança quanto ao ensaio de resistência à compressão e algumas divergências mais notórias quanto ao ensaio de módulo de elasticidade. Ao final, concluiu-se que, apesar dos resultados de resistência à compressão não expressarem a realidade com consistência, o fator mais provável para que isso tenha acontecido não seja o ensaio, propriamente dito, mas sim fatores indiretos relacionados ao ensaio do concreto, como os procedimentos realizados na preparação dos corpos de prova antes dos testes. Isto porque, quanto ao ensaio de módulo, os resultados coletados mostraram-se muito satisfatórios quando comparados com os valores de módulo calculados teoricamente em base nas resistências individuais dos corpos de prova ensaiados. Sendo assim, principalmente para o módulo de elasticidade, foi possível afirmar que os ensaios estudados apresentam eficiência quando se necessita determinar as propriedades do concreto.

Palavras-chave: Concreto; resistência à compressão; módulo de elasticidade.

ABSTRACT

ABSTRACT

Concrete is, today, undoubtedly, one of the most consumed products by humans. Its importance and preference is given because of its characteristics, that make it a flexible material, that´s used frequently in engineering working. However, in order to ensure that its features are really working when requested, it’s necessary tests the material for proving the same. This study was theme by the analysis of test methods used to determine the concrete’s characteristics, more precisely its mechanical properties such as compressive strength and modulus of elasticity. For that, were screened national and international standards, from ABNT and ASTM, that define test methods to perform assays in order to be compared and be determined how much difference exists between the methods. In addition, assays were performed compressive strength and modulus of elasticity tests, in accord with the national standards. The standards used in the tests were NBR 5739:2007, for testing compressive strength of the concrete, and NBR 8522:2008, for modulus of elasticity test. The concrete used for the two tests was the same, from the same sample, and them were aged at 28 days old. To the compressive strength were tested six specimens of 100 mm diameter and 200 mm height, while for the modulus of elasticity were tested three other specimens, also with the same dimensions. The test results showed lower values than was expected for compressive strength and values with noticeable divergences, for both the compression strength and modulus of elasticity tests. However, the modulus values obtained in the tests when compared with theoretical formulas values obtained through the 6118:2007 NBR showed up very close to the real value, confirming its reliability. In the comparison between the standards, the most evaluated points were those related to the method of testing. It was noted as much resemblance to compressive strength test and some most notable divergences to the modulus of elasticity test. In the end, it was concluded that, despite the results of compressive strength not express with consistency the reality, the most likely factor that make this happens was not the test itself, but indirect factors related to concrete testing, as procedures performed while in preparation of the specimens before testing. This is because, as the module test, the collected results were very satisfactory when compared with the theoretically calculated modulus values on the basis of the individual resistances of the specimens tested. Thus, particularly for modulus of elasticity was possible to state that tests have showed efficiently when it needs to determine the concrete’s properties. Key-words: concrete, compressive strength, modulus of elasticity.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Tubos de concreto ....................................................................................................... 8 Figura 2: Museu de arte contemporânea..................................................................................... 9 Figura 3: Crescimento da resistência à compressão do CPR nas primeiras idades .................. 15

Figura 4: Efeito da relação a/c e do tipo de agregado com a resistência à compressão de

concretos com agregados reciclados cimentícios ............................................................. 16 Figura 5: Efeito da relação a/c e do tipo de agregado com a resistência à compressão de

concretos com agregados reciclados cerâmicos ............................................................... 17 Figura 6: Relação tensão-deformação ...................................................................................... 19

Figura 7: Curva granulométrica – agregado miúdo .................................................................. 25 Figura 8: Curva granulométrica – agregado graúdo ................................................................. 28

Figura 9: Mesa vibratória e moldes de corpos de prova ........................................................... 32 Figura 10: Preenchimento dos corpos de prova com o concreto .............................................. 32 Figura 11: Corpos de prova arrasados após finalização do adensamento ................................ 33 Figura 12: Corpos de prova em repouso para endurecimento .................................................. 33

Figura 13: Corpos de prova em tanque de solução de hidróxido de cálcio .............................. 34 Figura 14: Retificadora de corpos de prova de concreto .......................................................... 34

Figura 15: Retificadora em uso ................................................................................................ 35 Figura 16: Corpos de prova retificados e preparados para ensaio ............................................ 36 Figura 17: Superfície retificada de um corpo de prova ............................................................ 36

Figura 18: Prensa de ruptura para ensaios ................................................................................ 37

Figura 19: Posicionamento do corpo de prova para ruptura ..................................................... 38

Figura 20: Mostrador digital de carga da prensa de ruptura ..................................................... 39 Figura 21: Posicionamento dos medidores de deformação em um corpo de prova ................. 41

Figura 22: Software utilizado no ensaio ................................................................................... 42 Figura 23: Corpo de prova preparado para o ensaio ................................................................. 43 Figura 24: Curva tensão-deformação do corpo de prova 1 ...................................................... 51

Figura 25: Curva tensão-deformação do corpo de prova 2 ...................................................... 53

Figura 26: Curva tensão-deformação do corpo de prova 3 ...................................................... 55

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Resistência à compressão em CPR ........................................................................... 14 Tabela 2: Resistência à compressão nas primeiras idades, com e sem cura térmica ................ 15 Tabela 3: Resultado de módulo de elasticidade para concretos ............................................... 20

Tabela 4: Caracterização do cimento........................................................................................ 23 Tabela 5: Caracterização granulométrica – agregado miúdo ................................................... 24 Tabela 6: Caracterização granulométrica – agregado graúdo .................................................. 27 Tabela 7: Avaliação preliminar da água ................................................................................... 30 Tabela 8: Análise química da água ........................................................................................... 30

Tabela 9: Análise física da água ............................................................................................... 31 Tabela 10: Análise da água quanto a resistência à compressão em corpos de prova de

concretos – rupturas em 7 e 28 dias .................................................................................. 31 Tabela 11: Normas internacionais e respectivas instituições produtoras ................................. 46 Tabela 12: Resistência à compressão obtida no ensaio, por corpo de prova ............................ 47 Tabela 13: Resistências características: estatística e estipulada ............................................... 48

Tabela 14: Patamares de carregamento .................................................................................... 49 Tabela 15: Patamares de carregamento para o corpo de prova 1 ............................................. 49

Tabela 16: Deformações obtidas para o corpo de prova 1 ....................................................... 50 Tabela 17: Tabela resumo do ensaio com valores de módulo secante para o corpo de prova 1

.......................................................................................................................................... 50

Tabela 18: Patamares de carregamento para o corpo de prova 2 ............................................. 51

Tabela 19: Deformações obtidas para o corpo de prova 2 ....................................................... 52

Tabela 20: Tabela resumo do ensaio com valores de módulo secante para o corpo de prova 2

.......................................................................................................................................... 52

Tabela 21: Patamares de carregamento para o corpo de prova 3 ............................................. 53 Tabela 22: Deformações obtidas para o corpo de prova 3 ....................................................... 54 Tabela 23: Tabela resumo do ensaio com valores de módulo secante para o corpo de prova 3

.......................................................................................................................................... 54

Tabela 24: Quadro comparativo NBR 5739:2007 e ASTM C39/C39M – 12 .......................... 55 Tabela 25: Continuação ............................................................................................................ 56 Tabela 26: Continuação ............................................................................................................ 57 Tabela 27: Quadro comparativo NBR 8522:2008 e ASTM C469/C469M – 10 ...................... 57 Tabela 28: Continuação ............................................................................................................ 58

Tabela 29: Continuação ............................................................................................................ 59

Tabela 30: Continuação ............................................................................................................ 60

Tabela 31: Comparação entre valores obtidos para módulo de elasticidade secante ............... 62 Tabela 32: Valores de módulo de deformação para tensões a 30 e 40% da tensão de ruptura

(fc) .................................................................................................................................... 64 .

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 8

1.1 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA .................................................................... 9

2. OBJETIVOS .................................................................................................................... 11

2.1 DETALHAMENTO DOS OBJETIVOS .............................................................. 11

3. JUSTIFICATIVAS .......................................................................................................... 12

4. REVISÃO BIBLIOGÁFICA ........................................................................................... 13

4.1 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO ....................................... 13 4.1.1 Resistência à compressão ..................................................................................... 13 4.1.2 Módulo de elasticidade ......................................................................................... 18

4.2 MÉTODOS DE ENSAIO PARA A DETERMINAÇÃO DAS

PROPRIEDADES MECÂNICAS ..................................................................................... 20

5. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................ 22

5.1 MATERIAIS ........................................................................................................... 22 5.1.1 Cimento ................................................................................................................ 22

5.1.2 Agregado miúdo ................................................................................................... 22 5.1.3 Agregado graúdo .................................................................................................. 22 5.1.4 Água ..................................................................................................................... 23

5.2 MÉTODOS .............................................................................................................. 23 5.2.1 Caracterização dos materiais ................................................................................ 23 5.2.2 Ensaios realizados com o concreto ....................................................................... 31 5.2.3 Análise do conteúdo normativo pertinente ao estudo ........................................... 45

6. RESULTADOS ................................................................................................................ 47

6.1 ENSAIOS REALIZADOS COM O CONCRETO .............................................. 47 6.1.1 Resistência à compressão ..................................................................................... 47 6.1.2 Módulo de elasticidade ......................................................................................... 48

6.2 ANÁLISE DO CONTEÚDO NORMATIVO PERTINENTE AO ESTUDO ... 55 6.2.1 Ensaio de resistência à compressão ...................................................................... 55 6.2.2 Ensaio de módulo de elasticidade ......................................................................... 57

7. CONCLUSÕES ................................................................................................................ 61

8. REFERÊNCIAS .............................................................................................................. 65

8

1. INTRODUÇÃO

Considerado um dos materiais mais consumidos no mundo, o concreto é tido como

indispensável à vida do ser humano, ficando atrás somente da água, em se tratando de

quantidade em massa demandada (ABCP, 2009). Com isso, afirma-se sua importância à

construção civil, principalmente, no ramo de estruturas, onde se tem maior emprego.

Apesar de o concreto endurecido não ser tão resistente nem tão tenaz, em

comparação ao aço, e também não possuir baixa densidade, em comparação com a

madeira (Sales, 2010), a preferência em utilizá-lo na engenharia é explicada por Mehta

(1994).

Segundo este, o concreto possui excelente resistência à água. Ao contrário da

madeira e do aço comum, a capacidade resistente do concreto em contato com a água, sem

deterioração séria, torna o material excelente para construções destinadas a controlar,

estocar e transportar água. Com o seu uso em diversas aplicações considerando a ação da

água, como barragens, canais, canalizações para conduzir água (Figura 1), reservatórios,

seu uso também pode ser visto em elementos destinados a serem utilizados em ambientes

úmidos, como estacas, sapatas, vigas, pilares, coberturas, paredes exteriores e pavimentos.

Figura 1: Tubos de concreto

Fonte:http://www.tuboscopel.com.br/tubos-circulares.php

9

Sua flexibilidade, em se executar elementos estruturais de diferentes formas e

tamanhos, também traz ao concreto um diferencial em relação aos outros materiais para

confecção de estruturas. Isso porque o concreto em seu estado fresco, logo após serem

iniciados os processos de misturas de seus materiais componentes, possui consistência

plástica dando a condição de ser manuseado e moldado conforme a fôrma a qual ele é

lançado. Com isso, as estruturas podem ser dimensionadas conforme a preferência

arquitetônica do projeto, salvo algumas raras exceções. Na Figura 2 é ilustrado um exemplo

de estrutura de concreto armado que foi moldada conforme as preferências arquitetônicas

de Oscar Niemeyer.

