12º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Guayaquil, 10 a 13 de Novembro de 2015

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1 12º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Guayaquil, 10 a 13 de Novembro de 2015 DETERMINAÇÃO DA DOSAGEM DE CONCRETO Enio José Bolognini*, Maria da Consolação Fonseca de Albuquerque*, Ruan Larisson Toninatto Vilela*, Karoline Aparecida de Souza Guimarães* * º Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), Alameda Bahia, 550 Ilha Solteira, SP Brasil * ejbolognini@gmail.com Palavras chaves: material, propriedade mecânica, dosagem de concreto RESUMO O trabalho propõe analisar diferentes tipos de agregados graúdos no concreto, a fim facilitar a dosagem do mesmo. Os ensaios são desenvolvidos para determinar a resistência do concreto a ser empregado. Com os resultados dos ensaios usou-se a ferramenta Microsoft Excel, para abrigar em uma planilha um modelo de cálculo em massa, para a dosagem dos concretos. Para cada dosagem foram propostos ensaios com agregado graúdo usando brita de basalto e de granito. O cimento usado foi o mais comum no mercado, cimento CP-32. Também houve variação no tamanho das britas, brita zero e brita um/brita zero. Cada planilha é desenvolvida para um determinado tipo de agregado graúdo e cimento. As conclusões podem ser apresentadas utilizando as leis de Abrams, Lyse e Molinari. O trabalho baseou-se em ensaios laboratoriais e desenvolvimento matemático de planilhas excel, apresentando gráficos estatísticos para demonstrar menor consumo de cimento e melhor resistividade para os diferentes agregados graúdos e cimentos utilizados nos concretos simples ou de alto desempenho. Os resultados dos ensaios na planilha Excel, demonstram a agilidade em dosar os traços. PALAVRAS CHAVE: material, propriedade mecânica, dosagem de concreto 1. Introdução A qualidade dos materiais na dosagem de concreto é importante, pois a mistura irá proporcionar a resistência à compressão de acordo com o tempo de confecção do mesmo. Os concretos tradicionais são compostos de materiais como: cimento portland, agregado miúdo, agregado graúdo e água. A base da dosagem é encontrada de acordo com os ensaios laboratoriais, que se baseia nas caracterizações dos materiais. Para caracterizações destes materiais leva-se em conta a dimensão e o tipo de material, pois a reologia do concreto é composta pelas partículas grossas e partículas finas. O agregado miúdo deve possuir uma distribuição granulométrica, a fim de preencher os vazios dos agregados graúdos e, as partículas finas do cimento portland devem preencher os poros que ainda não foram preenchidos. O concreto mais compacto permite a economia de cimento, pois alcança maior resistência.

