INFLUÊNCIA DO PROCEDIMENTO DE CURA DO CONCRETO NO ENSAIO DE ADERÊNCIA TIPO PUSH-IN

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1 INFLUÊNCIA DO PROCEDIMENTO DE CURA DO CONCRETO NO ENSAIO DE ADERÊNCIA TIPO PUSH-IN INFLUENCE OF PROCEDURE OF CONCRETE CURE IN PUSH-IN BOND TEST Bruno do Vale Silva (1); Victor Ivan Dal Bosco (2); Mônica Pinto Barbosa (3); Luiz Carlos Pinto da Silva Filho (4); (1) Doutorando em Eng. Civil, UFRGS/LEME. (2) Aluno de Graduação em Eng. Civil, UFRGS/LEME. (3) Professora Dra., Dept. de Eng. Civil, UNESP (4) Professor Dr., Dept. de Eng. Civil, UFRGS/LEME. Resumo Na maioria dos casos o controle de qualidade em obras de concreto armado é realizado exclusivamente por ensaios de resistência à compressão do concreto. O grupo de pesquisa APULOT está realizando um grande estudo visando avaliar a possibilidade de usar os resultados de ensaios de aderência aço-concreto para estimar a resistência à compressão do concreto, melhorando a capacidade de controle tecnológico "in situ". Os autores Lorrain e Barbosa (2008); Vale Silva (2010) e Lorrain et al. (2011) evidenciaram que a correlação entre essas variáveis é válida e que é possível fazer estimativas adequadas da resistência à compressão, se forem respeitados certos parâmetros para realização dos ensaio de aderência. Obter métodos de ensaios que facilitem este controle a partir de ensaios de aderência é primordial para a implementação destes ensaios "in situ". Deste modo o objetivo específico proposto para o presente trabalho foi comparar os resultados obtidos em ensaios de aderência tipo push-in com procedimentos de cura diferentes: curados em câmara úmida, submersos em solução de hidróxido de cálcio e no próprio ambiente de laboratório. Desde modo foram utilizados três composições de concretos distintas, testadas aos 7 e 28 dias e barras de aço CA-50 com diâmetro nominal de 8,0 mm. O desenvolvimento de uma metodologia baseada no conceito de push-in, que embora ainda não haja normalização específica, abriria novas opções para elaborar ensaios simplificados que possam ser implementados para controle de qualidade do concreto "in situ". Os resultados obtidos de tensão de aderência mostram que os procedimentos de cura não interferem significativamente na tensão de aderência até os 7 dias de idade. Palavra-Chave: Aderência aço-concreto; Push-in; Cura. Abstract In most cases the quality control in reinforced concrete construction are carried out exclusively by testing the compressive strength of concrete. The research group APULOT has been working to make it possible to use the results of the testing of steel-concrete bond to estimate the compressive strength of concrete, improving the ability to control technology "in situ". The authors Lorrain e Barbosa (2008); Vale Silva (2010) e Lorrain et al. (2011) demonstrated that the correlation between these variables is valid and that it is possible to make appropriate estimates of the compressive strength, if certain parameters to achieve the bond test are respected. Obtain test methods to facilitate this control from tests of bond is essential for the implementation of these tests "in situ".the specific aim proposed for this study was to compare the results obtained from tests of bond push-in procedures with different cure: cured in a moist chamber submerged in a solution of calcium hydroxide and own lab environment. Thus three different concrete compositions tested at 7 and 28 days and steel bar CA-50 with a nominal diameter of 8.0 mm were used. The development of a methodology based on push-in concept, although there are no specific standards, would open new options for developing simplified tests that can be implemented for quality control of concrete "in situ". The results show that the cure procedures do not significantly interfere in the bond strength until 7 days of age. Keywords:Bond steel-concrete; Push-in; Cure. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 1