Figura 2: Museu de arte contemporânea

Fonte: http://architecture.about.com/od/findphotos/ig/Oscar-Niemeyer/Niemeyer-Museum-of-

Arts.htm

Além destas características, a que mais intensifica sua preferência na engenharia

pela utilização do concreto, em relação a outros materiais, é sua qualidade de ser mais

barato e com maior disponibilidade em canteiro. Por ser formado por materiais como areia,

pedra e água, matérias primas que necessitam de um beneficiamento barato, o custo final

do concreto atinge valores inferiores aos de outros materiais estruturais.

1.1 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA

Dentro do cotidiano das construções desenvolvidas, são necessárias as

determinações das propriedades mecânicas do concreto, que são feitas através de ensaios.

Estes ensaios, por sua vez, devem garantir confiabilidade dos resultados obtidos e

proximidade com os valores reais para cada propriedade. Isto é possível através de estudos,

10

os quais determinam as maneiras mais eficientes de se executarem os ensaios, com a

confecção de normas técnicas que regulamentam suas diretrizes necessárias.

Para a resistência à compressão, a norma brasileira que regulamenta o ensaio para

sua determinação é a NBR 5739. Para o módulo de elasticidade, a norma brasileira é a NBR

8522.

Porém a realidade de determinação das propriedades mecânicas não segue um

padrão em todos os casos. No caso dos ensaios, as normas brasileiras não

necessariamente expressam os mesmos procedimentos desenvolvidos em normas de

outros países, como é o caso das normas ASTM (EUA) e da ISO. Além disso, ainda existem

métodos científicos que não seguem normatizações definidas, adotando seus próprios

procedimentos para encontrar estas propriedades. Neste caso, é possível ver um exemplo

nos procedimentos realizados por Vanderlei (2004), na determinação da resistência à

compressão e módulo de elasticidade para concretos pós-reativos, com adições de fibras

metálicas.

Dessa forma, visto que podem surgir diferentes maneiras para se definirem as

propriedades mecânicas do concreto, vê-se a necessidade a cada dia de se desenvolver

métodos de ensaio com maior grau de padronização, para que sejam evitados assim os

desvios provenientes dos diferentes procedimentos utilizados.

11

2. OBJETIVOS

O trabalho possui como objetivo geral a analisar os métodos de ensaio para a

determinação das propriedades mecânicas do concreto: resistência à compressão e módulo

de elasticidade.

2.1 DETALHAMENTO DOS OBJETIVOS

Para a realização deste objetivo geral, será necessário o cumprimento dos seguintes

objetivos específicos:

Verificar as diferenças entre a normalização (nacional e internacional)

pertinentes a determinação das propriedades mecânicas do concreto;

Discriminar quais os ensaios são usados no cotidiano da construção civil para

a determinação destas propriedades;

Verificar a acurácia dos ensaios praticados no Brasil para determinação das

propriedades mecânicas do concreto;

Propor recomendações visando minorar a variabilidade dos valores obtidos na

aplicação dos métodos de ensaio para determinação das propriedades

mecânicas do concreto.

‘

12

3. JUSTIFICATIVAS

O tema abordado neste documento é algo que necessita de pesquisas e trabalhos

científicos que prezam pela sua manutenção periódica, visto que este assunto para a

engenharia é de fundamental importância, pois lida de fatores dentro do cotidiano da

construção civil.

No âmbito da Universidade, o trabalho desenvolvido acrescentará maior

conhecimento que interliga o ambiente acadêmico com o ambiente profissional, já que as

análises realizadas neste documento serão baseadas em comparações de métodos práticos

com métodos teóricos.

Quanto à formação profissional do aluno, o tema abordado possui grande ligação

com as questões diárias de um engenheiro que lida com o material concreto, objeto de

trabalho desejado para aluno.

Além disso, sabendo que a determinação da resistência à compressão e do módulo

de elasticidade do concreto são cruciais para a execução adequada e segura de projetos

tanto em concreto armado moldado in loco, como protendido e pré-moldado, dá-se a

importância do trabalho desenvolvido.

13

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO

A utilização de qualquer material de construção, em um determinado componente da

obra, leva-se em conta qual a finalidade que o componente tem para a mesma. No caso do

componente estrutural, a finalidade básica deste é resistir aos esforços solicitantes da

construção, tanto em fase de execução quanto de utilização. Por isso, a propriedade

mecânica essencial para estruturas é a resistência. Mas além desta propriedade, existem

outras propriedades mecânicas que necessitam ser avaliadas num projeto de estruturas,

para a execução e utilização segura de qualquer elemento estrutural. Para o caso do

concreto endurecido, serão abordadas as principais.

4.1.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Segundo Mehta (1994), resistência é a capacidade de um material resistir tensões

sem romper-se. Tendo em vista que a principal característica do concreto é resistir aos

esforços de compressão, seu valor da resistência à compressão é sempre especificado no

projeto de estruturas.

Vanderlei (2004) ainda completa mencionando que, a partir da resistência à

compressão, é possível avaliar outras propriedades, tipo e qualidade do concreto. Isso é

possível devido ao reflexo direto sofrido na resistência à compressão, quando se deseja

alterar alguma característica do concreto, a fim de se obter um desempenho específico para

o material.

Numa análise simples de resistência à tração e à flexão do concreto, pode-se

considerar serem da ordem de 10% e 15%, respectivamente, da resistência à compressão.

A exemplo disto, para construções usuais de concreto, em que são utilizados concretos de

resistência à compressão em torno de 30 MPa, suas respectivas resistências à tração e à

flexão são de aproximadamente de 3 MPa e 4,5 MPa.

Em geral, a resistência à compressão é afetada por diversos fatores. Estes fatores

são justamente os que trazem ao concreto diferentes características, dependendo da

especificação do material em seu projeto. Esses fatores são: materiais componentes do

14

concreto, dosagem, fator água/cimento (a/c), teor de ar incorporado na pasta do concreto e

condições de cura (Mehta, 1994).

Vanderlei (2004) trabalhou em sua pesquisa com concretos de pós-reativos, que são

concretos confeccionados com materiais pulverulentos em que suas partículas possuem

diâmetro máximo menor que 2 mm e podem alcançar valores para resistência de até 800

MPa. E nessa pesquisa desenvolveu ensaios variando a composição do traço e o tipo de

cura do concreto.

No caso da dosagem dos concretos, Vanderlei (2004) utilizou traços com

composições variando a quantidade de fibras metálicas em taxas de 0%, 0,5%, 1%, 2%, 3%

e 4% em volume. Como resultado, avaliando a resistência à compressão nas idades de 7,

14, 28, 63 e 91 dias, foram obtidos os valores apresentados na Tabela 1.

Tabela 1: Resistência à compressão em CPR

%

Fibras

Resistência à compressão (MPa)

7 dias 14 dias 28 dias 63 dias 91 dias

0 105,65 159,60 190,70 182,00 187,50

0,5 188,20 190,60 199,80 200,20 201,00

1 196,15 181,85 189,23 197,15 202,00

2 190,90 199,30 103,58 199,00 210,63

3 209,75 206,35 206,10 210,50 213,40

4 199,45 192,57 204,27 202,25 213,10

Fonte: Vanderlei, 2004 (modificado)

É possível notar na Tabela 1 que as resistências tendem a aumentar quanto maior a

quantidade de fibras, com exceção do caso da dosagem com 4% de fibras que apresentou

valores menores a dosagem com 3% de fibras.

Quanto ao tipo de cura, Vanderlei (2004) estudou as diferenças da cura úmida e da

cura térmica na resistência do concreto nas primeiras horas de sua produção, com a taxa de

3% de fibras. A cura úmida foi realizada do início ao fim das horas analisadas. A cura

térmica foi realizada após 48 horas de cura úmida. Os resultados são apresentados na

Tabela 2.

15

Tabela 2: Resistência à compressão nas primeiras idades, com e sem cura térmica

Idade

(horas)

Tensão (MPa)

Sem cura

térmica

Com cura

térmica

0 0,00 0,00

12 35,00 36,80

24 59,85 61,07

36 83,35 84,40

48 96,00 98,20

60 102,85 168,10

72 103,05 177,80

84 104,25 180,90

96 111,70 190,10

120 111,95 191,00

144 120,55 192,80

168 120,00 200,50


Ainda um gráfico foi confeccionado para se visualizar melhor as diferenças nas

resistências e o desenvolvimento de cada curva com o tempo, conforme Figura 3.

Figura 3: Crescimento da resistência à compressão do CPR nas primeiras idades


Analisando os resultados na Tabela 2 e no gráfico da Figura 3, é possível identificar

que os corpos de prova sujeitos à cura térmica, após as primeiras 48 horas de cura úmida,

16

desempenharam resistências superiores aos corpos de prova com mesma idade, porém

sem a influência da cura térmica.

Quanto aos materiais que compõem o concreto, eles são, basicamente, agregados

(areia e pedra britada), cimento e água. Em casos mais específicos há o incremento de

aditivos e adições.

Para os agregados, suas características como resistência, densidade, tamanho,

forma, textura da superfície, granulometria (distribuição granulométrica) e mineralogia,

influenciam reconhecidamente na resistência do concreto, em níveis diferentes.

Carrijo (2005) analisou o desempenho mecânico de concretos confeccionados com

agregados de material proveniente de resíduos de construção e de demolição. Na análise, a

pesquisadora confeccionou traços onde foi variada a natureza de agregado utilizado

(agregados gerados de materiais cerâmicos e de materiais cimentícios), a densidade do

agregado e com o fator água-cimento (relação a/c).

Na Figura 4 é apresentada a variação da resistência à compressão dos concretos

moldados com o fator a/c e com a densidade, para concretos confeccionados com

agregados de natureza cimentícia.

Figura 4: Efeito da relação a/c e do tipo de agregado com a resistência à compressão de concretos com agregados reciclados cimentícios

Fonte: Corrijo, 2005

17

Os traços c1,9, c1,9-2,2, c2,2-2,5, c2,5 indicam a densidade do agregado, sendo o

primeiro traço contendo agregados com densidades menores que 1,9 g/cm³, o segundo

contendo agregados com densidade variando no intervalo contido entre 1,9 e 2,2 g/cm³, o

terceiro contendo agregados com densidade variando no intervalo contido entre 2,2 e 2,5

g/cm³ e, por último, o quarto traço contendo agregados com densidades maiores que 2,5

g/cm³. O traço referência, confeccionado com agregados de origem mineral, possui o nome

de “natural”.

Para os concretos confeccionados com agregados de natureza cerâmica foram

alcançados os resultados de resistência à compressão que podem ser visualizados na

Figura 5.

Figura 5: Efeito da relação a/c e do tipo de agregado com a resistência à compressão de concretos com agregados reciclados cerâmicos

Fonte: Corrijo, 2005

As relações de traço são semelhantes às anteriores, contendo uma única diferença,

de o nome de cada traço levar a letra “v” ao invés de “c”.

No caso do cimento, a avaliação de como a sua utilização influencia na resistência

do concreto é mais complexa, pois não envolve somente suas características físicas, mas

também as reações químicas que ocorrem durante o processo de mistura dos materiais e

durante o endurecimento do concreto nas primeiras idades.

