ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS DE PREPARAÇÃO DE TOPO DE CORPOS DE PROVA DE CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA PARA ENSAIO À COMPRESSÃO AXIAL

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1 ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS DE PREPARAÇÃO DE TOPO DE CORPOS DE PROVA DE CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA PARA ENSAIO À COMPRESSÃO AXIAL PATRÍCIA HOMMERDING PEDROZO Professora - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP patriciahp@unicenp.br JORGE LUIZ DA SILVEIRA FILHO Ex-aluno - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP jlsilveira@terra.com.br CAMILA MARSZALECK Ex-aluna - Engenharia Civil - Centro Universitário Positivo / UnicenP cmarszaleck@hotmail.com 73 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p ,

2 ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS... RESUMO O Concreto de Alta Resistência (CAR) se caracteriza pelos elevados valores de resistência e pela pasta mais compacta, com menos vazios, resultando da escolha adequada dos materiais de construção e da utilização de metodologias de dosagem desenvolvidas para CAR. Além destes fatores é importante observar a preparação dos corpos de prova (cp) para os ensaios de propriedades mecânicas, tendo em vista que a superfície dos cps influencia diretamente o resultado dos ensaios. A resistência à compressão axial é uma tensão calculada, portanto, como a força necessária para o rompimento do material divida pela área da seção resistente. O processo de moldagem dos cps resulta em superfícies não planas, que afetam a área da seção resistente, rompendo o material com uma superfície inferior à considerada nos cálculos. Para o os concretos tradicionais a utilização do capeamento com enxofre é a metodologia mais adequada para regularizar a superfície. Entretanto, o enxofre apresenta tensão de escoamento de aproximadamente 45MPa, considerando que o CAR apresenta resistências acima de 50MPa, esta metodologia não apresenta resultados adequados para este concreto. Este trabalho apresenta os resultados obtidos com a execução de Concreto de Alto Desempenho utilizando três métodos de preparação da superfície de corpos de prova cilíndricos de concreto: capeamento com composto de enxofre, resina epóxi e rompimento utilizando borracha de neoprene. A borracha de neoprene apresentou os melhores resultados, seguida pela resina epóxi. Palavras-chave: Concreto de Alta Resistência, Resistência à Compressão Axial, Capeamento, Retificação de Corpos de Prova, Borracha de Neoprene. ABSTRACT High Performance Concrete (HPC) should have high compressive strength with a highly compact cement paste, and low porosity, results of adequate choice of construction materials and mixture proportion, specially developed for HPC. Besides that, it is important to prepare the specimens carefully for the mechanical properties testing, since test results are directly influenced by the specimen s ends. The specimens finishing process results in non-plane surfaces, what influences directly the resistance section area, causing the material to crush with lower value than calculated. Utilization of sulfur capping is the adequate methodology for preparation of specimens ends of usual concrete. However, sulfur capping has compressive strength lower than 45MPa and HPC s have compressive strength higher than 50MPa. This paper reports test results of HPC compressive strength whit three different specimens end: sulfur capping, neoprene pad and epoxy resin. Test results indicate that neoprene pad conducts to higher compressive values than the other options. Key-words: High Performance Concrete, Compressive Strength, Capping, faced specimens, Neoprene Pad 74 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p , 2004

