Realização: Especificação, aplicação e controle do concreto para assegurar o desempenho de estruturas e fundações. Prof. Dr. Luiz Roberto Prudêncio Jr. Prof. Dr. Alexandre Lima de Oliveira Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Instituto Federal de Santa Catarina IFSC Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil Grupo de Tecnologia de Materiais e Componentes a base de Cimento Portland GTec
Especificação, aplicação e controle do concreto para assegurar o desempenho de estruturas e fundações Prof. Dr. Luiz Roberto Prudêncio Jr. Prof. Dr. Alexandre Lima de Oliveira
Sumário: Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto Aplicação e sua dependência da especificação Controle de qualidade Principais causas de não conformidades Recomendações para a redução de não conformidades
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Responsabilidade do projetista estrutural (NBR 12655-2006): Especificação, quando necessária, dos valores de fck para as etapas construtivas, tais como: retirada de cimbramento, aplicação de protensão ou manuseio de prémoldados. Especificação dos requisitos correspondentes à durabilidade da estrutura e de propriedades especiais do concreto, tais como: consumo mínimo de cimento, relação água/cimento, módulo de deformação estático mínimo na idade de desforma e outras propriedades necessárias à estabilidade e durabilidade da estrutura, durante a fase construtiva e durante sua vida útil, de acordo com a NBR 6118.
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Profissional responsável pela execução da obra(nbr 12655-2006): Escolha da modalidade de preparo do concreto. Quando a modalidade for concreto preparado pelo executante da obra, este deve ser o responsável pelas etapas de execução (Dosagem, ajuste e comprovação do traço, armazenamento dos materiais constituintes, medidas dos materiais e do concreto e mistura) e pela definição da condição de preparo. Escolha do tipo de concreto a ser empregado e sua consistência, dimensão máxima do agregado e demais propriedades, de acordo com o projeto e com as condições de aplicação.
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Projetista Estrutural: Adequação e lançamento da estrutura em função do projeto arquitetônico. Definição do sistema estrutural, dimensões das peças, características do(s) concreto(s) fck e E - para atender o sistema estrutural escolhido e as condições de durabilidade da NBR 6118.
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Características do concreto para atendimento de requisitos de durabilidade: Concreto Relação água/cimento em massa Classe do concreto Classe de agressividade (Tabela 5.10) Tipo I II III IV CA 0,65 0,60 0,55 0,45 CP 0,60 0,55 0,50 0,45 CA C20 C25 C30 C40 CP C25 C30 C35 C40 (NBR8953) Consumo de cimento CA e CP 260 280 320 360 kg/m 3
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Profissional responsável pela execução da obra: Encomenda o concreto junto a uma empresa de serviços de concretagem (Concreteira) repassando informações quanto ao fck e E e define abatimento, tipo de agregado graúdo em função do sistema de lançamento. Setor de suprimentos: interfere na definição do abatimento em função de custos.
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Problemas desse modelo: Falta de interação entre as partes; Planejamento da execução da obra afeta as características desejáveis do concreto Falta de conhecimento adequado sobre características e propriedades do concreto de ambas as partes (importância de um tecnologista de concreto)
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Exemplo: Blocos de fundação de edifícios altos: fck elevados (40 a 50MPa, grandes volumes, velocidade na concretagem, risco de fissuração);
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Exemplo: Edifícios com paredes de concreto: tempo de desforma: 12 a 14h (fc>2mpa), autoadensável, fck>20mpa
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Conclusão: Para especificar é necessário ter um conhecimento básico sobre o material e, muitas vezes, recorrer a um especialista.
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Estado fresco: Trabalhabilidade: Definida em função da aplicação.
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Estado fresco: Trabalhabilidade: Definida em função da aplicação.
