ESTUDO DA INFLUÊNCIA DO DIÂMETRO DA BARRA NA ADERÊNCIA ENTRE O AÇO E O CONCRETO CONVENCIONAL

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1 Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação ISSN 37-5 e de setembro de 1 ESTUDO DA INLUÊNCIA DO DIÂMETRO DA BARRA NA ADERÊNCIA ENTRE O AÇO E O CONCRETO CONVENCIONAL Lilian Corpas Bucene Oliveira aculdade de Engenharia Civil CEATEC li.corpas@hotmail.com Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Avila Jacintho Tecnologia do ambiente construído CEATEC anajacintho@puc-campinas.edu.br Resumo: O parâmetro que mede a segurança de uma obra de concreto armado hoje é a medida da resistência à compressão, obtida em ensaios de corpos de prova padronizados (corpos de prova cilíndricos de 15cm x 3cm), que são testados em prensas situadas em laboratórios, nem sempre próximas à obra. Para tanto, na maioria das vezes são contratados laboratórios de engenharia civil cadastrados, que dispõem de equipamentos apropriados, suficientemente capacitados para testar, conforme as normas em vigor, a resistência do concreto à compressão. Porém há alguns inconvenientes deste controle de qualidade, através do ensaio de resistência à compressão, e um deles diz respeito às dificuldades para elaboração do ensaio. O ensaio de compressão simples ignora a aderência aço e concreto, que, no entanto é a condição estritamente necessária ao funcionamento mecânico perseguido no concreto armado. Para tanto, esta pesquisa contribui para a inclusão do ensaio de aderência como um tipo de controle de qualidade e segurança das obras de concreto armado, visto que é um ensaio que pode ser realizado no próprio canteiro de obras.variando-se os diâmetros verificamos a relação com a tensão de aderência. Palavras-chave: Aderência, Concreto, Diâmetro. Área do Conhecimento: Engenharias Engenharia Civil Construção Civil CNPq. 1. INTRODUÇÃO Em uma amostra artística, Lambot construiu um barco de argamassa armada com uma rede metálica. Mourier na mesma época iniciou sua produção de vasos inovando com a utilização de concreto com armadura, que davam aos vasos mais durabilidade, evitando sua quebra com facilidade, em 15. Tais eventos históricos levaram a Mourier assinar a patente, primeiramente para a construção de vasos, tubos e depósitos, e depois, a elementos de construção com concreto armado. Entretando apenas em 1, Hennebique construiu a primeira laje de concreto armado com barras de aço de seção circular. Desde então vem-se estudando este material, concreto armado, que tem em sua composição dois materiais que se complementam, solidificando-se através do fenômeno da aderência. Levando em consideração que a fórmula da tensão de aderência, principio básico da existência do concreto armado, baseia-se na relação entre força e área. Elevando-se o diâmetro da barra, consequentemente aumenta-se a área em contato do aço com o concreto, porém tem-se uma diminuição da tensão de aderência. A tese de Ducatti[1] descreve uma relação entre o diâmetro das barras e a aderência ao concreto e afirma sua relação de diminuição com o aumento de diâmetro da armadura. Atentando-se também que para tais comparações não foram levados em consideração força de momento fletor e força cortante.. ADERÊNCIA AÇO E CONCRETO Define-se aderência como sendo um mecanismo de transferência de tensões existentes na face da barra de aço da armadura e o concreto que a envolve. Tal fenômeno é estritamente fundamental, tornando-se a própria definição de concreto armado e condicionando sua existência. O termo de consideração dessa ligação utilizada nos dias de hoje dá-se pela definição de uma tensão de aderência, e sua distribuição ao longo da superfície da barra. Desde a criação do concreto armado, se obteve provas convictas de como aperfeiçoa lá como, por exemplo, utilizando barras nervuradas ao invés de lisas, o que aumenta a rugosidade das mesmas, aumentando, assim a aderência entre o concreto e as barras.