3 PATRÍCIA HOMMERDING PEDROZO, JORGE LUIZ DA SILVEIRA FILHO E CAMILA MARSZALECK ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS DE PREPARAÇÃO DE TOPO DE CORPOS DE PROVA DE CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA PARA ENSAIO À COMPRESSÃO AXIAL PATRÍCIA HOMMERDING PEDROZO / JORGE LUIZ DA SILVEIRA FILHO / CAMILA MARSZALECK 1. INTRODUÇÃO O Concreto de Alto Desempenho (CAD), também denominado CAR, vem sendo cada vez mais difundido no ramo da engenharia através dos estudos desenvolvidos por vários autores (AITICIN, 2000; ALVES, 2000; DAL MOLIN, 1995; KELHAM, S. SWATER, 1998; METHA, P.K.; AÏTCIN, P.C, 1990, METHA, P. KUMAR; MONTEIRO, PAULO J. M,1994). A utilização do CAD tem permitido o desenvolvimento do cálculo de estruturas de concreto, resultando em menores dimensões das peças estruturais, maiores vãos livres, estruturas mais esbeltas e conseqüente economia de materiais e mão de obra. À medida em que se eleva a resistência do concreto os métodos de preparação de topos dos corpos de prova comumente utilizados tornamse inválidos. A utilização da metodologia inadequada altera os valores de resistência do concreto, apresentando valores inferiores à resistência real do material. A determinação da resistência à compressão axial pelo processo de rompimento de corpos de prova cilíndricos de concreto torna-se, portanto, um grande desafio. Este artigo tem por objetivo comparar diferentes formas de rompimento de Corpos de Prova de Concreto de Alta Resistência em ensaios de Resistência à Compressão Axial, de acordo com a norma brasileira NBR 5739 (1994). O cálculo de concreto utiliza este parâmetro de resistência pois o concreto apresenta alta resistência à compressão e baixa resistência à tração. Os concretos armado e protendido são eficientes em função da combinação da resistência à tração do aço com a resistência à compressão do concreto. Os procedimentos de preparação dos corpos de prova utilizados nos ensaios à compressão axial simples através do capeamento com composto de enxofre, com resina epóxi e borracha de neoprene são descritos a seguir. A comparação de eficiência das metodologias é realizada através dos valores obtidos de resistência à compressão axial, tendo em vista que estas metodologias não contribuem para a resistência efetiva do material, apenas regularizam sua superfície, distribuindo a força aplicada. Valores inferiores de resistência para um mesmo traço ou resultam do capeamento apresentarse como o elo frágil, ou da regularização inadequada da superfície. Portanto, pode-se afirmar que o maior valor obtido é a resistência mais coerente para este traço, uma vez que o concreto não apresenta acréscimo de resistência em função do capeamento. 75 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p ,

4 ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS DESCRIÇÃO DOS MÉTODOS DE ROMPIMENTO Retificação de Corpos de Prova A retificação de corpos de prova cilíndricos de concreto é feita através de um equipamento adequado para o processo, a retifica com serra de diamante, que realiza um polimento na superfície, regularizando-a. O corpo de prova pode a seguir ser rompido, sem nenhum tipo de capeamento adicional. Por se tratar de um equipamento caro, encontrado em poucas instituições brasileiras, o local onde não há a retificadora é permitido utilizar serras adiamantadas, que retiram uma camada de aproximadamente 2mm do topo do corpo de prova. Além disto, a retificação implica na aplicação de uma pré-tensão no concreto o que pode diminuir sua resistência final, principalmente nas primeiras idades. A figura 1 apresenta a retífica e a figura 2 exemplifica o processo de retificação do corpo de prova. Capeamento com Enxofre Figura 3: materiais utilizados para a execução do capeamento de enxofre O composto de enxofre é amplamente utilizado nos rompimentos de corpos de prova de concreto no Brasil, padronizado pela norma brasileira NM 77 (1996). Trata-se de uma fusão entre o quartzo e o próprio composto de enxofre, resultando em mistura fluida que tem a capacidade de esfriar rapidamente ao entrar em contato com superfícies frias. O problema da utilização do capeamento com enxofre está na resistência do composto, que gira em torno de 45MPa, sendo então contra indicado para CAD s, a não ser para as primeiras idades onde o concreto não atinge a carga de ruptura do composto. A figura 3 mostra os materiais utilizados para a realização da mistura e a figura 4 um cor po de prova de concreto capeado com enxofre. Figura 4: detalhe final do corpo de prova capeado 76 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p , 2004