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Estado Endurecido: Fck e E para 28 dias e outras idades (protensão, desforma, movimentação das peças)
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Materiais Constituintes: Cimento: CPII-Z, CPII-E, CPII-F, ARI, ARI-RS, CPIII, CPIV, especiais; - disponibilidade fc mínimo - variabilidade O desempenho de cada cimento depende das características dos clinquers, das adições e da composição granulométrica (finura); Para atingir uma dada resistência a uma certa idade, a relação a/c é totalmente distinta (compatibilização com durabilidade)
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Materiais Constituintes: Agregados: origem mineralógica, forma dos grãos, impurezas, granulometria, além da trabalhabilidade, influenciam diretamente na demanda de água das misturas para um mesmo consumo de cimento, diminuem o a/c influenciando na resistência e durabilidade;
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Materiais Constituintes: Água: o uso de águas recicladas ou águas puras produz diferentes resistências, mantido o tipo de cimento e relação a/c
Conhecimentos básicos sobre concreto e seus materiais constituintes: Materiais Constituintes: Aditivos: Mais comuns redutores de água (plasticantes, polifuncionais, superplastificantes); Diminuem a demanda de água das misturas para um mesmo consumo de cimento, diminuem o a/c influenciando na resistência e durabilidade; Seu desempenho depende da interação com o cimento e/ou outros aditivos e influenciam outras propriedades do concreto fresco tais como manutenção de fluidez e tempo de início de pega (resistências iniciais)
Especificação: papel do projetista estrutural, tecnologista de concreto: Conclusão: O tecnologista precisa conhecer a fundo os materiais, local da obra, processo e logística de produção da estrutura para poder definir o concreto (tempo de transporte e lançamento, adensamento e cura)
Qualidade do concreto aplicado na estrutura: Resistência potencial (referencial) x Efetiva:
Qualidade do concreto aplicado na estrutura: Como prever a resistência efetiva a partir da potencial? Diferenças: Processo de adensamento, cura (tempo, umidade, temperatura), umidade do concreto, variação do concreto ao longo da carga do caminhão betoneira; É necessário propor um fator que busque correlacionar essas resistências
Determinação da resistência característica potencial: Amostragem total todas as betonadas são amostradas fck = f1 para n<20 ou fck= fi onde i= 0,05n para n>20 (arredondar p/cima) f1 = menor resistência potencial entre as betonadas amostradas 0,93*f1 (Graziano) ou ou 0,96*f1 (Fusco) Probabilidade de 100% de atendimento do fck projeto Amostragem parcial apenas algumas betonadas são amostradas Para 10 MPa < fck projeto < 50 Mpa N mínimo de exemplares: 6/lote Para 55 MPa < fck projeto < 80 Mpa N mínimo de exemplares: 12/lote
Determinação da resistência característica potencial: Definição de Lote: Limites Superiores Solicitação principal dos elementos estruturais Elementos em compressão simples e em flexão e compressão Elementos em flexão simples Volume concreto 50 m³ 100 m³ N andares 1 1 Tempo de concretagem 3 dias de concretagem
Determinação da resistência característica potencial: Controle estatístico por Amostragem Parcial: Para 6 < n < 20: fck est f + f +... + m 1 1 2 m 1 = 2 f f m m=n/2 n é par m=(n-1)/2 n é ímpar f1 f2... fm... fn Resistências mais altas (potenciais) de cada exemplar
Determinação da resistência característica potencial: Não se poderá adotar: fck est < ψ 6.f 1 Valores de ψ 6 Condição de preparo Número de exemplares (n) 2 3 4 5 6 7 8 10 12 14 16 A 0,82 0,86 0,89 0,91 0,92 0,94 0,95 0,97 0,99 1,00 1,02 B ou C 0,75 0,80 0,84 0,87 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,00 1,02
Determinação da resistência característica potencial: Controle estatístico por Amostragem Parcial: Para n> 20: fckest= fcm - 1,65Sn Onde: fckest= Valor estimado da resistência característica à compressão do concreto fcm= Resistência média do concreto à compressão para a idade do ensaio Sn= Desvio-padrão dos resultados para n-1.
