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AULA 1 DOSAGEM DE CONCRETOS CONVENCIONAIS: INTRODUÇÃO E CONCEITOS GERAIS RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 2 Na primeira aula da nossa imersão em dosagem de concreto abordamos os aspectos teóricos do estudo de dosagem. Nesta imersão, trataremos dos concretos ditos convencionais (ou plásticos), lembrando que existem ainda os concretos secos e autoadensáveis. Entende-se por estudo de dosagem de concretos de cimento Portland os processos necessários à obtenção da melhor proporção entre os materiais que constituem o concreto, o que também chamamos de traço do concreto. Essa proporção ideal pode ser expressa em massa ou volume, sendo sempre preferível a expressão em massa seca de materiais, ao passo que, trabalhando dessa forma, teremos um grau de precisão mais elevado. Por óbvio, para trabalharmos considerando as proporções em massa dos materiais precisaremos de infraestrutura adequada, com balanças, células de carga, etc. Quando isso não for possível, trabalhamos com volume. O estudo de dosagem busca obter a mistura ideal e mais econômica, considerando os materiais disponíveis na região onde estivermos trabalhando e os requisitos técnicos que temos que atender. É factível, por outro lado, que em determinadas situações sejam utilizados materiais de outras regiões, havendo necessidade técnica (aumento da resistência da resistência à compressão ou do módulo de elasticidade, ou a diminuição do calor de hidratação do concreto, para o caso de elementos de grandes volumes, por exemplo) ou econômica (redução do consumo de cimento ou de aditivos, por exemplo, que são os insumos mais caros do concreto). Os requisitos técnicos a serem atendidos, em linhas gerais são: • Resistência mecânica (MPa): a resistência mecânica do concreto é o parâmetro mais utilizado para especificação do concreto. A resistência à compressão é a mais utilizada, ainda que a resistência à tração por flexão também seja encontrada em projetos de concreto armado; RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 3 • Deformabilidade (em GPa): com arquiteturas cada vez mais arrojadas e estruturas altamente esbeltas, os projetistas têm cada vez mais atentado para a especificação adequada do módulo de elasticidade do concreto, e a mesma relevância deve ser assumida durante o estudo de dosagem do concreto, principalmente no que tange à escolha dos agregados graúdos, uma vez que o módulo de elasticidade está intimamente ligado às características do agregado graúdo; • Trabalhabilidade (mm): todo concreto requer, ainda que em diferente escala, uma certa trabalhabilidade, que irá variar de acordo com as condições de aplicação do concreto. Essas condições têm origem nos projetos arquitetônico e estrutural (geometria das formas, taxas de armaduras), nos equipamentos a serem utilizados nas operações de concretagem (bomba, carrinhos, caçambas, equipamentos de projeção), nas necessidades de acabamento (aparente, polido, sarrafeado, desempenado) e nas condições ambientais (temperatura, vento, umidade relativa). Resumidamente, o concreto deve apresentar consistência que o permita ser transportado até sua posição final sem apresentar segregação, exsudação e falhas de concretagem, sendo que essa consistência é avaliada pelo ensaio de abatimento de tronco de cone; • Durabilidade (anos): como sabemos, é imprescindível que as estruturas sejam duráveis frente às solicitações às quais serão expostas durante sua vida útil. O conceito de durabilidade está associado aos mecanismos de transporte e penetração de agentes agressivos por meio dos poroso do concreto, dependendo tanto de fatores fatores extrínsecos aos elementos estruturais, como umidade relativa do ambiente, presença de sais, maresia, natureza das solicitações mecânicas atuantes (cargas de curta ou longa duração, cargas dinâmicas, etc.) quanto fatores intrínsecos, tais como tipo de cimento, relação a/c, entre outros. Nesse sentido, para assegurar a durabilidade das estruturas em concreto armado, é fundamental atender às RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 4 prescrições das normas ABNT NBR 6118:2014, ABNT NBR 12655:2015 e ABNT NBR 14931:2004; • Sustentabilidade (consumo de cimento, ou seja, rendimento em kg/MPa): Um dos requisitos que cada vez mais devemos levar em consideração é a sustentabilidade, através do consumo racional de matérias-primas. Esses requisitos podem ser maiores ou menores de acordo com a complexidade do trabalho a ser realizado, bem como conforme o grau de esclarecimento técnico e prático do usuário que demandou o estudo de dosagem. O indicador de consumo de cimento em kg/MPa, por exemplo, pode também ser utilizado para avaliação econômica do concreto, uma vez que o cimento é consideravelmente mais caro que outros