XIV ENTAC - Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído - 29 a 31 Outubro Juiz de Fora

Transcrição

1 ESTUDO DA CORRELAÇÃO ENTRE O MÓDULO DE ELASTICIDADE E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE CONCRETOS PRODUZIDOS COM AGREGADO DE ORIGEM BASÁLTICA EM IDADES INICIAIS Angela Maria de Arruda (1) ; Rafael Machado Magalhães (2) ; Turíbio José da Silva (3) Antônio Carlos dos Santos (3) ; (1) Universidade Federal de Uberlândia, angelaarrudassp@gmail.com (2) Universidade Federal de Uberlândia, rafaelmm4@hotmail.com (3) Universidade Federal de Uberlândia, tjdsilva@gmail.com (4) Universidade Federal de Uberlândia, acds@feciv.ufu.br Resumo O módulo de elasticidade é uma propriedade importante para os profissionais envolvidos na indústria da construção civil, uma vez que seu valor é determinante para definição da esbeltez das estruturas produzidas. O conhecimento de seu valor nas idades iniciais nos permite determinar o tempo necessário para a retirada do escoramento, evitando fissuração precoce e conseqüente redução da vida útil da estrutura. Este trabalho avalia duas classes distintas de concreto (C20 e C30), produzidas com agregado graúdo de origem basáltica, nas idades de 7, 14 e 28 dias. Para cada classe de concreto foram moldados 48 corpos-de-prova cilíndricos de dimensões 10 cm x 20 cm, submetidos a ensaios de resistência à compressão e módulo de elasticidade. Foram estudados os principais fatores que influenciam tais propriedades e analisadas as normas que fornecem valores mais próximos dos resultados encontrados. Palavras-chave: Módulo de elasticidade, Resistência à compressão, Agregado Abstract The elastic modulus is an important property for professionals involved in the construction industry, since its value is crucial to define the slenderness of the structures produced. Knowledge of its value in early ages allows us to determine the time required for removal of shoring, preventing premature cracking and consequent reduction of the useful life of the structure. This work evaluates two distinct classes of concrete (C20 and C30), produced with coarse aggregate basaltic, at ages 7, 14 and 28 days. For each concrete class were molded 48 specimens with dimensions 10 cm x 20 cm, tested for compressive strength and modulus of elasticity. We studied the main factors that influence these properties and analyzed standards that provide values closer to those results. Keywords: Modulus of elasticity, Compressive strength, Aggregate. 1272

2 1. MÓDULO DE ELASTICIDADE DO CONCRETO EM IDADES INICIAIS. O módulo de elasticidade do concreto (E c ), conforme definição de Pedroso (2007) é o coeficiente angular da reta formada pelo crescimento das deformações imediatas em função das tensões aplicadas em um elemento estrutural ou corpo-de-prova submetido à aplicação de carga. Os fatores que influenciam E c podem ser divididos em quatro grupos: parâmetros de teste, matriz da pasta de cimento, zona de transição e agregados. Particularmente para idades iniciais, desde que a influência dos parâmetros de ensaio sejam minimizados, a pasta de cimento e a zona de transição exercem maior influência sobre o módulo de elasticidade (E c ) e resistência à compressão do concreto (f c ). Quanto à pasta de cimento, sua influência sobre E c depende majoritarimante de sua porosidade, que por sua vez depende da relação água/cimento e do grau de hidratação. A zona de transição também contribui para a diminuição do E c, por apresentar nas primeiras idades volume e tamanho de vazios maior do que na matriz da pasta de cimento e compostos menos resistentes (MEHTA e MONTEIRO, 2008). As microfissuras configuram um fator limitante na resistência da zona de transição e podem ter diversas origens tais como: tamanho do agregado, relação água/cimento e condições de cura. Já a percepção da influência do agregado no valor do módulo de elasticidade do concreto ocorre em idades mais avançadas, pois nessas idades a pasta de cimento adquiriu resistência e a transferência de esforços para os agregados se torna possível. (ALHADAS, 2009) Existe consenso que a resistência à compressão mantém ligação com outras propriedades do concreto, incluindo o módulo de elasticidade e portanto é possivel deduzí-lo a partir desta propriedade. Na quadro 1 são apresentadas fórmulas propostas por diversas normas para estimar o módulo de elasticidade a partir dos valores da resistência à compressão. Normas Fórmulas propostas Fatores de correção Fonte ABNT NBR 6118 (2007) 0,5 E ci = 5600 f ck Comité Euro- International Du Béton E CEB- FIP Model Code (2010) ci = a (f cj /10) 0,33 OLIVEIRA a 1 =1,2 (basalto) (2011) EUROCODE 2 (2003) E ci = (f cm /10) 0, OLIVEIRA (2011) American Concrete Institute 0,5 ARAÚJO E ACI 318 (1995) ci = 5565 f ck --- (2001) Quadro 1 Fórmulas propostas pelas normas 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 2.1. Caracterização Para a produção do concreto foram utilizados os seguintes materiais: Cimento Portland CP II E 32, cujas características físicas são apresentadas na quadro 2; Aditivo superplastificante proporção de 0,6% do peso do cimento em cada traço; O agregado miúdo de origem natural e o agregado graúdo de origem basáltica. Todos os materiais foram devidamente caracterizados (quadro 3). Como pode-se observar na 1273

