CONCRETO REDIMIX DO BRASIL S/A UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL SINDUSCON PREMIUM 2012 Inovação Tecnológica Novo Paradigma no uso do Concreto Usinado visando cumprimento de prazos, redução de desperdícios e gastos desnecessários na construção civil Engº Eduardo Polesello, M.Sc. Engº Abrahão Bernardo Rohden, M.Sc. Engª Drª Denise Carpena Coitinho Dal Molin Engª Drª Angela Borges Masuero Porto Alegre Março de 2013
1. Apresentação do Projeto 1.1 Apresentação da Empresa O projeto realizou-se através de uma parceria entre a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e a Concreto Redimix do Brasil S/A. A UFRGS destaca-se por seu importante papel na formação de profissionais e na prestação de serviços à sociedade através da qualidade de suas pesquisas. A Concreto Redimix atua no segmento de concreto prémisturado há mais de 50 anos e destaca-se por ser a pioneira do segmento no Brasil. Tem suas centrais dosadoras de concreto distribuídas por todo país, com atuação em quatro cidades no estado do Rio Grande do Sul onde este projeto foi desenvolvido. 1.2 Descrição do Cenário O ritmo acelerado no cronograma das obras tem demandado, de seus coordenadores, um aperfeiçoamento e alinhamento de todos os processos envolvidos durante a construção. Não basta apenas estipular prazos na execução de cada etapa da obra, mas sim, monitorar para que realmente estes prazos sejam cumpridos, pois o atraso de uma etapa, automaticamente, por envolver agendamento de várias equipes de trabalho, pode gerar um efeito dominó acumulando, ao final, dias e até meses de atraso na entrega da obra, resultando em prejuízos financeiros irreversíveis. Dentro desse contexto, as etapas de concretagens requerem um cuidado especial, pois além de toda organização e preparação da obra, há o envolvimento e participação de uma equipe externa à obra, para o fornecimento e lançamento do concreto, já que, atualmente, pela praticidade e comodidade e por exigências do mercado de um melhor controle na dosagem assim como uniformidade e homogeneidade mais constante das misturas, grande parte do concreto consumido no Brasil sai de centrais dosadoras. A sincronia entre obra e central dosadora deve ser a mais eficiente possível, evitando que reagendamentos devam ser feitos, pois em virtude da alta demanda de concreto, esse reagendamento nem sempre consegue ser efetivado para o dia seguinte. Os motivos disso podem estar atrelados a contratempos por parte da central de concreto ou em função da logística da obra, pelos quais, conforme situações reais já presenciadas, caminhões de concreto são devolvidos pelo responsável
técnico da obra por estar com tempo de mistura e transporte muito próximo ao limite de tempo especificado pela norma, havendo a necessidade de conclusão da concretagem em data posterior. Cabe ressaltar que tal situação, ou por atraso do fornecimento ou da descarga, gera prejuízo financeiro, desperdício de matéria-prima, considerável volume de concreto residual e contratempos no reagendamento para conclusão desta etapa de concretagem, podendo impactar diretamente no cronograma de execução para entrega final da obra. Esse atraso final da obra geralmente gera transtornos e desgasta a imagem da construtora, muitas vezes, de forma irreparável. Por outo lado, para a central dosadora de concreto, dar um destino para esse concreto residual tem sido cada vez mais difícil por ser agressivo ao meio ambiente. Todas as medidas e processos adotados no intuito de reduzir essas perdas agregam, não apenas, ganho financeiro, mas, sobretudo, diminuição do dano ambiental gerado. Como alternativas, há a necessidade de desenvolvimento de processos e soluções eficientes tecnicamente que contribuam para diminuição desse índice. Surge