Tecnologia do Concreto

Prévia do material em texto

Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus – CRB 10/2052
N523t Neville, A. M.
 Tecnologia do concreto [recurso eletrônico] / A. M.
 Neville, J. J. Brooks ; tradução: Ruy Alberto Cremonini. – 2.
 ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre : Bookman, 2013.
 Editado também como livro impresso em 2013.
 ISBN 978-85-8260-072-6
 1. Engenharia civil. 2. Concreto. I. Brooks, J. J. II. Título. 
CDU 691.32
A.M. Neville é consultor de Engenharia Civil. Ele foi Vice Presidente da Royal Aca-
demy of Engineering, Reitor e Vice-Chanceler da University of Dundee. Tem anos 
de experiência como professor, pesquisador e consultor em Engenharia Civil e Es-
trutural na Europa e América do Norte e no Extremo Oriente. Recebeu inúmeros 
prêmios e medalhas, e é membro Honorário do American Concrete Institute, da 
British Concrete Society e do Instituto Brasileiro de Concreto.
J.J. Brooks é consultor, ex-professor sênior na Engenharia Civil e de Materiais e 
Diretor dos Estudos de Pós-Graduação na Escola de Engenharia Civil da University 
of Leeds. É membro do American Concrete Institute e da International Masonry 
Society.
16
Ensaios
É claro que não é suficiente ter o conhecimento de como selecionar uma mistu-
ra de concreto com a expectativa de que ela tenha determinadas propriedades e 
como especificar essa mistura. Também é necessário garantir que esta é a escolha 
correta.
O método básico para verificar se o concreto atende às especificações (ver Ca-
pítulo 17) é realizar ensaios de sua resistência utilizando cubos ou cilindros produ-
zidos a partir de amostras de concreto fresco. O ideal seria planejar a realização de 
ensaios de conformidade para as misturas de concreto fresco, antes mesmo de ser 
lançado, mas infelizmente esses ensaios são bastante complexos e não apropriados 
para canteiros de obra. Por consequência, a resistência do concreto endurecido deve 
ser determinada em um momento em que uma quantidade considerável de concreto 
suspeito pode ter sido lançada. Para compensar essa desvantagem, algumas vezes 
são utilizados ensaios acelerados como base para a conformidade.
Deve-se ressaltar que a não conformidade em um ensaio de um único corpo de 
prova, ou mesmo um grupo, não significa necessariamente que o concreto de onde 
foram obtidos os corpos de prova seja inferior ao especificado. A reação do enge-
nheiro deve ser a realização de uma investigação maior sobre o concreto. Isso pode 
ser feito por ensaios não destrutivos no concreto da estrutura (ver BS 1881–201: 
1986) ou pela extração de testemunhos para avaliação da resistência. Todos esses 
aspectos serão discutidos a partir de agora.
Precisão dos ensaios
No próximo capítulo, serão feitas referências à variabilidade das propriedades do 
concreto. Ela somente pode ser determinada por meio de ensaios, e os ensaios por 
si só introduzem erros. É importante ter consciência disso e compreender o que se 
entende por precisão dos ensaios de concreto. A precisão exprime grau de concor-
dância entre resultados de ensaios independentes, obtidos sob condições estipuladas, 
em termos de repetitividade e reprodutibilidade.
A BS ISO 5725-1 define repetibilidade como a precisão de resultados de ensaios 
independentes, realizados em um determinado período de tempo nas mesmas con-
dições, ou seja, mesmo laboratório, o mesmo método, corpos de prova idênticos, 
294 Tecnologia do Concreto
mesmo operador e utilizando o mesmo equipamento. Reprodutibilidade dos ensaios 
é a precisão de resultados obtidos com o mesmo método, corpos de prova idênticos 
em laboratórios diferentes, com operadores e equipamentos diferentes.
Essas definições da BS ISO 5725–1: 1994 e as da norma cancelada BS 5497–1: 
1993 são similares. Esta última define precisão como o valor máximo que se admite, 
com uma determinada probabilidade (em geral 95%), para a diferença absoluta en-
tre dois resultados de ensaios individuais.