Exemplo: fck especificado: 25 Mpa CP Exemplares 1 2 3 4 5 6 1 27 23 27 29 30 29 2 25 28 25 27 30 31 f1=27; f2=27; f3=28 27 + 27 fckest = 2 28 = 26 Mpa 2 fckest = 26 MPa OK! ψ6.f1 = 0,92.27 = 24,85 MPa
fck especificado: 25 MPa CP Exemplares 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 27 29 26 29 27 30 30 31 30 2 26 30 27 31 26 31 29 32 32 3 25 27 24 31 26 27 27 30 28 f1=27; f2=27; f3=27; f4=30 27 + 27 + 27 fck = 2 30 = 24 MPa est 3 fckest = 25,92 MPa OK! ψ6.f1 = 0,96.27 = 25,92 MPa
fck est < fck projeto (ou fck especificado) Causas: Problemas de ensaio (moldes, cura, capeamento, planicidade dos pratos e rótula) Problemas relacionados ao concreto Relação a/c alta - água em excesso devido: Erro na umidade (h) da areia Excesso de material pulverulento Tempo de lançamento e temperatura, quando água total não é controlada Cimento c/ resistência abaixo da esperada (mesmo dentro da Norma)
Variabilidade na resistência do cimento (FONTE: Moresco et al., Influência da variação das propriedades do cimento no desempenho de argamassas com aditivo redutor de água, 53 º Congresso Brasileiro de Concreto, nov. 2011 Florianópolis, SC)
Determinação da resistência característica potencial: Fatores que afetam a resistência mecânica dos cps: Forma, dimensão, condição de preparo e cura: Cura e preparo dos corpos-de-prova: os corpos-de-prova cilíndricos 10x20cm devem ser moldados em duas camadas de altura similar, adensadas cada uma com 12 golpes com a mesma haste empregada no ensaio de abatimento. Após o adensamento, o topo deve ser regularizado com colher de pedreiro e concreto deve ser mantido na forma por 24 horas à sombra, com o topo protegido, quando deve ser desmoldado evitando-se choques.
Determinação da resistência característica potencial: Fatores que afetam a resistência mecânica dos cps: Forma, dimensão, condição de preparo e cura dos corpos-deprova : Cura e preparo dos corpos-de-prova: Identificação para quem controla mas não para quem ensaia. Prazo para coleta? Cuidados no transporte e manuseio Quando começa a cura? Cura: Submerso x câmara úmida Temperatura
Determinação da resistência característica potencial: Fatores que afetam a resistência mecânica dos cps:
Determinação da resistência característica potencial: Fatores que afetam a resistência mecânica dos cps: Forma, dimensão, condição de preparo e cura dos corpos-deprova : Preparo dos topos (capeamento): Os corpos-de-prova devem ser fresados. Pode ser usado capeamento de enxofre, pasta de cimento ou neoprene Verificar periodicamente a planicidade com papel carbono
Determinação da resistência característica potencial: Fatores que afetam a resistência mecânica dos cps: Forma, dimensão, condição de preparo e cura dos corpos-de-prova : Condições da prensa: Aferição. Velocidade de aplicação de carga Rótula
Determinação da resistência característica potencial: Fatores que afetam a resistência mecânica dos cps: Velocidade de aplicação de carga : Maiores velocidades tendem a gerar valores de resistência mais elevados Isto ocorre porque em velocidades mais baixas existe um tempo maior para a propagação de fissuras que ocorrem durante o carregamento, levando assim o corpo-de-prova ao colapso em níveis de carga inferiores Por isso a velocidade é normalisada. No Brasil é de 0,3 a 0,8 MPa/s (530 a 1410 kgf/s para corpos-de-prova 15x30 e 235 a 630kgf/s para corpos-de-prova 10x20).
Determinação da resistência característica Efetiva: Fatores que afetam a resistência mecânica dos concretos na estrutura: Altura de lançamento, processo de adensamento, características da forma, densidade da armadura, cura, temperatura e umidade relativa ambiente. Resistência efetiva: Testemunhos extraídos?
