INFLUÊNCIA DO AUMENTO DO ABATIMENTO DO CONCRETO ESTRUTURAL ATRAVÉS DA ADIÇÃO DE ÁGUA OU CALDA DE CIMENTO 1:1 NA PROPRIEDADE DE RESISTÊNCIA MECÂNICA

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1 INFLUÊNCIA DO AUMENTO DO ABATIMENTO DO CONCRETO ESTRUTURAL ATRAVÉS DA ADIÇÃO DE ÁGUA OU CALDA DE CIMENTO 1:1 NA PROPRIEDADE DE RESISTÊNCIA MECÂNICA THE EFFECT OF INCREASING THE SLUMP BY THE ADDITION OF WATER OR SLURRY (1:1) PORTLAND CEMENT AND WATER IN MECHANICAL STRENGTH PROPERTY Eduardo Jorge Vidal Dultra 1 ; Lucas de Oliveira Carvalho 2 ;Attawan Guerino Locatel Suela 3 1- Professor Doutor; Departamento de Engenharia Civil IFBA/Campus Eunápolis. e.dultra@ifba.edu.br ; 2- Técnico em Edificações e Estudante de Engenharia Civil UFRJ/Campus Macaé oliveiracarvalho.lucas@hotmail.com 3- Técnico em Edificações e Estudante de Agronegócio UFV. attawan_zull@hotmail.com IFBA Instituto Federal da Bahia - Av. David Jonas Fadini, s/n, Rosa Neto, Eunápolis-BA, CEP: Resumo A resistência mecânica juntamente com a durabilidade são os principais fatores que determinam a qualidade do concreto estrutural. Um dos fatores que influenciam na resistência do concreto é a quantidade de água utilizada na mistura dos materiais. Tal quantidade é conhecida como fator água/cimento. É conhecido que quanto mais água é adicionada na mistura dos materiais menor será a resistência mecânica final do concreto. É de extrema importância utilizar o mínimo de água possível na fase de mistura dos materiais para evitar a perda de resistência. Em obras de pequeno porte é comum adicionar água em excesso para que o abatimento do concreto aumente tornando-o menos consistente, ou seja, mais fluido, e assim fazer com que ele preencha as formas com mais facilidade, dispensando, em muitas ocasiões, o uso dos vibradores. Neste trabalho foi definido um traço de referência, considerando um FCK= 20 MPa, e elaborados traços em que foram acrescentados água nos percentuais de 10, 20, 30 e 40%, em massa, e determinada a resistência mecânica. Também foi elaborado um traço em que foi acrescentada calda de cimento (cimento+água) na proporção 1:1 nos percentuais de 10, 20, 30 e 40%, em massa. Para cada mistura foram confeccionados seis corpos de prova cilíndricos Ø10x20 cm e rompidos aos 28 dias de idade. O abatimento do concreto foi analisado seguindo as recomendações da NBR NM-67 de Os resultados permitem avaliar que a perda de resistência, ao acrescentar água além do necessário, é significativa. O acréscimo de calda de cimento ocasionou uma perda de resistência menor quando comparada com o acréscimo de somente água. A relação custo/benefício da prática de acrescentar calda de cimento pode ser considerada vantajosa devido à maior resistência alcançada. Palavras-Chave: Concreto, resistência mecânica, fator água/cimento, abatimento. Abstract The mechanical resistance and durability are the main factors that determine the quality of structural concrete. One of the factors that influence the resistance of concrete is the quantity of water used in the mixture of the materials. This factor is known as water/cement ratio. It is a well-known fact that the resistance decreases with the increase in the water/cement ratio. It is extremely important to use as little water as possible during the mixing of the materials to prevent loss in resistance. In small constructions it is common to add water in excess for the concrete to be less consistent, more fluid, and thus completely fill the wooden form, eliminating, in many cases, the use of vibrators. In this study, the reference mixture had its resistance set at Fck = 20MPa, and to the other mixtures, 10, 20, 30, and 40 wt% of water was added and the mechanical resistance was determined. A mixture was also made in which were added slurries (water + cement) in proportions 1:1 in the quantities of 10, 20, 30 and 40 wt%. For each mixture 6 cylindrical specimens, Ø10 x 20 cm, were made and tested after 28 days. Slump test was also carried out according ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 1

