1 ESTUDO COMPARATIVO DE CAPEAMENTOS DE CORPOS DE PROVA DE Victor Ramón Bejarano Gavilán terere@hotmail.com MBA Projeto, Execução e Controle de Estruturas e Fundações Instituto de Pós-Graduação - IPOG Cuiabá, Mato Grosso, agosto de 2015 Resumo O concreto armado é o sistema estrutural mais utilizado no nosso país, por motivos de ordem economica, operacional, logistica, etc, razão pela qual já esteja profundamente arraigado na nossa cultura de construção. Desta maneira, o seu preparo e utilização estão devidamente regulamentados, através das diversas normas brasileiras (NBRs), que enfocam todos os aspectos deste sistema, desde o projeto até a entrega e aceitação das estruturas, passando pela caracterização dos componentes, preparo, uso de aditivos, lançamento, e cura. Uma das fases mais importantes nesta cadeia é o controle de qualidade da RESISTÊNCIA DO CONCRETO, realizado com ensaios de compressão axial, onde sao moldados corpos de prova padronizados e rompidos com prensas hidráulicas, que medem a força aplicada. Desta maneira é possível avaliar com precisão se o FCk Resistência à Compressão especificado pelo projetista estrutural, foi atendido. Uma das exigências deste ensaio é obter a máxima planicidade na superficie de contato, de forma a distribuir uniformemente a pressão exercida pela prensa. Esta planicidade é obtida por meio de diversos procedimentos, sendo a mais utilizada ate pouco tempo atrás o capeamento com enxofre. Ultimamente é muito frequente em nosso meio a utilização de uma pastilha de neoprene confinada em um prato metálico para esta finalidade. Opcionalmente a face externa dos corpos de prova é desbastada, eliminando qualquer saliência, permitindo assim a garantia da uniformidade da distribuição dos esforços. O desbaste é obtido com uma máquina faceadora, composta por um disco de desbaste e motor elétrico. É um método eficiente, mas representa um custo elevado do equipamento e da mão de obra necessários para este processo. Sendo assim, este trabalho fez um estudo sobre a diferença dos resultados obtidos no ensaio de ruptura, com corpos de prova faceados e não faceados, sendo ambos ensaiados com o neoprene confinado. O estudo foi feito com cinquenta corpos de prova de concreto, com cinco lotes de dez corpos de prova em cada lote, moldados em uma obra residencial na cidade de Cuiabá, que estava sendo acompanhada pela Estrutec Engenharia Ltda., com o objetivo de estudar as variações de resultados, de forma a diminuir os custos do desbaste, mas sem diminuir a qualidade, precisão e confiabilidade dos ensaios. Com os resultados obtidos neste estudo concluimos que a diferença estatística é muito pequena, e que pode ser adotado o sistema de rompimento dos corpos de prova com neoprene confinado sem a utilização da máquina faceadora. Palavras chave: Concreto. Controle. Ensaio. Corpos-de-prova.Faceamento.
2 1. Introdução O ensaio de Compressão Axial em Corpos de Prova é conclusiva para a determinação da Resistencia do Concreto à Compressão Simples e está normatizada pela NBR 5739, do ano 2007: ENSAIO DE COMPRESSÃO DE CORPOS-DE-PROVA CILÍNDRICOS. Nesta norma brasileira estão definidos todos os parâmetros e procedimentos necessários para a execução deste ensaio, de forma clara e precisa. No entanto, este ensaio é precedido de uma série de procedimentos de extrema importância para o sucesso do ensaio de compressão e que estão previstos na NBR 5738, do ano 2003: CONCRETO PROCEDIMENTOS PARA MOLDAGEM E CURA DE CORPOS-DE- PROVA. Esta norma consiste basicamente na moldagem de corpos de prova em formas cilíndricas padronizadas, cuja dimensão básica deve ser quatro vezes maior que a dimensão nominal máxima do agregado graúdo do concreto, adensadas em camadas de espessuras semelhantes, com uma haste de aço de 5/8 com ponta arredondada. A forma utilizada para o concreto com brita 1, a mais utilizada, é uma forma cilíndrica de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, obedecendo à proporção 1:2. Foto 1: Moldagem dos corpos de prova no campo (foto do autor).