Determinação da resistência de projeto (fcd):
Determinação da resistência de projeto (fcd):
Probabilidade de ruína: Modelo 01 Concreto da estrutura = concreto dos corpos de prova Considerando: γc= 1,4; γs=1,4; fcj = fck + 1,645 Sd Fck Sd 1,645* Sd Fcj Sd proj z P 30 5 8,225 38,2 13,0-5,04 2,29E-07 30 3 4,935 34,9 13,0-7,31 1,35E-13 30 2 3,29 33,3 13,0-10,14 1,84E-24 28 2 3,29 31,3 13,0-9,14 3,13E-20
Probabilidade de ruína: Modelo 02 Concreto da estrutura = 0,85 x concreto dos corpos de prova 1,40 Desvio padrão constante Fck Sd 1,645* Sd Fcj corrigido Sd proj z P 30 5 8,225 23,2 13,0-2,04 0,020697 30 3 4,935 21,2 13,0-2,73 0,003134 30 2 3,29 20,2 13,0-3,60 0,000159 28 2 3,29 19,0 13,0-2,99 0,001378
Probabilidade de ruína:. Modelos são representações aproximadas da realidade;. O Desvio-padrão não é constante e depende do nível de resistência empregado;. Considerando-se, por exemplo, CV constante:
Probabilidade de ruína: Modelo 03 Concreto da estrutura = 0,85 x concreto dos corpos de prova 1,40 Coeficiente de variação constante Fck Sd 1,645* Sd Fcj corrigido Sd proj z P 30 3,035714 4,99375 23,2 13,0-3,36 0,000391 30 1,821429 2,99625 21,2 13,0-4,50 3,36E-06 30 1,214286 1,9975 20,2 13,0-5,93 1,51E-09 28 1,214286 1,9975 19,0 13,0-4,93 4,1E-07
Determinação da resistência característica Efetiva: Resistência efetiva = Resistência de testemunhos extraídos? Efeito de broqueamento f ( fc do concreto) Direção da extração em relação à concretagem Cura (umidade relativa e temperatura) Diâmetro e altura dos testemunhos Presença de barras de aço da armadura Relações(moldados/extraídos) (f c,m / f c,ext ) 25MPa 35MPa 45MPa PADRÃO/BROCA 1 1,050 1,047 0,964 PADRÃO/BROCA 2 1,083 1,063 1,031
Determinação da resistência característica Efetiva: Resistência efetiva = Resistência de testemunhos extraídos? NBR 6118: fck = fc extr/0,9 (por lote) Fusco: Média de N testemunhos isentos de defeitos (fcm)
Situação atual de aceitação dos concretos:. Muitos casos de não-conformidade;. Causas mais comuns:. Problemas de ensaios;. Achatamento dos preços dos concretos por parte dos clientes;. Dosagens inadequadas em função do fck desejado e desvios de produção das centrais (variabilidade dos cimentos, agregados, aditivos, operação);. Especificações inadequadas de abatimentos principalmente para bombeamentos de grande altura por despreparo de vendedores e especificadores da propria empresa.. Correções da abatimento sem controle com água.
O que fazer?. Projetistas Estruturais:. Definir junto com concreteiras um cardápio básico de produtos e focar as especificações dos concretos nesse cardápio.. Ajustar as exigências de módulo e durabilidade com fck levando em conta materiais da região
O que fazer?. Executores de obra:. Aderir ao PBQPh;. Especificar adequadamente a trabalhabilidade do concreto em função das características da estrutura e processo de lançamento.. Alterar aceite do concreto por slump, não se adicionar água na obra e corrigir slump com super.
O que fazer?. Executores de obra:. Controle por amostragem total com rastreabilidade (definir um modelo de registro de concretagem por peças estruturais);
O que fazer?. Executores de obra:. Alterar a logistica de concretagem para evitar mistura de concretos em mesma peça estrutural;. Cuidados no preparo dos cps.
O que fazer?. Centrais de Concreto:. Fazer cumprir a NBR 7212 (2012) em vigor 07/09/2012. Instituir Selo de Qualidade;. No selo: limitar Sd máximo em função do fck ( CV máximo de 10%)
Como Prevenir / Tratar Não Conformidade: Conscientizar engenheiros e clientes a optarem por abatimentos adequados de acordo com a obra Estimular clientes a adotarem controle por amostragem total e identificar o concreto de cada caminhão na estrutura Uso de ensaios não destrutivos: comparar partes da estrutura conformes com não conformes Extração de corpos-de-prova testemunhos
Diferença de procedimento com e sem rastreabilidade Ensaios Não-Destrutivos: avaliam homogeneidade resistência Esclerômetro: reflexão de uma massa elástica depende da dureza da superfície contra a qual ela é lançada Ultra-som: mede o tempo de percurso para que uma onda ultra-sônica atravesse o concreto eletronicamente - velocidade média propagação onda V = distância/tempo - correlação: velocidade x resistência
Ensaios Destrutivos: Extração de testemunho com coroa rotativa de diamante Resistência testemunho < CP normal f (resistência do concreto e posição na estrutura) NBR 6118:2005 item 12.4.1: Admite majorar a resistência de testemunhos extraídos em 10% Uso do resultado dos ensaios destrutivos: Pode-se aceitar a estrutura Não se pode legalmente culpar a CDC pelo não atingimento da resistência característica
Especificações de concreto para fundações
CONSIDERAÇÕES FINAIS Especificação adequada depende de bom relacionamento entre projetista estrutural, tecnologista e construtor; A ausência de não conformidades é a confirmação de um processo bem controlado (central e laboratório); Qualidade da estrutura depende não só de um concreto conforme mas também da qualidade na execução;