então o questionamento em relação ao limite do tempo de mistura e transporte do concreto em 150 minutos, já que o aumento desse tempo refletirá diretamente na redução do concreto residual, consequentemente, do impacto ambiental gerado. A norma brasileira NBR 7212, para execução de concreto dosado em central, estipula o tempo máximo de transporte da central até a obra em 90 min, bem como o tempo máximo para que o concreto seja descarregado (aplicado) completamente em 150 min (figura 1). Porém, na prática, ocorrem situações onde caminhões ficam carregados com concreto por 4 ou 5 horas, em função de atrasos no transporte, agravado pela dificuldade cada vez mais crítica do trânsito nas grandes cidades, ou durante a descarga, caracterizando um tempo bem acima do limite especificado pela norma. Nestes casos, enfrentam-se duas realidades: a) o concreto é aceito pelo engenheiro da obra pelo simples fato de não se perceber alteração na temperatura do concreto; no qual, provavelmente, será feita alguma correção do abatimento com a adição de água, afetando com isso sua relação a/c e consequentemente suas propriedades mecânicas e de durabilidade;
b) o concreto é devolvido para a central dosadora que deve dar um destino ao mesmo, processo esse cada vez mais complicado por ser um resíduo agressivo ao meio ambiente e por envolver grandes volumes. Figura 1 Tempo de lançamento e adensamento do concreto segundo a NBR 7212 A dúvida de utilizar ou não o concreto nessas condições existe, pois não há conhecimento consolidado quanto às propriedades finais de concretos aplicados com tempo de mistura que já tenham excedido o tempo especificado por norma. 1.3 Objetivos e Desafios Por observar que há uma lacuna de conhecimento em relação à utilização ou não de concretos com tempo de mistura e transporte acima do limite especificado pela norma, o objetivo principal deste estudo consiste em avaliar qual o impacto no concreto em relação à sua resistência à compressão, quando utilizado após o tempo máximo especificado pela NBR 7212 de 150 minutos, a partir do primeiro contato do cimento com a água. 2. Gestão do Projeto 2.1 Estratégia Adotada O mercado da construção civil, mais precisamente de concreto dosado em central, tem observado nas ultimas décadas uma grande evolução na variedade e qualidade de aditivos químicos para concreto. Já está comprovada pela literatura que a utilização de aditivos no
concreto melhora suas propriedades, tanto no estado fresco quanto endurecido, possibilitando atender exigências decorrentes de construções modernas que necessitam concretos que apresentem maior trabalhabilidade e durabilidade. Em função disso, adotou-se como estratégia principal desse estudo a manutenção do abatimento do concreto, ao longo de todo o tempo analisado, com a utilização de aditivo superplastificante à base de policarboxilato. A escolha do aditivo superplastificante é atribuída ao efeito benéfico ao concreto quando utilizado, conforme detalha figura 2. IV Menor relação a/c Maior Resistência e Durabilidade Maior Retração, Fluência e Desenvolvimento de Calor Mesma Trabalhabilidade Menor relação a/c Maior Resistência e Durabilidade Mesma Trabalhabilidade I SEM SUPERPLASTIFICANTE AUMENTAR RESISTÊNCIA (+ CIMENTO) CONTROLE CONCRETO AUMENTAR TRABALHABILIDADE (+ÁGUA + CIMENTO) ECONOMIZAR CIMENTO (-ÁGUA E CIMENTO) Mesma Resistência Durabilidade e Trabalhabilidade Menor Retração, Fluência e Desenvolvimento de Calor II COM SUPERPLASTIFICANTE V Mesma Resistência e Maior Trabalhabilidade Mesma Resistência e Durabilidade III Maior Retração, Fluência e Desenvolvimento de Calor Maior Trabalhabilidade Figura 2 - Diagrama esquemático do efeito dos superplastificantes no concreto nos estados fresco e endurecido (COLLERPADI, 2005).