3 Uma vez que o concreto está endurecido, em 24 horas, é desformado e transportado até os locais de cura, podendo ser depositados em tanques de água, onde ficarão submersos, ou em câmaras úmidas, com temperatura e umidade estritamente controladas, até a idade de rompimento. Pela norma, a idade determinante é de 28 dias, quando deve atingir o FCk, Resistência à Compressão Característica especificada no projeto estrutural. Nesta idade são ensaiados pelo menos dois exemplares, tomando-se como válido o maior valor. Podem ser feitos ensaios em outras idades, que ajudam a definir as atividades no canteiro da obra, como liberação da estrutura para desforma, continuidade dos trabalhos de alvenaria, liberação de pisos para tráfego, etc. Normalmente, estas idades são de 3 e 7 dias. Em caso de estruturas pré-moldadas esta idade pode ser até de 24 horas, quando as peças devem ser desformadas e removidas das formas e transportadas, para dar continuidade ao processo de fabricação. No dia do ensaio, os corpos de prova são retirados dos tanques de água ou câmaras úmidas e são preparados para os ensaios de compressão axial até a ruptura. Foto 2: Cura dos Corpos de Prova em tanques de água (foto do autor).
4 Para a execução do ensaio é necessário que o corpo de prova esteja seco ou sem umidade excedente e apresente as faces com superfícies de contato lisas, de forma a que o esforço exercido pela prensa seja uniforme em toda a área de contato. Esta uniformidade é obtida por diversos processos, e estão definidos nos itens 9.3 e 9.4 da NBR 5738:2003. 9.3 Remate com pasta de cimento (procedimento opcional). o Consiste na aplicação de uma fina camada de cimento, com espessura máxima de 3 mm, decorridas entre 6 a 15 horas da moldagem. O acabamento deve ser feito com uma lamina de vidro de 12 mm de espessura, que deve permanecer no topo do corpo de prova até o momento da desforma. É o procedimento que a norma apresenta, mas geralmente não é aplicado devido à complexidade de todo o processo e à necessidade de mão de obra com habilidades para a execução, o que tem um custo muito elevado. 9.4 Retificação ou capeamento. o A RETIFICAÇÃO é feita com máquinas abrasivas especiais, que desgastam a superfície da face de contato, visando obter a uniformidade necessária para a execução do ensaio. É muito importante a estabilidade e precisão destes equipamentos, para não comprometer a integridade estrutural das partes próximas do desbaste. As falhas de planicidade em qualquer ponto devem ser inferiores a 0,05 mm, ou seja, é um procedimento extremamente rigoroso e de precisão. As máquinas existentes no mercado são de preço elevado e precisam de constante manutenção, além da dedicação exclusiva de um funcionário para esta finalidade.
5 Foto 3: Faceamento com a máquina de desbaste (foto do autor). Este funcionário está exposto a riscos físicos: ruídos, poeira e fumaça e a riscos de acidentes: choque elétrico, faíscas nos olhos e queimaduras. A utilização dos equipamentos de proteção individuais é obrigatório, além do treinamento adequado e utilização de medidas de proteção no equipamento, que impeçam o contato do funcionário com as partes móveis do conjunto. As medidas sanitárias e ambientais exigem que a poeira produzida seja controlada e a água remanescente tenha um destino apropriado, em tanques de filtragem e repouso, de forma a permitir a infiltração da água já pura no terreno ou destinada à rede de águas pluviais. o O CAPEAMENTO consiste na aplicação de uma camada muito fina de um material adequado em ambas faces do corpo de prova, visando eliminar as rugosidades da superfície. A espessura máxima desta camada deve ser inferior ou igual a 3 mm em cada face. Segundo a NBR 7538, o material aplicado deve ter as seguintes características: a) aderência ao corpo-de-prova; b) compatibilidade química com o concreto; c) fluidez, no momento de sua aplicação; d) acabamento liso e plano após endurecimento;
