RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES DE CONCRETOS ATRAVÉS DA EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHOS COM PEQUENAS DIMENSÕES

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1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES DE CONCRETOS ATRAVÉS DA EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHOS COM PEQUENAS DIMENSÕES CONCRETE COMPRESSIVE STRENGTH ASSESSMENT THROUGH THE EXTRACTION OF REDUCED DIAMETER CORES Jacinto Manuel Antunes de Almeida (1); Bruno do Vale Silva (1); Jean Marie Désir (2); (1) Doutorando (a) PPGEC, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, POA/RS (2) Professor Doutor, DECIV/PPGEC, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, POA/RS Rua Cariri, 120, Vila Assunção, Porto Alegre, RS, CEP Resumo A extração de testemunhos é particularmente útil quando se pretende avaliar a resistência real de estruturas acabadas de concreto armado. A norma brasileira recomenda a extração de testemunhos de diâmetro superior ou igual a 100 mm e relação altura/diâmetro entre 1 e 2. No entanto, sabe-se que, devido a determinadas limitações dimensionais, seja de projeto, seja de execução, nem sempre é possível extrair amostras com dimensões de acordo com as recomendações normativas. Na literatura especializada, é possível encontrar resultados divergentes entre a resistência à compressão de testemunhos de dimensões reduzidas e testemunhos de dimensões padronizadas de um mesmo concreto. Por outro lado, a variação de resultados depende também de outros fatores, entre os quais, o diâmetro máximo característico do agregado graúdo. Este trabalho teve por objetivo avaliar a resistência do concreto de lajes de concreto armado em edificações com a mesma topologia. Isso porque o valor da resistência característica de projeto não ficou registrado nas plantas estruturais disponíveis. Para isso, foi efetuada extração de testemunhos de dimensões reduzidas não padronizadas, para análise da resistência à compressão do concreto. Os resultados mostram que a resistência obtida nos micro-testemunhos foi significativamente diferente da resistência dos testemunhos padrão. Também foi possível estabelecer uma correlação entre os resultados obtidos para as diferentes dimensões das amostras. Isto deve ser levado em consideração no controle de qualidade de concretos em estruturas acabadas. Palavra-Chave: estruturas, resistência à compressão do concreto, testemunhos de diâmetro reduzido. Abstract The extraction of concrete cores is particularly useful when trying to assess the real strength of finished reinforced concrete structures. The Brazilian standard recommends extracting specimens with diameter exceeding or equal to 100 mm and height/diameter ratio between 1 and 2. However, it is known that, due to certain dimensional limitations, either from design, whether from execution, it is not always possible to extract cores with dimensions in accordance with standard recommendations. In literature, it is possible to find divergent results for the compressive strength of cores of the same concrete with reduced diameter and standardized dimensions. On the other hand, the variation in experimental results also depends on other factors, including the maximum characteristic diameter of coarse aggregate. This work aimed to evaluate the strength of reinforced concrete slabs in buildings with the same topology, because the value of characteristic design strength was not recorded in the available structural plans. For this, we extracted concrete cores with reduced and non standardized dimensions. The results show that the compressive strength achieved in the micro cores was significantly different from the standard results. It was also possible to establish a correlation between the results obtained for the different sample sizes. This must be taken into account in the quality control of concrete in finished structures. Keywords: structures, concrete compressive strength, reduced diameter cores. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 1