Collerpadi (2005), através do diagrama, resume que, quando um superplastificante é usado como um redutor de água numa dada trabalhabilidade (I), melhora as propriedades do concreto endurecido e, em particular, aumenta a resistência e durabilidade, devido à redução na porosidade e permeabilidade capilar, ambos relacionados a uma menor relação água/cimento (a/c). Outro modo de uso de superplastificantes envolve a redução de água e de cimento, de modo que a trabalhabilidade e a resistência do concreto com superplastificante são as mesmas que as do concreto sem o aditivo (II). Sendo o superplastificante, neste caso, redutor de cimento, ele é capaz de reduzir o calor de hidratação, uma propriedade que é útil para concretagem em climas quentes ou estruturas com grandes massas de concreto. Há também um efeito benéfico sobre a redução da retração e fluência devido a maior proporção agregado/cimento relacionadas com a redução do teor de cimento e aumento de agregado, compensando a diminuição do volume total de cimento e água. Finalmente, se superplastificantes são adicionados sem alterar o teor de água e de cimento, melhor será a trabalhabilidade do concreto (III), que é uma importante característica para concretos utilizados nas áreas que contém alta concentração de armadura e que exigem uma mistura mais trabalhável. As mudanças (I) e (II), obtidas na presença de superplastificantes, podem ser realizadas sem o aditivo, aumentando o teor de cimento (IV) ou ambos os teores de cimento e água em uma dada relação a/c (V), respectivamente. Para ambas as situações (IV) e (V) ocorre maior retração, fluência e calor de hidratação em função do aumento no teor de cimento. 2.2 Detalhamento da Metodologia Apresentada Esse estudo foi realizado em condição real numa central dosadora de concreto, sendo assim, adotaram-se dosagens de concretos utilizadas frequentemente pela mesma. No entanto, limitou-se a pesquisa a três dosagens especificadas por relações água/cimento (a/c) bem distintas, caracterizando concretos com consumos de cimento bem diferenciados, cada uma das quais para dois tipos de cimentos presentes em grande parte das centrais dosadoras de concreto da região de Porto Alegre, inclusive na empresa em questão. A figura 3 ilustra a matriz adotada, com os respectivos tempos de mistura analisados.
Figura 3 - Combinações entre as variáveis adotadas no estudo Além dos concretos recém-misturados e no tempo de mistura de 6 horas, adotaram-se outros pontos intermediários para conhecer melhor seu comportamento nesses primeiros tempos. Optou-se por intervalos de tempos de 2 horas, porém, como havia possibilidade de outro tempo adicional, adotou-se 5 horas e não 3 horas por entender que quanto mais o concreto permanecesse misturando, maior a probabilidade de ocorrer alteração nas propriedades analisadas. Além disso, os cimentos utilizados nessa pesquisa ainda não haviam iniciado seu processo de início de pega em 3 horas. A determinação e escolha dos materiais empregados na pesquisa foram baseadas no atual cenário das centrais dosadoras de concreto da região Porto Alegre. Os materiais escolhidos são os materiais utilizados pela empresa em que se reproduziu a pesquisa. Em função disso, os materiais selecionados e utilizados nesse estudo foram: cimento Portland composto CP II Z 32 e cimento Portland pozolânico CP IV 32 RS; agregado miúdo sendo a areia natural oriunda do rio Jacuí; agregado graúdo com duas faixas granulométricas de britas de basalto, definidas como brita 1 e brita 0; aditivo plastificante de pega normal e aditivo superplastificante à base policarboxilato e água. A caracterização desses materiais foi determinada em ensaios realizados pela Fundação de Ciência e Tecnologia, CIENTEC, do estado do Rio Grande do Sul. Conforme já citado, pretendeu-se reproduzir as dosagens segundo padrões utilizados pela central dosadora. Sendo assim, o agregado graúdo é composto por 85% com brita 1 e 15% de brita 0 e a dosagem do aditivo plastificante é de 0,6% sobre a massa de cimento. O
