TRABALHO ACADÊMICO PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO

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1 TC-031 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL II TRABALHO ACADÊMICO PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO GABARITO E CONSIDERAÇÕES José Marques Filho 1. Na Figura 1, está apresentada uma seção transversal típica de uma barragem de concreto com altura de 83 m, e volume total de m 3, cuja fase de construção esta na Figura 2. Figura 1. Seção Transversal Conceitual Figura 2. Vista durante a Construção O projeto indica a execução de um concreto na face de montante que controle a passagem de água, cuja espessura é de 0,75 m. No resto do maciço de concreto, o volume expressivo gera preocupação com relação ao calor de hidratação. As resistências necessárias são relativamente baixas, sendo adotado f ck90 =8,0 MPa. Para evitar a fissuração são previstas juntas de contração transversais que podem ser

2 observadas na Figura 2. Foram feitas duas dosagens em laboratório, um com CPII-Z (Mistura 1), com 8% de adição de material pozolânico, e outra com CPIV com 33% de resíduo insolúvel (Mistura 2). Os concretos moldados em laboratório tiveram os resultados plotados em gráfico, como exemplificado na Figura 3, e geraram regressões exponenciais, com coeficiente de correlação(r 2 ) superior a 0,97 e apresentadas a seguir Figura 3 Idade(dias) Mistura 1 Mistura ,1e _2,24x 68,1e -2,15x 28 96,9e -2,07x 83,2e -1,99x ,8e -1,79x 118,4e -1,78x Sabendo que Onde 95%) f ck =f cj -k.s d k: fator que depende da confiança (1,645 para s d : desvio padrão Para efeito inicial de trabalho na obra foi estimado um desvio padrão de 1,0 Mpa, decorrente de outras obras e pela qualidade do laboratório. A especificação técnica indica, para a face de montante, resistência de 12 MPa, aos 90 dias, para garantir a estanqueidade necessária. Indique:

3 a) Indique a mistura que deve ser adotada e com qual a relação a/c, tanto para o concreto de face quanto para o restante do maciço. Justificar as escolhas. O projeto de barragens de concreto à gravidade se caracteriza pela à utilização do peso da estrutura como estabilizador dos efeitos da água (empuxo e pressão neutra) e sismos. Assim sendo, o modelo estrutural tem como necessidades básicas: Controle do panorama de subpressões através de controle de permeabilidade da face e dimensionamento de drenos Controle dos efeitos das variações volumétricas, principalmente as geradas pela geração autogênica de calor gerada pela hidratação do cimento. O calor é proporcional ao consumo de cimento e à proporção de clínquer existente. Assim sendo, a utilização de pozolana se torna muito interessante pois ela fornece dois efeitos importantes: Diminuição do calor de hidratação Refinamento dos poros Como ponto importante de ser mencionado, o ganho de resistência de concretos executados com cimento com adições significativas de pozolana é, em geral, mais lenta. Como a construção da barragem necessita de um intervalo de tempo relativamente grande, bem como o enchimento do reservatório, o que indica que a necessidade de resistência nas idades iniciais não é elevada. Analisando as duas misturas temos: f ck =f cj -k.s d Mistura 1 Maciço: Face: Mistura 2 Maciço: Face: f c90 = 8 + 1,645*1 = 9,65 Mpa a/c = 1,425 f c90 = ,645*1 = 13,65 Mpa a/c = 1,232 f c90 = 8 + 1,645*1 = 9,65 Mpa a/c = 1,406 f c90 = ,645*1 = 13,65 Mpa a/c = 1,212 Como pode ser observado, a mistura 1 fornece valore de relação a/c ligeiramente inferiores àquelas da mistura 2, o que leva a um consumo ligeiramente mais baixo de aglomerante. Apesar disso, como a porcentagem de pozolana no cimento da mistura 2 é significativamente maior, sua vantagem técnica é importante, pois a quantidade de clínquer por unidade de volume de concreto é menor. Assim sendo adota-se a mistura 2 em ambos os concretos, pois será gerado menos calor e diminuída a probabilidade de panorama de fissuração importante.