2 1 Introdução No Brasil, a resistência à compressão do concreto é determinada, em geral, experimentalmente através de ensaios destrutivos realizados em corpos de prova moldados em laboratório ou no local de concretagem conforme a NBR 5739 (ABNT, 2007) ou em amostras extraídas de elementos estruturais, de acordo com a NBR 7680 (ABNT, 2007). A extração de testemunhos é particularmente útil quando se pretende avaliar a resistência real de estruturas acabadas de concreto armado. A norma brasileira especifica que o diâmetro do testemunho de concreto, utilizado para determinar a resistência à compressão, deve ser pelo menos 3 vezes maior do que a dimensão nominal do agregado graúdo e preferencialmente maior ou igual a 100 mm. Por outro lado, após a preparação das superfícies para ensaio, os testemunhos devem apresentar razão h/d entre 1 e 2. No entanto, sabe-se que, devido a determinadas limitações dimensionais, seja de projeto, seja de execução, nem sempre é possível extrair amostras com dimensões de acordo com as recomendações normativas. Contudo já existem estudos apresentando a extração de minitestemunhos como uma opção atraente e, de certa forma, mais segura, pois danifica menos a estrutura e nunca aumenta a resistência potencial do concreto. Os resultados obtidos no ensaio de testemunhos extraídos podem ser significativamente inferiores àqueles obtidos de ensaios em amostras de concreto coletadas durante a concretagem. Quanto a correções na resistência devido aos efeitos de longa duração, no caso da NBR 6118 (ABNT, 2007), admite-se que o crescimento da resistência à compressão do concreto, a partir de 28 dias até 50 anos, será de apenas β 1 = 1,16 e que o decréscimo da resistência à compressão do concreto devido à carga aplicada aos 28 dias e mantida até 50 anos, o chamado efeito Rüsch, será de β 2 = 0,73. O produto (1.16 * 0.73) resulta num valor β = 0.85 (SILVA FILHO & HELENE, 2011). Na literatura especializada, é possível encontrar resultados divergentes entre a resistência à compressão de testemunhos de dimensões reduzidas e testemunhos de dimensões padronizadas de um mesmo concreto. Isto se deve, em parte, às variações dimensionais das amostras, mas também à variação dos danos decorrentes do procedimento de extração. Castro (2011), nos seus ensaios com testemunhos de diferentes diâmetros, de 100 mm, 50 mm, 32 mm e 25 mm, verificou que, para o concreto confeccionado com brita 1 (Ø nominal = 19,0 mm), a resistência à compressão diminuiu significativamente com a redução do diâmetro dos testemunhos, de 33,80 MPa para 15,70 MPa. Por outro lado, para o diãmetro padronizado de 100 mm, não houve diferença significativa entre a resistência dos testemunhos e das amostras moldadas. O trabalho aqui apresentado teve por objetivo avaliar experimentalmente a resistência do concreto à compressão, em lajes de concreto armado, através da extração de testemunhos de diâmetro reduzido, alternativa muito útil quando o valor de resistência característica de projeto não está registrado nas plantas estruturais disponíveis. Numa segunda fase, procedeu-se à comparação entre as resistências de testemunhos de ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 2