materiais constituintes do concreto, a exemplo dos agregados. É importante ressaltar que não existe uma dosagem dita “perfeita”, pois cada situação tem suas particularidades e vai exigir do profissional muitos conhecimentos técnicos para que seja possível obter o traço mais adequado para cada situação. A dosagem é considerada por muitos não só uma ciência como também uma arte, pois se faz necessário dominar todos os aspectos técnicos e científicos, bem como conceitos subjetivos oriundos da experiência e preferências do profissional. Para entender a dosagem de concretos, podemos elencar alguns princípios: • Para cada dimensão máxima característica do agregado graúdo há um ponto ótimo de resistência do concreto, crescente com a redução dessa dimensão; • A resistência à compressão dos concretos depende essencialmente da relação a/c; • A consistência de um concreto fresco depende essencialmente da quantidade de água por m3 e uso de aditivos químicos; RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 5 • Um concreto corrente será tanto mais barato quanto maior a dimensão máxima característica do agregado graúdo e quanto menor o seu abatimento, ou seja, concretos de consistência seca, para uma mesma resistência, são mais baratos que de consistência plástica ou fluída. Não necessariamente os mais sustentáveis ou mais econômicos; • Para uma dada resistência e uma dada consistência, há uma distribuição granulométrica ótima (combinação miúdo/graúdo) que minimiza a quantidade de pasta. Ainda, podemos elencar as leis de comportamento que governam a interação das variáveis envolvidas: • Lei de Abrams (1918): “a resistência de um concreto, numa determinada idade (fcj) é inversamente proporcional à relação água cimento (a/c): • Lei de Lyse (1932): “fixados o cimento e agregados, a consistência do concreto depende preponderantemente da quantidade de água por m³ de concreto” e pode ser, simplificadamente, expressa por: • Lei de Priszkulnik &Kirilos (1974) (ou lei de Molinari): “o consumo de cimento por m³ de concreto varia na proporção inversa da relação em massa seca de agregados/cimento (m).” Sendo: • fcj = resistência à compressão do concreto para a idade de j dias, em MPa; • m = relação em massa seca de agregados/cimento, em kg/kg; • a/c = relação em massa de água/cimento, em kg/kg; RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 6 • C = consumo de cimento por m3 de concreto adensado em kg/m3; • k1, k2, k3, k4, k5 e k6 são constantes particulares de cada conjunto de mesmos materiais. No Brasil ainda não há uma definição consensual sobre como deve ser realizado um estudo de dosagem. Em função disso, os profissionais do mercado adotam atualmente diferentes métodos para dosar concretos. Podemos citar alguns métodos, a título de exemplo: •IBRACON • O´Reilly • ABCP • FURNAS • De Larrard • Métodos empíricos (evitar!) Um desses métodos é o Método IBRACON, que está no capítulo 12 do livro de concreto do IBRACON, escrito por mim e pelo professor Paulo Helene. Este método, proposto inicialmente por Eládio Petrucci em 1965, e modificado posteriormente por pesquisadores do IPT (Priszkulnik, Kirilos, Terzian e Tango), da EPUSP (Helene) e da Unisinos (Tutikian), é um dos métodos mais versáteis, simples e capazes de fornecer uma resposta profícua aos requisitos exigidos de um concreto, atendendo tanto às exigências técnicas dos projetistas estruturais, quanto às econômicas, de sustentabilidade e produtividade dos construtores e usuários dos concretos. O método IBRACON entende que a melhor proporção entre os agregados disponíveis é aquela que consome a menor quantidade de água para obter um dado abatimento e faz isso considerando a interferência do aglomerante (cimento + adições) na proporção total de materiais. Podemos afirmar que o método provém de uma “mistura” de métodos baseados na granulometria contínua (máxima trabalhabilidade) com métodos que se fundamentam na granulometria RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 7 descontínua (máxima compacidade). Trata-se de um método teórico- experimental, organizado passo a passo, de fácil execução e ótimos resultados, resultando em concretos econômicos. A seguir, estão descritas as equações inerentes à aplicação do método: • Lei de Abrams: • Lei de Lyse: • Lei de Molinari: • Teor de argamassa seca: • Agregados totais: • Consumo de cimento/m³: • Consumo de água/m³: • Custo do concreto/m³: RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 8 Sendo: • fcj = resistência à compressão axial, à idade j, em MPa; • a/c = relação água / cimento em massa, em kg/kg; • a = relação agregado miúdo seco / cimento em massa, em kg/kg; • p = relação agregado graúdo seco / cimento em massa, em kg/kg; • m = relação agregados secos / cimento em massa, em kg/kg; • α = teor de argamassa seca, deve