abatimento foi fixado em 120±20mm. Esse padrão de traços de concreto é produzido na central atualmente com cimento CP IV. Como neste estudo foi estabelecido utilizar dois tipos de cimento, adotaram-se os mesmos traços, substituindo-se apenas cimento CP IV pelo cimento CP II. O detalhamento dos traços, assim como da caraterização dos materiais, está apresentado em Polesello (2012). Após o carregamento e dosagem final do caminhão, concreto recém-misturado (0h), o caminhão foi mantido pelo período de 6 horas com o concreto e verificado o abatimento nos tempos de 120 (2h), 1 (3h), 240 (4h), 0 (5h) e 360 (6h) minutos. Ao longo desse período, simulou-se situação real de obra para os intervalos de descanso, que o caminhão ficasse girando em rotação baixa de 2 rotações/minuto, e antes da verificação do abatimento seria mantido por 5 minutos em rotação máxima de 16 rotações/minuto. Para cada tempo, depois de verificado abatimento do concreto, quando necessário, procedeu-se com a incorporação do aditivo superplastificante para correção do mesmo à condição inicial da mistura (120±20 mm). Esse processo está ilustrado na figura 4. 0h 125 mm 2h mm 2h 110 mm 3h mm 3h 120 mm 4h mm 4h 110 mm 5h 70 mm 5h 110 mm 6h 50 mm 6h 100 mm Figura 4 - Verificação do abatimento com restabelecimento à condição inicial (120+-20mm) através da incorporação de aditivo superplastificante à mistura durante o período de 6 horas
Após a adição do superplastificante e restabelecimento do abatimento à condição inicial (120+-20mm), verificado de acordo com prescrições da NBR NM 67 (1998), nos tempos de 2h, 4h, 5h e 6h, moldaram-se os corpos-de-prova para posterior ensaios de verificação da resistência à compressão aos 28 dias de idade. Estes permaneceram em local protegido cobertos com lona plástica durante as primeiras 24 horas para evitar a evaporação da água de amassamento, quando então foram desmoldados e devidamente identificados. Após identificação foram colocados em um tanque de água saturada com cal a uma temperatura de 23±2ºC, na câmara climatizada do laboratório do NORIE/UFRGS, para sua cura até a idade de ensaio, aos 28 dias, conforme prescreve a norma NBR 5738 (ABNT, 2003). 3. Resultados Alcançados 3.1 Resistência à Compressão Após a idade de 28 dias os corpos-de-prova foram submetidos ao ensaio de resistência à compressão, para verificar o impacto na resistência final dos concretos quando mantidos em mistura por até 6 horas, segundo procedimento adotado neste estudo. Os resultados médios obtidos para resistência à compressão em cada tempo analisado, estão apresentados nas figuras 5 e 6, respectivamente para cimento tipo CPIV e CPII. Resistência à compressão (MPa) 60,0 50,0 40,0,0 20,0 10,0 Limite NBR 7212: 150 min 49,3 46,2 47,2 45,0 46,8 39,5 38,4 38,3 37,6 38,2 25,0 23,8 22,8 23,0 23,1 a/c = 0,68 a/c = 0,52 a/c = 0,40 0,0 0h 2h 4h 5h 6h Tempo de Mistura (horas) Figura 5 - Resistência média à compressão aos 28 dias do concreto com CP IV
Limite NBR 7212: 150 min Resistência à compressão (MPa) 60,0 50,0 40,0,0 20,0 10,0 0,0 50,1 48,3 47,9 47,4 48,0 40,1 40,8 41,3 38,3 40,0 27,5 26,4 25,7 25,3 25,2 0h 2h 4h 5h 6h Tempo de Mistura (horas) a/c = 0,68 a/c = 0,52 a/c = 0,40 Figura 6 - Resistência média à compressão aos 28 dias do concreto com CP II Em ambas as situações, com utilização de cimento CPIV ou CPII, verificou-se um comportamento semelhante no concreto. Em geral houve uma manutenção dos valores de resistência à compressão ao longo do tempo estudado. Através da análise de variância (ANOVA), para os valores individuais, verificou-se a influência da relação a/c, do tipo de cimento, do tempo de mistura e suas interações nos resultados obtidos. Segundo essa análise todas as variáveis de controle (relação a/c, tipo de cimento e tempo de mistura) influenciam significativamente sobre a resistência à compressão para idade de 28 dias. No entanto, nenhuma das interações entre essas variáveis mostrou-se significativa. Porém, analisando as figuras 5 e 6, percebe-se que o fato do tempo de mistura mostrar-se significativo está atrelado a pequena redução na resistência identificada durante o primeiro intervalo analisado de 0h para 2h, sendo que após este tempo houve a manutenção da resistência até o tempo de 6h. Cabe salientar que essa perda na resistência registrada ocorreu ainda dentro do tempo limite que a norma especifica; em relação a essa diminuição há necessidade de uma investigação mais aprofundada para entender melhor o porquê isso ocorreu. Com a análise estatística considerando somente os resultados de 2h à 6h, a variável tempo de mistura do concreto não se mostrou significativa para os resultados, evidenciando que após 6 horas de mistura com manutenção do abatimento através da utilização de aditivo superplastificante, o concreto teve o mesmo desempenho em relação a sua resistência à compressão quando comparado ao concreto com 2 horas de mistura (POLESELLO, 2012).