3 concreto com diâmetro padronizado e não padronizado. Também foram comparados, complementarmente, os valores da resistência à compressão de amostras extraídas e amostras moldadas com diâmetros equivalentes. 2 Materiais e Métodos Nesta seção é apresentado o programa experimental deste trabalho com a descrição das principais características dos materiais e dos métodos utilizados. Como metodologia de trabalho, foram consideradas as recomendações da norma NBR 7680 (ABNT, 2007), que descreve os procedimentos para a extração e o ensaio de testemunhos de concreto, e da NBR (ABNT, 2006), referente ao procedimento de preparo, controle e recebimento do concreto de cimento Portland. A verificação da segurança nas lajes foi feita com base na metodologia proposta por Silva Filho & Helene (2011), no item As 17 lajes inspecionadas têm idade superior a 5 anos e foram agrupadas em três tipos diferentes, em função de suas características (lajes maciças ou alveolares protendidas), as quais condicionaram, também, o processo de extração das amostras. Foram selecionados diâmetros não padronizados de aproximadamente 31 mm e 47 mm. Estes diâmetros permitiram extrair amostras nas nervuras das lajes alveolares e evitar furos de diâmetro muito grande, já que estava previsto serem realizados até 6 furos por laje, para o número mínimo de testemunhos exigidos pela norma de extração. Por outro lado, as amostras extraídas foram recortadas em testemunhos com uma relação h/d igual a 2. Assim, foram realizadas para cada laje, os furos necessários para obter um número mínimo de 6 testemunhos. A Tabela 1 resume a matriz experimental. Tabela 1 Resumo da matriz experimental. A) Nas estruturas inspecionadas Testemunhos extraídos em 17 lajes (mínimo de 6 por laje) f ck >20 MPa ou f ck >25 MPa Testemunhos 31x62 mm Testemunhos 47x94 mm B) Em laboratório Corpos de prova moldados (f c28 =50 MPa) 6 CPs 50x100 mm vibrados 6 CPs 100x200 mm vibrados 6 CPs 50x100 mm vibrados + prensados 6 CPs 100x200 mm vibrados + prensados Testemunhos extraídos de bloco de concreto de 21x34x87 cm (f c28 =50 MPa) 6 Testemunhos 31x62 mm 6 Testemunhos 47x94 mm 6 Testemunhos 71,5 x143 mm 6 Testemunhos 97,5x195 mm ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 3

4 A operação de extração foi realizada com broca de diâmetro 1 1/2 e 2, em cada uma das lajes, resultando em testemunhos com diâmetros aproximados de 31 e 47 mm, respectivamente. A Figura 1 mostra o equipamento utilizado para a extração dos corpos de prova e um dos testemunhos obtidos na extração. Figura 1 Extração de testemunho na laje de concreto armado. Após a extração, os testemunhos, adequadamente acondicionados, foram transportados ao Laboratório de Ensaios e Modelos Estruturais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LEME/UFRGS), onde foram preparados e ensaiados. Cada testemunho foi regularizado, com retirada de zonas irregulares da base e do topo. Após a regularização, os testemunhos foram capeados com pasta de enxofre e ensaiados à compressão de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 2007). Os ensaios de compressão foram realizados numa prensa universal servo-controlada SHIMADZU, com capacidade de 2000 kn e controle automático de carregamento. Após os ensaios os fragmentos remanescentes foram examinados para análise do modo de ruptura. Para correlacionar os resultados obtidos nos testemunhos extraídos das lajes de concreto armado com os que poderiam ser obtidos com testemunhos de dimensões padronizadas, foi confeccionado em laboratório um bloco com 0,062 m 3 (21cm x 34cm x 87cm) de concreto dosado para uma resistência à compressão aos 28 dias, f c28, de 50 MPa. Utilizou-se cimento Portland CPV-ARI, brita 1 de origem basáltica com diâmetro máximo característico de 19 mm, areia quartzosa natural com distribuição granulométrica contínua e água da rede pública de Porto Alegre. A proporção dos materiais, em massa, foi de 1:2,12:2,88, com relação a/c de 0,50, consumo de cimento de 380 kg/m 3 e abatimento de cone (SLUMP Test) de 60±10 mm. Da mesma betonada foram moldados 24 corpos de prova para os diâmetros 50 mm e 100 mm, de acordo com as recomendações da NBR 5738 (ABNT, 2003). Desses corpos de prova, metade foi adensada com vibrador de imersão e a outra metade, além de adensada com vibrador, foi prensada com uma força de 4 kn para considerar as condições de fabricação das lajes alveolares protendidas. A Figura 2 mostra parte das amostras moldadas em laboratório. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 4