A água influencia mudanças na resistência do concreto em bem menos intensidade

do que os outros materiais. Isso porque a alteração da resistência do concreto ocorre

quando há certa quantidade de impurezas, que não se encontra normalmente na água

18

fornecida pela concessionária de abastecimento municipal, água essa utilizada para a

produção de concreto. Portanto, alterações na resistência do concreto, devido às

características da água, não são comuns de ocorrer.

Além dos materiais utilizados na confecção de concretos, sua composição no traço

também é responsável pelas variações na resistência, como já foi visto anteriormente nos

exemplos dos estudos de Vanderlei (2004) e Carrijo (2005). Isto é devido a necessidade de

se produzir concretos com fatores, como trabalhabilidade e tempo de pega, variados. Com

isso são exigidas que as quantidades de cada material variem de acordo com cada

especificação.

4.1.2 MÓDULO DE ELASTICIDADE

Como visto, a resistência é uma característica de fundamental importância para o

projeto de estruturas, porém qualquer tensão é acompanhada de uma deformação, fator

este muito importante também no momento de se avaliar a funcionalidade de uma estrutura

(Neville, 1997).

Para se estudar melhor o comportamento da estrutura, em termos da relação tensão-

deformação, utiliza-se o módulo de elasticidade, ou módulo de deformação estático. Sua

definição é dada por Mehta (1994) como sendo a relação entre a tensão aplicada a um

material e sua respectiva deformação, nos limites de tensão onde o material possa reverter

sua deformação.

Este aspecto reversível ou não da deformação de um material vem do fato de o

mesmo apresentar comportamentos diferentes, quando submetidos a tensões diferentes.

Podem ser citados dois comportamentos referentes à deformação: deformação elástica e

deformação plástica.

A deformação elástica é a deformação que um material sofre com a condição do

mesmo voltar ao estado inicial (ou tamanho inicial), após o descarregamento. Já a

deformação plástica, ou permanente, não possui a condição de o material voltar ao estado

inicial após seu descarregamento. Ao contrário, o material, após ser descarregado,

permanece com uma deformação residual e não pode mais voltar ao tamanho inicial, antes

de ter recebido a carga.

Assim, o módulo é dado na região de tensões onde o comportamento do material é

elástico, podendo reverter sua deformação quando descarregado.

Segundo Mehta (1994), o módulo de deformação estático, pode ser calculado de três

maneiras diferentes, já que para o concreto a curva tensão-deformação é não-linear. Estas

19

três maneiras de se calcular o valor do módulo originaram três módulos, descritos abaixo,

acompanhados da Figura 6 onde estão representados graficamente cada tipo de módulo.

O módulo tangente, dado pela declividade de uma reta tangente à curva em qualquer

ponto da mesma (reta TT’).

O módulo secante, dado pela declividade de uma reta traçada da origem a um ponto

da curva correspondido a aproximadamente 40% da tensão da carga de ruptura (reta SO).

O módulo corda, dado pela declividade de uma reta traçada entre dois pontos da

curva tensão-deformação. Comparando ao módulo secante, ao invés da origem, a linha é

traçada de um ponto representando uma deformação longitudinal de 50 micrômetros por

metro (reta SC).

Figura 6: Relação tensão-deformação

Fonte: Mehta, 1994

Assim como a resistência à compressão, o módulo de elasticidade também varia

conforme vários fatores. Os mais importantes, segundo Silva (2000), são a porosidade e os

materiais componentes. Silva (2000) em sua pesquisa avaliou a influencia da sílica ativa e

do tipo de cimento nos valores para módulos de elasticidade. Na Tabela 3 estão

apresentados os resultados para três tipos de cimento (CP II E 32, CP V ARI PLUS, CP V

ARI RS) e para a presença ou não de sílica.

20

Tabela 3: Resultado de módulo de elasticidade para concretos

Traço do concreto

CP II E 32 E

(GPa)

Traço do concreto

CP V ARI Plus E

(GPa)

Traço do

concreto CP IV

ARI RS

E

(GPa)

1:3,2EN 49,8 1:3,2PN 49,1 1:3,2RSN 48,6

1:3,2ES 51,8 1:3,2PS 54,2 1:3,2RSS 52,3

1:4,64EN 37,4 1:4,64PN 41,1 1:4,64RSN 40,3

1:4,64ES 44,3 1:4,64PS 46,3 1:4,64RSS 44,5

1:6,5EN 26,6 1:6,5PN 27,5 1:6,5RSN 29,3

1:6,5ES 29,5 1:6,5PS 32,1 1:6,5RSS 33,0

Fonte: Silva, 2000 (modificado)

Os traços indicam a quantidade de cimento e a quantidade de agregado. Logo a

frente da dosagem estão as iniciais do tipo de cimento e se há a sílica ou não. Por exemplo,

o traço 1:4,64PN indica que o traço possui a quantidade de 4,64, em unidade de massa, de

agregados para cada unidade de cimento; a letra “P” se refere a “Plus” do cimento CP V ARI

Plus; e a letra “N” indica que não possui sílica. Já para o traço 1:6,5RSS indica que o traço

possui a quantidade de 6,5, em unidade de massa, de agregados para cada unidade de

cimento; as letras “RS” se referem ao “RS” do cimento CP V ARI RS; e a letra “S” indica que

o traço possui sílica ativa.

Nesta análise é fácil verificar a influência da sílica ativa no concreto, que causa um

aumento no valor do módulo de elasticidade em todos os casos estudados por Silva (2000).

4.2 MÉTODOS DE ENSAIO PARA A DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES

MECÂNICAS

Os ensaios utilizados para se encontrar estas propriedades, resistência à

compressão e módulo de elasticidade, são determinados por normas técnicas, responsáveis

em garantir a execução destes ensaios com segurança, praticidade e dar confiabilidade aos

resultados alcançados.

Estas normas normalmente são desenvolvidas com o amparo de informações de

caráter científico teórico ou experimental, levando-se em conta a origem da fonte destes

dados e informações. Com isso, o desenvolvimento destes métodos está vinculado, em

muitos casos, ao local, à cultura e até mesmo à língua referente à literatura utilizada de base

21

para o estudo. Assim é fácil encontrar diferentes normas técnicas quando pesquisadas em

diferentes países, línguas e culturas.

No Brasil a associação que regulamenta as normas utilizadas em território nacional é

a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). E, no caso do concreto, os ensaios

que determinam a resistência à compressão e o módulo de elasticidade são descritos pelas

NBR 5739 e a NBR 8522, respectivamente.

Já em países como EUA e nos países europeus existem outras normas destinadas a

estes procedimentos e que não necessariamente estão em acordo entre si. Nos EUA a

organização que padroniza seus métodos e normas é o Instituto Nacional Americano de

Padrões (ou American National Standards Institute - ANSI). Na Alemanha, é o Instituto

Alemão de Normatização. Em Portugal é o Instituto Português da Qualidade e assim

sucessivamente encontram-se em cada país uma organização que desenvolve suas

próprias normas técnicas.

Com isso podem vir a surgir problemas de incompatibilidades de métodos quando se

deseja realizar estudos comparativos de problemas estudados com normas e métodos

diferentes. A fim de se minimizar estes problemas, algumas organizações mundiais foram

criadas, buscando unificar normas semelhantes para grupo de países. Este é o caso da

Organização Internacional de Normalização (ISO), do Comitê Europeu de Normalização

(CEN) e da Associação Mercosul de Normalização (AMN).

Mas ainda assim, pode não ser o suficiente para padronização. Muitos

pesquisadores possuem dificuldades em compatibilizar resultados de pesquisas e, com isso,

possíveis avanços, que a ciência já poderia ter alcançado, estão a espera de pesquisas que

realizem a transferência do conhecimento de forma adequada ao rigor cobrado pela ciência.

Assim, estudos nesta área precisam ser incentivados para que se desenvolvam estes

métodos que possam harmonizar o conhecimento mundial e difundi-lo com maior eficiência.

22

5. MATERIAIS E MÉTODOS

5.1 MATERIAIS

5.1.1 CIMENTO

O cimento utilizado para a confecção de concretos foi o Cimento Portland de Alta

Resistência Inicial (CP V ARI). Este cimento tem como característica o rápido

desenvolvimento de resistência nos primeiros dias de sua aplicação. Isso se dá devido a

utilização de uma dosagem diferente de calcário e argila na produção do clínquer (material

precedente do cimento em sua fabricação), bem como pela moagem mais fina do cimento,

de maneira que, ao acontecer a reação com a água, ele adquira elevadas resistências, com

maior velocidade. O cimento CP V ARI é comercializado por diversas empresas, sendo o

cimento HOLCIM o utilizado neste estudo.

5.1.2 AGREGADO MIÚDO

O agregado miúdo, ou areia, utilizado na pesquisa foi o agregado comercializado

pela empresa Aremassa, situada na região da Mooca, em São Paulo. Logo que foi recebido,

foram feitas coletas para amostragem, segundo a NBR NM 26:2001, a fim de caracterizar o

agregado e atestar sua qualidade para a fabricação do concreto. A sua caracterização

contou com ensaios de caracterização granulométrica (NBR NM 248:2003), material

pulverulento (NBR NM 46:2003), índices físicos como massa específica, massa unitária e

índice de vazios (NBR NM 45:2003 e NBR NM 52:2003) e impureza orgânica (NBR NM

49:2001).

5.1.3 AGREGADO GRAÚDO

O agregado graúdo utilizado também é um agregado comercializado e foi fornecido

pela empresa Pedrosa Pedras, localizada no bairro do Perus, em São Paulo. Assim como o

agregado miúdo, após ter sido recebido, foram feitas coletas de amostras a fim de se

qualificar o material que foi utilizado para a fabricação do concreto. Os ensaios realizados

foram caracterização granulométrica (NBR NM 248:2003), material pulverulento (NBR NM

46:2003) e índices físicos como massa específica, massa unitária, índice de vazios e

absorção de água (NBR NM 45:2003 e NBR NM 53:2003).

23

5.1.4 ÁGUA

A água utilizada foi a mesma fornecida pela concessionária da cidade, a Sabesp.

5.2 MÉTODOS

5.2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS

5.2.1.1 Cimento

Por se tratar de um material produzido com alto rigor de qualidade, suas

propriedades e características já são determinadas pelo fabricante e fornecidas junto ao

produto. Com isso foi possível obter diretamente com o próprio fabricante os resultados dos

ensaios que caracterizam a qualidade do cimento. Os ensaios realizados, bem como o

resultado para cada característica do cimento, estão descritos na Tabela 4.

Tabela 4: Caracterização do cimento

Cimento: HOLCIM Cimentos Tipo/classe: CP V ARI PLUS

Ensaios físicos Norma

regulamentadora Nº de

amostras Média Unidade

Desvio Padrão

Blaine NBR NM 76 8 4633 m²/kg 18

Início de Pega NBR NM 75 8 128 min 3

Fim de pega NBR NM 75 8 174 min 3

Resistência 1 dia NBR 7215 8 27,6 MPa 0,41

Resistência 3 dias NBR 7215 8 40,7 MPa 0,50



Fonte: Dados do autor

24

5.2.1.2 Agregado miúdo

O agregado miúdo, como já comentado, foi levado aos ensaios de caracterização

granulométrica, teor de material pulverulento, massa específica, massa unitária, índice de

vazios e impureza orgânica.