3 quadro 3, os agregados utilizados atendem os valores permitidos pela norma ABNT NBR 7211:2009, exceto para o limite de teor de materiais pulverulentos para a areia. PROPRIEDADES FÍSICAS CP II-E-32 Limites Norma Massa específica (g/cm³) 3, NM 23:2001 Resíduo na peneira 200 mm (%) 1, NBR Finura Área específica (cm²/g) NBR 7224 Tempo de pega (min) Início de pega NM 65:2003 Fim de pega NM 65:2003 Água de consistência normal (g) NM 43:2003 Resistência à compressão (MPa) Ensaios realizados 3 dias 17,20 10 NBR dias 22,28 20 NBR dias 31,27 32 NBR 7215 Quadro 2 - Caracterização do cimento Agregado miúdo Limites de norma Massa específica (g/cm³) 2, ,84 Massa unitária (g/cm³) 1, ,53 Dimensão máxima (mm) 4, Módulo de finura 2, ,98 Agregado graúdo Granulometria Areia média -- Brita 1 Teor de materiais pulverulentos (%) 3,65 <=3,0% 0,77 <=1,0% Absorção de água (%) 1, Limites de norma Teor de argila em torrões (%) 0,15 <=3,0% -- Perda por abrasão "Los Angeles" (%) -- 11,53 < 50% Quadro 3 - Caracterização do agregado miúdo e graúdo 2.2. Dosagem Para a determinação dos traços, adotou-se o método IPT, que se baseia na determinação de um traço inicial, obtido através de informações oriundas de experiências anteriores, a partir do qual efetuam-se ajustes experimentais das propriedades em função dos materiais disponíveis para a produção do concreto. (HELENE; TERZIAN, 1993). Os valores de 0,53 e 0,43 foram escolhidos de modo que fossem atingidos os valores de resistência à compressão propostos na pesquisa, a saber, 20 MPa e 30 MPa. O consumo dos materiais para cada traço é apresentado na quadro 4. Componentes Traço I Traço II Cimento (kg/m³) ,1 Areia (kg/m³) 822,5 778,21 Brita (kg/m³) 1151,5 1167,3 Água (l/m³) 174,37 167,31 Aditivo (l/m³) 1794, ,36 a/c (kg/kg) 0,53 0,43 m (kg/kg) 6 5 slump (mm) Traço unitário em massa 1:2,5:3,5:0,53 1:2:3:0,43 Quadro 4- Determinação do consumo dos materiais 1274

4 2.3. Planejamento experimental Foram moldados 48 corpos-de-prova 10 cm x 20 cm, submetidos à cura submersa até a idade do ensaio. Sendo ensaiados 3 para a resistência à compressão, ABNT NBR 5739:2007, 6 para o módulo de elasticidade, ABNT NBR 8522:2008. Para tanto foi utilizada uma prensa de servo elétrica de capacidade 600kN que possui interface para conexão com o computador e instrumentação eletrônica para aquisição de dados de carga, deformação e deslocamento. Na figura 1 é apresentado o equipamento utilizado para a realização dos ensaios. Figura 1 Máquina utilizada para a realização dos ensaios e corpo-de-prova instrumentado com clip gages durante ensaio para determinação do módulo de elasticidade 3. ANÁLISE DOS RESULTADOS 3.1. Módulo de elasticidade (E c ) versus Resistência à compressão. Observa-se na figura 2 o módulo de elasticidade e a resistência à compressão em função da idade para traços com diferentes relações a/c. O traço 2 com menor relação a/c (0,43) apresentou os maiores valores tanto para módulo de elasticidade quanto para a resistência à compressão, se comparado ao traço 1 com relação a/c de 0,53, evidenciando a grande influência deste parâmetro sobre as propriedades citadas. O aumento gradativo observado com o avanço da idade é resultado da hidratação da pasta de cimento ocorrida durante o período de cura submersa; com os poros saturados, os grãos de cimento se hidrataram dando origem a compostos resistentes que ocuparam os vazios. Comprovou-se que para concretos mais resistentes têm-se maiores valores para o módulo de elasticidade. 1275