5 Figura 2 Corpos de prova moldados no LEME/UFRGS. 3 Análise e Discussão de Resultados As dimensões finais dos testemunhos (diâmetro e altura) foram obtidas através da média de três medições, com exatidão de ± 0,1 mm. O valor estimado da resistência característica à compressão do concreto, f ckest, foi obtido com base na NBR 12655, através da equação (1), para amostragem parcial. f1 + f f m 1 f ckest = 2 f m (Equação 1) m 1 Com: f 1, f 2,..., f m valores das resistências individuais dos exemplares, em ordem crescente. A resistência caractéristica estimada (f ckest ) admissível não deve ser menor que ψ 6.f 1, adotando o valor de ψ 6 de acordo com a tabela 8 da NBR Neste caso, adotou-se ψ 6 igual a 0,89, considerando concreto de 25 MPa, número mínimo de exemplares igual a 6 e condição de preparo tipo B. O valor da resistência média do concreto à compressão, f cm, foi obtido de acordo com a NBR Como foi referido anteriormente, o trabalho visou atender a necessidade de verificar a capacidade resistente atual das lajes, pois os valores de projeto de resistência característica não foram encontrados na documentação disponibilizada. Desta forma, os valores mínimos admitidos para a resistência de projeto, f ckadm, correspondem a valores mínimos presumidos a partir de outras informações disponíveis e em função da finalidade de uso prevista para as lajes. A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos experimentalmente para a resistência à compressão dos testemunhos extraídos nas 17 lajes de concreto armado ou protendido com idades superiores a 5 anos. A verificação da segurança nas lajes foi realizada seguindo as recomendações de Silva Filho & Helene (2011). Dessa forma, os valores de f ckext foram corrigidos devido ao efeito de broqueamento conforme recomendado pelo ACI 214.4R (2010), usando o coeficiente 1,06. O valor da resistência à compressão equivalente aos 28 dias, f c28eq, foi calculado considerando o valor de f ckext corrigido e ponderando o crescimento da resistência à compressão do concreto com o coeficiente β1 ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 5

6 igual a 1,16 e o decréscimo da resistência à compressão do concreto devido à carga aplicada com β2 igual a 0,73. Obtido o f c equivalente aos 28 dias, comparou-se esse valor com o f ck de projeto. Tabela 2 Resultados dos testemunhos extraídos nas lajes de concreto armado. Local Ø (mm) f ckadm (MPa) f ckest (MPa) ψ 6.f 1 (MPa) f c28eq (MPa) f cm ± sd (MPa) 1 30,6 > 25 32,07 32,18 40,15 47,32 ± 10, ,6 > 25 31,31 29,93 39,19 47,51 ± 7, ,9 > 20 20,42 18,45 25,57 26,25 ± 4, ,6 > 25 30,77 30,94 38,52 51,76 ± 13, ,6 > 25 41,51 37,56 51,96 48,43 ± 8, ,6 > 25 37,98 34,46 47,54 49,48 ± 6, ,6 > 25 34,85 30,94 43,63 48,98 ± 9, ,6 > 25 37,33 37,13 46,73 48,96 ± 5, ,5 > 25 29,93 29,27 37,46 41,07 ± 8, ,7 > 25 22,01 23,76 27,55 36,52 ± 6, ,8 > 25 33,39 31,99 41,80 42,52 ± 4, ,0 > 20 24,26 22,19 30,36 29,56 ± 4, ,5 > 20 22,66 24,07 28,36 37,00 ± 6, ,2 > 20 23,54 21,99 29,47 33,65 ± 4, ,6 > 25 30,81 31,41 38,56 51,22 ± 15, ,6 > 25 48,28 43,15 60,43 54,32 ± 4, ,7 > 25 27,47 29,43 34,39 48,91 ± 8,78 É possível observar na Tabela 2 que, em alguns casos, a resistência característica estimada é inferior a ψ 6.f1. Entretanto os valores ficaram muito próximos e estão acima da resistência característica presumida de projeto. Por outro lado, como f c28eq foi superior a f ckadm, em todas as lajes analisadas, pode considerar-se que a segurança está verificada. A Tabela 3 resume os resultados experimentais obtidos para a resistência do concreto à compressão aos 28 dias de idade para as amostras moldadas em laboratório, para o concreto vibrado e para o concreto vibrado e prensado. Tabela 3 Resultados aos 28 dias para as amostras de concreto moldadas em laboratório. Ø (mm) f c28 (MPa) f ckest (MPa) ψ 6.f 1 (MPa) f cm ± sd (MPa) ,29 30,23 39,67 ± 4, ,53 44,25 51,11 ± 1,26 50 prensado 50 45,79 41,02 48,99 ± 1, prensado 50 56,91 51,33 60,40 ± 1,53 ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 6