ser constante para uma determinada situação, em kg/kg; • k1, k2, k3, k4, k5, k6 = constantes que dependem exclusivamente dos materiais (cimentos, agregados, aditivos); • C = consumo de cimento por metro cúbico de concreto adensado, em kg/m3; • γ = massa específica do concreto, medida no canteiro em kg/m3; • γc = massa específica do cimento, em kg/dm3; • γa = massa específica do agregado miúdo, em kg/dm3; • γp = massa específica do agregado graúdo, em kg/dm3; • ar = teor de ar incorporado e/ou aprisionado por metro cúbico, em dm3/m3; • a = consumo de água potável por metro cúbico de concreto adensado, em kg/m3; • Cu = custo do concreto por metro cúbico; • $c = custo do kg de cimento; • $a = custo do kg de agregado miúdo; • $p = custo do kg de agregado graúdo; • $ag = custo do litro de água potável; Abaixo, descrevo o passo a passo de execução do método IBRACON: RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 9 1. Escolher a dimensão máxima característica do agregado graúdo, compatível com os espaços disponíveis entre as armaduras e fôrmas do projeto estrutural, através dos seguintes critérios: a. DMC ≤ 1/3 da espessura da laje; b. DMC ≤ 1/4 da distância entre as fôrmas; c. DMC ≤ 0,8 do espaçamento entre as armaduras horizontais; d. DMC ≤ 1,2 do espaçamento entre as armaduras verticais; e. DMC ≤ 1/4 do diâmetro da tubulação do bombeamento (quando for o caso); f. DMC ≤ 1,2 do cobrimento nominal; 2. Escolher o abatimento compatível com a tecnologia disponível; 3. Estabelecer a resistência média de dosagem que se deseja alcançar na idade especificada, ou seja, a resistência prevista para a dosagem não é diretamente o fck, e sim o fcm,j, sendo que devemos adotar as equações previstas na ABNT NBR 12655:2015: Sendo: • fcm,j = resistência média do concreto à compressão a j dias de idade, em MPa; • fck = resistência característica do concreto à compressão, em MPa; • sd = desvio-padrão da dosagem, em MPa; • kn = coeficiente que depende do número n de resultados disponíveis; • sn = desvio padrão obtido de uma amostra com n resultados disponíveis; • n = número de ensaios disponíveis 4. Para otimizar o esqueleto granular do nosso concreto, pode-se proceder com o empacotamento dos agregados graúdos (quando utilizado mais de um tipo), de modo a se obter o menor índice de vazios possível; RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 10 5. Após a escolha dos materiais, que devem ser comercialmente disponíveis e os mais econômico, faz-se o estudo experimental. Para o desenho do diagrama e obtenção das equações, são necessários no mínimo 3 pontos, que, neste caso, permitirão obter resistências à compressão de aproximadamente 20 a 50 MPa: a. Intermediário (1:5) b. Pobre (1:6,5) c. Rico (1:3) 6. Determinação do teor de argamassa: o teor de argamassa é basicamente a proporção entre agregados miúdos (areia) e agregados graúdos (brita) e afeta diretamente a trabalhabilidade do concreto. Um teor de argamassa elevado significa aumento do custo do concreto por m³, bem como aumenta a possibilidade de ocorrência de manifestações patológicas futuras como fissuração por dessecação superficial e/ou por elevado calor de hidratação do cimento. Por outro lado, um teor de argamassa insuficiente prejudica a trabalhabilidade do concreto, afetando o acabamento final e aumentando sua porosidade, bem como aumenta as chances de ocorrência de falhas de concretagem. Logo, fica evidente que obter o teor de argamassa ideal é extremamente importante para evitar problemas tanto no estado fresco quanto no endurecido. 7. Uma vez definido o teor ideal de argamassa (através do traço intermediário), misturamos os demais traços para verificar o mesmo abatimento com distintas relações ac, mantendo fixo o teor de argamassa e a relação água/materiais secos do traço otimizado no passo anterior. Com esses concretos, moldamos os corpos de prova e verificamos as resistências à compressão e demais requisitos nas idades especificadas; 8. A partir dos resultados obtidos no passo anterior, desenhamos nosso diagrama de dosagem, específico a essa família de concretos. Abaixo, apresento um exemplo de diagrama: RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 11 Figura 1 – Exemplo de diagrama de dosagem 9. Podemos ainda desenhar o diagrama de desempenho, este descrito com detalhes em Tutikian (2007), correlacionando resistência à compressão, módulo de deformação, velocidade de propagação das ondas de ultrassom e penetração de íons de cloretos: Figura 2 – Exemplo de diagrama de desempenho RESUMO DA AULA 1: Dosagem de concretos convencionais: introdução e conceitos gerais 12 10. Com base em nosso diagrama, obtemos o traço otimizado entrando com a resistência média requerida ou outra propriedade/requisito desejado.
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