5 40 42 Resistência à compressão (MPa) fc traço 2 fc traço 1 Módulo de elasticidade (GPa) Eci traço 2 Eci traço Idade (dias) Idade (dias) (a) (b) Figura 2 (a) Resultado do ensaio de resistência à compressão nas idades de 7, 14 e 28 dias; (b) Resultado do ensaio de módulo de elasticidade nas idades de 7, 14 e 28 A razão (E cj /E c28 ) entre o módulo de elasticidade nas primeiras idades (E cj sendo j = 7 e 14 dias) e o módulo de elasticidade aos 28 dias (E c28 ), e a razão (f cmj /f cm ) entre a resistência à compressão nas primeiras idades (f ci sendo i = 7 e 14 dias) e a resistência à compressão aos 28 dias (f c28 ) verificadas nos concretos estudados encontram-se representadas na figura 3a. Com base neste gráfico pode-se afirmar que o concreto de traço 1 (a/c = 0,53) apresenta resistência à compressão média aos 7 dias de 89% dos valores obtidos aos 28 dias. Já o concreto com relação a/c igual 0,43 apresenta resistência à compressão média aos 7 dias de 90% dos valores obtidos aos 28 dias. Segundo Pacheco (2006), tais informações são consideradas de importância fundamental para os engenheiros projetistas para que possam projetar a resistência média à compressão obtida aos 28 dias, a partir da resistência média efetiva à compressão obtida aos 7 dias. A idade de sete dias é importante, visando a desforma da laje de concreto que ocorre geralmente nessa idade, evitando-se a fissuração do concreto, com implicações imediatas sob a vida útil da estrutura de concreto. Os valores da relação E cj /E c28 em função da idade para os concretos estudados registrados na figura 3b constataram-se o crescimento desta relação com o aumento da idade. O concreto com relação a/c igual 0,53 (f ck = 20 MPa) apresenta módulo de elasticidade médio aos 7 dias de 89% dos valores obtidos aos 28 dias. Já o concreto com relação a/c igual 0,43 (f ck = 30 MPa) apresenta módulo de elasticidade médio aos 7 dias de 93% dos valores obtidos aos 28 dias. 1276

6 fcmj/fc Ecmj/Ec Traço 1 Traço Traço 1 Traço Idade (dias) Idade (dias) (a) (b) Figura 3 (a) Variação da resistência à compressão e (b) módulo de elasticidade em função da idade Comparativo dos resultados experimentais e normas Segundo Araújo (2001), o grau de ajuste das curvas teóricas aos resultados experimentais é determinado a partir do coeficiente (equação 1). [Eq.01] onde é o valor do módulo obtido experimentalmente, é o módulo secante calculado através das fórmulas apresentadas na quadro 1 e é o número de ensaios. Nota-se na figura 4 que os valores do módulo de elasticidade obtidos experimentalmente são subestimados pelas expressões propostas pelas normas ABNT NBR 6118:2007 (r = 0,78), ACI 318 (1995) (r = 0,77) e EUROCODE 2 (2003) (r = 0,82). Silva Júnior et al. (2010) também concluíram que o modelo proposto pela norma ABNT NBR 6118:2007 subestimou os resultados experimentais obtidos para concretos com resistência à compressão inferiores a 40 MPa. Desta maneira, o modelo proposto pela norma ABNT NBR 6118:2007 se mostra conservador e seguro até estes níveis de resistência. No mesmo trabalho, foi constatado que a norma ACI 318 (1995) subestima os resultados experimentais em todos os níveis de resistência do concreto (15 a 70 MPa). A expressão do CEB FIP (2010), que propõe um fator de correção de 1,2 para agregados basálticos, apresentou melhor grau de ajuste (r = 0,91) aos resultados experimentais, demonstrando que a origem mineralógica do agregado tem grande influência sobre o módulo de elasticidade do concreto. 1277