2 1 Introdução Um dos parâmetros de controle mais conhecidos nas obras de concreto armado é o ensaio de ruptura à compressão axial de corpos de prova de concreto cilíndricos, moldados na hora do lançamento do concreto nas formas. Este tipo de ensaio é padronizado e especificado pela NBR 5739/07. Por meio dele é possível obter o valor da resistência característica à compressão e estimar o f ck, valor fundamental a partir do qual as normas e procedimentos de cálculo estimam, indiretamente, outros parâmetros de resistência e deformabilidade do concreto. Com intuito de complementar esse ensaio de resistência à compressão do concreto e obter respostas no próprio canteiro de obras através de métodos pouco onerosos, o grupo de pesquisa APULOT vem testando ensaios de aderência baseados nos métodos pull-out e push-in para estimar a resistência à compressão do concreto, melhorando a capacidade de controle tecnológico "in situ". O grupo de pesquisa vem tentando determinar a influência de diversas variáveis na resposta do ensaio de aderência, visando consolidar um método de ensaio. Por exemplo: Barbosa et al. (2011) avaliou a influência da corrosão superficial na aderência com o método APULOT; Lorrain et al. (2010) e Silva Filho et al. (2012) compararam diferentes configurações geométricas de barras de aço na resposta do ensaio APULOT; Vale Silva et al. (2011) e Makni et al. (2010) avaliaram o efeito de variação do cobrimento do concreto ao redor da barra de aço; Vale Silva et al. (2013) analisou os resultados de ensaios de aderência através da utilização de redes neurais artificiais; Ferreira et al. (2011), Barbosa et al. (2013) e García-taengua et al. (2014) avaliaram os limites da resistência mecânica do concreto nos ensaios de aderência APULOT para aplicação em canteiro de obra; Dal bosco et al. (2012) fez uma análise do procedimento de retirada barra do concreto (pull-out ou push-in); Calderaro et al. (2013) avaliou a influência da geometria dos moldes no ensaio de aderência; Godoy et al. (2012) analisou a influência de agregados leves de resíduos de pneus na aderência aço-concreto com o método APULOT; Nguyen et al. (2011) avaliou a configuração da emissão acústica nos ensaios de aderência com o método APULOT. Dentre os estudos, além das atividades experimentais, também estão envolvidas simulações numéricas que visam parametrizar maneiras simplificadas de implementar o ensaio em canteiros de obras como mostra os trabalhos de Tavares (2012) e Tavares et al. (2014). Os autores Lorrain e Barbosa (2008); Vale Silva (2010) e Lorrain et al. (2011) também evidenciaram que a correlação entre essas variáveis é válida e que é possível fazer estimativas adequadas da resistência à compressão, se forem respeitados certos parâmetros para realização dos ensaio de aderência. Obter métodos de ensaios que facilitem este controle a partir de ensaios de aderência é primordial para a implementação destes ensaios "in situ". Deste modo o objetivo do presente trabalho é comparar os resultados obtidos em ensaios de aderência tipo push-in com procedimentos de cura distintos, a saber: curados em câmara úmida, submersos em solução de hidróxido de cálcio e no próprio ambiente de laboratório. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 2

3 2 Materiais e Métodos No programa experimental foram utilizados três composições de concreto, denominadas T1, T2 e T3, com resistências médias à compressão aos 28 dias do T1=54,0 MPa ; T2=34,9 MPa e T3=24,8 MPa. As características dos traços estão indicadas na Tabela 1. Identificação Composição Concreto Tabela 1 - Características das composições de concreto. Consumo de material por metro cúbico Traço Traço unitário a/c Agregado Agregado 1:m Cimento (1: a:b) (kg/m 3 miúdo graúdo Água (kg/m 3 ) ) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) T1 4,00 1:1,5:2,5 0,42 454,3 681,4 1135,7 190,8 T2 6,00 1:2,5:3,5 0,59 321,7 804,3 1126,0 189,8 T3 8,00 1:3,5:4,5 0,76 249,0 871,6 1120,7 189,3 Na composição de todos os concretos foi utilizado cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CPV-ARI), com massa especifica de 3,10 g/cm³. Agregado miúdo - areia média, com módulo de finura igual a 2,40, massa específica de 2,61 g/cm 3 e diâmetro máximo de 4,75 mm. Agregado graúdo - brita 1 de origem basáltica, com módulo de finura igual a 6,50, massa específica de 2,90 g/cm 3 e diâmetro máximo de 19,0 mm. Para caracterização do concreto foram realizados ensaios de resistência à compressão axial segundo NBR 5739/07. Em todos os ensaios de caracterização do concreto foram utilizados corpos de prova cilíndricos (Ø100x200 mm) moldados conforme a NBR 5738/03, adensados em mesa vibratória e curados em câmara úmida com umidade relativa do ar superior à 95% e temperatura de 23±2ºC. Na data da ruptura os corpos de prova foram testados em prensa hidráulica de marca SHIMADZU com capacidade de carga de 2000 kn. Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais (LEME) da UFRGS. Utilizou-se barras nervuradas de aço CA-50 com diâmetro nominal de 8,0 mm, caracterizadas segundo a NBR 7480/07. Esta norma especifica que a resistência mínima ao escoamento das barras de aço seja igual a 500 MPa e a resistência de ruptura seja 1,10 vezes este valor, o alongamento mínimo após ruptura em 10Ø (80 mm) deve ser de 8% e a massa por metro linear deve ser de ±6% do valor da massa do diâmetro nominal. Os ensaios foram realizados em três amostras com 60 cm de comprimento cada. O valor médio obtido de resistência ao escoamento (f y ) é 597,5±1,1 MPa; Resistência de ruptura f st (MPa) é de 746,7±10,0 MPa; Alongamento total na força máxima ( A gt ) é de 16,8±2,0% e a massa linear é de 0,395±0,001 kg/m. As características geométricas das barras de aço estão apresentadas na Figura 1, como ilustrado a altura média (h r ) obtida foi de 0,49 mm; a altura máxima da nervura (h r1/2 ) de 0,55 mm; o espaçamento entre nervuras (S r ) de 5,55 mm e o ângulo de inclinação igual a 52º. Nota-se que as barras utilizadas neste trabalho atendem as especificações da normalização brasileira. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 3