2 NBR NM-67. The results showed that the decrease of resistance is significant when excess water is added to the mixture. The addition of cement slurry, in both proportions studied, showed better results when compared with the addition of only water. The cost/benefit relation of adding the slurry can be considered advantageous due to the increased resistance achieved. Keywords: concrete, mechanical strenght, capping, sulfur, neoprene. 1. Introdução Concreto estrutural é aquele que faz parte da estrutura das obras civis e, portanto, exige maior responsabilidade, por parte dos técnicos, em seu preparo. Em concretos destinados para fins estruturais duas características são imprescindíveis: a resistência mecânica e a durabilidade. Tais características foram priorizadas na revisão da NBR- 6118/2003 e mantidas na revisão da mesma norma em Uma mudança de importância relevante na versão de 2003 foi a fixação do fck mínimo para estruturas de concreto armado em função da classe de agressividade ambiental do local da construção de I a IV em ordem crescente. Com isso, para classe de agressividade ambiental I, o fck mínimo é de 20 MPa. Na execução de concreto estrutural, máxima atenção deve ser prestada em todas as fases de preparação: mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura. Na fase de mistura, o controle da quantidade de água água de amassamento é um item de fundamental importância a fim de obter o máximo de resistência para um determinado traço de concreto. Neste, a quantidade de água é expressa através do fator água/cimento que consiste na razão entre a massa de água e a massa de cimento utilizada. Segundo CAMPITELI, 2011, a resistência à compressão do concreto varia com a relação água/cimento de acordo com a lei de Abrams que diz que para dados materiais, a resistência depende inversamente da relação água/cimento. Assim, o concreto estrutural deve ser preparado com o mínimo de água possível, preservando as condições de trabalhabilidade recomendadas para a sua aplicação. A vasta bibliografia relacionada afirma que, quanto mais água é adicionada na fase de mistura do concreto, menor será sua resistência mecânica. O embasamento dessa afirmação se deve à segregação dos materiais envolvidos durante o estado plástico ser facilitada quando a quantidade de água presente é maior. A segregação começa a ocorrer logo após a fase de mistura retirada do concreto da betoneira e segue durante o transporte, lançamento, adensamento até instantes antes do fim de pega do cimento. Os materiais mais pesados partículas de areia e brita tendem a se acomodar ao fundo, enquanto que os mais leves a água e os finos tendem a migrar para a parte superior. Durante esse deslocamento, a água e os finos deixam o material mais poroso, ou seja, menos compacto, diminuindo assim, não somente a resistência mecânica como também a durabilidade do concreto. Aliado ao efeito do aumento da porosidade devido ao deslocamento das partículas mais leves, principalmente a água, existe ainda o efeito do acúmulo da água deslocada na face inferior das partículas de agregados, principalmente do graúdo, interferindo diretamente na aderência entre agregado e pasta. A ação simultânea desses dois efeitos é a principal responsável pela diminuição da resistência mecânica do concreto (MEHTA, 1994). É intuitivo que, quanto mais água existir no material, maior quantidade de água se deslocará para a parte superior, acumulando-se na interface agregado-pasta, bem como carreando finos e, portanto, mais poroso se tornará ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 2