2 Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação ISSN 37-5 e de setembro de 1 Porém nenhum tipo de teste é efetuado nos dias de hoje para comprovar tal fenômeno nas concretagens diárias, garantindo o funcionamento do concreto armado e a distribuição de tensões. A Tensão de aderência tem sido exaustivamente investigada, já que seu conhecimento é essencial para a compreensão do comportamento de ancoragens retas, dos ganchos e das emendas. A aderência está associada a uma combinação das parcelas relativas à adesão, ao atrito e à ancoragem mecânica. Esta divisão, entretanto, é unicamente didática, não sendo possível determinar-se cada componente isoladamente, devido à complexidade dos fenômenos envolvidos. Levando em consideração que a fórmula de tensão de aderência, princípio básico da existência do concreto armado, baseia-se na relação entre força e área. Elevando-se o diâmetro da barra, consequentemente aumenta-se a área em contato do aço com o concreto, porém tem-se uma diminuição da tensão de aderência. enômeno investigado na tese de Ducatti[1], que afirma, que barras com menor diâmetro possui maior tensão de aderência. 3. MATERIAIS E MÉTODOS oram empregados nesta pesquisa materiais, fornecidos sob a forma de doação pelas empresas da região metropolitana de Campinas: Cimento: tipo CP ARI RS Água: da rede de abastecimento da cidade de Campinas Areia: tipo quartzosa; Brita: tipo basalto; Aditivo MIRA 9, polifuncional, fabricado pela empresa GRACE. ormando-se o concreto de traço 1 : 1,7 : 3 cuja relação a/c é de,51. Para tal etapa, foram estudadas algumas normas da ABNT relacionadas à construção civil, a fim de aprimorar o conhecimento sobre o tema. oram estudadas as normas NBR573[] que normatiza o procedimento para moldagem e cura de corpos-deprova, NBR5739[3] que normatiza o ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto, NBR7[] que normatiza a determinação da resistência à tração por compressão diametral de corposde-prova cilíndricos e a NBR5[5] que normatiza os ensaios para determinação do módulo de elasticidade. Os resultados da caracterização com relação à granulometria dos agregados areia e brita, são mostrados nas tabelas e iguras 1 e, respectivamente. Tabela 1 Caracterização da Areia Granulometria da Areia Peneira ABNT (# em mm) Massa Retida Acumulada (%),3 1,7,,5, 9,1 1, 3,7, 7,11,3 75,,15 91,7 undo, Total, igura 1. Curva granulométrica da Areia Tabela Caracterização da Brita Granulometria da Brita Peneira ABNT (# em mm) Massa Retida Acumulada (%) 3, 5, 19 1,9 1,5 7, 9,5 7,7,3 9,1 undo, Total, igura. Curva granulométrica da Brita As características físicas (massa específica e peso unitário) dos materiais areia e brita podem ser vistas na Tabela 3, a seguir.