4 Sr = 5,53mm 52º hr 14 hr 34 hr 1 2=0,55mm hr = hr 14 + hr 12 + hr 34 = 0,49 mm 3 Figura 1 - Esquema dos detalhes geométricos das barras de aço utilizadas. utilizadas (NBR 7480/07) 2.1 Ensaios de aderência aço-concreto aço tipo push-in. O Grupo de Pesquisa APULOT/LEME vem desenvolvendo alternativas para os moldes dos corpos de prova destinados aos ensaios de aderência aço-concreto aço concreto tipo push-in, visto que uma das maiores limitações está na preparação e desmoldagem desses tipos de ensaios. ios. Deste modo desenvolver métodos que propiciem rapidez e facilidade aos ensaios de aderência com intuito de serem aplicados em campo é de fundamental importância para a continuidade do projeto APULOT. Focado neste objetivo optou-se optou por utilizar um molde de ampla utilização em obras de concreto, o molde cilíndrico (Ø100x200 mm) para preparação de corpos de prova destinados principalmente para determinação da resistência a à compressão do concreto. A Figura 2 mostra o desenho esquemático 3D e uma foto do método de ensaio tipo push-in. Figura 2 - Esquema e foto dos moldes para os ensaios push-in. push Os corpos de prova de aderência aço-concreto aço foram fabricados em betoneira de eixo inclinado, adensados em mesa vibratória, desmoldados 24 horas após a moldagem procedeu-se se em avaliar como diferentes condições de cura influenciam na resposta do ensaio em três diferentes composições de concretos (T1, T2 e T3) testados testado aos 7 e 28 dias de idade. A cura tipo A foi testada apenas aos 7 dias. A Figura 3 mostra o aspecto dos corpos de prova após concretagem e a Tabela 2 mostra as condições de cura e a quantidade de ensaios que foram testados. ANAIS DO 56ºº CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 4

5 Figura 3 Esquema detalhado e foto dos corpos de prova push-in moldados. Tabela 2 - Programa Experimental para estudar a influência das condições de cura. Idade ruptura (dias) Condição Descrições e Procedimentos dos tipos de cura Composições de concreto T1 T2 T3 A Cura em ambiente de laboratório armazenado longe dos intempéries 5 cps 5 cps 5 cps 7 B Cura em câmera úmida - temperatura de 23±2ºC - umidade relativa do ar superior a 95% 5 cps 5 cps 5 cps C Cura em solução saturada de hidróxido de cálcio - temperatura de 23±2ºC 5 cps 5 cps 5 cps 28 B C Cura em câmera úmida - temperatura de 23±2ºC - umidade relativa do ar superior a 95% Cura em solução saturada de hidróxido de cálcio - temperatura de 23±2ºC 5 cps 5 cps 5 cps 5 cps 5 cps 5 cps Para a realização ensaio de aderência utilizou-se uma prensa hidráulica da marca SHIMADZU com capacidade de carga de 2000 kn. Em todos os ensaios de aderência a velocidade de carregamento foi mantida constante em 32 N/sec até à ruptura como recomenda a RILEM RC6 CEB/FIP/83 para este diâmetro de barra A Figura 4 ilustra o esquema adotado para o ensaio push-in com os detalhes das dimensões do corpo de prova. Observa-se que o comprimento de ancoragem fica no lado oposto da placa de reação, deste modo a compressão gerada na extremidade do corpo de prova pela placa de reação é minimizada, evitando-se superestimar a tensão de ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 5