3 o concreto. Segundo Mehta (1994), do ponto de vista da resistência mecânica, a relação água/cimento-porosidade é indiscutivelmente o fator mais importante porque, independentemente de outros fatores, ela afeta a porosidade tanto da matriz pasta de cimento como da zona de transição entre a matriz e o agregado graúdo. A trabalhabilidade do concreto indica se ele está com consistência adequada à sua aplicação no estado fresco. O grau de consistência do concreto é determinado através do ensaio de abatimento do concreto, também conhecido como slump test, em que um tronco de cone com medidas especificadas por norma é preenchido com concreto fresco e logo em seguida o tronco de cone é retirado ficando o concreto sob a ação da gravidade. A diferença na altura do monte de concreto (antes e depois da retirada do tronco de cone) é que determina seu grau de consistência, e é chamada abatimento do concreto. O abatimento do concreto depende do fator água/cimento, da quantidade de agregados por kg de cimento e da composição granulométrica do mesmo (TARTUCE, 1990). Em muitas obras de pequeno porte o controle na adição de água de amassamento não existe, pois muitas vezes o preparo do concreto estrutural fica a cargo de encarregados e betoneiros, sem supervisão de engenheiro ou técnico responsável. Há de se ressaltar, também, que em muitas ocasiões, em obras de pequeno porte, o adensamento do concreto é realizado manualmente, inviabilizando a utilização do concreto estrutural com consistência mais seca, ou seja, abatimento menor. Com isso, na imensa maioria das vezes, é acrescentada água no traço, em quantidades acima daquela previamente calculada, a fim de torna-lo mais fluido. Essa é uma prática não recomendada devido ao aumento do fator água/cimento e consequente diminuição da resistência mecânica e da durabilidade do concreto. Nas situações em que a consistência fluida é necessária para concreto bombeado, ou ausência de vibração mecânica, por exemplo é recomendado o uso de aditivos plastificantes e superplastificantes que interagem quimicamente com a água, diminuindo sua tensão superficial, aumentando a fluidez do concreto, sem a necessidade de acrescentar água. Quando não houver disponibilidade de aditivos plastificantes e for necessário fabricar um concreto mais fluido, muitos autores recomendam acrescentar calda de cimento, ou seja, uma mistura de água e cimento na proporção de 1:1 ou 4:3 (cimento/água), em massa. Essa prática minimiza a perda da resistência mecânica, pois o fator a/c sofre um aumento discreto. Este trabalho visa obter dados experimentais que permitam avaliar a perda de resistência mecânica do concreto em função do acréscimo de água de amassamento, bem como, do acréscimo de calda de cimento 1:1 e 1:2 (cimento:água). 2. Materiais e Métodos A pesquisa foi realizada no Laboratório Interdisciplinar de Materiais de Construção e Mecânica dos Solos - LISMAC do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - IFBA Campus Eunápolis, onde foi determinado um traço de concreto (traço de referência) seguindo os parâmetros de dosagem sugeridos pela ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland. Foi utilizado o cimento CP III 40 RS considerando fck = 20 MPa, com desvio padrão S d = 7. A partir do traço referência foram ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 3

4 determinados novos traços de concreto onde a única diferença eram as quantidades de água adicionada (acréscimos de 10, 20, 30 e 40% em relação à massa de água inicialmente calculada). Em outros traços a quantidade de água calculada foi mantida e foram acrescentados 10, 20, 30 e 40% de calda de cimento na proporção 1:1 (cimento e água) e, ainda, 10, 20, 30 e 40% de calda de cimento na proporção 1:2, totalizando doze traços mais o traço referência. Na tabela 1 são apresentados os traços utilizados. Tabela 1- Descrição dos traços de concreto utilizados. Identificação Descrição REF Traço Referência REF+10A Traço Referência + 10% de água REF+20A Traço Referência + 20% de água REF+30A Traço Referência + 30% de água REF+40A Traço Referência + 40% de água REF+10C11 Traço Referência + 10% de calda de cimento 1:1 (cimento e água) REF+20C11 Traço Referência + 20% de calda de cimento 1:1 REF+30C11 Traço Referência + 30% de calda de cimento 1:1 REF+40C11 Traço Referência + 40% de calda de cimento 1:1 A granulometria da areia foi determinada utilizando peneiras da série Normal e seguindo as especificações da NBR A Massa Específica Aparente da areia e da brita foi determinada utilizando um recipiente metálico em formato de paralelepípedo, de volume igual a 20 litros, onde o recipiente foi completamente preenchido com cada material e em seguida o material foi pesado. A Massa Específica Aparente foi calculada através da equação 1: (1) Onde, MEA é a massa específica aparente; m é a massa do material contido no recipiente e V Aparente é o volume do recipiente. A Massa Específica Real da areia foi determinada através do frasco de Chappmam seguindo as determinações da NBR NM 52, da ABNT. A Massa Específica Real da brita foi determinada medindo-se o volume real de uma quantidade de material, de massa conhecida, através do princípio de Arquimedes e utilizando a equação 2: (2) Onde, MER é a massa específica real; m é a massa do material e V Real é o volume real do material. Os materiais foram dosados e pesados conforme a especificação de cada traço utilizando uma balança digital da marca MASTER com precisão de 0,01g e capacidade para 5 kg. Para a mistura dos materiais foi utilizado uma betoneira elétrica MOTOMIL com capacidade para 150L e a ordem de colocação dos materiais foi padronizada, seguindo recomendações da bibliografia. Primeiramente foi colocada a água, seguida da brita, cimento e areia. O tempo total de mistura foi de 4,5 minutos. Após a mistura foi realizado o ensaio de abatimento do concreto a fim de avaliar a trabalhabilidade do concreto em função da sua consistência. Foram moldados 6 ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 4