7 Os valores da Tabela 3 mostram que a resistência à compressão dos corpos de prova moldados com diâmetro 100 mm foi aproximadamente 50% superior à resistência dos CPs de 50 mm de diâmetro. Por outro lado, os resultados no concreto vibrado e prensado foram aproximadamente 15% e 42% superiores aos resultados do concreto vibrado não prensado, respectivamente, para os diâmetros de 100 mm e 50 mm. A Tabela 4 resume os resultados obtidos experimentalmente para a resistência à compressão dos testemunhos extraídos do bloco concretado em laboratório. Tabela 4 Resultados aos 28 dias para os testemunhos de concreto extraídos em laboratório. Ø (mm) f c28 (MPa) f ckest (MPa) ψ 6.f 1 (MPa) f cm ± sd (MPa) ,35 25,23 36,97 ± 5, ,95 32,47 39,55 ± 2,47 71, ,51 30,03 38,17 ± 3,12 97, ,20 40,29 47,13 ± 2,66 Foi possível observar que resistência à compressão dos testemunhos de concreto extraídos em laboratório diminuiu com a redução do diâmetro do testemunho. Analisando os valores obtidos para o maior (97,5 mm) e o menor diâmetro (31 mm) a diferença para a resistência característica estimada (f ckest ) e para a resistência média (f cm ) do concreto à compressão foi de 59% e 28%, respectivamente. A Tabela 5 compara a resistência à compressão entre as amostras de concreto moldadas e as amostras extraídas em laboratório, para o concreto vibrado não prensado. Tabela 5 Comparação entre as amostras de concreto moldadas e os testemunhos extraídos em laboratório. Vibrado f ckest (MPa) f cm ± sd (MPa) Ø (mm) Moldados Extraídos Ext/Mold Moldados Extraídos Ext/Mold 50 32,29 33,95 1,051 39,67 ± 4,83 39,55 ± 2,47 0, ,53 45,20 0,913 51,11 ± 1,26 47,13 ± 2,66 0,922 Os valores da Tabela 5 mostram que, de forma geral, a resistência à compressão dos testemunhos foi ligeiramente inferior à resistência dos CPs moldados, porém essa diferença foi muito pequena, inferior a 10% em todos os casos. A fim de avaliar a significância da variável diâmetro dos testemunhos na variável resposta resistência média à compressão foi realizada uma análise de variância entre grupos (ANOVA), no software STATISTIC 7.0. Considerou-se a relação entre variáveis como sendo significativa estatisticamente para valores de p-value inferiores a 0,05. A Figura 3 mostra a influência do diâmetro dos testemunhos na resistência média do concreto à compressão, para as amostras extraídas do bloco de concreto. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 7

8 F(3, 20)=10,322, p=,00026 Intervalos de confiança de 0, fc (MPa) Diâmetro (mm) Figura 3 Influência do diâmetro na resistência média do concreto à compressão para os testemunhos extraídos do bloco de concreto. A análise ANOVA mostra que a utilização de testemunhos de diâmetro reduzido, não padronizado, teve influência significativa na resistência à compressão do concreto, com valor de p-value igual a 0, Por outro lado, os resultados obtidos para os micro testemunhos foram próximos entre si. A Figura 4 mostra a diferença dos resultados obtidos para a resistência média à compressão entre as amostras moldadas e as amostras extraídas em laboratório, para o diâmetro padronizado de 100 mm (a) e para o diâmetro não padronizado de 50 mm (b). F(1, 10)=10,930, p=,00793 Intervalos de confiança de 0,95 F(1, 10)=,00274, p=,95929 Intervalos de confiança de 0,95 fc (MPa) Moldadas 100 Extraídas 100 Amostras Moldadas 50 Extraídas 50 Amostras Figura 4 Influência do diâmetro na resistência do concreto à compressão para (a) 100 mm e (b) 50 mm. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 8 fc (MPa)

