Dosagem dos Concretos de Cimento Portland

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1 (UFPR) (DCC) Disciplina: Materiais de Construção IV - Laboratório Dosagem dos Concretos de Cimento Portland Eng. Marcelo H. F. de Medeiros Professor Dr. do Professor Dr. do Programa de Pós-Graduação em Construção Civil Universidade Federal do Paraná (UFPR)

2 Dosagem do concreto Conceito: Conjunto de procedimentos adotados para a determinação da composição do concreto (traço), expressa pelas proporções relativas (massa ou volume) dos materiais constituintes. Grupo de Materiais de Construção 2

3 Dosagem do concreto Objetivos: Encontrar a mistura mais econômica para a obtenção de um concreto com características adequadas às condições de serviço, empregando os materiais disponíveis. Grupo de Materiais de Construção 3

4 Dosagem do concreto Materiais passíveis de serem usados (DÉCADAS ATRÁS) 1. Cimentos 2. Agregados miúdos 3. Agregados graúdos 4. Água 5. Ar aprisionado Grupo de Materiais de Construção 4

5 Dosagem do concreto Materiais passíveis de serem usados (DIAS ATUAIS) 1. Cimentos 2. Agregados miúdos 3. Agregados graúdos 4. Aditivos 5. Adições 6. Pigmentos 7. Fibras 8. Água 9. Ar incorporado 10. Ar aprisionado Vários tipos Grupo de Materiais de Construção 5

6 1918: Duff A. Abrams Histórico Abrams Law: Dentro do campo dos concretos plásticos, a resistência aos esforços mecânicos, bem como as demais propriedades do concreto endurecido variam na relação inversa da relação água/cimento. Módulo de finura. Ensaio de abatimento do tronco de cone. Grupo de Materiais de Construção 6

7 Lei de Abrams f 1 cj a / c k2 - f cj = resistência à compressão a j dias de idade. - k 1 e k 2 = constantes que dependem da natureza dos materiais, da idade e das condições de cura. - a/c = relação água-cimento. k Histórico Grupo de Materiais de Construção 7

8 Lei de Lyse Histórico 1931: Inge Lyse - para materiais de mesma natureza, formato, textura e dimensão máxima característica, a massa de água por unidade de volume de concreto é o principal determinante da consistência do concreto fresco. m k k a / 3 4 c Grupo de Materiais de Construção 8

9 Lei de Lyse Em outras palavras: Relação Relação água mistura sec a Histórico Relação c a / a c p Grupo de Materiais de Construção 9

10 Lei de Lyse Histórico água areia brita cimento água areia brita cimento Mesma consistência Grupo de Materiais de Construção 10

11 1948: Powers Histórico f c k 0,679 0,32 a / c n - f c = resistência à compressão (MPa). - a/c = relação água-cimento. - = grau de hidratação (entre 0 e 1). - n = cte que depende dos materiais (da ordem de 3). - k = cte que depende dos materiais (da ordem de 120). Grupo de Materiais de Construção 11

12 Slump Universidade Federal do Paraná 1951: Petrucci Desenvolve um método de dosagem. Histórico Enfatiza composição que leva a máxima trabalhabilidade. (teor de argamassa) Grupo de Materiais de Construção 12

13 1951: Petrucci Histórico Trabalhabilidade? Grupo de Materiais de Construção 13

14 Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBRNM67) Molde usado Grupo de Materiais de Construção 14

15 PROCEDIMENTO Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBRNM67) 1. Molhar o molde internamente para diminuir a influência do atrito do molde; 2. Manter o molde firme à base metálica colocando os pés sobre as saliências da base; 3. Preencher o molde em 3 camadas adensando cada camada individualmente com 25 golpes da haste padrão; Grupo de Materiais de Construção 15

16 PROCEDIMENTO 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1 a camada 2 a camada 3 a camada Grupo de Materiais de Construção 16

17 PROCEDIMENTO 4. Razar a superfície com espátula ou colher de pedreiro; 5. Logo em seguida, erguer o molde deixando a massa de concreto abater pelo seu peso próprio; Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBRNM67) Grupo de Materiais de Construção 17

18 6. Colocar o molde com o topo apoiado na base metálica e ao lado da amostra de concreto; 7. Com o auxílio de uma régua de aço e uma escala, medir o abatimento do tronco de cone. Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBRNM67) PROCEDIMENTO Grupo de Materiais de Construção 18

19 Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBRNM67) Grupo de Materiais de Construção 19

20 Dosagem não experimental: O traço é fixado em bases arbitrárias, definidas pela experiência ou tradição. Obras de pequeno porte. Fundamentos Grupo de Materiais de Construção 20

21 Fundamentos Dosagem não experimental: Pode se basear em tabelas Grupo de Materiais de Construção 22

22 Fundamentos Dosagem experimental (racional): O traço é fixado através de um estudo teóricoprático, para obtenção da mistura mais econômica a ser feita com os materiais disponíveis e que forneça um concreto com características adequadas às condições de serviço. Grupo de Materiais de Construção 23