5 corpos de prova para cada traço utilizando moldes metálicos cilíndricos de Ø10x20 cm. O preenchimento dos moldes seguiu as recomendações da NBR da ABNT. Em seguida, os corpos de prova foram imersos em água por 28 dias. Após a cura, os corpos de prova foram pesados, ainda úmidos, retirando-se apenas o excesso de água com um pano umedecido. Em seguida foram colocados em estufa a 105 C durante 24 horas, sendo novamente pesados a fim de calcular a quantidade de água absorvida. A regularização e paralelismo das superfícies dos corpos de prova foram obtidos com o capeamento utilizando enxofre fundido. O ensaio de compressão dos corpos de prova foi realizado em uma prensa hidráulica manual, da marca SKAY,com capacidade para 100 toneladas, onde a carga foi aplicada gradualmente conforme recomendações da norma NBR Por se tratar de equipamento manual não foi conseguida uma uniformidade na velocidade de aplicação da carga, e tais variações podem ter influenciado os resultados. Para minimizar esse efeito todos os ensaios de compressão foram realizados pelo mesmo operador. 3. Análise dos Resultados Na tabela 2 são apresentados as características e os índices físicos dos materiais utilizados. Tabela 2 Características e índices físicos dos materiais utilizados. Material Característica Valor Cimento Areia Brita Tipo CP III 40 RS Massa específica real (g/cm 3 ) 3,15 Massa específica aparente (g/cm 3 ) 1,71 Massa específica real (g/cm 3 ) 2,67 Módulo de finura 2,13 Percentual de finos (< 0,30 mm) 42,89 Rocha de origem Gnaisse Massa específica aparente (g/cm 3 ) 1,36 Massa específica real (g/cm 3 ) 2,68 Formato das partículas Lamelar Na figura 1 é mostrada a curva do ensaio de granulometria onde foi possível analisar a composição granulométrica da areia e obter o módulo de finura. A areia apresentou módulo de finura igual a 2,13 e, de acordo com a NBR 1711, foi classificada como fina. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 5

6 % retido acumulado Curva Granulométrica 0, abertura (mm) Figura 1: Curva granulométrica da areia. É possível observar que o agregado miúdo utilizado apresentou uma granulometria contínua e bem graduada, ficando muito próxima a zona ótima de utilização conforme NBR NM 248, com partículas de todos os tamanhos dentro da faixa entre 0,08 e 4 mm, em proporções equilibradas. Esta característica é importante para a formação da pasta de cimento, pois, diminui a quantidade de vazios e contribui para o ganho de resistência. Na figura 2 é mostrada a curva de tendência para a resistência à compressão e, também, do abatimento em função do fator água/cimento para acréscimos de 10, 20, 30 e 40% de água em massa. 40 Model Polynomia Adj. R-Squar 0, RESISTENCIA (MPa) Resistência Abatimento ABATIMENTO (cm) 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 Fator a/c Figura 2: Curva de tendência resistência x fator a/c. ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 6

7 Os resultados experimentais confirmaram que quanto maior o fator água/cimento maior será o abatimento do concreto, porém, é valido lembrar que a zona de utilização do abatimento do concreto é entre 5 a 20 cm. Segundo PETRUCCI (1978) não é recomendada a utilização de concretos com abatimento superior a 20 cm (sem o uso de aditivos plastificantes ou superplastificantes), pois, durante o lançamento e adensamento os materiais tendem a se segregar, enfraquecendo-o. O abatimento obtido pelo traço de referência foi de 10,8 cm, considerado dentro da faixa de abatimento dos concretos plástico que vai de 5 a 12 cm e classificado por muito autores como adequado para o uso em estruturas correntes e vibração normal (não enérgica). Também pode ser verificado que a perda na resistência mecânica foi significativa e vale destacar que para acréscimos de 10 e 20% de água a perda foi da ordem de 18 e 37%, respectivamente, conforme mostrado na Tabela 2. Em se tratando de concreto estrutural essa margem de redução da resistência mecânica é acentuada e pode acarretar riscos à estrutura. Vale observar que para as misturas na qual foram acrescentados 10 e 20% de água o abatimento registrado foi de 18,6 e 22,3 cm respectivamente. Na figura 3 é mostrada a curva de tendência para a resistência à compressão e, também, do abatimento em função do fator água/cimento para misturas com acréscimos de 10, 20, 30 e 40% de calda de cimento na proporção 1:1 (cimento:água) em massa Model Polynomi Adj. R-Squ 0, RESISTENCIA (MPa) Resistencia Abatimento ABATIMENTO (cm) ,46 0,48 0,50 0,52 0,54 Fator a/c Figura 3: Curva de tendência resistência x fator a/c adição calda 1:1. Pode-se verificar que a resistência mecânica do concreto sofreu uma redução menor, de aproximadamente 5,7 e 12% para acréscimos de 10 e 20% de calda de cimento na proporção 1:1, quando comparada aos resultados das misturas onde foi acrescentada apenas água. Essa diferença na redução da resistência mecânica se deve ao fato do fator água/cimento das misturas em que foi acrescentada calda de cimento na proporção 1:1 ser menor em comparação às misturas em que foi acrescentada ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 7