6 aderência nesse tipo de ensaio. A diferença básica com relação ao ensaio tipo pull-out (mais comumente utilizado) é que no ensaio push-in a barra é empurrada contra o concreto que a envolve e no pull-out a barra é arrancada do concreto que reage contra uma placa de apoio. 100 mm Ø=8mm c=46mm c/ø=5,75 10 mm F le = 40 mm LVDT 100 mm 60 mm s/ ancoragem Specimen Placa de apoio Figura 4 Desenhos esquemáticos e foto do método de ensaio push-in. Com a realização do ensaio foi possível obter as intensidades das forças em quilonewtons. Com este valor de força dividido pela área de ancoragem da barra, calculase a tensão de aderência (τ b ), como mostra a Equação 1. Nesta equação F é a força de arrancamento, Ø é o diâmetro da barra de aço e l e é o comprimento de ancoragem do ensaio. A tensão máxima de aderência (τ b,máx ) foi calculada com base na força máxima de arrancamento obtida no ensaio. τ =.. (Equação 1) 3 Análise e Discussão dos Resultados Os resultados obtidos da caracterização da aderência aço-concreto através do ensaio tipo push-in estão apresentados na Tabela 3, onde estão os resultados de tensão máxima de aderência obtida para cada tipo de cura juntamente com o desvio padrão. A fim de avaliar se os valores obtidos apresentaram diferenças significativas, foi realizada uma análise de variância (ANOVA) para analisar separadamente a relação entre as variáveis. Considerou-se a relação entre variáveis como sendo estatisticamente significativa para valores de p-value inferiores a 0,05. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 6

7 Tabela 3 - Resultados da análise das condições de desmoldagem e cura. Idade (dias) Composição f cm (MPa) τ bmáx (MPa) para cada condição de cura A B C T1 44,5±2,2 22,0±2,1 23,2±1,7 21,9±2,1 07 T2 29,7±1,5 15,6±1,1 16,0±0,9 16,4±0,8 T3 20,2±1,1 10,8±1,0 10,4±0,9 11,0±0,9 T1 54,0±1,4-28,2±2,1 28,0±1,8 28 T2 34,9±0,8-19,9±1,3 19,1±1,2 T3 24,8±0,7-12,1±0,8 12,6±1,4 A Figura 5 mostra a análise ANOVA para os 7 dias dos 3 tipos de cura, onde pode-se observar que o tipo de cura não alteou significativamente a tensão de aderência obtida no ensaio tipo push-in. A Figura 6 mostra outra análise ANOVA realizada para os procedimentos B e C, onde se observa que também não houve diferenças significativas entre os tipos de cura aos 7 e 28 dias de cura, nota-se apenas o incremento da tensão de aderência acompanhando a resistência à compressão dos 7 para os 28 dias, fato indicado no p-value=0,0119. Tensão máxima de aderência (MPa) Wilks lambda=0,01485, F(6, 20)=24,022, p=0,00000 Vertical bars denote 0,95 confidence intervals Cura câmara úmida Cura submersa Cura ambiente lab Resistência à compressão (MPa) Figura 5 Resultados da análise das condições cura (A, B e C) aos 7 dias. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 7