2 De acordo com (Aggarwal [1]) existe um módulo de finura ideal para o agregado miúdo, conforme o tipo concreto que se deseja confeccionar e, os agregados graúdos devem possuir dimensões dentro do plano inicial da pesquisa. Estes materiais devem ser separados, caracterizados e as impurezas da superfície devem ser retiradas em busca de alta qualidade (Younis [2]). É preciso considerar as tensões que atuarão no concreto causadas pela temperatura, peso e movimentação, de acordo com a finalidade que este foi confeccionado. Por exemplo, uma pavimentação para aeroportos, deverá exigir certas precauções (Pittman [3]). Conforme a avaliação, a resistências à compressão é essencial, sendo esta obtida pela dosagem do concreto, no qual, deverá estar sempre na média, para melhor consistência e trabalhabilidade (Matias [4]). Segundo o (Yurdakul [5]), a importância do estudo sobre concretos, é também a busca de uma melhor trabalhabilidade, com um volume mínimo da relação (a/c). Este fator será fundamental nas misturas utilizadas dos materiais: cimento, agregados e água, considerando o efeito ligante do cimento e agregados. Novas tecnologias na construção civil exigem melhores resultados entre dosagens do concreto como CAA Concreto Auto Adensável, CAD Concreto de Alto Desempenho, CAF Concreto com Adição de Fibras e CAR Concreto de Alta Resistência (Aggarwal [1]). No presente trabalho foi analisado diferentes tipos de agregados graúdos no concreto a fim de facilitar a dosagem do mesmo. Estes ensaios foram realizados entre os dois tipos de britas: basalto e granito; contudo, a mistura da argamassa também foi essencial, pois a base dos cimentos Portland CP II 32-Z; podem verificar entre os dois tipos de britas, quais são as vantagens e desvantagens em ambos cimentos; e a comparação de ambas britas. Durante os ensaios foram colhidas diversas bases bibliográficas, a fim um melhor aprofundamento para realizar estas comparações. 2. Materiais e Métodos Os materiais usados no presente trabalho foram: cimento CP II 32-Z, areia grossa, britas de basalto e granito (B0 e B1), superplastificante Viscocrete 3535 CB (Si), microsilica (Dow Corning) e água de abastecimento da cidade Ilha Solteira. Todos os materiais foram caracterizados em ensaios de laboratório. Foram realizados ensaios de granulometria (ABNT NBR NM 248 [7]), massa específica e absorção de agregado miúdo (ABNT NBR NM 30 [8] e ABNT NBR NM 52 [9], respectivamente), densidade e absorção de agregado graúdo (ABNT NBR NM 53 [10]). Para cada ensaio de granulometria foram selecionadas duas amostras de agregados graúdos e duas de agregados miúdos. Foram geradas planilhas dos ensaios granulométricos dos agregados miúdos e dos agregados graúdos. Ambas as amostras, de cada agregado, foram comparadas em gráficos usando o software Microsoft Excel. A dimensão máxima característica do agregado miúdo (areia) = 2,40 mm, sendo apresentado o módulo de finura de 3,1, portanto foram selecionados como areia grossa (módulo de finura entre 2,90 mm a 3,50 mm), conforme ABNT NBR NM 248 [7]. Enquanto que, as britas (basalto e granito), ambas foram trabalhadas entre as dimensões de 4,75 mm a 12,5 mm (brita zero - B0) e 9,5 mm a 25 mm (brita um - B1), conforme classificação [7]. O cimento portland tem grande importância na mistura com o agregado miúdo, pois proporciona um teor de argamassa ideal, no qual esta deve possuir, na mistura com o agregado graúdo, uma trabalhabilidade adequada de acordo com a finalidade do concreto. Sendo que os resultados de resistência à compressão devem se mostrar satisfatórios para determinada trabalhabilidade. Neste trabalho o abatimento desejado foi de 70 mm + 10 mm, pois cobre a maior parte da peças estruturais, conforme a Tabela 1. Tabela 1: Escolha da consistência de acordo com o tipo elemento estrutural Elemento estrutural Abatimento (mm) Pouco armada Muito armada Laje 60 ± ± 10 Viga e parede armada 60 ± ± 10 Pilar e edifício 60 ± ± 10 Paredes de fundação, sapatas, tubulões 60 ± ± 10

3 O teor de argamassa ideal foi obtido com ensaios experimentais de traço 1:5,0 (uma parte de cimento para cinco de agregado), onde o traço foi mantido constante e a porcentagem de argamassa (areia, cimento e água) dentro deste foi variada, ou seja, foi adicionado cimento, areia e água até a obtenção do teor ideal. Este foi encontrado visualmente com ajuda de uma pá e com ensaio de abatimento [11]. Para o teor de argamassa ideal foram confeccionados concretos com os traços de: 1:3,5 (rico); 1:5,0 (médio); e 1:6,5 (pobre). Outra consideração importante é a medida exata da água, devendo levar em consideração que parte da mesma será absorvida pela betoneira. Assim como a água, os materiais também devem ficam parcialmente retidos na parede da betoneira, sendo assim devem aumentar uma porcentagem na quantidade desejada de material e molhar a betoneira antes de bater o concreto. A fim de obter a quantidade de cimento, areia e brita para encontrar experimentalmente o teor de argamassa, foram realizados cálculos usando planilhas do Microsoft Excel. As Equações 1 e 2 foram utilizadas para determinação do teor de argamassa de cada tentativa para alcançar à argamassa ideal, o cálculo do consumo em massa de cimento foi feito usando a Equação 3, para o consumo em massa de areia utilizou-se a Equação 4, o consumo em massa de britas, (Equação 5) e consumo em massa em água (Equação 6). = (1) = + (2) = (3) Onde: α é a porcentagem de argamassa; a é a proporção de areia no traço; m é a proporção de areia mais agregado graúdo no traço; b é a proporção de brita no traço; C é o consumo de cimento por metro cúbico de concreto; c é a massa específica do cimento em gramas por centímetro cúbico; a é a massa específica da areia em gramas por centímetro cúbico; b é a massa específica das britas em gramas por centímetro cúbico; Ca é o consumo de areia em quilos; Cb é o consumo de britas em quilos; C água é o consumo de água em litros; / é a relação água cimento do concreto. = (4) = (5) á = / (6) Utilizando as equações propostas, se pode desenvolver a planilha Microsoft Excel (Figura 1), para calcular as quantidades de cada material do concreto para vários teores de argamassa, a fim de encontrar experimentalmente o teor ideal de argamassa.