9 A análise de variância indica que para o diâmetro padrão de 100 mm a resistência à compressão das amostras moldadas foi diferente da resistência obtida nos testemunhos extraídos, com p-value igual a 0, Por outro lado, os resultados obtidos para as amostras moldadas e testemunhos extraídos de diâmetro 50 mm foram estatísticamente iguais, com valor de p-value igual a 0, Conclusões Após a análise dos resultados obtidos nesta pesquisa foi possível estabelecer as conclusões. Na avaliação da segurança estrutural das lajes de concreto armado ou protendido, a extração de testemunhos de diâmetro reduzido mostrou ser uma técnica vantajosa e segura porque provocou menos danos na estrutura e a resistência obtida foi, em todos os casos analisados, inferior à resistência potencial do concreto. A análise da influência do tamanho dos testemunhos indica que para testemunhos com dimensões menores que 100x200 mm há redução do valor de resistência última, mesmo que seja mantida a relação h/d = 2. Os resultados mostram que a resistência obtida nos micro testemunhos foi significativamente diferente da resistência dos testemunhos padrão, sendo que a resistência do concreto à compressão diminuiu com a redução do diâmetro do testemunho, e a diferença entre o maior e o menor valor foi de 59%. O diâmetro do testemunho influencia mais o resultado em função de sua relação com o diâmetro nominal do agregado graúdo. Várias pesquisas consideram que a diferença é minimizada quando a relação Ø testemunho /Ø nominal é superior a 3. Os resultados obtidos nos ensaios dos testemunhos de diâmetro 100 mm, extraídos do bloco concretado em laboratório, foram aproximadamente 10% inferiores aos resultados obtidos nos ensaios das amostras moldadas, mostrando que a extração em si não influencia tanto o valor da resistência. Assim sendo, no controle de qualidade de concretos em estruturas acabadas, é possível utilizar diâmetros reduzidos não padronizados para a verificação de resistência levando em consideração a correlação entre os resultados obtidos para as diferentes dimensões das amostras. 5 Referências AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 214.4R: Guide for obtaining cores and interpreting compressive strength results. Farmington Hills, MI ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova: Rio de Janeiro. ABNT, NBR 5739: Concreto Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos: Rio de Janeiro. ABNT, NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto Procedimentos. Rio de Janeiro: ABNT, NBR 7680: Concreto - Extração, preparo e ensaio de testemunhos de concreto. Rio de Janeiro: ABNT, ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 9

10 . NBR 12655: Concreto de cimento Portland - Preparo, controle e recebimento Procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, CASTRO, E.. Estudo da resistência à compressão do concreto por meio de testemunhos de pequeno diâmetro e esclerometria. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil). Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, MG, COMITE EURO-INTERNACIONAL DU BETON. CEB 90: Model Code for Concrete Structures. CEB/FIP, DA CUNHA, J. C.; ÂNGELO, A. M. V.. Contribuição para a determinação da resistência do concreto na análise de estruturas periciadas. XII COBREAP Congresso Brasileiro de Engenharia de Avaliações e Perícias. Belo Horizonte, IBAPE, SILVA FILHO, L. C. P.; HELENE, P.. Análise de estruturas de concreto com problemas de resistência e fissuração. Concreto: Ciência e Tecnologia. Ed. São Paulo: Ibracon, vol. 2, cap.32, p , ZACOEB, A.; ISHIBASHI, K.. Alternative method for concrete structures compressive strength estimation with small-scale destruction. Journal of Civil Engineering and Architecture, vol. 5, n.2, p , ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 10