Caracterização granulométrica

O ensaio de caracterização granulométrica consiste em determinar as composições

de massa do material para um intervalo especificado de tamanho, caracterizado pelo

diâmetro mínimo do material. Isso é devido ao processo de peneiramento do material em

peneiras de malhas quadradas de aberturas diferentes. Por exemplo, um material que fica

retido na malha de 6,3 mm, indica que seu diâmetro é maior que 6,3 mm.

Para o ensaio, a amostra de agregado miúdo foi de 1kg. Assim, a amostra foi levada

ao peneirador automático, durante 10 minutos, com a seguinte série de peneiras de malha

quadrada: #3/8 (9,5 mm); #1/4 (6,3 mm); #4 (4,75 mm); #8 (2,36 mm); #16 (1,18 mm); #30

(0,6 mm); #50 (0,3 mm); #100 (0,15 mm).

Logo após o término do peneiramento, foram pesadas as porções retidas e

calculadas as porcentagens retidas acumuladas, dimensão nominal máxima e módulo de

finura. Na Tabela 5 é apresentada a caracterização granulométrica da areia e na Figura 7, a

curva granulométrica.

Tabela 5: Caracterização granulométrica – agregado miúdo

Peneiras Material retido

% em peso

Designação mm Retidas Acumuladas

# 3/8 9,5 0,0 0,0 0,0

# 1/4 6,3 0,0 0,0 0,0

# 4 4,75 9,1 0,9 0,9

# 8 2,36 32,3 3,2 4,1

# 16 1,18 52,0 5,2 9,3

# 30 0,6 242,8 24,3 33,6

# 50 0,3 373,1 37,3 71,0

# 100 0,15 213,3 21,3 92,3

Fundo 76,8 7,7 100,0

Total 999,4

Módulo de finura

2,1 Dimensão

nominal Máxima 2,4 mm


25

Figura 7: Curva granulométrica – agregado miúdo


Teor de material pulverulento

O teor de material pulverulento é a taxa de massa de material fino passante na

peneira 0,075 mm em relação a massa total da amostra de agregado. Para se obtê-lo, fez-

se a pesagem de uma amostra, seca em estufa, e lavou-se a amostra em água corrente,

mantendo a amostra entre as peneiras de malha 0,15 e 0,075 mm, para que o material

pulverulento saísse pela peneira de malha mais fina e que o agregado restante se

conservasse na amostra. Após a retirada de todos os finos da amostra, momento notado

quando a água usada para a lavagem recuperou seu aspecto incolor, secou-se novamente a

amostra e se fez a pesagem da amostra limpa. A diferença entre as massas medidas no

início e no final do ensaio, divididas pelo valor de massa total de amostra é o valor do teor

de material pulverulento.

O agregado miúdo ensaiado apresentou teor de 1,58% de material pulverulento na

amostra coletada.

Massa específica

A massa específica da areia foi obtida através do método que utiliza o frasco de

Chapman, como medidor de volume. Uma pequena massa de areia foi despejada dentro do

frasco contendo 200 cm³ de água. Após a estabilização do líquido, o frasco foi agitado a fim

de se dissipar o ar retido na amostra de areia e, logo após, foi feita a leitura no frasco. O

26

valor da massa específica é dado pelo quociente entre a massa da amostra pelo valor lido

no frasco.

O agregado miúdo ensaiado apresentou massa específica igual a 2,61 g/cm³

Massa unitária

Já a massa unitária foi obtida utilizando um recipiente cilíndrico de maior volume

(aproximadamente 3000 cm³), onde foi realizada a colocação de agregado vagarosamente e

cuidadosamente, de maneira que o material mantivesse suas características naturais, como

índice de vazios. Após completo o recipiente com o agregado foi feita a medição da massa

do conjunto. Tendo o valor da massa do recipiente, o valor da massa unitária foi calculado,

sendo igual a subtração da massa do conjunto com a massa do recipiente dividido pelo

volume do recipiente (no caso 3000 cm³).

O valor obtido no ensaio da massa unitária para o agregado miúdo foi igual a 1,49

g/cm³.

Índice de vazios

O índice de vazios é a taxa, em massa, de ar contido na amostra. É obtido de

maneira simples, fazendo-se a subtração entre a massa específica e a massa unitária e

dividindo-se o resultado pela massa específica.

O resultado para o índice de vazios do agregado miúdo foi de 43%.

Impureza orgânica

O ensaio de impureza orgânica tem como finalidade atestar a integridade do material

e a isenção de interferências orgânicas que possam prejudicar seu desempenho no

momento de ser processado para a confecção do concreto. Para este ensaio foi adicionado

solução de hidróxido de sódio (NaOH) à uma amostra de areia e deixado o composto em

repouso durante 24 horas. Após o repouso, a mistura foi filtrada, coletando a água e

comparando a coloração da água com um colorímetro graduado em várias cores. É através

deste colorímetro, que possui de tons mais claros aos mais escuros, que se pôde concluir se

a amostra contém ou não impurezas orgânicas que alterem suas propriedades.

O ensaio qualificou a água da mistura de areia e NaOH como “clara” e portanto

contém quantidades de impurezas orgânicas desprezíveis.

27

5.2.1.3 Agregado graúdo

De maneira semelhante ao agregado miúdo, o agregado graúdo foi levado aos

ensaios de caracterização granulométrica, teor de material pulverulento, massa específica,

massa unitária, absorção de água e índice de vazios.

Caracterização granulométrica

Para o ensaio, a amostra de agregado graúdo foi de 5 kg. Dessa forma, a amostra foi

levada ao peneirador automático, durante 10 minutos, com a seguinte série de peneiras de

malha quadrada: 37,5 mm; 31,5 mm; 25 mm; 19 mm; 12,5 mm; 9,5 mm; 6,3 mm; 4,75 mm;

2,36 mm.

Logo após o término do peneiramento, foram pesadas as porções retidas e calculada

a dimensão nominal máxima. Na Tabela 6 é apresentada a caracterização granulométrica

do agregado graúdo e na Figura 8, sua curva granulométrica.

Tabela 6: Caracterização granulométrica – agregado graúdo

Peneiras Material retido

% em peso

mm Retidas Acumuladas

37,5 0,0 0,0 0,0

31,5 0,0 0,0 0,0

25 0,0 0,0 0,0

19 549,2 11,0 11,0

12,5 3102,2 62,1 73,1

9,5 985,4 19,7 92,8

6,3 342,0 6,8 99,6

4,75 0,0 0,0 99,6

2,36 0,0 0,0 99,6

Fundo 19,6 0,4 100,0

Total 4998,4

Dimensão nominal Máxima 25 mm


28

Figura 8: Curva granulométrica – agregado graúdo

Fonte: Autor

Teor de material pulverulento

De maneira semelhante ao agregado miúdo, o teor de material pulverulento é a taxa

de massa de material fino passante na peneira 0,075 mm em relação a massa total da

amostra de agregado.

O agregado graúdo ensaiado apresentou teor de 0,10% de material pulverulento na

amostra coletada.

Massa específica

A massa específica do agregado foi obtida pesando-se uma amostra seca de

agregado e colocando-a em um recipiente com água para saturá-la. Depois de saturado o

material (após 10 minutos aproximadamente), o agregado foi levado a um recipiente de

massa e volume conhecidos e imerso em água novamente, o suficiente para que o volume

do recipiente fosse completo com água e agregado. Pesado o conjunto água+agregado, o

volume de agregado foi obtido fazendo-se a subtração da massa do conjunto

água+agregado pela massa do agregado, pesado inicialmente, resultando na massa de

água que completou o recipiente, e assim subtraindo o valor do volume do recipiente pela

massa de água obtida anteriormente. Como o valor numérico da massa de água é igual ao

29

valor numérico do seu volume, a subtração do volume do recipiente pelo valor da massa de

água que completou o recipiente é, numericamente, igual ao volume de agregado que

compunha o conjunto. Dessa forma a massa específica se deu pelo quociente entre a

massa de agregado pelo seu volume.

O agregado graúdo ensaiado apresentou massa específica igual a 2,70 g/cm³

Massa unitária

Já a massa unitária foi obtida utilizando um recipiente cilíndrico, onde foi realizado o

procedimento semelhante ao do agregado miúdo. Após completo o recipiente com o

agregado foi feita a medição da massa do conjunto. Tendo o valor da massa do recipiente, o

valor da massa unitária foi calculado, sendo igual a subtração da massa do conjunto com a

massa do recipiente dividido pelo volume do recipiente. Para um resultado mais preciso, o

procedimento foi repetido por 3 vezes.

O valor obtido no ensaio da massa unitária para o agregado graúdo foi igual a 1,42

g/cm³.

Absorção de água

A absorção de água é a taxa de água que o agregado incorpora em sua situação

saturada. Seu valor foi encontrado fazendo-se a subtração do valor de sua massa saturada

pela massa seca e dividindo esse valor pelo seu valor de massa seca.

Para o agregado ensaiado, o valor de absorção de água obtido foi de 2%

Índice de vazios

O índice de vazios foi obtido pela mesma relação entre a massa específica e a

massa unitária utilizada para o agregado miúdo, ou seja, fazendo-se a subtração entre a

massa específica e massa unitária do agregado graúdo e dividindo este valor pela sua

massa específica.

O índice de vazios obtido para o agregado graúdo teve valor de 47%

30

5.2.1.4 Água

A água, fornecida pela concessionária local, foi ensaiada por um laboratório

especializado e apresentou os seguintes resultados apresentados nas Tabelas 7, 8, 9 e 10

abaixo.

Tabela 7: Avaliação preliminar da água

Parâmetros Resultados Requisitos

pH 8 ≥ 5

Odor Inodora Inodora ou com leve odor de cimento (para águas recuperadas de

preparação de concreto

Detergente A espuma desapareceu em

menos de 2 minutos Qualquer espuma deve desaparecer em 2 minutos

Óleos e gorduras

Não mais que traços visíveis Não mais que traços visíveis

Cor Amarelo claro De amarelo claro a incolor (em comparação com a água potável) -

exceto para águas recuperadas da preparação de concreto

Material solido (mg/L)

358 ≤ 50000

Odor em relação a

sulfeto Inodora

Inodora ou um leve odor de sulfeto de hidrogênio (onde houver escória)

Matéria orgânica

Mais clara A cor deve estar mais clara ou igual à da solução-padrão, após a

adição de NaOH


Tabela 8: Análise química da água

Parâmetros Resultados Especificação

Cloretos (Cl⁻) 18

≤ 500 Concreto protendido/graute

≤ 1000 Concreto armado

≤ 4500 Concreto simples

Sulfatos (SO₄²⁺) 13 ≤ 2000

Álcalis (K₂O + Na₂O) 87 ≤ 1500

Açúcares <10 ≤ 100

Fosfatos (P₂O₅) <1 ≤ 100

Nitratos (NO₃⁻) <1 ≤ 500

Chumbo (Pb²⁺) <1 ≤ 100

Zinco (Zn²⁺) <1 ≤ 100


31

Tabela 9: Análise física da água

Método de ensaio

NBR NM 43:03 NBR NM 65:03

Água de consistência normal (%) Tempo de pega (h:min)

Cimento

31,4

Água

Deionizada Água da

Obra

CP III 40 RS

Ínicio 04:50 04:50

Fim 05:30 05:45

Ínicio ≥ 01:00

Fim ≤ 12:00

NBR 15900-1:09 - LIMITE ≤ 25% Início Fim

0 4,5


Tabela 10: Análise da água quanto a resistência à compressão em corpos de prova de concretos – rupturas em 7 e 28 dias

CP

Água Deionizada

Água da Obra

Água Deionizada

Água da Obra

7 Dias (MPa) 7 Dias (MPa) 28 Dias (MPa) 28 Dias (MPa)

1 27,1 31,4 43,2 44,7

2 27,5 32,5 41,8 43,7

3 29,1 34,5 42,9 44

4 27,3 32,1 41,1 44,2

Média 27,8 32,6 42,3 44,2

Desvio relativo máximo (máximo

6%) 4,7 5,8 2,6 1,1

NBR 15900-1:09 LIMITE ≥ 90%

117,3 104,7


5.2.2 ENSAIOS REALIZADOS COM O CONCRETO

O concreto utilizado na pesquisa foi o concreto produzido em uma empresa de

estacas pré-moldadas de concreto, sendo seu processo de produção o de concreto vibrado.