6 e) resistência à compressão compatível com os valores normalmente obtidos em concreto. No texto da norma não existe nenhuma obrigatoriedade do uso de algum material específico, mas o material mais utilizado para o capeamento é o enxofre em estado sólido, que é submetido a alta temperatura até derreter e vertido em um prato apropriado no equipamento denominado de capeador, que proporciona as condições de um trabalho uniforme e com o alinhamento e verticalidade necessários. O enxofre solidifica rapidamente e o corpo de prova está pronto para ser submetido ao ensaio de compressão axial na prensa hidráulica, onde, finalmente, é determinada a RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO do concreto na idade estabelecida. No capeamento com enxofre o funcionário está exposto a riscos físicos: poeira e fumaça e a riscos de acidentes: faíscas nos olhos e queimaduras no corpo. A utilização dos equipamentos de proteção individuais é obrigatório, além do treinamento adequado. Finalmente, no último item da NBR 7538, encontra-se a seguinte determinação: 9.4.2.5 Outros processos podem ser adotados, desde que estes sejam submetidos à avaliação prévia por comparação estatística, com resultados obtidos de corpos-de-prova capeados por processo tradicional, e os resultados obtidos apresentem-se compatíveis. Como exemplo a este outro processo, podemos citar um procedimento que está sendo muito utilizado no Brasil, e que, no entanto, não consta nas Normas Brasileiras vigentes, e que é o uso de discos de policloroprene neoprene confinado em pratos metálicos. Este método está regulamentado na norma norte-americana ASTM C 1231 / C 1231M de forma clara e precisa. As normas de outros países adotaram também este método, sendo, portanto, aceito e utilizado amplamente em diversos países de forma efetiva. Como exemplo citamos a norma guatemalteca COGUANOR NTG 41067, que toma como referência a norma norteamericana. Os parâmetros definidos nesta norma são: Dureza Shore A do material. Espessura do disco de neoprene. Os valores destes itens dependem do FCk Resistência à Compressão do corpo de prova que será testado, na faixa de 10 MPa até 80 MPa, não sendo permitido fora destes limites. Tampouco está permitido o uso deste método em testemunhos de concreto, mas é esperado que em pouco tempo já seja permitido e regulamentado para este caso.
7 Foto 4: Corpo de Prova preparado para o ensaio com o disco de neoprene confinado em prato metálico (foto do autor). O disco de neoprene deve ficar confinado dentro do prato metálico, com uma folga de, no máximo, 2% do diâmetro. No caso dos discos de 100 mm, esta folga é de 2 mm. Figura 1: Requisitos para uso de pastilhas de neoprene, segundo a COGUANOR NTG - 41067
8 Figura 2: Requisitos para uso de pastilhas de neoprene, segundo a COGUANOR NTG - 41067
9 Figura 3: Requisitos para uso de pastilhas de neoprene, segundo a ASTM C 1231 / C 1231 M
10 Foto 5: Corpo de Prova ensaiado com o disco de neoprene confinado em prato metálico (foto do autor). Diversos autores brasileiros já apresentaram trabalhos de comparação entre os diversos métodos e materiais para este ensaio, entre eles podemos citar a Barbosa et Al. no artigo apresentado no congresso da IBRACON Instituto Brasileiro do Concreto, em 2009 e Dultra et Al no congresso da IBRACON em 2014. Depois de tudo o que foi explanado até este ponto, é justamente sobre este item que trata este trabalho, quando finalmente poderemos basear o nosso estudo na procura de um método confiável, eficaz, econômico, sem a perda da qualidade, com segurança para o operador, e, fundamentalmente, seguindo as orientações técnicas das normas em vigor. 2. Materiais e Métodos Este estudo teve como objetivo bem definido estabelecer as diferenças estatísticas dos resultados dos ensaios, utilizando o disco de neoprene confinado dos corpos de prova submetidos ao ensaio de compressão axial com as faces superiores retificados e sem retificar.