Valores de repetitividade e reprodutibilidade são aplicados de várias formas, por 
exemplo:
(a) para verificar se os procedimentos experimentais de um laboratório atendem 
os requisitos;
(b) para comparar os resultados de ensaios realizados em uma amostra de um 
lote de materiais com a especificação;
(c) para comparar os resultados de ensaios obtidos por um fornecedor e por um 
consumidor a partir do mesmo lote de material;
Segundo a BS 5497–1: 1993, repetitividade r e reprodutibilidade R são dados 
por:
 r = 1,96(2� 2
r) = 2,8�r
R = 1,96 (2[� 2
L + � 2
r])
 = 1,96(2� 2
R)
ou
R = 2,8�R
onde: � 2
r = Variância da repetitividade
 � 2
L = Variância entre laboratórios (incluindo variâncias entre operadores e 
entre equipamentos) e
 � 2
R = Variância de reprodutibilidade
Nas expressões acima, o coeficiente de 1,96 é para a distribuição normal (ver 
página 323) com um número suficiente de resultados de ensaios. O coeficiente 2
 é derivado do fato de que r e R se referem às diferenças entre resultados de dois 
ensaios isolados.
As normas especificam o atendimento de exigências de precisão para os ensaios 
de concreto. Para a resistência à compressão, a BS EN 12390–3: 2002 estabelece uma 
repetitividade de 9% e reprodutibilidade de 13,2% para cubos de 150 mm, ensaiados 
aos 28 dias de idade. Para cilindros de 160 × 320 mm, os valores de repetitividade 
e reprodutibilidade são, respectivamente, 8 e 11,7%. Para o método de amostragem 
de concreto fresco no canteiro, a BS 1881–01: 1983 controla a precisão pelo erro de 
amostragem e erro dos resultados de ensaios de resistência à compressão, sendo que 
ambos valores devem ser menores que 3% para um procedimento de amostragem sa-
tisfatório. A BS 812–101: 1984 também aconselha o uso de valores da repetitividade 
Capítulo 16 Ensaios 295
para a verificação dos dados, e o acompanhamento do desempenho de um laborató-
rio. Na mesma norma, é dada informação sobre o uso de valores da reprodutibilidade 
para a comparação de dois ou mais laboratórios no estabelecimento de limites das 
especificações.
Análise do concreto fresco
A determinação da composição do concreto nas primeiras idades pode ser uma 
grande vantagem, pois, se as proporções efetivas corresponderem às especificadas, a 
necessidade de ensaios no concreto endurecido será menor. As duas propriedades de 
maior interesse são a relação água/cimento e o consumo de cimento, em função de 
serem os principais responsáveis por garantir que o concreto é adequado, tanto em 
relação à resistência, quanto à durabilidade.
No Reino Unido, a BS 1881–1: 1997 descreve métodos para a verificar o teor 
de cimento, incluindo os teores de cinza volante e escória de alto-forno. Para o teor 
de cimento, existem cinco métodos. O método da balança hidrostática estabelece que 
uma amostra de concreto seja pesada ao ar e na água e então lavada em uma série 
de peneiras para separar o cimento e os finos do agregado. Os finos são definidos 
como o material passante na peneira 150 lm. O agregado lavado é pesado na água 
e a proporção de cimento é determinada pela diferença entre a massa da amostra 
na água e a massa do agregado na água. São necessários ensaios de calibração para 
determinar as massas específicas dos agregados e a fração de agregado passante na 
peneira 150 lm, de modo a possibilitar correções na relativas ao silte e areia fina na 
“fração cimento”.
No método químico, uma amostra de concreto é pesada e lavada em uma série de 
peneiras para separar o material mais fino que 300 lm. Não deve existir material cal-
cário nos finos. Uma amostra da suspensão de cimento e finos é tratada com ácido 
nítrico e a concentração de cálcio é determinada com a utilização de um fotômetro 
de chama, sendo necessários ensaios de calibração. O teor de água do concreto é 
determinado pela estimativa da diluição de uma amostra padrão de cloreto de sódio. 
Um recipiente sifonado é usado para determinar o teor de agregado graúdo, sendo o 
agregado miúdo determinado por diferença.