O concreto é produzido em uma dosadora chamada “central de concreto” e é levado até às

fôrmas das estacas através de caminhão betoneira. Depois de preenchidas as fôrmas com o

concreto, o concreto é adensado, por vibração. Para facilitar o procedimento, as fôrmas

também são mesas vibratórias, que fazem automaticamente o adensamento.

Para os ensaios, foi retirada uma amostra de concreto diretamente da fábrica e

levada para moldagem dos corpos de prova.

32

5.2.2.1 Moldagem dos corpos de prova

No dia 20/8/2012, após a produção do concreto na fábrica, o moldador retirou uma

amostra diretamente do local de preenchimento das fôrmas, com a ajuda de uma jerica. No

laboratório, o concreto foi levado aos moldes dos corpos de prova e, sendo colocados em

duas camadas, foi feito o adensamento do concreto. O adensamento foi realizado com a

utilização de uma mesa vibratória. Nas Figuras 9 e 10 são vistos a mesa vibratória com os

moldes sobre a mesa e o preenchimento dos corpos de prova com o concreto.

Figura 9: Mesa vibratória e moldes de corpos de prova


Figura 10: Preenchimento dos corpos de prova com o concreto


33

Após o preenchimento dos corpos de prova e cumprido o adensamento da segunda

camada, os corpos de prova foram arrasados, para regularizar sua superfície, e deixados

em repouso durante 24 horas para seu endurecimento e posterior desmoldagem, como é

mostrado nas Figuras 11 e 12.

Figura 11: Corpos de prova arrasados após finalização do adensamento


Figura 12: Corpos de prova em repouso para endurecimento


Passado este período, os corpos de prova moldados foram colocados em um tanque

com solução aquosa de hidróxido de cálcio, para se efetuar a cura do concreto. Na Figura

13 é visto o tanque com solução de hidróxido de cálcio com corpos de prova em processo

de cura.

34

Figura 13: Corpos de prova em tanque de solução de hidróxido de cálcio


Chegada a idade necessária para se realizar os ensaios, na ocasião 28 dias, os

corpos de prova foram retirados do tanque e tiveram suas superfícies regularizadas através

de retificação. Na Figura 14 tem-se um exemplo de retificadora de corpos de prova,

equipamento utilizado para este processo.

Figura 14: Retificadora de corpos de prova de concreto


35

Para se realizar o procedimento de retificação, foram seguidos os seguintes passos:

Posicionou-se o corpo de prova no gabarito do equipamento, com a superfície

a ser retificada na linha de deslocamento do disco diamantado da retífica;

Fixou-se o corpo de prova no equipamento com a ajuda de um pistão vertical

anexo;

Passou-se o disco diamantado em alta rotação no corpo de prova, para

regularizar sua superfície;

Durante o procedimento, para reduzir a quantidade de pó produzido e para

preservar o disco de possíveis prejuízos devido à temperatura durante a

regularização, foi vertida água sobre o contato entre a superfície do corpo de

prova e o disco.

Na Figura 15 é visto um exemplo de retificadora em uso, com o corpo de prova

mantido fixo no gabarito com a ajuda de um pistão vertical.

Figura 15: Retificadora em uso


36

5.2.2.2 Ensaio de resistência à compressão

Na idade de 28 dias, no dia 17/9/2012, os corpos de prova foram levados ao local de

ensaio (Figura 16), depois de retificados, como visto anteriormente. É possível verificar o

resultado da retificação dos corpos de prova na Figura 17.

Figura 16: Corpos de prova retificados e preparados para ensaio


Figura 17: Superfície retificada de um corpo de prova


37

Para a realização do ensaio, foi utilizada uma prensa de ruptura da marca Forney,

devidamente calibrada pela empresa Dinateste (Figura 18).

Figura 18: Prensa de ruptura para ensaios


Antes de iniciar o ensaio, tanto as faces dos pratos da prensa de ruptura como as

faces dos corpos de prova foram devidamente limpas e secas. Além disso, os corpos de

prova foram cuidadosamente centralizados na prensa, com a ajuda dos círculos

concêntricos desenhados no prato inferior da prensa. Colocados na posição central dos

círculos concêntricos, foi dada maior garantia que o eixo do corpo de prova coincidisse com

o eixo de carregamento da prensa e, dessa forma, foi conferida maior eficiência ao

procedimento e confiança ao resultado do ensaio. Na Figura 19 são identificados os círculos

concêntricos e o correto posicionamento do corpo de prova.

38

Figura 19: Posicionamento do corpo de prova para ruptura


Com estas preparações iniciais da prensa de ruptura e dos corpos de prova, foi

possível iniciar a realização do ensaio.

O ensaio foi iniciado ligando-se o motor da bomba de óleo, anexo à prensa. Esta

bomba acionou o óleo que foi utilizado no carregamento do prato inferior, que, em um

movimento ascendente, elevou e carregou o corpo de prova contra o prato superior. A

velocidade de carregamento do equipamento se manteve conforme a NBR 5739 determina,

em (0,45 ± 0,15) MPa/s.

As medições de carga a qual o corpo de prova era submetido eram registradas

simultaneamente em um mostrador digital da própria prensa, em kN (Figura 20).

39

Figura 20: Mostrador digital de carga da prensa de ruptura


O final do carregamento era notado quando a carga no mostrador digital parasse de

aumentar, atestando que o corpo de prova não estava mais em condições de receber

incremento de carga, ou seja, havia sido rompido.

Com o mostrador indicando a última resistência alcançada pelo corpo de prova, ao

mesmo era conferido este valor como a força máxima obtida.

O cálculo da resistência à compressão foi realizado conforme a equação 5.1,

apresentada no item 6 da NBR 5739.

2

4

D

Ffc

(5.1)

onde:

fc é a resistência à compressão, em MPa;

F é a força máxima atingida, em N;

D é o diâmetro do corpo de prova, em mm.

40

5.2.2.3 Ensaio de módulo de elasticidade

Realizados os ensaios de resistência à compressão, foram realizados os ensaios de

módulo de elasticidade, segundo a NBR 8522. Porém, o método utilizado para se obter o

módulo de elasticidade não foi o descrito no item 6 da norma, metodologia A ou metodologia

B, mas foi escolhido o procedimento descrito no anexo A da mesma norma, definido como a

“Determinação do módulo de deformação a uma tensão especificada e traçado do diagrama

tensão-deformação”.

Essa escolha para este trabalho partiu da preferência de alguns laboratórios que

trabalham com o concreto em realizar o ensaio segundo o anexo A da NBR 8522, já que o

resultado deste procedimento oferece a curva tensão-deformação, o que possibilita ao

engenheiro que solicita o ensaio conhecer o módulo de deformação a uma tensão qualquer,

que ele encare como necessária para seus cálculos.

É chamado de módulo de deformação e não módulo de elasticidade, pois a norma

define “módulo de elasticidade” como sendo equivalente ao módulo de deformação traçado

entre uma tensão a 0,5 MPa e a 30% da tensão de ruptura, isto é, o módulo de elasticidade

é equivalente ao coeficiente angular da reta que une os pontos referentes a 0,5 MPa e 30%

da tensão de ruptura, no diagrama tensão-deformação. Como o resultado do procedimento

do anexo A fornece o diagrama tensão-deformação, para se obter o módulo de elasticidade,

conforme a definição, basta utilizar os valores encontrados para 0,5 MPa e 30% da tensão

de ruptura. Porém, vale ressaltar que o módulo obtido com o Anexo A da NBR 8522 é o

módulo de elasticidade secante, diferentemente do módulo obtido através das metodologias

A e B da mesma norma, o qual é o módulo de elasticidade tangente cordal inicial.

Antes de se iniciar o ensaio, foi necessário preparar a instrumentação, que nesta

ocasião, é mais complexa da que foi utilizada no ensaio de resistência à compressão. A

começar pelos medidores de deformação, eles foram cuidadosamente posicionados no

corpo de prova a ser ensaiado.

Os medidores de deformação usados foram os medidores elétricos, chamados de

strain gages, onde a deformação do corpo de prova é registrada simultaneamente em um

software desenvolvido para esta função. Os medidores são presos na parte central do corpo

de prova com a ajuda de um cordão elástico na parte superior e inferior de cada medidor,

conforme é mostrado na Figura 21.

41

Figura 21: Posicionamento dos medidores de deformação em um corpo de prova


No software utilizado para este ensaio, como é visto na Figura 22, foi possível

registrar as deformações dos dois medidores, em décimos de milésimo de milímetro (0,0001

mm), a força a qual o corpo de prova era submetido, em décimo de quilo Newtons (0,1 kN),

a curva tensão-deformação do corpo de prova, e outros dados como velocidade do ensaio,

tensão de pico, força de pico, tensão atual do carregamento e diâmetro e área do corpo de

prova.

42

Figura 22: Software utilizado no ensaio


Depois de finalizado o procedimento de preparo, o corpo de prova foi posicionado da

mesma maneira como foi no ensaio de resistência à compressão, coincidindo seu eixo

vertical com o eixo de carregamento da prensa, com a ajuda dos círculos concêntricos.

43

Figura 23: Corpo de prova preparado para o ensaio


A partir deste momento foi iniciado o ensaio, primeiramente carregando-se o corpo

de prova com uma carga de, no máximo, 20% da carga de ruptura, como prescrito no item

A.3 do anexo A da NBR 8522. Como o ensaio de resistência à compressão já tinha sido

executado e assim obtidas as resistências para cada ruptura, foi feito uma estimativa da

carga de ruptura do concreto ensaiado com a média dos resultados de todos os ensaios de

resistência à compressão. Dessa forma, a partir da estimativa da carga de ruptura pelos

ensaios de resistência à compressão, pôde-se carregar o corpo de prova com uma carga de

20% da carga de ruptura, como exige a norma. Isso foi feito para verificar as medições de

cada medidor de deformação e avaliar se a diferença entre os dois fosse maior ou menor do

que 20% da maior medição. Sendo a diferença maior que 20%, o corpo de prova deveria ser

descarregado e reposicionado buscando uma melhor centralização do corpo de prova na

prensa, pois a indicação de uma variação maior que 20% entre as leituras demonstraria que

haveria a existência de um carregamento desuniforme no corpo de prova, prejudicando o

resultado do ensaio.

Isso foi feito para todos os corpos de prova e sendo garantida uma diferença

aceitável entre as medições, menor que 20% da maior, o ensaio pôde ser continuado.