8 unicamente água - tomando-se como referência os mesmo percentuais de acréscimo de calda de cimento e água, respectivamente. Vale destacar que o fator água/cimento das misturas que obtiveram acréscimos de 10 e 20% de calda de cimento foram 0,484 e 0,505, respectivamente, enquanto que para as misturas em que foram acrescentados 10 e 20% de água o fator água/cimento foi de 0,506 e 0,557 respectivamente. Novamente é conveniente destacar que o abatimento obtido para as misturas em foram acrescentados 10 e 20% de calda de cimento foi de 19,2 e 21,2 cm. Esses valores de abatimento conferem à mistura uma consistência mais fluida prejudicando a trabalhabilidade do concreto para uso em estruturas correntes com vibração normal. Na tabela 3 estão mostradas, em valores percentuais, as perdas da resistência mecânica à compressão em comparação ao traço de referência. É possível verificar que a adição de calda de cimento na proporção 1:1 é vantajosa quando é necessário o aumento do abatimento do concreto, pois com a utilização dessa técnica são obtidos concretos com menor perda de resistência à compressão. Tabela 3- Redução na resistência mecânica em % em comparação ao traço de referência. Percentual de adição Acréscimo de: Água Calda 1: , , ,3 22,9 4. Conclusão A análise dos resultados obtidos permitiu verificar que para obter aumento de abatimento do concreto deve-se evitar o acréscimo de água na mistura dos materiais, pois a redução na resistência à compressão devido ao acréscimo de água de amassamento é significativa e pode acarretar riscos à estrutura. Para os corpos de prova ensaiados a perda de resistência à compressão em comparação ao traço de referência de 18 e 37% quando foram adicionados, respectivamente, 10 e 20% de água na mistura. Para adições de 10 e 20% de calda de cimento a perda de resistência foi significativamente menor (5,7 e 12% respectivamente) em comparação à adição de água. Assim, ao verificar a necessidade de aumento do abatimento do concreto o profissional responsável pela execução da estrutura deve optar por adicionar calda de cimento na proporção 1:1 (cimento:água) em massa, pois essa opção resulta em concretos com menor perda de resistência à compressão. É importante ressaltar que a resistência à compressão do concreto estrutural tem importância primordial para a estabilidade e durabilidade das estruturas de concreto. O traço de referência obteve abatimento de 10,8 cm e esse valor confere ao concreto uma consistência e trabalhabilidade adequadas à aplicação do concreto em condições normais de transporte (sem uso de bombas), lançamento e adensamento por vibração mecânica. Em outras palavras, o profissional responsável pela execução do concreto estrutural deve buscar obter propriedades que garantam a qualidade do concreto produzido e, para isso, ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 8

9 deve utilizar a menor quantidade de água possível na mistura mantendo as condições mínimas de trabalhabilidade da mistura. 5. Agradecimentos Os autores agradecem ao IFBA/Campus Eunápolis pela infraestrutura disponibilizada para realização dos experimentos; à Mineração São Vicente Ltda pelo fornecimento dos materiais utilizados e ao CNPq e FAPESB pelos recursos financeiros aplicados neste trabalho. 6. Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738 Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739 Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118 Projeto de estruturas de concreto Procedimento. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211 Agregado para concreto Especificação. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248 Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52 - Agregado miúdo - Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM Agregados - Determinação da Composição Granulométrica. Rio de Janeiro, CAMPITELI, V. C.. Fundamentos da dosagem de concretos. Editora UEPG, Ponta Grossa, MEHTA, P.K., MONTEIRO, P.J.M.. Concreto Estrutura, propriedades e materiais. Ed. PINI, São Paulo, TARTUCE, R. Dosagem experimental de concreto. São Paulo: Pini, ANAIS DO 56º CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO - CBC CBC 9