O método do volume constante utiliza uma amostra que é pesada e transferida 
para uma colunade elutriação, onde o fluxo ascendente de água separa o material 
menor que 600 lm. Uma parte desse material é vibrada em uma peneira de 150 lm, 
floculada e transferida para um recipiente de volume constante. Este é pesado e, com 
a utilização de um gráfico de calibração, o teor de cimento é determinado. Uma cor-
reção para partículas de agregados menores que 150 lm deve ser feita e a calibração 
de ser realizada para cada conjunto de materiais utilizado.
O método de separação física exige que uma amostra de concreto seja pesada e 
lavada através de uma série vibratória de peneiras para separar o material passante 
na peneira 212 lm. As lavagens são amostradas automaticamente e os sólidos são 
floculados, coletados e secos. O cimento é separado da areia fina por centrifugação 
de uma pequena amostra em bromofórmio, que é um líquido com uma massa espe-
cífica situada entre a do cimento e a de um agregado comum. Alternativamente, a 
296 Tecnologia do Concreto
quantidade de areia fina na amostra de cimento e areia fina pode ser determinada 
por meio de ensaios de calibração.
No método do filtragem sob pressão, a amostra de concreto é pesada, agitada 
com água e lavada em uma série de peneiras para separar o cimento e os finos pas-
santes na peneira 150 lm. O material fino é então filtrado sob pressão e as quanti-
dades separadas são pesadas. É necessária calibração para determinar a quantidade 
de areia fina passante na peneira 150 lm. Também são necessárias correções para 
a solubilidade do cimento e para a fração de cimento retida na peneira. O teor de 
agregado é determinado após a secagem e pesagem do material retido nas peneiras.
A quantidade de água do concreto fresco pode ser obtida conforme o método 
químico ou, alternativamente, pode ser utilizado um método de secagem rápida. Du-
rante o aquecimento, a amostra deve ser agitada continuamente para evitar a forma-
ção de grumos. A quantidade de água é determinada pela diferença de massa antes e 
depois da secagem, mas deve ser considerada uma tolerância para a água absorvida. 
A determinação da quantidade de água também é complicada devido às alterações 
que ocorrem com a hidratação do cimento.
Foram descritos cinco métodos diferentes de análise do concreto fresco, mas 
devido às dificuldades com sua precisão, até o momento não foram adotados en-
saios de conformidade para o teor de cimento e relação água/cimento do concreto 
fresco. Entretanto, a BS 5328–4: 1990 estabelece a análise do concreto fresco para 
determinar as proporções da mistura com a ressalva que o método de ensaio tem 
uma precisão de ± 10% em relação ao valor real, com um intervalo de confiança de 
95%1. Também deve ser observado que outras propriedades do concreto fresco são 
determinadas com o objetivo de verificar a conformidade: massa específica, traba-
lhabilidade, teor de ar e temperatura (ver Capítulo 17).*
Ensaios de resistência
Por razões práticas óbvias, a resistência do concreto é determinada com a utilização 
de corpos de prova de pequenas dimensões. Como foi visto nos Capítulos 6 e 11, a 
resistência de um determinado corpo de prova de concreto é influenciada por vá-
rios fatores secundários, como velocidade de carregamento, condição de umidade, 
dimensão do corpo de prova e condições de cura. Além disso, o tipo de equipamen-
to de ensaio influencia nos resultados dos ensaios obtidos. Consequentemente, os 
procedimentos de produção dos corpos de prova e realização de ensaios devem ser 
padronizados para avaliar com precisão a qualidade do concreto.
Resistência à compressão
Normalmente é determinada com a utilização de cilindros de 150 × 300 mm e cubos 
de 150 mm, embora seja admitido pelas normas o uso de corpos de prova menores, 
dependendo da dimensão máxima do agregado.
* N. de T.: No Brasil, o método para a reconstituição de traço (consumo de cimento e relação a/c) do con-
creto fresco é estabelecido pela NBR 9605:1992.
1 J. B. Kennedy and A. M. Neville, Basic Statistical Methods for Engineers and Scientists, 3rd Edition (Har-
per & Row, 1985).