3 Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação ISSN 37-5 e de setembro de 1 Tabela 3 Característic dos materiais Massa Peso Unitário Material Específica (g/cm3) (Kg/L) Areia, 1,51 Brita,95 1,59 As características do aço são apresentadas na Tabela. Diâmetro da Barra Tabela Características do aço Tensão de Escoamento Tensão de Ruptura mm 53, 7,3 mm 55,3 713,3 1,5 mm 3, 7,3 Após a moldagem, os corpos de prova e os modelos de garrafa PET foram colocados submersos em água para cura. Dois dias antes de cada ensaio eles foram retirados da cura para que não fossem ensaiados em condição de saturamento, como pode ser visto na igura 3: igura 3 Modelos de Garrafa PET O comprimento de ancoragem usado neste pesquisa, pode ser observado na Tabela 5. Para a determinação de L (comprimento de ancoragem), o valor da tensão última de aderência foi obtido, pela curva de correlação adotada por Lorrain e Barbosa[] e [7]. É importante salientar aqui que estes valores sugeridos de comprimento de ancoragem, foram obtidos através das equações 1 e, utilizando-se as tensões de ruptura do aço e são experimentais pois trata-se das primeiras tentativas de caracterização do ensaio APULOT, portanto para futuros testes estes valores podem serem renovados com os avanços das pesquisas com estes ensaios. Tabela 5 Ancoragem das Barras de Aço Diâmetro da Barra Comprimento de Ancoragem (cm) mm 11, mm 1,5 1,5 mm 13, As equações de 1 a foram utilizadas para determinação do comprimento de aderência que foi posicionado em cada modelo. L f y (equação 1) u ul fy (equação ) u (equação 3) L fy (equação ) Onde: =Tensão última de aderência ; = u orça de arrancamento (N); = diâmetro da barra (mm); f y =Tensão de escoamento do aço ; L = Comprimento de ancoragem (mm). Na igura, encontra-se um esquema dos ensaios APULOT feitos por Silva[] Cunha Cunha Macaco Hidraúlico Curso do Macaco Chapas de Apoio Zona Aderente Zonas Não Aderentes Trajetórias de Compressão Trajetórias de Tração igura Esquema de ensaio APULOT Garrafa PET Barra de Aço Derformação do concreto na zona aderente restringida oram realizados ensaios com 7, 1 e dias de idade para corpos de provas cilíndricos e ensaios aos 1 e dias de idade para modelos com garrafas PET. Aos 7 dias obteve-se resultados da resis-

4 Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação ISSN 37-5 e de setembro de 1 tência à compressão axial do concreto e do módulo de elasticidade. Aos 1 e dias foram realizados os ensaios de arrancamento das barras APULOT (igura 5) e também foram obtidas as seguintes características mecânicas do concreto: resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade (igura ). 5. RESULTADOS OBTIDOS Os resultados dos ensaios de resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade podem ser vistos na Tabela. Tabela Características mecânicas do concreto Idade do Concreto Resistência à Compressão Resistência à Tração Indireta Módulo de Elasticidade 7 dias 37,5 -,7 1 dias 3,37,3,51 dias 3,7 3,97 7,79 igura 5 Equipamento para os ensaios APULOT igura Equipamento para ensaio de módulo. PROCEDIMENTO DOS ENSAIOS oram realizados ensaios com 7, 1 e dias de idade para corpos de provas cilíndricos de dimensões xcm que caracterizaram o concreto como demonstrado acima. Também foram feitos ensaios aos 1 e dias de idade para modelos moldados com garrafas PET. Aos 7 dias, portanto, obteve-se resultados da resistência à compressão axial do concreto e do módulo de elasticidade e aos 1 e dias foram realizados os ensaios de arrancamento das barras APULOT e também foram obtidas as seguintes características mecânicas do concreto: resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão e tensão de aderência máxima estão descritos na tabela 7. Tabela 7 Característica dos materiais Barras Idade Resistência à Compressão Tensão de Aderência, mm, mm 1,5 mm 1 dias 3,37 dias 3,7 1 dias 3,37 dias 3,7 1 dias 3,37 dias 3,7, 1,33 1,,55 1,7 19,3 1,9 7,,, 17,11 17,5 17,7,1 1,77 19,3 1,39 1,35 1,7 7,3, 11,57 9,7 oram ensaiados 5 modelos para cada série de concreto, entretanto alguns resultados foram descartados por se apresentarem muito distantes ou por ocorrer o rompimento da barra de aço antes do deslizamento.

5 Tensão de Aderência Tensão de Aderência Tensão de Aderência Tensão de Aderência Tensão de Aderência Tensão de Aderência Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação ISSN 37-5 e de setembro de 1 Nas figuras 7 a 1 são demonstrados os gráficos de tensão de aderência X deslizamentos obtidos nos ensaios. As tensões de aderência máximas obtidas nesses ensaios estão inseridas na tabela Modelo Modelo Modelo Modelo igura 7 Modelos barras de mm aos 1 dias Modelo igura Modelos com barras de mm aos dias igura Modelos com barras de mm aos dias Modelo Modelo Modelo 5 igura 11 Modelos com barras de 1.5 mm aos 1 dias. 3 5 Modelo Modelo 1 1 Modelo igura 1 Modelos com barras de 1.5 mm aos dias. igura 9 Modelos com barras de mm aos 1 dias.