3.2 Perda de Abatimento Primeiramente, analisou-se a perda de abatimento para o período inicial de 2 horas de mistura, onde ainda não houve a incorporação do aditivo superplastificante. Após essa incorporação, observou-se o incremento do abatimento proporcionado pela adição do aditivo à mistura, assim como seu comportamento na manutenção do abatimento ao longo de todo o tempo estudado. Os resultados obtidos de perda de abatimento no período inicial de 0h para 2h, assim como o registro da umidade relativa do ar, encontram-se na figura 7. Perda de Abatimento em 2 horas (mm) 100,0,0 60,0 40,0 20,0 0,0 81% 83% 81% 98% 77% 68% 35 40 45 35 15 15 a/c = 0,68 a/c = 0,52 a/c = 0,40 a/c = 0,68 a/c = 0,52 a/c = 0,40 100% % 60% 40% 20% 0% Umidade Relativa do Ar (%) CP IV 32 RS CP II Z 32 Figura 7 - Perda do abatimento após 2 horas com o registro da umidade relativa do ar Em relação à temperatura ambiente, não houve variação expressiva nos dias em que os concretos foram produzidos (15º±1,5º). Durante o período de 2 horas o comportamento em relação à manutenção do abatimento foi mais eficiente para concretos produzidos com cimento tipo CP IV, exceto para o concreto com a menor relação a/c onde a perda de abatimento mostrou-se igual para ambos os cimentos. Porém, neste caso, observa-se que a umidade relativa do ar estava bem elevada para o concreto produzido com cimento tipo CPII. Essa mudança da umidade do ar pode justificar o fato da perda de abatimento para concretos com cimento CPII ter sido menor para menor relação a/c, pois o esperado em condições semelhantes é que quanto maior o consumo de cimento na mistura, maior será sua perda de abatimento em função do calor liberado pela hidratação, como observado nos
concretos produzidos em laboratório e para o concreto produzido na central com cimento CPIV. Observa-se também que para as relações a/c de 0,68 e 0,52, produzidas com cimento CPIV, houve a mesma perda de abatimento, porém, da mesma forma, para a maior relação a/c a temperatura estava levemente superior e com a umidade do ar menor, contribuindo para tal resultado. As figuras 8 e 9 ilustram o comportamento, ao longo de todo o tempo estudado, em relação aos abatimentos e o incremento proporcionado pela adição do aditivo superplastificante. Abatimento do Concreto (mm) 160 140 120 100 60 40 20 45 15 120 105 110 90 20 55 40 10 20 15 120 105 95 90 95 60 40 40 25 35 105 70 90 70 65 55 35 Incremento no abatimento devido à adição do superplastificante Abatimento anterior à adição do superplastificante Faixa de abatimento final desejada : 120±20 mm 0 0h 2h 3h 4h 5h 6h 0h 2h 3h 4h 5h 6h 0h 2h 3h 4h 5h 6h a/c = 0,68 a/c = 0,52 a/c = 0,40 Figura 8 - Abatimento e incremento no abatimento pela adição do aditivo para concretos produzidos com cimento tipo CP IV Abatimento do Concreto (mm) 160 140 120 100 60 40 20 50 120 50 60 40 60 40 40 125 70 50 50 25 25 120 85 95 50 60 65 Incremento no abatimento devido à adição do superplastificante Abatimento anterior à adição do superplastificante Faixa de abatimento final desejada : 120±20 mm 0 0h 2h 3h 4h 5h 6h 0h 2h 3h 4h 5h 6h 0h 2h 3h 4h 5h 6h a/c = 0,68 a/c = 0,52 a/c = 0,40 Figura 9 - Abatimento e incremento no abatimento pela adição do aditivo para concretos produzidos com cimento tipo CP II