8 Tensão máxima de aderência (MPa) Wilks lambda=0,5782, F(4, 46)=3,62, p=0,0119 Vertical bars denote 0,95 confidence intervals f cm 7 dias (MPa) Cura câmara úmida Cura submersa f cm 28 dias (MPa) Figura 6 - Resultados da análise das condições cura (B e C) aos 7 e 28 dias. 4 Conclusões Os tipos de cura: (A) Em ambiente de laboratório armazenado longe dos intempéries; (B) Câmara úmida - temperatura de 23±2ºC e umidade relativa do ar superior a 95%, (C) Solução saturada de hidróxido de cálcio - temperatura de 23±2ºC e; não influenciaram significativamente os resultados de tensão máxima de aderência aos 7 dias nos três traços testados. Os resultados de tensão máxima de aderência dos ensaios realizados aos 28 dias, para os procedimentos de cura (B) e (C) também não apresentaram diferenças significativas para os três traços testados. Os resultados obtidos indicam que o método para analisar a aderência aço-concreto push-in proporciona resultados de tensão máxima de aderência linearmente proporcionais a resistência à compressão do concreto, fato que pode ser de grande apoio na implementação da proposta original de Lorrain e Barbosa (2008). Visto que o método de ensaio push-in possui maior facilidade de implementação quando comparado ao pull-out. Outro fato relevante está na fabricação do molde, pois a facilidade da moldagem e desmoldagem poderá proporcionar avanços para a pesquisas com o método APULOT, que visa a implementação do ensaio de aderência aço-concreto apropriado (Appropriate Bond Test - ABT) em canteiros de obras visando complementar o controle de qualidade tradicional. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 8

9 5 Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7480: Aço destinado a armaduras para estruturas de concreto armado - Especificação. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto: ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto: Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, BARBOSA, M.P. ; GASPARETO, K. ; VALE SILVA, B. ; SILVA FILHO, L. C. P. ; LORRAIN, M.. Experiências sobre a influência da corrosão superficial das armaduras nos ensaios de aderência APULOT. In: CONPAT CongresoLatinoamericano de Patología de laconstrucción y elcongreso de Control de CalidadenlaConstrucción, 2011, ANTIGUA- GUATEMALA. ANAIS DO CONPAT GUATEMALA, p BARBOSA, M. P. ; PEREIRA, J.B.;LORRAIN, M.; Análise experimental e avaliação da influência da resistência àcompressão do concreto no ensaio de aderência APULOT. In: 55º Congresso Brasileiro do Concreto, 2013, Gramado/RS. Anais do 55ºCBC. São Paulo/SP: IBRACON, CALDERARO, R. P.; BARBOSA, M.P. Aderência Aço-Concreto: Análise experimental da influência da variação da geometria da garrafa PET e do cobrimento do concreto ao redor da barra de aço. In: 54º CongressoBrasileiro do Concreto, 2012,Maceió/Al Anais do 54ºCBC. São Paulo/SP: IBRACON, COMITÉ EURO-INTERNATIONAL DU BÉTON; RILEM/ CEB/ FIP/ RC6. Concrete Reinforcement Technology. Paris, Georgi Publishing Company, DAL BOSCO, V. I. ; VALE SILVA, B. ; TROIAN, P. ; BARBOSA, M.P. ; SILVA FILHO, L. C. P. Comparativo experimental entre os métodos de ensaios pull-out e push-in para determinação da tensão de aderência aço-concreto. In: 54º Congresso Brasileiro do Concreto, 2012, Maceió/AL. Anais do 54º CBC. São Paulo/SP: IBRACON, FERREIRA, E. G.; GONÇALVES, R. S.; CARVALHO, E.; CUNHA, J. C.; BARBOSA, M. P.; LORRAIN M. S. Controle da Qualidade do Concreto Pelo Ensaio de Aderência Pull-out Test. In: 53º Congresso Brasileiro do Concreto, 2011, Florianópolis/SC. Anais do 53º CBC. São Paulo/SP: IBRACON, GARCÍA-TAENGUA E.; MARTÍ-VARGAS J. R.; SERNA-ROS P.. Bond of reinforcement in concrete applied to concrete quality control: The Bottle Bond Test. Strain, v.50, p.57 67, GODOY, J. L.; JACINTHO, A. E. P. G. A.; PIMENTEL, L. L.; LORRAIN, M.; BARBOSA, M. P. Substituição de uma parcela do agregado natural por borracha de pneus: influência na aderência aço e concreto. In: 54º Congresso Brasileiro do Concreto, 2012, Maceió/AL. Anais do 54º CBC. São Paulo/SP: IBRACON, 2012 LORRAIN, M; BARBOSA P. M. Controle de qualidade dos concretos estruturais: ensaio de aderência aço-concreto. In: Revista Concreto & Construções, São Paulo, Nº51, 3º trimestre, p , ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 9

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