11 As faces inferiores dos corpos de prova não foram retificadas levando-se em conta que estas faces ficam em contato com a superfície metálica da forma cilíndrica, o que lhes confere a suficiente planicidade. Os corpos de prova foram moldados em uma obra residencial em Cuiabá, Mato Grosso, onde a empresa ESTRUTEC ENGENHARIA LTDA. fez o acompanhamento em todas as etapas da concretagem. Trata-se de um empreendimento residencial multifamiliar, com duas torres de 25 pavimentos tipo, casa de máquinas e reservatórios em cada torre, com toda a estrutura de convivência dos moradores, incluindo um lago artificial com superfície de 2 hectares. Para este estudo foi escolhido o concreto com FCk = 35 MPa, que foi o mais utilizado na obra na etapa da superestrutura, em vigas, lajes e pilares, sendo, portanto, o tipo de concreto com maior importância dentro de todo o projeto, com aproximadamente 3.000 m3 de material lançado por meio de bombas até os pontos de utilização. Os corpos de prova foram moldados pelo mesmo laboratorista, visando evitar qualquer variação durante este procedimento, de acordo com as recomendações da NBR 5738. Foram moldadas cinco amostras de dez corpos de prova cada, com o mesmo FCk, em dias diferentes, mas provenientes da mesma Concreteira, totalizando uma amostragem de cinquenta corpos de prova, o que achamos suficiente para definir o padrão que era preciso obter especificamente para este estudo. Em cada amostra, cinco corpos de prova foram submetidos ao desbaste na face superior e levados ao ensaio de compressão, e cinco foram ensaiados sem o desbaste. Para o ensaio à compressão (NBR 5739), foi utilizada uma prensa eletro-hidráulica da marca SOLOTEST, com leitor digital em Toneladas Força, com duas casas decimais. Em todos os casos foram utilizados discos de neoprene de 10 mm de espessura, confinados em pratos metálicos, em ambas faces dos corpos de prova. Todos os corpos de prova foram ensaiados com 28 dias de idade. Os resultados foram comparados dentro do mesmo caminhão betoneira, sabendo que cada caminhão apresenta valores diferentes, dependendo de diversos fatores individuais, como quantidade de água, umidade dos agregados, tempo de preparo, tempo de lançamento, etc. Salientamos que todos os corpos de prova, exceto um, com 34,25 MPa, da primeira amostra, ultrapassaram o valor do FCk = 35 MPa, chegando ao valor máximo de 53,86 MPa, na quinta amostra, aos 28 dias de idade. Os resultados apresentam-se a seguir.
MPa MPa ESTUDO COMPARATIVO DE CAPEAMENTOS DE CORPOS DE PROVA DE 12 FCj (MPa) 35,01 35,65 36,03 36,29 37,82 34,25 36,92 37,18 Média AMOSTRA 1 Maior 36,16 37,82 FACEADOS 36,97 38,96 MPa Diferença % Média % Maior -0,81-2,2% -2,9% AMOSTRA 1 40,00 39,00 38,00 37,00 36,00 35,00 34,00 33,00 32,00 31,00 1 2 3 4 5 Sem Facear 35,01 35,65 36,03 36,29 37,82 Faceados 34,25 36,92 37,18 37,56 38,96 Corpos de Prova 37,56 38,96 FCj (MPa) 36,80 39,47 40,49 41,25 41,63 38,45 42,02 43,29 Média AMOSTRA 2 Maior SEM FACEAR 39,93 41,63 FACEADOS 42,22 43,93 Diferença Mpa % Média % Maior -2,29-5,4% -5,2% AMOSTRA 2 46,00 44,00 42,00 40,00 38,00 36,00 34,00 32,00 1 2 3 4 5 Sem Facear 36,80 39,47 40,49 41,25 41,63 Faceados 38,45 42,02 43,29 43,42 43,93 43,42 Corpos de Prova 43,93
MPa MPa ESTUDO COMPARATIVO DE CAPEAMENTOS DE CORPOS DE PROVA DE 13 FCj (MPa) Média AMOSTRA 3 Diferença Maior Mpa % Média % Maior 48,00 AMOSTRA 3 41,38 41,89 42,65 SEM FACEAR 42,50 43,42 46,00 44,00 42,00 43,16 43,42 41,25 43,80 FACEADOS -2,42-5,4% -7,6% 40,00 38,00 1 2 3 4 5 Sem Facear 41,38 41,89 42,65 43,16 43,42 45,71 44,92 46,98 Faceados 41,25 43,80 45,71 46,86 46,98 46,86 Corpos de Prova 46,98 FCj (MPa) 41,13 45,20 47,11 47,87 48,13 44,31 45,33 45,58 46,86 48,64 AMOSTRA 4 Diferença Média Maior Mpa % Média % Maior SEM FACEAR 45,89 48,13-0,26-0,6% -1,0% FACEADOS 46,14 48,64 AMOSTRA 4 50,00 48,00 46,00 44,00 42,00 40,00 38,00 36,00 1 2 3 4 5 Sem Facear 41,13 45,20 47,11 47,87 48,13 Faceados 44,31 45,33 45,58 46,86 48,64 Corpos de Prova