5 PATRÍCIA HOMMERDING PEDROZO, JORGE LUIZ DA SILVEIRA FILHO E CAMILA MARSZALECK Capeamento com Borracha de Neoprene A norma americana ASTM C1231/C1231M-00 define e descreve o uso do capeamento de borracha de neoprene para a determinação da Resistência à Compressão Axial de Corpos de Prova Cilíndricos de Concreto. A norma afirma que a borracha de neoprene é suficientemente dura para resistir aos esforços de compressão em corpos de prova cilíndricos de concreto. Além disso, por estar confinada em um anel de aço, imprime uma resistência muito maior às solicitações. Para cada nível de resistência, que estão determinados na ASTM, aplica-se uma dureza diferente de borracha. Esta dureza é expressa em Shore e pode variar de 50 a 70, à medida que se eleva a resistência do concreto. A figura 5 detalha uma borracha de neoprene utilizada para capeamento de CAR. Apesar de a Norma Americana só indicar a borracha de neoprene para resistências inferiores a 80 MPa, testes vêm sendo realizados em laboratórios brasileiros, obtendo-se resultados satisfatórios para resistências mais elevadas. O fabricante especifica 40 Shore de dureza para resistências superiores a 40 MPa e define em 10 rompimentos a vida útil da borracha para os Concretos de Alto Desempenho, ou seja, a cada 10 rompimentos a borracha é substituída por uma nova. Resina Epóxi Figura 5: borracha de neoprene utilizada para capeamento Foram realizados estudos práticos com a utilização de uma resina epóxi de alta resistência encontrada comercialmente em supermercados e lojas do ramo da construção. O procedimento consiste na execução de uma camada de 2mm de resina epóxi de resistência acelerada e secagem rápida a fim de nivelar o topo dos corpos de prova a serem rompidos. Apesar de se tratar de um método economicamente inviável para ser utilizado em controle tecnológico de concreto, pode ser útil quando o número de amostras for reduzido e houver urgência pelos resultados. 3. RESULTADOS OBTIDOS Para a execução do Concreto de Alto Desempenho ensaiado à compressão axial simples, foi adotado o método de dosagem proposto por MEHTA/AITCIN (1992). Este método se adequa à produção de CAD por apresentar um grande número de publicações a respeito, possibilitando comparações futuras, além disso, também é de fácil execução, com proporções de materiais tabeladas. Foram adotados dois tipos de agregados graúdos (britas) distintos em sua composição mineralógica, escolhidos através de uma pesquisa entre as concreteiras da região de Curitiba. Nas primeiras idades (1, 3 e 7 dias), o capeamento com o composto de enxofre apresentou resultados satisfatórios devido aos baixos valores de resistências obtidos nestas idades, conforme as tabelas 1 e 2. Para os ensaios aos 28 dias, além do composto de enxofre, a resina 77 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p ,

6 ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS... epóxi e a borracha de neoprene foram utilizadas nos rompimentos. A retificação foi testada porém, devido a falhas no equipamento, que é uma adaptação de uma serra circular, não foram obtidos valores satisfatórios, e já nos primeiros rompimentos esta solução foi descartada. Foram realizadas três repetições para cada traço a fim de eliminar os fatores de ruído que poderiam alterar os resultados. Cada repetição foi realizada com dois corpos de prova de concreto para cada idade conforme recomendado pela norma brasileira. A tabela 1 apresenta os valores obtidos para a Brita A e a tabela 2 os valores obtidos para a Brita B. O método de dosagem parte de resistências estimadas para determinação dos traços e por este motivo esta é a primeira coluna das tabelas 1 e 2. Além dos valores de resistência à compressão axial, as tabelas apresentam as relações água/cimento e o consumo de cimento por metro cúbico de concreto. Tabela 1: Resistência à compressão axial do concreto produzido com Brita A aos 1, 3, 7 e 28 dias de idade 78 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p , 2004

7 PATRÍCIA HOMMERDING PEDROZO, JORGE LUIZ DA SILVEIRA FILHO E CAMILA MARSZALECK Os gráficos apresentados nas figuras 6 e 7 foram produzidos utilizando as recomendações da norma brasileira, ou seja o valor dado a cada repetição foi o maior valor obtido entre dois exemplares. Os gráficos apresentam o valor obtido por cada método separado por figura geométrica e os três pontos de cada figura representam cada uma das repetições, como é possível verificar nos dados das tabelas 1 e 2. Figura 6: Gráficos comparativos de resistência à compressão axial aos 28 dias para os traços estimados de 65MPa, 75MPa, 90MPa, 105MPa e 120MPa Brita A. Como é possível observar na figura 6, o capeamento com enxofre apresentou valores de resistência à compressão axial aos 28 dias inferiores aos apresentado pela resina epóxi e pela borracha de neoprene, como era esperado. A borracha de neoprene apresentou os melhores resultados para todos os traços analisados aos 28 dias de idade. Os resultados obtidos com a resina epóxi apresentam valores ligeiramente inferiores aos obtidos com a borracha de neoprene. 79 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p ,