23 Dosagem experimental: Resistência característica (f ck ): valor que tem a possibilidade de ser ultrapassado com 95% de probabilidade. Resistência de dosagem (f cj ): f cj = f ck + 1,65. s d Desvio padrão de dosagem (s d ). Fundamentos Grupo de Materiais de Construção 24

24 Traço: Em massa: Fundamentos Relação água/cimento 1 : a : p a/c ou 1 : m a/c Cimento Areia Pedra Agregados 25 Grupo de Materiais de Construção 25

25 Construção de diagramas de dosagem: f cj Método Ibracon Lei de Abrams 28 dias C (kg/m 3 ) a/c Slump 140 mm Lei de Molinari m (kg) Lei de Lyse Grupo de Materiais de Construção 29

26 Método semi-experimental Parte experimental Parte analítica (baseada em leis de comportamento do concreto Método Ibracon Lei de Lyse Lei de Abrams Lei de Molinari Grupo de Materiais de Construção 30

27 Agregados Método Ibracon Este método não exige conhecimento prévio sobre o agregado. Contudo, sob o ponto de vista da durabilidade: É conveniente contar com informações de ensaios prévios de laboratório RAA Presença de sulfatos Granulometria Presença de pó Grupo de Materiais de Construção 31

28 Método se baseia nos modelos de comportamento a seguir: 1 1 a m Método Ibracon Teor de argamassa seca H a / 1 c m Relação água/materiais secos Grupo de Materiais de Construção 32

29 Método se baseia nos modelos de comportamento a seguir: Consumo de cimento/m 3 C 1 c p p 1 b b a c Método Ibracon concreto C 1 a p a / c Grupo de Materiais de Construção 33

30 Passo a passo Método Ibracon 1 Escolher max do agregado graúdo compatível com os espaços disponíveis entre as armaduras e fôrmas do projeto estrutural. NBR 6118/2007: d máx do agregado graúdo utilizado no concreto não pode superar em 20% a espessura nominal do cobrimento, nem a distância entre barras. d máx 1,2 (cobrimento e dist. entre barras) Grupo de Materiais de Construção 34

31 Passo a passo Método Ibracon 2 Escolher o abatimento compatível com a tecnologia disponível (depende da obra). Grupo de Materiais de Construção 35

32 Passo a passo Concreto Relação a/c (em massa) Classe de concreto (NBR 8953) Tipo Método Ibracon 3 Verificar os limites de relação a/c a ser atendido pela norma. Classe de agressividade I II III IV CA 0,65 0,60 0,55 0,45 CP 0,60 0,55 0,50 0,45 CA C 20 C 25 C 30 C 40 CP C 25 C 30 C 35 C 40 Consumo de cimento (kg/m 3 ) CA e CP Notas: 1) o concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir os requisitos estabelecidos na NBR 12655; 2) CA corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado; 3) CP corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido. Grupo de Materiais de Construção 36

33 NBR 6118/2007 Grupo de Materiais de Construção 37

34 Passo a passo Método Ibracon 4 Estabelecer a resistência que se deseja alcançar na idade especificada (resistência de dosagem - f cj ). f cj f ck 1,65 Sd Resistência de dosagem Resistência característica Desvio Padrão de dosagem Grupo de Materiais de Construção 38

35 Método Ibracon Passo a passo: Onde eu uso cada termo? f ck Projeto Sd f cj Segurança (tratamento estatístico) Dosagem Grupo de Materiais de Construção 39

36 (freqüência) Universidade Federal do Paraná Passo a passo 5% 95% Método Ibracon Projetista adota f ck, a ser superado por 95% ou mais do concreto produzido e lançado na estrutura. f ck 1,65 S d f cj f c (resistência) Grupo de Materiais de Construção 40

37 Método Ibracon Sd NBR Poderá ser conhecido se a obra possuir no mínimo 20 (vinte) resultados consecutivos dentro de um mês, em período anterior ao que se deseja fazer novo traço. (mesmos materiais e equipamentos similares) Neste caso não considerar Sd inferior a 2 MPa. Grupo de Materiais de Construção 41

38 Método Ibracon Sd NBR 12655/2006 Condição A (Vale para C10 até C80) Materiais dosados em massa e a água de amassamento é corrigida em função da correção de umidade dos agregados. Considerar Sd = 4,0 MPa. Grupo de Materiais de Construção 42

39 Método Ibracon Sd NBR 12655/2006 Condição B (Vale para C10 até C25) Cimento dosado em massa, agregados dosados em massa combinada com volume, a umidade do agregado miúdo é determinada e o volume do agregado miúdo é corrigido através da curva de inchamento. Considerar Sd = 5,5 MPa. Grupo de Materiais de Construção 43

40 Método Ibracon Texto da NBR 12655/2006 Grupo de Materiais de Construção 44

41 Método Ibracon Sd NBR 12655/2006 Condição C (Vale para C10 até C15) Cimento medido em massa, agregados e água em volume, umidade dos agregados estimada. Considerar Sd = 7,0 MPa. Grupo de Materiais de Construção 45