Capítulo 16 Ensaios 297
Conforme a ASTM C 470–02a, o corpo de prova cilíndrico é moldado em um 
molde reutilizável, preferencialmente com uma base removível, ou em um molde 
não reutilizável. O primeiro tipo de molde é feito em aço, ferro fundido, latão e vá-
rios plásticos; os não reutilizáveis podem ser feitos com chapas metálicas, plástico, 
produtos de papel à prova d’água ou outros materiais que atendam às exigências 
físicas de estanqueidade, absorção e deformação. Uma camada fina de óleo mineral 
deve ser aplicada nas superfícies internas na maioria dos tipos de moldes, de modo 
a evitar a aderência entre o concreto e o molde. O concreto é colocado no molde 
em camadas. O adensamento de um concreto com elevado abatimento de tronco de 
cone é realizado em três camadas, com cada uma delas sendo compactada com 25 
golpes de uma barra metálica de ponta arredondada de 16 mm de diâmetro. Para 
concreto com abatimento de tronco de cone baixo, o adensamento é feito em duas 
camadas com utilização de vibração interna ou externa (detalhes desse procedimen-
to são prescritos pela ASTM C 192–06).*
A superfície superior do cilindro, acabada com uma colher de pedreiro ou espá-
tula, não é plana e lisa o suficiente para o ensaio; portanto, exige preparação adicio-
nal. A ASTM C 617–98 (Reapproved 2003) exige que as bases tenham planicidade 
com uma tolerância de 0,05 mm, valor que também se aplica aos pratos da máquina 
de ensaio. Existem dois métodos para se obter uma superfície plana e lisa: retifica-
ção e capeamento. O primeiro método é satisfatório, mas caro. Para o capeamento, 
podem ser utilizados três materiais: uma pasta cimento Portland de consistência seca 
em concreto recém-moldado e uma mistura de enxofre com um material granular 
(por exemplo, argila refratária moída), ou gesso de alta resistência no caso de con-
creto endurecido. O capeamento deve ser fino, preferencialmente com espessura en-
tre 1,5 e 3 mm, e ter resistência similar à do concreto em ensaio. Provavelmente o me-
lhor material para capeamento é a mistura de enxofre e argila, que é adequada para 
concretos de resistência de até 100 MPa. Entretanto, é necessário o uso de capelas de 
exaustão, pois são produzidos vapores tóxicos.**
Além de serem planas, as bases do corpo de prova cilíndrico devem ser normais 
ao seu eixo, e isso garante também que as superfícies planas são paralelas uma à 
outra. Entretanto, é admitida uma pequena tolerância, uma inclinação do eixo do 
corpo de prova em relação ao eixo da máquina de ensaio, geralmente de 6 mm em 
* N. de T.: A NBR 5738:2008 prescreve os procedimentos para moldagem e cura de corpos de prova, ado-
tando procedimentos similares aos descritos. Em relação aos moldes, é prescrito que eles devem ser de aço 
ou outro material não absorvente que não reaja com o cimento. Os diâmetros prescritos são 100, 150, 200, 
250, 300 e 450 mm. A dimensão deve ser no mínimo quatro vezes maior que a dimensão máxima do agregado 
graúdo. O número de camadas e golpes para o adensamento, bem como o processo a ser adotado, varia com 
a dimensão do corpo de prova, podendo ser manual ou mecânico. Para os corpos de prova de 100 mm de diâ-
metro, é estabelecida a moldagem em duas camadas, cada uma com 12 golpes, quando utilizado adensamento 
manual ou uma camada no caso de adensamento mecânico. Para os corpos de prova de 150 mm, estes valores 
são, respectivamente, três camadas e 25 golpes em cada uma, ou duas camadas quando utilizado vibrador.
** N. de T.: Para a regularização das bases, a NBR 5738:2008 estabelece o remate com pasta de cimento. O 
remate deve ser executado em um período de 6 a 15 horas após a moldagem. Caso isso não seja realizado, a 
norma sugere a realização de retificação ou capeamento. Não são prescritos materiais para o capeamento, ape-
nas feitas recomendações em relação a aderência, compatibilidade química, fluidez, resistência à compressão.