As medições de tensão por deformação foram feitas em patamares de carregamento

definidos com a ajuda da carga de ruptura estimada, sendo estes patamares

44

correspondentes a 0 MPa, 20% fc, 30% fc, 40% fc, 50% fc, 60% fc, 70% fc e 80% fc, sendo

fc a tensão de ruptura estimada.

Da mesma maneira do ensaio de ruptura, o carregamento foi realizado com o

acionamento do motor da bomba de óleo que carregou o prato inferior, pressionando o

corpo de prova contra o prato superior. As medições de força e tensão, como já

comentadas, eram medidas no próprio software do ensaio.

Atingindo-se os patamares de carregamento definidos para medições de tensão e

deformação, o carregamento era pausado por 60 segundos, a fim de se estabilizar a leitura,

e a mesma era realizada em até 30 segundos, para evitar gastos excessivos de tempo que

poderiam trazer prejuízos com o efeito Rüsch – alteração na resistência do material

ensaiado devido ao tempo de carregamento.

Após a última medição, a 80% de fc, foram retirados os medidores de deformação do

corpo de prova, a fim de preservá-los, pois o fim do ensaio é dado com a ruptura do corpo

de prova, alcançando a carga de ruptura efetiva, logo em seguida da última medição.

Com o fim do ensaio, foram os feitos os cálculos de módulo de deformação para

cada patamar, inclusive o cálculo de módulo de elasticidade secante, com a ajuda do

software do ensaio. Partindo pelas medidas de deformação, foram obtidas as médias das

duas medições por patamar de carregamento. Com isso, foram obtidos os valores de

deformação específica, dividindo-se os valores das médias de deformação pelo

comprimento do trecho em que os medidores fizeram as medições de deformação, no caso,

100 mm. Após isso, foram realizados os quocientes entre as diferenças de tensão e as

diferenças entre deformações específicas de cada patamar em relação ao patamar inicial,

patamar este que para o ensaio foi de 0,0 MPa de tensão e 0,000 de deformação específica,

como é visto na equação 5.2.

33 1010

an

anEcs

(5.2)

onde:

Ecs é o módulo de deformação secante;

n é a tensão de um patamar definido;

a é a tensão mínima ou básica do patamar inicial;

45

n é a deformação específica do patamar definido;

a é a deformação específica do patamar inicial.

Assim foram obtidos os módulos de deformação para cada tensão referente aos

patamares pré-definidos no início do ensaio e, por consequência, obtido o valor do módulo

de elasticidade secante, que é obtido com a medição a 30% de fc.

O traçado da curva tensão-deformação foi realizado através do software Excel do MS

Office do Windows, tomando justamente as medições médias de deformação específica e

as tensões obtidas, nos patamares de carregamento pré-definidos.

5.2.3 ANÁLISE DO CONTEÚDO NORMATIVO PERTINENTE AO ESTUDO

5.2.3.1 Escolha das normas internacionais para estudo comparativo

A escolha das normas para as comparações partiu de uma determinação básica das

principais instituições e órgãos relativos à produção normativa de alguns países que são

reconhecidos como referência em tecnologia. Nisto foram escolhidos as organizações:

ASTM dos Estados Unidos da América; BSI da Inglaterra; e a ISO que, apesar de ser uma

instituição que agrega órgãos de diversos países, é uma entidade das mais importantes no

mundo quanto aos assuntos relacionados à normalização.

Assim, a partir dessa determinação primária, iniciou-se uma busca pelas normas,

tanto para determinação da resistência à compressão quanto do módulo de elasticidade,

para cada entidade previamente selecionada. A procura se deu, principalmente, através da

rede, mas também contou com a pesquisa em universidades, como a USP, e em

laboratórios de concreto onde se há a execução de ensaios com o material, como é o caso

da ABCP, IPT e o Laboratório Falcão Bauer. Foram, dessa forma, obtidas as designações

de cada norma, ou seja, os nomes dados para as mesmas.

O resultado encontrado para as normas de determinação das propriedades

mecânicas e suas respectivas entidades produtoras foram as seguintes, conforme Tabela

11.

46

Tabela 11: Normas internacionais e respectivas instituições produtoras

Instituição normalizadora

Tipo de Ensaio Designação

ASTM

Resistência à compressão

ASTM C39

Módulo de Elasticidade

ASTM C469

BSI

Resistência à compressão e

módulo de elasticidade

BS EN 12390

ISO

Resistência à compressão e

módulo de elasticidade

ISO 1920


Depois de conhecidas as designações de cada norma, o alvo a atingir foi de

obtenção das normas para as análises comparativas. Da mesma maneira como foram

pesquisadas as normas, a procura pelas mesmas se deu nos meios já utilizados

anteriormente.

Mas, apesar de obtidas as designações, a obtenção das normas não teve o mesmo

êxito. Por se tratarem de normas técnicas em utilização, as publicações mais recentes, ou

seja, as versões desejadas para o estudo, não estão disponíveis para aquisição, senão com

a cobrança do valor de compra de cada uma. As únicas normas técnicas internacionais

obtidas para o estudo foram as normas da ASTM, dos EUA.

Assim, o estudo comparativo das normas foi iniciado com a leitura dos documentos e

levantamento dos principais pontos em comum. Não foram colocadas em comparação as

pré-definições dos equipamentos utilizados no ensaio, mas deu-se a ênfase nos

procedimentos de ensaio e nas análises dos resultados obtidos.

47

6. RESULTADOS

6.1 ENSAIOS REALIZADOS COM O CONCRETO

Abaixo estão apresentados os resultados dos ensaios para os corpos de prova

ensaiados na data de 17/9/2012, na idade de 28 dias, conforme descrito no item de

Materiais e Métodos.

6.1.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Os corpos de prova ensaiados para obtenção da resistência à compressão do

concreto ensaiado forneceram os seguintes resultados, como visto na Tabela 12.

Tabela 12: Resistência à compressão obtida no ensaio, por corpo de prova

CP Idade (dias) D (mm) F (N) fc (MPa)

1 28 100 247700,0 31,5

2 28 100 251400,0 32,0

3 28 100 197500,0 25,1

4 28 100 259000,0 33,0

5 28 100 232700,0 29,6

6 28 100 237200,0 30,2

Média 237583,3 30,3


Com estes resultados foi possível encontrar, segundo a NBR 12655:2006 (Concreto

de cimento Portland – Preparo, controle e recebimento – Procedimento), o resultado da

resistência característica estatística (fckest) da amostra ensaiada e compará-la com o valor

de resistência característica (fck) estipulada pela empresa produtora do concreto.

Segundo a NBR 12655, para se encontrar o valor da resistência característica

estatística do concreto, deve-se fazer uso da equação 6.1, para a condição de o número (n)

de exemplares, ou corpos de prova, ser maior ou igual a 6 e menor que 20.

48

m

m

ckest fm

ffff

1

...2 121 (6.1)

onde:

ckestf é a resistência característica estatística;

2/nm é a metade do número de exemplares, onde se despreza o valor mais alto de n, se

for impar;

mfff ,...,, 21 são os valores das resistências dos exemplares em ordem crescente.

Assim, tem-se o valor da resistência característica estatística do concreto ensaiado

na Tabela 13. Para efeito de comparação, ao lado do valor obtido para resistência

característica, tem-se o valor estipulado pela empresa.

Tabela 13: Resistências características: estatística e estipulada

ckestf (MPa) ckf (MPa)

24,6 35


6.1.2 MÓDULO DE ELASTICIDADE

Para o ensaio de módulo de elasticidade, como foi comentado, foi preciso calcular os

patamares de carregamento, onde se fez a medição dos pontos de tensão e deformação.

Com o resultado da carga de ruptura fc, determinado pela média dos resultados obtidos no

ensaio de resistência à compressão, foi possível determinar os patamares (Tabela 14),

conforme prescreve a seção de Materiais e Métodos.

49

Tabela 14: Patamares de carregamento

Proporção de fc (%)

Tensão proporcional

(MPa)

Inicial 0,5

20,00% 6,1

30,00% 9,1

40,00% 12,1

50,00% 15,1

60,00% 18,2

70,00% 21,2

80,00% 24,2


Assim, os ensaios realizados forneceram as seguintes curvas e tabelas abaixo, para

cada um dos três corpos de prova ensaiados.

6.1.2.1 Corpo de prova 1

Abaixo, na Tabela 15, os valores de força e tensão reais, medidos durante o ensaio,

e seus respectivos patamares de carregamentos.

Tabela 15: Patamares de carregamento para o corpo de prova 1


Força real

Tensão teórica

Tensão real

kN MPa MPa

Inicial 0,0 0,5 0,00

20,00% 47,8 6,1 6,09

30,00% 71,6 9,1 9,12

40,00% 95,2 12,1 12,12

50,00% 118,8 15,1 15,13

60,00% 142,8 18,2 18,18

70,00% 166,6 21,2 21,21

80,00% 190,2 24,2 24,22

100,00% (Ruptura)

249,4 30,3 31,75


Em seguida, na Tabela 16, os valores de deformação obtidos em cada medidor, os

valores médios de deformação entre as duas medições e as respectivas deformações

específicas.

50

Tabela 16: Deformações obtidas para o corpo de prova 1

Deformação 1

Deformação 2

Deformação Média

Deformação Média

mm mm mm Específica (‰)

0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

0,0215 0,0205 0,0210 0,2100

0,0310 0,0340 0,0325 0,3250

0,0415 0,0490 0,0453 0,4525

0,0530 0,0650 0,0590 0,5900

0,0665 0,0830 0,0748 0,7475

0,0810 0,1025 0,0918 0,9175

0,0980 0,1270 0,1125 1,1250


E na Tabela 17, segue o resumo dos principais valores que compõem a curva

tensão-deformação (Figura 24), juntamente com os valores de módulo de deformação

correspondente a cada patamar de carregamento.



Tensão real

Deformação Média

Módulo

MPa Específica (‰) GPa

Inicial 0,00 0,0000 -

20,00% 6,09 0,2100 29,00

30,00% 9,12 0,3250 28,06

40,00% 12,12 0,4525 26,78

50,00% 15,13 0,5900 25,64

60,00% 18,18 0,7475 24,32

70,00% 21,21 0,9175 23,12

80,00% 24,22 1,1250 21,53


51

Figura 24: Curva tensão-deformação do corpo de prova 1







Força Tensão teórica

Tensão real

kN MPa MPa

Inicial 0,0 0,5 0,00

20,00% 48,0 6,1 6,11

30,00% 71,4 9,1 9,09

40,00% 95,0 12,1 12,10

50,00% 118,8 15,1 15,13

60,00% 142,8 18,2 18,18

70,00% 166,6 21,2 21,21

80,00% 190,2 24,2 24,22

100,00% (Ruptura)

285,6 30,3 36,36


52



específicas.