4 Complementarmente, pela magnitude e presença constante da água na estrutura de barragens, a utilização de pozolana também auxilia na mitigação da reação álcaliagregado (ver NBR 15577:2008) b) Caso ao invés de 95% de confiança fosse adotado 80% (K=1,20), qual seriam as novas escolhas. Discuta a pertinência dessa abordagem. Seria adotada novamente a Mistura 2, pelos mesmos motivos já mencionados, porém as novas relações a/c seriam: Mistura 2 Maciço: Face: f c90 = 8 + 1,2*1 = 9,2 Mpa a/c = 1,433 f c90 = ,2*1 = 13,2 Mpa a/c = 1,265 Verifica-se que os novos valores de relação a/c são maiores que os anteriores, que indica consumos menores de cimento, gerando menos calor. Como comentário importante, deve ser lembrando que em estruturas convencionais, o erro de uma mistura em um único caminhão enfraquece toda a seção transversal de uma peça (seja ela viga, pilar ou laje). Em estruturas maciças de grandes dimensões, o erro de uma quantidade limitada de mistura dificilmente irá comprometer toda a seção. Portanto, em estruturas maciças, após minuciosos estudos, é usual diminuir o intervalo de confiança da resistência característica, sem aumentar o risco de ruína da peça. c) A fixação da resistência na face de montante, apesar de facilitar o controle de qualidade, deixa a desejar quanto ao conceito de estanqueidade necessária, onde seria mais prudente fixar um coeficiente de permeabilidade máximo e cuidados com defeitos construtivos. Discuta quais fatores poderiam ser importantes na questão permeabilidade, indicando como poderiam ser levados em conta quando da definição do traço do concreto. Como poderia ser feito um controle de qualidade, caso a permeabilidade fosse o parâmetro especificado nesse caso. Sem dúvida, na face de montante, a permeabilidade deve ser considerada no processo de dimensionamento e execução de concreto. Em geral, para barragens de alturas usuais, até 200 m, a limitação da permeabilidade é mais significativa que a resistência. Assim sendo, estipular um limite baseado com a resistência pode ser inadequado e a mistura resultante deve ser verificada com ensaios adequados. Lembrando que a permeabilidade do concreto depende do refinamento dos poros e da fissuração existente (incluindo microfissuração), seria mais adequado obter-se misturas com: Utilização da menor quantidade de água compatível com a trabalhabilidade necessária, diminuindo a quantidade de cimento

5 Utilizar pozolana que refina os poros e diminui o calor de hidratação Utilizar curvas granulométricas contínuas para diminuir o índice de vazios e, portanto, o consumo de aglomerante Quando possível utilizar materiais finos como agregado pulverizado, que melhora a curva granulométrica e também refina poros. Essas medidas podem garantir uma diminuição de permeabilidade com mais assertividade e correção conceitual, que deve ser verificada em ensaios de permeabilidade à água. Após a dosagem, pode-se romper corpos de prova, criando correlação entre permeabilidade e resistência à compressão, já que esse último ensaio é mais simples e mais barato. É prudente a execução de ensaios de permeabilidade para verificação do processo, tanto em corpos de prova moldados, quanto em testemunhos extraídos. Como não adianta executar no laboratório a melhor dosagem sem que a construção seja adequada, cuidados com o transporte, colocação, adensamento e cura são fundamentais. Esses processos devem ser treinados e verificados. d) O projeto indicou resistência de controle aos 90 dias. Discuta a pertinência dessa utilização e se seria possível utilizar idades ainda mais avançadas. Quanto maior a idade de controle, para a mesma resistência são necessárias relações a/c maiores, diminuindo o consumo de cimento. A utilização de cimento CP IV faz com que o aumento de resistência ao longo do tempo é importante até idades acima de 365 dias. Assim sendo, deve ser verificado o cronograma de obra e a resistência necessária ao longo do tempo, e escolher a idade de controle mais alta possível. São usuais idades de controle de 180 dias. Devido a velocidade da obra, que coloca quantidades significativas de concreto em intervalos de tempo significativamente curtos, é importante o acompanhamento da evolução de resistência no tempo, através da ruptura de corpos de prova em várias idades. 2. Em geral, a maioria das obras especifica a resistência característica à compressão do concreto, porém, pensando na questão de desforma, a deformabilidade do concreto pode ser relevante. Essa afirmação é mais relevante em obras industriais e de grande porte. Utilizando a Mistura 1 da questão anterior, temos, no caso da Casa de Força pertencente ao mesmo aproveitamento da barragem, o projetista definiu para a viga suporte da ponte rolante: f ck = 20 Mpa E 7 = 33 GP (módulo de elasticidade tangente aos 7 dias)

6 Considerando uma primeira abordagem baseada na NBR6118:2014, forneça qual a relação a/c que deve ser adotada para confiança de 95%. Essa norma apresenta para o módulo de elasticidade tangente a expressão abaixo, para o nível de tensão necessário. E ci = e 5600 f ck Onde e =1,2, pois o agregado é basalto. A resposta dada é uma avaliação inicial, com precisão limitada, e pede-se que se comente como poder-se-ia obter valores mais confiáveis, discutindo os fatores mais importantes que influem na deformabilidade do concreto. Pela NBR 6118:2014 tem-se como módulo de elasticidade aos 28 dias: Ec = 1,2 * 5600 * 20 o,5 = MPa, que já é inferior o que seria necessário aos 7 dias. Como aproximação poder-se-ia assumir, numa primeira aproximação grosseira: fck = (33.000/1,2/5600) 2 = 24,12 Mpa A resistência média necessária seria f c7 = 24,12 + 1,645*1 = 25,77 Mpa Este valor é equivalente a uma relação a/c de 0,539 (obtido de 86,1e _2,24x ) Com essa relação aos 28 dias tem-se: f ck = 31,75-1,645*1 = 30,1 Mpa Verifica-se que a resistência para garantir a deformabilidade requerida é muito superior àquela especificada para a necessidade do projeto para resistir aos esforços. Porém deve-se considerar que esse valor é somente indicativo, devendo o valor ser obtido em laboratório através da execução de misturas, que ao serem ensaiadas de acordo com as normas brasileiras satisfaçam as necessidades do projeto.