298 Tecnologia do Concreto
300 mm, eaparentemente não ocorre perda de resistência como resultado desse des-
vio. Da mesma forma, uma pequena falta de paralelismo entre os topos de um corpo 
de prova não afeta sua resistência, desde que garantido que a máquina de ensaio seja 
equipada com um apoio que pode alinhar-se livremente, conforme prescrito pela 
ASTM C 39–05.
As condições de cura para corpos de prova cilíndricos padrão são especificadas 
pela ASTM C 192–06. Quando produzidos em laboratório, os corpos de prova são 
mantidos por no mínimo 20 horas e no máximo 48 horas, em uma temperatura de 23 
± 1,7°C, de forma que seja evitada a perda de água. Em seguida, após desmoldados, 
os corpos de prova são conservados na mesma temperatura e em ambiente úmido ou 
em água saturada com cal até a idade de ensaio especificada. Por estarem sujeitos a 
condições padronizadas, esses cilindros fornecem a resistência potencial do concreto. 
Adicionalmente, para determinar a qualidade real do concreto na estrutura, podem 
ser utilizados corpos de prova cilíndricos de serviço (ASTM C 31–03a), desde que 
submetidos às mesmas condições da estrutura. Esse procedimento é de interesse quan-
do se deseja decidir quando as fôrmas podem ser retiradas, quando outros serviços 
(superpostos) podem continuar ou quando a estrutura pode ser colocada em serviço.*
A resistência à compressão dos cilindros é determinada, segundo a ASTM C 
39–05, com a aplicação pela máquina de ensaio de uma tensão com velocidade cons-
tante de 0,25 ± 0,05 MPa/s. Uma velocidade maior é permitida durante a aplicação 
da primeira metade da carga prevista. A carga máxima registrada dividida pela área 
da seção transversal do corpo de prova dá a resistência à compressão, que é expressa 
com precisão de 0,05 MPa.**
Segundo a BS EN 12390–1: 2000, o corpo de prova cúbico é moldado em moldes 
de aço ou ferro fundido de dimensões e planeza normalizadas, com a parte superior 
do molde acoplada à base. A BS EN 12390–2: 2000 prescreve o preenchimento do 
molde em camadas aproximadas de 50 mm. O adensamento de cada camada é feito 
por pelo menos 35 golpes (cubos de 150 mm) ou 25 golpes (cubos de 100 mm) de um 
soquete quadrado de aço. Alternativamente pode ser utilizada vibração. Os cubos 
são então curados até a idade de ensaio, conforme as prescrições da BS EN 12390–2: 
2000. Após o topo ter sido acabado com uma desempenadeira, o cubo deve ser arma-
* N. de T.: Em relação à cura dos corpos de prova, a NBR 5738:2008 cita que durante as primeiras 24 horas os 
corpos de prova devem ser armazenados protegidos das intempéries e deve ser evitada a perda de água. Após 
a desforma, os corpos de prova destinados a comprovação da qualidade e uniformidade do concreto durante 
a construção devem ser mantidos em solução saturada de hidróxido de cálcio a uma temperatura de 23 ± 
2°C ou em câmara úmida (umidade relativa superior a 95% e mesma temperatura). A norma prevê corpos de 
prova para verificação das condições de proteção e cura do concreto, sendo que estes, após a desmoldagem 
devem ser posicionados sobre a estrutura e receber as mesmas condições de proteção e cura da estrutura. 
Não é feita menção em relação ao uso desses corpos de prova para retirada de formas e outros usos citados. 
A NBR 14931:2004 estabelece que, para a retirada das formas, devem ser estabelecidos pelo projetista 
estrutural valores mínimos de resistência à compressão e de módulo de elasticidade. Estes dados devem ser 
avaliados conforme os ensaios normalizados.
** N. de T.: A NBR 5739:2007 estabelece os procedimentos para o ensaio de determinação da resistência à 
compressão. Diferencia-se do método citado em relação à velocidade de carregamento, sendo adotado o 
padrão de 0,45 ± 0,15 MPa/s constante durante todo o ensaio.
 
	Capa
	Ensaios
	Precisão dos ensaios
	Análise do concreto fresco
	Ensaios de resistência
	Resistência a compressão