Deformação 1

Deformação 2

Deformação Média

Deformação Média


0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

0,0180 0,0215 0,0198 0,1975

0,0280 0,0325 0,0303 0,3025

0,0385 0,0445 0,0415 0,4150

0,0500 0,0570 0,0535 0,5350

0,0630 0,0710 0,0670 0,6700

0,0765 0,0845 0,0805 0,8050

0,0920 0,1000 0,0960 0,9600







Tensão real

Deformação Média

Módulo


Inicial 0,00 0,0000 -

20,00% 6,11 0,1975 30,94

30,00% 9,09 0,3025 30,05

40,00% 12,10 0,4150 29,16

50,00% 15,13 0,5350 28,28

60,00% 18,18 0,6700 27,13

70,00% 21,21 0,8050 26,35

80,00% 24,22 0,9600 25,23


53








Força Tensão teórica

Tensão real

kN MPa MPa

Inicial 0,0 0,5 0,00

20,00% 48,0 6,1 6,11

30,00% 71,6 9,1 9,12

40,00% 95,6 12,1 12,17

50,00% 118,6 15,1 15,10

60,00% 143,0 18,2 18,21

70,00% 166,4 21,2 21,19

80,00% 189,6 24,2 24,14

100,00% (Ruptura)

133,5 30,3 -


54



específicas.


Deformação 1

Deformação 2

Deformação Média

Deformação Média


0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

0,0245 0,0275 0,0260 0,2600

0,0365 0,0410 0,0388 0,3875

0,0490 0,0555 0,0523 0,5225

0,0615 0,0695 0,0655 0,6550

0,0780 0,0910 0,0845 0,8450

0,1445 0,1625 0,1535 1,5350

0,2150 0,2585 0,2368 2,3675







Tensão real

Deformação Média

Módulo


Inicial 0,00 0,0000 -

20,00% 6,11 0,2600 23,50

30,00% 9,12 0,3875 23,54

40,00% 12,17 0,5225 23,29

50,00% 15,10 0,6550 23,05

60,00% 18,21 0,8450 21,55

70,00% 21,19 1,5350 13,80

80,00% 24,14 2,3675 10,20


55



6.2 ANÁLISE DO CONTEÚDO NORMATIVO PERTINENTE AO ESTUDO

6.2.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Na análise realizada, as normas NBR 5739:2007 e a ASTM C39/C39M – 12,

apresentaram métodos de ensaio muito semelhantes, sem grandes alterações. O que foi

avaliado e comparado entre as normas pode ser visto nas Tabelas 24, 25 e 26 abaixo.

Tabela 24: Quadro comparativo NBR 5739:2007 e ASTM C39/C39M – 12

Ensaio de resistência à compressão

Pontos analisados NBR 5739:2007 ASTM C39/C39 - 12

Determinação da altura

Deve possuir precisão de 0,1 mm, pela média de dois diâmetros, medidos ortogonalmente na metade da altura do corpo de prova.

Idem

56

Tabela 25: Continuação



Representatividade do lote

Não há amostra representativa para um lote. Porém, há uma nota no item 5.2 em que se dispensa a medição dos diâmetros em todos os corpos de prova, caso seja realizado o controle geométrico dos moldes conforme especificado pela NBR 5738.

Deve-se admitir 1 corpo de prova a cada 10 ou 3 corpos de prova por dia, o número que for maior, para os corpos de prova moldados em um mesmo lote conhecido de moldes reutilizáveis ou em moldes que consistentemente não apresentem corpos de prova moldados com variação diametral maior que 0,5 mm. Caso isso não é verificado, se faz necessária a determinação individual dos diâmetros.

Determinação da altura

A altura deve ser determinada com precisão de 0,1 mm. Não há menção de quantas medidas devem ser feitas, por corpo de prova.

A altura deve ser determinada com precisão de 1 mm, medidas em 3 pontos igualmente espaçados ao redor da circunferência de cada corpo de prova.

Tolerância para a idade do ensaio

(idade – tolerância)

24 h - 0,5 h 24 h - 0,5 h ou 2,1%

3 dias - 2 h 3 dias - 2 h ou 2,8%

7 dias - 6 h 7 dias - 6 h ou 3,6%

28 dias - 24 h 28 dias - 20 h ou 3,0%

63 dias - 36 h 91 dias - 48 h ou 2,2%

91 dias - 48 h

Condições de carregamento

Carregamento contínuo e sem choques, respeitando o limite de (0,45± 0,15) MPa/s. Deve ser encerrado o carregamento quando houver queda de força indicada no mostrador do ensaio.

Carregamento contínuo e sem choques, respeitando o limite de (0,25± 0,05) MPa/s. Deve ser encerrado quando houver queda de força indicada no mostrador do ensaio e quando o corpo de prova apresentar fraturas bem definidas, conforme estipulado pela norma.

Cálculo da tensão de ruptura

Faz-se dividindo a tensão última alcançada pela área da seção transversal do corpo de prova, com 3 algarismos significativos.

Faz-se dividindo a tensão última alcançada pela área da seção transversal do corpo de prova, com precisão de 0,1 MPa.

Fator de correção H/D

(Altura/Diâmetro)

Tanto para a norma brasileira quanto a americana, a exigência de correção dos valores obtidos nos ensaios de acordo com a relação H/D se faz a mesma.

Relação H/D Fator de correção

2 1

1,75 0,98

1,5 0,96

1,25 0,93

1 0,87

57




Relatório

a) número de identificação do corpo de prova

a) número de identificação do corpo de prova

b) data de moldagem b) diâmetro médio medido

c) idade do corpo de prova c) área da seção transversal

d) data do ensaio d) idade do corpo de prova

e) dimensões do corpo de prova e) máximo carregamento

f) tipo de capeamento empregado f) defeitos no corpo de prova ou capeamento

g) classe da máquina de ensaio g) resultado de resistência à compressão individual dos corpos de prova e do exemplar

h) resultado de resistência à compressão individual dos corpos de prova e do exemplar

h) tipo de ruptura do corpo de prova

i) tipo de ruptura do corpo de prova (opcional)

i) quando determinada, a densidade do corpo de prova


6.2.2 ENSAIO DE MÓDULO DE ELASTICIDADE

Quanto ao ensaio de módulo de elasticidade, foi possível notar diferenças mais

significativas, quanto comparadas as normas NBR 8522:2008 e ASTM C469/C469M – 10. O

resultado do comparativo se encontra nas Tabelas 27, 28, 29 e 30 abaixo.

Tabela 27: Quadro comparativo NBR 8522:2008 e ASTM C469/C469M – 10

Ensaio de módulo de elasticidade


Geometria dos corpos de prova

A norma brasileira sugere realizar o ensaio de módulo de elasticidade com corpos de prova cilíndricos com 150 mm de diâmetro e 300 mm de comprimento, porém dá a liberdade de se utilizar outros tipos de dimensões para os corpos de prova, desde que seja respeitada a relação comprimento/diâmetro (L/D) igual a 1,98 ≤ L/D ≤ 2,02.

A norma americana não define a geometria que deve ser utilizada para o ensaio, deixando apenas como exigência o que está regulamentado na norma ASTM C192/192M (Practice for making and curing concrete test specimens in the laboratory) ou na norma ASTM C31/C31M (Practice for making and curing concrete test specimens in the field).

58




Medição dos diâmetros

A determinação do diâmetro dos corpos de prova deve possuir precisão de 0,1mm, pela média de dois diâmetros, medidos ortogonalmente na metade da altura do corpo de prova.

Idem a NBR, porém com precisão de 0,20mm.

Medição da altura

Medir a altura do corpo de prova, com precisão de 0,1 mm, realizadas em duas geratrizes do corpo de prova opostas diametralmente.

Medir a altura do corpo de prova, com precisão de 1 mm. Não há menção de quantas medidas a serem feitas por corpo de prova.

Determinação da resistência à compressão

Para determinar a resistência à compressão estimada da amostra de concreto a ser ensaiada é necessário romper 2 corpos de prova, de acordo com a NBR 5739, preferivelmente das mesmas dimensões que os corpos de prova selecionados para o ensaio de módulo de elasticidade.

Idem a NBR, com a mudança da norma de referencia NBR 5739 para ASTM C39. Além disso, não há a menção de quantos corpos de prova utilizar para determinar a resistência à compressão.

Condições de carregamento e

descarregamento

Tanto o carregamento quanto o descarregamento devem obedecer à velocidade de (0,45±0,15) MPa/s, respeitando os intervalos de pausa.

Carregamento e descarregamento contínuos, sem pausas ou choques, obedecendo a velocidade de (0,25±0,05) MPa/s.

59




Procedimento de ensaio

1ª etapa: Carregar o corpo de prova até 30% da tensão de ruptura, e mantê-la neste nível por 60 segundos. Em seguida, descarregar o corpo de prova até uma força próxima a zero, de modo que o prato superior da prensa de ruptura não perca o contato com o corpo de prova. Zerar o medidor de deformação; 2ª etapa: Carregar o corpo de prova até à deformação específica correspondente a 50 x

10⁻⁶ e manter o carregamento por 60 segundos. Em seguida carregar o corpo de prova até a tensão correspondente a 30% da tensão de ruptura e manter a força neste nível por 60 segundos. Por fim, descarregar o corpo de prova da mesma maneira que a 1ª etapa; 3ª etapa: Repetir a 2ª etapa; 4ª etapa: Realizar novamente o procedimento da 2ª etapa, mas desta vez anotando os valores de tensão e deformação nos patamares de pausa, em no máximo 30 segundos, depois de passados os 60 segundos de pausa. Após isto, levar o corpo de prova à ruptura.

1ª etapa: Realizar esta etapa no mínimo, uma vez. Carregar o corpo de prova até 40% da tensão de ruptura e descarregá-lo. Não registrar nenhum dad; 2ª etapa: Carregar novamente o corpo de prova, registrando os pares “tensão x deformação” nos pontos correspondentes a uma deformação específica de 50 x 10⁻⁶ e a 40% da tensão de ruptura, sem que o ensaio sofra pausas. Caso seja necessário obter a curva tensão-deformação, registrar 2 ou mais pontos intermediários aos pontos importantes do ensaio. Ainda, se necessário, pode-se realizar a ruptura do corpo de prova, logo após serem obtidos os dados de tensão e deformação. Para isso, deve garantir que os equipamentos de medição não serão danificados e se faz necessária a obtenção de vários pontos tensão-deformação, para que se possa encontrar o valor correspondente a 40 % da tensão de ruptura por interpolação, a partir do valor de ruptura encontrado.

Cálculo do módulo de elasticidade

Com os dois pares de tensão x deformação, um correspondente a deformação específica de 50 x 10⁻⁶ e outro a tensão correspondente a 30% da tensão de ruptura, realizar o quociente das diferenças entre as tensões e as deformações específicas obtidas. O resultado da divisão é o valor do módulo de elasticidade.

Idem a norma brasileira, com a diferença de se utilizar o valor de 40% da tensão de ruptura e não o valor correspondente a 30%.

60




Cálculo do módulo de elasticidade

Com os dois pares de tensão x deformação, um correspondente a deformação específica de 50 x 10⁻⁶ e outro a tensão correspondente a 30% da tensão de ruptura, realizar o quociente das diferenças entre as tensões e as deformações específicas obtidas. O resultado da divisão é o valor do módulo de elasticidade.

Idem a norma brasileira, com a diferença de se utilizar o valor de 40% da tensão de ruptura e não o valor correspondente a 30%.