42 Método Ibracon Texto da NBR 12655/2006 Grupo de Materiais de Construção 46

43 Passo a passo Método Ibracon 5 Escolher no mínimo 3 traços diferentes em massa seca de cimento:agregados que estejam próximos do traço resposta pretendido. 1 : m-1 1 : m 1 : m+1 ou Traço intermediário ou 1 : m-1,5 1 : m+1,5 Grupo de Materiais de Construção 47

44 Passo a passo Método Ibracon 6 Acertar experimentalmente em laboratório, o proporcionamento (1:a:p) para o traço intermediário (1 : m). Com base na busca por: Relação ideal entre os materiais para atingir a trabalhabilidade especificada Teor ótimo de argamassa ( ) Grupo de Materiais de Construção 48

45 Teor ótimo de argamassa? Método Ibracon O que é isso? Grupo de Materiais de Construção 49

46 (Helene/Terzian, 1993) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon Grupo de Materiais de Construção 50

47 (Helene/Terzian, 1993) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon Grupo de Materiais de Construção 51

48 (Helene/Terzian, 1993) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon Grupo de Materiais de Construção 52

49 (Helene/Terzian, 1993) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon Grupo de Materiais de Construção 53

50 (Helene/Terzian, 1993) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon Grupo de Materiais de Construção 54

51 Passo a passo 6 Acertar experimentalmente em laboratório, o proporcionamento (1:a:p) para o traço intermediário (1 : m). Teor ótimo de argamassa ( ) Método Ibracon Variar teor de argamassa de 0,02 em 0,02 até chegar no teor ótimo Grupo de Materiais de Construção 55

52 (Helene/Terzian, 1993) Universidade Federal do Paraná Método Ibracon Grupo de Materiais de Construção 56

53 Passo a passo Método Ibracon 6 Acertar experimentalmente em laboratório, o proporcionamento (1:a:p) para o traço intermediário (1 : m). Corrigir o abatimento do tronco de cone (traço intermediário) Grupo de Materiais de Construção 57

54 USP / Marcelo Medeiros (2004) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon 6 Acertar experimentalmente em laboratório, o proporcionamento (1:a:p) para o traço intermediário (1 : m). Moldar os corpos de prova para os ensaios em concreto endurecido Grupo de Materiais de Construção 58

55 USP / Marcelo Medeiros (2004) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon 7 Com o mesmo teor de argamassa ( ) do traço intermediário, confeccionar os demais traços para o mesmo abatimento. Moldar os corpos de prova para os ensaios em concreto endurecido Grupo de Materiais de Construção 59

56 USP / Marcelo Medeiros (2004) Universidade Federal do Paraná Passo a passo Método Ibracon 8 Verificar as resistências e demais requisitos nas idades especificadas. Grupo de Materiais de Construção 60

57 Passo a passo 8 Construir o diagrama de dosagem para a família de concretos estudada. f cj Método Ibracon 28 dias C (kg/m 3 ) a/c Slump 140 mm m (kg) Grupo de Materiais de Construção 61

58 Você trabalha em uma Usina de Concreto e foi solicitado que você desenvolvesse o traço de um concreto de f ck = 20 MPa; Considere que esta empresa nunca trabalhou com diagramas de dosagem. Slump 10±1 cm Materiais disponíveis: Cimento CP II-F 32; Brita 1; Areia natural. Estudo de caso: Grupo de Materiais de Construção 62

59 Estudo de caso: O controle de produção permite a pesagem dos materiais e o desconto da umidade presente nos agregados. (Sd = 4 MPa) f cj? f cj = f ck + 1,65 x Sd = ,65 x 4 = 26,6 MPa Grupo de Materiais de Construção 63

60 Estudo de caso: Relação a/c máxima, de acordo com a durabilidade, considerando a agressividade ambiental fraca: Considere classe de agressividade ambiental = I (relação a/c < 0,65) Teor de argamassa ideal encontrado + 2% de folga = 53% Grupo de Materiais de Construção 64

61 Estudo de caso: Número do traço T T T Traço em massa (1:m) 1: 6 1:5 1:4 Relação a/c 0,74 0,64 0,53 Abatimento (slump mm) Consumo de cimento (kg/m 3 ) Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) 20,32 24,74 27,92 Grupo de Materiais de Construção 65

62 teor agregado/cimento Resistência à compressão fc (MPa) C (kg/m3) 450 Consumo de cimento Relação a/c a/c (kg/kg) m (kg/kg)

63 Para f cj = 27 MPa a/c = 0,56 Para a/c = 0,56 m = 4,3 Para m = 4,3 C = 400 kg/m 3 Teor de argamassa: Estudo de caso: 1 a 1 m a = 1,81 b = 2,49 Grupo de Materiais de Construção 67

64 Estudo de caso: TRAÇO : slump 10±1 cm Resistência de projeto (f ck ) 20 MPa Resistência de dosagem (f cj ) 27 MPa Traço unitário total (1 : m) 1 : 4,3 Traço unitário individual (1 : p : b 1 ) 1 : 1,81 : 2,49 Relação a/c 0,56 Teor de argamassa seca 53 % Traço em massa para produzir 1 m 3 de concreto Cimento 400 kg Areia seca 512 kg Brita kg Brita 02 - kg Água (AT) 224 litros Aditivo - kg