6 Anais do XVII Encontro de Iniciação Científica ISSN Anais do II Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação ISSN 37-5 e de setembro de 1. CONCLUSÃO Chega-se a conclusão que teoricamente ao aumentar-se o diâmetro da barra, consequentemente, perde-se parte da tensão de aderência, podendo comprometer a relação de vínculo entre o concreto e o aço, desfazendo-se assim do princípio básico do concreto armado. Porém ao observar os testes realizados e o comportamento físico das barras, observa-se que ao aumentar o diâmetro das barras, aumenta-se a superfície em contato da mesma com o concreto, diminuindo, portanto, a tensão de aderência. A tensão de aderência, estudada nesta pesquisa, quando empregadas no campo de trabalho das engenharias, sabe-se que dependem de vários fatores além do diâmetro das barras empregadas. Tais fatores podem ser de execução, como um bom adensamento e preparo do concreto, ou de projeto, como a boa determinação de espaçamento mínimo e traço bem definido. Portanto para uma boa aderência do concreto com a armadura, julga-se necessário atentar-se ao diâmetro adotado para as armaduras, tomando-se cuidado com a trabalhabilidade da mesma em obra, levando em consideração que nos dias de hoje, a maioria das montagens de armadura é feita artesanalmente no Brasil. Cuidados devem ser tomados com os vãos entre a armadura possibilitando a passagem dos agregados, principalmente os graúdos, do concreto. No caso de concreto convencional, o mesmo deve ser adensado de maneira adequada, para garantir sua aderência com a armadura. Conclui-se que para maior comprovação seria interessante o emprego de mais testes, variando também a resistência do concreto, e verificando-se a influência de tais características, como resultados de momento fletor e força cortante, na tensão de aderência. Deve-se também adotar os testes de tensão de aderência como padrões nas construções, garantindo o comportamento conjunto dos materiais concreto e aço no resultado do concreto armado, que por sua vez deve responder aos quesitos mínimos de sua projeção com capacidade resistente, desempenho em serviço e durabilidade. AGRADECIMENTOS À PUC pela bolsa de iniciação científica e incentivo a participação de atividades extracurriculares. Aos técnicos do Laboratório de Materiais de Construção, ao grupo de pesquisa formado e, especialmente aos orientadores que tiveram dedicação total as pesquisas. REERÊNCIAS [1] Ducatti, Vitor A. Concreto de elevado desempenho: estudo da aderência com a armadura. Tese de Doutorado. Escola Politécnica USP [] Associação Brasileira de Normas Técnicas (3). NBR573 Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro. p. [3] Associação Brasileira de Normas Técnicas (199). NBR5739 Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos de concreto. Rio de Janeiro. p. [] Associação Brasileira de Normas Técnicas (199). NBR7 Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro. 3p. [5] Associação Brasileira de Normas Técnicas (3). NBR 5 Concreto: Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva tensão-deformação. Rio de Janeiro. 9p. [] LORRAIN, M.; BARBOSA, M.P. Controle de qualidade dos concretos estruturais: Ensaio de aderência aço-concreto. Revista Concreto e Construções. n.51, pp jul, ago, set,. [7] LORRAIN, M.; BARBOSA, M.P.; ARNAUD, M. Bond test and on-site structural concrete quality control. In: 3rd fib International Congress. Washington D.C. EUA.. [] SILVA, Bruno V. Investigação do potencial dos ensaios APULOT e pull-out para estimativa da resistência a compressão do concreto. Dissertação de Mestrado. UNESP de Ilha Solteira..