4 Figura 1: Modelo de planilha para dosagem de concreto com Microsoft Excel As planilhas foram elaboradas com o traço 1:5 (médio), e a porcentagem ideal de argamassa obtida experimentalmente neste traço foi mantida constante para os traços 1:3,5 e 1:6,5 (concretos rico e pobre, respectivamente). Esta planilha foi aplicada em quatro diferentes concretos: concreto britas de basalto (B1), concreto britas de basalto (B1/B0), concreto britas de granito (B1) e concreto britas de basalto (B1/B0). Em todos os concretos foi usado o cimento CP II 32-Z. A proporção inicial de argamassa foi de 35%. A massa das britas foi mantida constante, além da água também foram acrescentados cimento e areia, para a nova proporção de argamassa no traço 1:5,0. Após encontrar o teor de argamassa ideal, os corpos de prova foram colocadas em 12 formas cilíndricas (10 mm/20 mm), e deixado em câmara úmida, pelo tempo de 7, 28 e 91 dias, ou seja, até o dia do ensaio de ruptura. 2. Caracterização dos Materiais e Dosagem dos Concretos Os resultados do ensaio de granulometria estão apresentados na planilha do Microsoft Excel (Figura 2). A geração do gráfico foi feita utilizando a abertura das peneiras (mm) e a massa retida (g), no mesmo pode observar as curvas entre zona ótima e utilizável. Figura 2: Curvas das amostras M1 e M2 do agregado miúdo Os ensaios de densidade e absorção de água, também apresentaram resultados satisfatórios, pois em ambas amostras foram calculadas as densidades com resultado de 2,65 g/cm³ na amostra M1, e 2,66 g/cm³ na amostra M2. A proporção de absorção de água foi de 5 %. Para os agregados graúdos (britas de basalto e de granito), as curvas dos ensaios granulométricos estão apresentadas na Figura 3: (a) Basalto B0, (b) Basalto B1, (c) Granito B0 e Granito B1 (d), entre as dimensões de 4,75 mm a 12,5 mm (B0) e 9,5 mm a 25 mm (B1). Os resultados dos ensaios de densidade para as britas foram de 2,84 g/cm³ na amostra M1, e de 2,81 g/cm³ na amostra M2, para a brita B0 de basalto. Para a brita B1 de basalto as densidades em massa apresentaram resultados de 2,71 g/cm³ na amostra M1, e de 2,86 g/cm³ na amostra M2. A brita de basalto B0 apresentou 0,9% de absorção de água, enquanto que, a B1 apresentou 0,7%. Em relação às britas de granito, a brita B0 apresentou massa específica de 2,58 g/cm³ na amostra M1, e 2,50 na amostra M2. Os resultados para a brita B1 forma de 2,52 g/cm³ na amostra M1, e 2,49 na amostra M2. A proporção de absorção de água na brita B0 foi de 2,6 %, enquanto que a B1 foi de 3 %.

5 (a) (b) (c) (d) Figura 3: Curvas das amostras M1 e M2 do agregado graúdos de basalto e granito (4,75 mm a 12,5 mm; e 9,5 mm e 25 mm) Os resultados das dosagens experimentais, para o teor ideal de argamassa estão apresentados nas Tabelas 2 e 3. Na Tabela 2 observam-se os traços com brita de basalto (B1 e B1/B0) e na Tabela 3 com brita de granito (B0, B1 e B1/B0). Tabela 2: Resultados das dosagens de concretos referentes aos agregados graúdos de basalto Dosagem do concreto com britas de basalto (B1) Teor de Argamassa Ideal Experimental em Massa (kg) Abatimento 49% 1 : 3,5 1 : 1,21 : 2,29 12,00 : 14,52 : 28:87 : 5,88 7,5 49% 1 : 5,0 1 : 1,94 : 3,06 9,82 : 19,05 : 30,07 : 4,62 6,0 49% 1: 6,5 1 : 2,19 : 3,31 8,43 : 22,59 : 30,77 : 3,96 7,0 Dosagem do concreto convencional com a proporção de 70 % (B1) e 30 % (B0) de britas de basalto Teor de Argamassa Ideal Experimental em Massa (kg) Abatimento 49% 1 : 3,5 1 : 1,21 : 2,29 12,00 : 14,52 : 20,21 : 8,66 : 5,88 7,0 49% 1 : 5,0 1 : 1,94 : 3,06 9,82 : 19,05 : 21,05: 9,02 : 4,60 6,5 49% 1: 6,5 1 : 2,68 : 3,82 8,43 : 22,59 : 21,54 : 9,23 : 3,96 6,5 Tabela 3: Resultados das dosagens de concretos referentes aos agregados graúdos de granito Dosagem do concreto com britas de granito (B1) Teor de Argamassa Ideal Experimental em Massa (kg) Abatimento 47% 1 : 3,5 1 : 1,12 : 2,38 10,96 : 12,28 : 26,92 : 4,93 7,0 47% 1 : 5,0 1 : 1,82 : 3,18 8,91 : 16,22 : 27,97 : 4,19 6,5 47% 1: 6,5 1 : 2,53 : 3,97 7,61 : 19,25 : 28,57 : 3,42 6,5 Dosagem do concreto com a proporção de 70 % (B1) e 30 % (B0) de britas de granito Teor de Argamassa Ideal Experimental em Massa (kg) Abatimento 47% 1 : 3,5 1 : 1,12 : 2,38 10,96 : 12,28 : 18,85 : 8,08 : 4,93 7,5 47% 1 : 5,0 1 : 1,82 : 3,18 8,91 : 16,22 : 19,58 : 8,39 : 4,19 6,5 47% 1: 6,5 1 : 2,53 : 3,97 7,61 : 19,25 : 20,00 : 8,57 : 3,42 8,0