MPa ESTUDO COMPARATIVO DE CAPEAMENTOS DE CORPOS DE PROVA DE 14 FCj (MPa) 46,35 46,98 47,49 49,27 53,86 47,49 47,62 AMOSTRA 5 Diferença Média Maior Mpa % Média % Maior SEM FACEAR 48,79 53,86 0,00 0,0% 5,2% FACEADOS 56,00 54,00 52,00 50,00 48,00 46,00 44,00 42,00 AMOSTRA 5 1 2 3 4 5 Sem Facear 46,35 46,98 47,49 49,27 53,86 48,26 48,79 51,18 Faceados 47,49 47,62 48,26 49,40 51,18 49,40 Corpos de Prova 51,18 3. Análise dos Resultados Analisando os resultados obtidos na comparação entre os dois tipos de procedimento em cinco amostras com dez corpos de prova cada, ficou demostrado que os corpos de prova desbastados em uma face apresentam valores ligeiramente maiores que os outros corpos de prova, sem desbaste das faces, na ordem de 2,2% na média, chegado ao máximo de 5,4% e ao mínimo de 0%, nos valores médios de cada conjunto. Desta forma, o uso do desbaste torna-se desnecessário, além de acarretar riscos de acidentes de trabalho, aumento de tempo e custos em todo o processo, sem acrescentar maiores benefícios aos resultados, que justifiquem o seu uso no procedimento padrão de um laboratório de controle tecnológico de concreto. 4. Conclusão Este estudo serviu para demostrar estatisticamente que a diferença entre os resultados obtidos com o desbaste da face e posterior ensaio com o disco de neoprene confinado apresenta valores um pouco maiores sobre os resultados obtidos com corpos de prova não desbastados e ensaiados com o mesmo processo. Assim, sendo esta margem tão pequena, não justifica o uso diário e contínuo do método do desbaste com o disco de neoprene, já que sem o desbaste, o ensaio apresenta resultados coerentes e confiáveis e elimina riscos de acidentes de trabalho ao operador. Outro item muito importante é a redução do custo, já que não é necessária a dedicação exclusiva de uma pessoa para a execução do desbaste, além do tempo, energia e água economizados ao eliminar esta etapa, que se torna desnecessária. O desbaste se mostra útil e indispensável quando a face do corpo de prova apresenta superfície irregular ou desnivelado, o que distorce e motiva o descarte dos resultados obtidos nos ensaios.
15 5. Referências ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5738/2003 Moldagem e cura de corpos de prova Rio de Janeiro, 2003. ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5739/2007 Ensaio de Compressão de Corpos-de-Prova Cilíndricos Rio de Janeiro, 2007. ASTM AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS ASTM C 1231 / C 1231 M - Standard Practice for Use of Unbonded Caps in Determination of Compressive Strength of Hardened Concrete Cylinders Estados Unidos da América 2000. BARBOSA, F. R.; MOTA, J. M. F.; SILVA, A. J. C.; OLIVEIRA, R. A. Análise da influência do capeamento de corpos-de-prova cilíndricos na resistência à compressão do concreto. 51º Congresso Brasileiro do Concreto IBRACON Curitiba, Paraná, 2009. COGUANOR COMISIÓN GUATEMALTECA DE NORMAS NTG 41067 - Práctica para el uso de tapas no adheridas en la determinación de la resistencia a la compresión de cilindros de concreto endurecido - Guatemala DULTRA, E. J. V.; CABALA, G. V.E.; CARVALHO, L. O. Estudo comparativo entre o capeamento com enxofre e a utilização de almofadas em neoprene no ensaio de resistência à compressão de concreto estrutural, Anais do 56º Congresso Brasileiro do Concreto - cbc2014 56cbc IBRACON Natal, Rio Grande do Norte, 2014.