A perda de abatimento apresentou-se muito semelhante para ambos os tipos de cimento, mantendo certa constância até a quarta hora de mistura e apresentando, a partir desse tempo, uma perda mais acentuada. Isso porque nos tempos finais o abatimento está mais condicionado à ação do aditivo e menos em função da água. Houve, também, uma perda de abatimento mais expressiva para cimento tipo CPII, principalmente para os maiores tempos de mistura. A dosagem total do aditivo superplastificante consumido até o tempo de 6 horas, em todas as situações apresentadas, respeitou o limite especificado pelo fabricante para esse aditivo que está entre 0,2% a 1,0%. Ficou evidente que com o restabelecimento do aditivo, segundo procedimento utilizado, o concreto apresentou-se em boas condições de lançamento e adensamento, verificado no seu estado fresco no momento da moldagem dos corpos-de-prova e validado após 28 dias no estado endurecido, através da uniforme distribuição dos agregados ao longo de toda a altura do corpo-de-prova, sem a ocorrência de processo de segregação, ratificando, assim, a possibilidade de aplicação de concretos com tempo de mistura prolongado quando se adota a metodologia proposta nesta pesquisa. Na figura 10 isso pode facilmente ser visualizado. 0h 2h 4h 5h 6h Figura 10 - Aspecto da distribuição dos agregados no estado endurecido do concreto produzido com cimento CPIV e relação a/c de 0,52
4. Considerações Finais Considerando os resultados obtidos, salienta-se que essa metodologia trata-se de uma importante ferramenta tanto para as empresas de construção civil como para as que prestam serviço e fornecimento de concreto pré-misturado, sendo, sem dúvida, um avanço no conhecimento para tomada de decisão em situações já presenciadas em obra. A incorporação do aditivo superplastificante à mistura mostrou-se extremamente eficiente, pois além de permitir o restabelecimento do abatimento, garantiu que o concreto permanecesse em boas condições para manuseio e adensamento. Pelos resultados apresentados, segundo a propriedade analisada (resistência à compressão), e com os materiais que foram utilizados, pode-se concluir que é possível utilizar concretos com tempo de mistura e transporte acima do máximo estabelecido pela NBR 7212, por até 6 horas, desde que a trabalhabilidade seja mantida até o momento do lançamento do concreto com a incorporação de aditivo superplastificante e o concreto permaneça em processo de mistura. Pela metodologia adotada, os resultados de resistência à compressão do concreto não são afetados, contrariamente ao que ocorre com a utilização de água, prática corriqueira registrada em muitas obras. Face ao grande número de dados obtidos, primeiramente em laboratório e posteriormente em escala real na central dosadora de concreto, consolidando a possibilidade de utilização do concreto acima do tempo de mistura e transporte especificado pela norma, essa pesquisa será encaminhada para a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), com objetivo de gerar uma mobilização para revisão da norma, considerando a inovação tecnológica detalhada nesse estudo. 5. Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro: ABNT, 2003. 3p. NBR 7212: Execução de concreto dosado em central. Rio de Janeiro: ABNT, 1984. 7p. NBR NM 67: Concreto Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro: ABNT, 1998. 8p.
COLLERPADI, M. Admixtures-enhancing concrete performance. 6th International Congress, Global Construction, Ultimate Concrete Opportunities, Dundee, U.K. July 2005. POLESELLO, E. Avaliação da resistência à compressão e da absorção de água de concretos utilizados após o tempo máximo de mistura e transporte especificado pela NBR 7212. (Dissertação de Mestrado) Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2012.