7 48 44 Módulo de elasticidade (GPa) Resistência à compressão (MPa) Resultados experimentais (28 DIAS) ACI 318 (1995) EUROCODE 2 (2003) NBR 6118 (2007) CEB - FIP (2010) Figura 4 Correlação entre módulo de elasticidade tangente inicial e resistência à compressão aos 28 dias 4. CONCLUSÕES Confirma-se a influência da porosidade da matriz da pasta de cimento e da zona de transição no módulo de elasticidade uma vez que para relações a/c menores obtém-se maiores valores para o módulo de elasticidade. Mesmo em idades iniciais é significante a influência do grau de hidratação do cimento, sobre o módulo de elasticidade do concreto, haja vista que mesmo aos 7 dias boa parcela do módulo e resistência esperados já foram atinjidos o que possibilita o controle de desforma e retirada do escoramento (7 dias). Nas idades estudadas, a ruptura do corpo de prova ocorreu na sua maioria, na zona de transição, evidenciando o caráter mais frágil desta fase. Com relação às normas, pôde-se concluir que a norma ABNT NBR 6118:2007atende a favor da segurança, as equações propostas pelas normas ACI 318 (1995), EUROCODE 2 (2003) são mais conservadoras e recomenda-se o seu uso somente na inexistência de resultados experimentais. O grau de ajuste da curva teórica proposta pelo CEB FIP (2010) foi maior, demonstrando que esta proposta representa melhor a correlação entre o módulo de elasticidade e a resistência à compressão para resultados experimentais obtidos. Atribui-se esse melhor ajuste ao fator de correção de 1,2 para agregados de origem basáltica. REFERÊNCIAS ALHADAS, M. F. S.; CALIXTO, J. M.; FERREIRA, M. C. F., Estudo Comparativo das Propriedades Mecânicas de Concretos fabricados com Agregados Graúdos de diferentes origens mineralógicas. In: 51º Congresso Brasileiro de Concreto. IBRACON, ARAÚJO, J.M. O módulo de deformação longitudinal do concreto. In: Teoria e Prática na Engenharia Civil, p. 9-16, Rio Grande, RS, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739:2007. Concreto Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, NBR 6118:2007. Projeto de Estruturas de concreto procedimento, Rio de Janeiro RJ,

8 . NBR 7211:2009. Agregados para concreto Especificação. Rio de Janeiro, NBR 8522:2008. Concreto Determinação dos Módulos Estáticos de Elasticidade e de Deformação e da Curva Tensão Deformação, Rio de Janeiro RJ, NBR NM 8:1994. Concreto Determinação da resistência à tração por compressão diametral. Rio de Janeiro, NBR NM 30:2001. Agregado miúdo Determinação de absorção de água. Rio de Janeiro, NBR NM 45:2006. Agregados Determinação de massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro, NBR NM 46:2001. Agregados Determinação do material fino que passa através da peneira 75 micrometro, por lavagem. Rio de Janeiro, NBR NM 51:2001. Agregado graúdo Ensaio de abrasão Los Angeles. Rio de Janeiro, NBR NM 52:2009. Agregado miúdo Determinação de massa específica, massa específica aparente. Rio de Janeiro, NBR NM 53:2009. Agregado graúdo Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro, NBR NM 248:2003. Agregados Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, HELENE, P.; TERZIAN, P. Manual de dosagem e controle do concreto. Ed. Pini, MEHTA, P. M.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: Microestrutura, Propriedades e Materiais. São Paulo, IBRACON, OLIVEIRA, R. Análise teórica e experimental de estruturas planas de concreto armado com a consideração da fluência. Tese de doutorado, Universidade de São Paulo, (USP), São Paulo, 2011 PACHECO, R. Análise do Módulo de Elasticidade e Resistência à compressão de concretos produzidos em Centrais na Grande Vitória. Experimentais e Estatística. Dissertação de mestrado, Universidade Federal do Espírito Santo, (UFES), Vitória, ES, PEDROSO, F.L. Módulo de elasticidade é parâmetro fundamental para a durabilidade da estrutura de concreto. In: Revista Concreto e Construções. nº º Congresso Brasileiro do Concreto, SILVA JUNIOR, R.M.; PASA, N.; SANTOS, T.L.; FORMAGINI, S.; CHEUNG, A.B.; ROSA, W.A. Correlação entre o Módulo de Elasticidade versus Resistência à compressão de Concretos com Agregado de Origem Basáltica. In: 52º Congresso Brasileiro do Concreto IBRACON. Fortaleza CE Anais. 1279