8 ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS... Tabela 2: Resistência à compressão axial do concreto produzido com Brita B aos 1, 3, 7 e 28 dias de idade Figura 7: Gráficos comparativos de resistência à compressão axial aos 28 dias para os traços estimados de 65MPa, 75MPa, 90MPa e 105MPa Brita B. 80 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p , 2004

9 PATRÍCIA HOMMERDING PEDROZO, JORGE LUIZ DA SILVEIRA FILHO E CAMILA MARSZALECK A Brita B apresentou comportamento similar à Brita A, como é possível observar na figura 7. O capeamento com enxofre apresentou valores de resistência à compressão axial aos 28 dias inferiores aos apresentado pelos demais capeamentos. A borracha de neoprene apresentou os melhores resultados para todos os traços e os valores obtidos com a resina epóxi apresentam-se ligeiramente inferiores aos obtidos com a borracha. 4. CONCLUSÃO Após análise dos dados obtidos através dos diferentes métodos de capeamento, e apesar da inexistência de uma norma específica para a utilização da borracha de neoprene em altas resistências, esta solução apresenta-se como a mais adequada. O capeamento com enxofre mascarou a resistência à compressão axial do concreto, apresentando um valor muito inferior à resistência potencial do CAD produzido, conforme esperado por possuir resistência de escoamento inferior aos valores dos concretos produzidos. A utilização de resina epóxi constitui apenas um método paliativo, pois apesar da agilidade e facilidade de aplicação, seu elevado custo impossibilita sua aplicação comercial para controle tecnológico do concreto. Este método foi utilizado apenas para que as idades não fossem ultrapassadas e por se tratar de uma pesquisa com uma quantidade limitada de corpos de prova. Apesar da resistência apresentada ser inferior à resistência do material com borracha de neoprene pode-se considerar satisfatória, pois os valores foram elevados, atingindo até 120MPa. O neoprene apresentou os melhores resultados quanto ao capeamento. Entretanto, são necessários estudos mais detalhados para definir qual o número ideal de rompimentos por peça. No presente estudo, a fim de se minimizar a influência do neoprene nos resultados, foi utilizada 1 peça de neoprene para cada 10 corpos de prova rompidos, apesar de os fabricantes recomendarem a utilização de 1 peça por 100 rompimentos. Essa recomendação, entretanto, é aplicável ao concreto convencional. O capeamento com neoprene é a mais prática de todas as soluções adotadas, pois não exige nenhum preparo anterior, apenas o posicionamento da borracha no topo do corpo de prova no momento do rompimento. A aquisição de uma retífica apesar de apresentar um alto investimento inicial (aproximadamente R$ 7.000,00 em valores atuais) apresenta-se como a alternativa mais viável economicamente, a longo prazo, pois necessita de pouca manutenção e as novas máquinas apresentam tecnologia que permite a perfeita preparação da superfície permitindo o rompimento do corpo de prova com a área da seção resistente estipulada. Recomenda-se, portanto, maiores estudos com uma retífica destinada ao capeamento de corpos de prova a fim de comparar os resultados com os obtidos no presente estudo. 81 da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p ,

10 ESTUDO COMPARATIVO DE DIFERENTES MÉTODOS... REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: concreto: ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 1994 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NM 778: concreto preparação das bases do corpos de prova e testemunhos cilíndricos para ensaios de compressão. Rio de Janeiro, 1996 AITCIN, Pierre-Claude. Concreto de alto desempenho; São Paulo: PINI, ALVES, M. F.; Estudo comparativo de métodos de dosagem para concreto de alta resistência. Porto Alegre, Dissertação (Mestrado) DAL MOLIN, D. C. C. Contribuição ao estudo das propriedades mecânicas dos concretos de alta resistência com e sem adições de microssilica. São Paulo, Tese (Doutorado) KELHAM, S. Swater; Absortion test for concrete. Magazine of concret research, v. 40, n. 143, p , METHA, P.K.; AÏTCIN, P.C. Principles underlying production of high performance concrete. Cement, Concrete and Aggregates, Philadelphia, v.12, n.2, p.70-78, Winter METHA, P. Kumar; MONTEIRO, Paulo J. M. Concretos: estrutura, propriedades e materiais. São Paulo, da Vinci, Curitiba, v. 1, n. 1, p , 2004