6 3. Resultados dos Rompimentos e Resistência a Compressão As rupturas dos traços nos tempos em 7, 28 e 91 dias, para as britas de basalto (B1), podem ser observadas com as curvas da lei de Abrams, Lyse e Molinari, nas Figuras 4,5,6 e 7: Figura 4: Diagrama de dosagens das curvas de Abrams, Lyse e Molinari dos traços: 1:3,5; 1:5,0 e 1:6,5 entre 7, 28 e 91 dias, referente as britas de basalto (B1) Figura 5: Diagrama de dosagens das curvas de Abrams, Lyse e Molinari dos traços: 1:3,5; 1:5,0 e 1:6,5 entre 7, 28 e 91 dias, referente as britas de basalto em método proporcional (B1/B0)

7 Figura 6: Diagrama de dosagens das curvas de Abrams, Lyse e Molinari dos traços: 1:3,5; 1:5,0 e 1:6,5 entre 7, 28 e 91 dias, referente as britas de granito (B1) Figura 7: Diagrama de dosagens das curvas de Abrams, Lyse e Molinari dos traços: 1:3,5; 1:5,0 e 1:6,5 entre 7, 28 e 91 dias, referente as britas de granitos em método proporcional (B1/B0) Os resultados são válidos, para o abatimento de , que é o usado para a maioria das peças estruturais, conforme Tabela 1 e teor de argamassa ideal 47 % (britas de granito Tabela 2), 49% (britas de basalto Tabela 3).

8 Analisando os diagramas das Figuras 4,5,6 e 7, é possível observar que o concreto com britas de granito (B1 e B1/B0) obtiveram melhor desempenho, em relação as britas de basalto (B1 e B1/B0). 4. Conclusão De acordo com os diagramas de dosagem, pode notar diferença entre as britas de basalto e granito, indicando a importância de um diagrama para cada material. A pesquisa está em andamento com a variação de outros cimentos como CP V-ARI, CP III RS-40, outras granulometrias da areia, outro tipo de brita graúda, seixo rolado e outro tipo de concreto, como o Concreto de Alto Desempenho. Dentro da pesquisa, as planilhas desenvolvidas no Microsoft Excel, foram fundamentais, pois agilizou-se o trabalho de caracterização: cálculo das massas e realização dos diagramas de comportamento. Também, é importante ressaltar a diferença de trabalho desenvolvido com o uso desta tecnologia, pois dentro desta pesquisa, será realizada uma melhoria de novos softwares que possam desenvolver o trabalho com mais praticidade; rapidez e sem perdas de materiais. REFERÊNCIAS 1. P. Aggarwal, et al, Self-Compacting Concrete - Procedure for Mix Design, Leonardo Electronic Journal of Practises and Technologies, pp , K. H. Younis y K. Pilakoutas, Strength prediction model and methods for improving recycled aggregate concrete, Elsevier - Construction and Building Materials, Vol. 49, pp , D. W. Pittman y S. A. Ragan, Drying Shrinkage of Roller Compacted Concrete for Pavement Applications, ACI - Materials Journal: Technical Paper, vol. 95, n.1, pp.19-26, D. Matias et al, Mechanical properties of concrete produced with recycled coarse aggregates Influence of the use of superplasticizers, Elsevier - Construction and Building Materials, Vol. 44, pp , E. Yurdakul et al, Effect of Paste-to-Voids Volume Ratio on the Performance of Concrete Mixtures, Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 25, pp , B. Cazacliu et al, New methods for accurate water dosage in concrete central mix plants, Rilem International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, System and Structures, Vol. 41, pp , ABNT NBR NM 248: Agregados Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro: ABNT, ABNT NBR NM 30: Agregado miúdo - Determinação da absorção de água. Rio de Janeiro: ABNT, ABNT NBR NM 52: Determinação da massa específica aparente e absorção de água de agregados miúdos. Rio de Janeiro: ABNT, ABNT NBR NM 53: Agregado graúdo - Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro: ABNT, ABNT NBR NM 67: Concreto Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro: ABNT, 1998.