Relatório

a) identificação do corpo de prova a) identificação do corpo de prova

b) data da preparação do corpo de prova

b) dimensões do corpo de prova

c) condições de cura e armazenamento

c) condições de cura e armazenamento

d) idade do corpo de prova d) idade do corpo de prova

e) condições do corpo de prova no momento de seu recebimento para ensaio

e) resistência à compressão estipulada, se determinada

f) dimensões do corpo de prova f) curva tensão-deformação

g) data do ensaio l) valor do módulo de elasticidade

h) tipo e quantidade dos instrumentos de medição utilizados

i) resistência à compressão estipulada

j) resistência à compressão de cada corpo de prova ensaiado para determinar o módulo de elasticidade

l) valor do módulo de elasticidade


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7. CONCLUSÕES

Após a realização dos ensaios e coleta dos dados, foi possível notar alguns aspectos

inesperados nos resultados, o que interferiu de forma significativa na linha conclusiva na

qual o trabalho planejou seguir.

O primeiro ponto a ser identificado foram as baixas resistências alcançadas, nos

corpos de prova submetidos ao ensaio de resistência à compressão, e, consequentemente,

a alta diferença entre o valor encontrado, de acordo com a NBR 12655:2006, para a

resistência característica estatística, 24,6 MPa, com o valor da resistência característica

esperado, 35,0 MPa. A diferença, que deveria ser positiva, sendo o valor encontrado maior

ou igual ao valor esperado, foi negativa igual a 29,7%.

O segundo ponto notado após os ensaios é que nenhum dos corpos de prova

alcançou a resistência de 35 MPa, o mínimo esperado que o concreto produzido na fábrica

atingisse. A maior das resistências alcançadas no ensaio de resistência à compressão foi de

33,0 MPa.

O terceiro ponto a ser colocado em evidência foi a grande variação dos resultados

obtidos, alcançando uma amplitude de 7,9 MPa, sendo que a maior resistência atingida foi

de 33,0 MPa e a menor, 25,1 MPa.

A partir destes primeiros pontos levantados é possível julgar que os maus resultados

obtidos nos ensaios, a princípio, possuem maior relação com fatores externos ao ensaio,

como a qualidade do concreto produzido, devido às baixas resistências, e como o

procedimento de moldagem e preparo dos corpos de prova para o ensaio, devido à variação

entre os valores obtidos.

Quanto ao ensaio de módulo, alguns pontos também podem ser destacados e que

refletem criticas semelhantes às das conclusões iniciais, tiradas a partir do ensaio de

resistência à compressão.

O primeiro ponto a ser destacado quanto ao ensaio de módulo de elasticidade foi

também a notável dispersão de valores obtidos na ruptura dos corpos de prova. Os corpos

de prova apresentaram os valores de 31,8 MPa e 36,4 MPa para o resultado de suas

respectivas rupturas, com uma variação de 4,6 MPa.

O segundo ponto notado foi que um dos corpos de prova sofreu uma fratura em meio

ao ensaio, caracterizando uma ruptura fora do momento esperado. O valor de sua ruptura

62

foi estimado visualmente analisando a curva tensão-deformação obtida com o ensaio, sendo

igual a 17 MPa.

Nestes pontos mencionados, tomando-se em consideração o que já foi visto no

ensaio de resistência à compressão, pode-se julgar que o procedimento de moldagem e

cura, como também o preparo dos corpos de prova para o ensaio, sejam os mais prováveis

influenciadores das evidências notadas. Todavia, como este trabalho dá maior enfoque nas

questões ligadas aos ensaios e não nas etapas anteriores aos mesmos, não se foram feitas

maiores análises neste mérito.

Passando para uma análise mais voltada nos resultados em si e não nas causas dos

mesmos, foi possível fazer uma comparação entre os valores de módulo obtidos no ensaio

de módulo de elasticidade com os valores calculados para módulo de elasticidade com o

auxílio da NBR 6118:2007, fazendo-se as devidas considerações para tal.

A NBR 6118:2007 define como módulo de elasticidade secante (ECS) como sendo

85% do módulo de deformação tangente inicial cordal a 30%, calculado conforme a equação

7.1 abaixo.

2/1560085,0 fckEcs (7.1)

Se na equação acima forem tomados como fck os valores efetivos de resistência para

cada corpo de prova ensaiado para módulo, têm-se os seguintes resultados contidos na

Tabela 31.

Tabela 31: Comparação entre valores obtidos para módulo de elasticidade secante

Corpo de prova

Valores obtidos no ensaio Valores calculados

Resistência à

compressão (MPa)

Módulo de elasticidade

secante (GPa)

Módulo de elasticidade

secante (GPa)

Diferença entre os módulos

(%)

1 31,8 28,06 26,84 4,34

2 36,4 30,05 28,72 4,43


Como é possível notar, a NBR 6118, quanto a estimativa do módulo de elasticidade

secante, apresentou um valor de cálculo muito próximo do real ensaiado, quando a

resistência à compressão de cada corpo de prova obtida no final do ensaio de módulo de

63

elasticidade é avaliada como resistência característica do concreto. Isso foi devido a

pequena variação entre os dois resultados, quando comparados. Para os dois corpos de

prova, a diferença entre os módulos encontrados no ensaio e a partir do cálculo foi menor

que 5%, atingindo os valores muito semelhantes iguais a 4,34 % e 4,43%.

Com isso, no caso do ensaio de módulo de elasticidade, é possível dizer que o

procedimento de execução do ensaio se mostrou muito satisfatório para se determinar o

módulo, por poder ter alcançado notória proximidade com o que se espera do concreto,

quando avaliado o módulo de elasticidade previamente pela NBR 6118.

Quanto às comparações realizadas entre as normas nacionais e internacionais, é

visto que o procedimento de ensaio de resistência à compressão mostrou-se muito

semelhante entre as duas normalizações. Não havendo grandes diferenças na execução do

ensaio, é interessante ressaltar somente a diferença na precisão exigida na velocidade de

carregamento. Para a norma americana ASTM C39 a velocidade de carregamento se

concentra em um intervalo menor, sendo igual a (0,25±0,05) MPa/s, enquanto que para a

norma brasileira NBR 5739 a velocidade de carregamento é um pouco mais flexível, sendo

igual (0,45±0,15) MPa/s.

No caso do ensaio de módulo de elasticidade, as diferenças foram mais

significativas, baseando-se na maneira como é executado cada tipo de ensaio. Além da

questão da velocidade de carregamento, que se mantém a mesma em relação ao ensaio de

resistência à compressão, o procedimento de ensaio possui uma diferença fundamental

entre as duas normas. Enquanto a norma brasileira NBR 8522 estipula que se deve pausar

o carregamento quando atingidos os patamares que interessam a coleta de dados, a norma

americana ASTM C469 desenvolve o ensaio sem pausas. Uma vantagem do procedimento

brasileiro é que não é necessário se preocupar com o tipo de medidor de deformação que

se vai utilizar para o ensaio, caso se deseje levar o corpo de prova à ruptura. Como o

procedimento se utiliza de pausas, durante a última destas pausas, é possível fazer a

retirada do equipamento de medição a fim de poupá-lo, antes da ruptura do corpo de prova.

Para a norma americana, isso já não é possível, pois o ensaio não pode sofrer pausas.

Além disso, os patamares de carregamento também são diferentes, diferenciando

não somente o valor do módulo, mas também a conceituação do que é o módulo de

elasticidade, pois para a NBR 8522 o patamar final do ensaio é o referente a 30% da tensão

de ruptura, enquanto que o patamar definido pela ASTM C469 é referente a 40% da tensão

de ruptura. Para se ter uma visão mais clara da diferença entre os dois valores, na Tabela

32 abaixo são listados os valores de módulo de deformação para os patamares de 30% e

40% da tensão de ruptura, obtidos nos ensaios realizados neste trabalho.

64

Tabela 32: Valores de módulo de deformação para tensões a 30 e 40% da tensão de ruptura (fc)

Corpo de prova

Módulo de deformação (MPa)

30% de fc 40% de fc

1 28,06 26,78

2 30,05 29,16

3 23,54 23,29


Assim, após todas estas considerações, notou-se a princípio uma grande fragilidade

para se coletar resultados consistentes e satisfatórios com a possível, porém mais provável,

desatenção às precauções que devem ser tomadas com os corpos de prova antes de se

realizar o ensaio, como por exemplo, o procedimento de moldagem e preparo dos corpos de

prova para serem levados à ruptura e, nisso, pode-se citar o possível mau adensamento dos

corpos de prova e a possível má retificação dos mesmos. Dessa forma, reforça-se ainda

mais a importância de que todas as partes envolvidas no ensaio estejam em perfeitas

condições para que se possam retirar dos ensaios resultados satisfatórios e eficientes, caso

contrário, o que poderá ser notado no momento em que forem realizados os ensaios serão

resultados que não abordam a realidade, anulando a utilidade dos mesmos.

Em contrapartida, com a comparação dos valores de módulo obtidos pelo ensaio e

através dos cálculos teóricos, notou-se uma evidente aproximação entre os resultados

provenientes dos dois processos. Sendo assim, é possível afirmar que o método de ensaio

possui boa fidelidade aos resultados esperados. Quanto ao ensaio de resistência à

compressão, é mais difícil fazer a mesma afirmação, devido aos maus resultados obtidos.

Quanto às comparações entre as normas, pode-se perceber que, para o ensaio mais

simples, o de resistência à compressão, os métodos são muito semelhantes, o que não

deverá causar muitas divergências quando se procurar fazer comparações com os

resultados de um ensaio em relação ao outro. Porém, para o ensaio de módulo de

elasticidade, a conclusão é diferente, pois os métodos empregados nos ensaios se

diferenciam em conceitos ligados propriamente aos métodos de execução dos mesmos,

podendo causar diferenças significativas quando se desejar comparar os resultados

provenientes dos dois métodos.

Portanto, concluiu-se que, os ensaios estudados apresentam eficiência e praticidade

quando se necessita determinar as propriedades do concreto e, quanto as diferenças entre

as referências normativas, elas se apresentaram semelhantes, o que era desejado.

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8. REFERÊNCIAS

ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland. Sustentabilidade do Concreto. Disponível em: <http://www.abcp.org.br/conteudo/sustentabilidade/sustentabilidade-do-concreto>. Acesso em 06/05/2012

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739 Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118 Projeto de estruturas de concreto. Rio de Janeiro, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8522 Concreto – Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e deformação e da curva tensão-deformação. Rio de Janeiro, 2008.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12655 Concreto de cimento Portand – Preparo, controle e recebimento - Procedimento. Rio de Janeiro, 2006.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C39/C39M Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. 2012

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM C469/C469M Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression. 2010

CARRIJO, P. M. Análise da influência da massa específica de agregados graúdos provenientes de resíduos de construção e demolição no desempenho mecânico do concreto. São Paulo. 146 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005.

MEHTA K. P.; MONTEIRO Paulo J. M. Concreto Estrutura, Propriedades e Materiais, São Paulo . PINI, 1994. 574 p.

NEVILLE A. M. Propriedades do Concreto, São Paulo, PINI. 1997. 828 p.

SALES, A. Construções e Tecnologia de Madeira. São Carlos: UFSCar/Departamento de Engenharia Civil, 2010. 52 p. Apostila

SILVA, I. J. Contribuição ao estudo dos concretos de elevado desempenho: propriedades mecânicas, durabilidade e microestrutura. São Carlos. 303 p. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Escola de Engenharia de São Carlos, Instituto de Física de São Carlos e Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2000

VANDERLEI, R. D., Análise experimental do concreto de pós reativos: dosagem e propriedades mecânicas. 196 p. Tese (Doutorado em Engenharia de Estruturas) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2004.

universidade federal de sÃo carlos - deciv.ufscar.br · compressive strength of the concrete, and...

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