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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO CIVIL DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Profª Júnia S. N. Chagas Estudo de Dosagem do Concreto: Método IBRACON Referências: 1. NBR 12655/2015: Concreto de cimento Portland – Preparo, controle, recebimento e aceitação – Procedimento 2. NBR 7212/2012: Execução de concreto dosado em central – Procedimento 3. NBR6118/2014: Projeto de Estruturas de Concreto 4. Tutikian, B.F.; Helene, P. Capítulo 12: Dosagem dos Concretos de Cimento Portland. In: Concreto: Ciência e Tecnologia. Geraldo Cechella Isaia – Editor. IBRACON, 2011 5. Helene, P.; Terzian, P. Manual de Dosagem e Controle do Concreto. P. 225 a 299. Editora Pini Etapas iniciais de dosagem • Seleção de materiais (cimento, agregados, aditivos, adições, água) • Definição dos requisitos de desempenho do concreto – Estruturais: • Fcj de desforma • Fck de projeto , usualmente 28 dias • Módulo de elasticidade – De aplicação - trabalhabilidade: • comportamento reológico compatível com a técnica de aplicação e granulometria adequada ao espaçamento da armadura e geometria dos elementos – De durabilidade: • Atendimento à NBR 6118 e NBR 12655 • Permeabilidade do concreto compatível com a agressividade do meio – De Sustentabilidade: • Custo e impacto ambiental Método de Dosagem IBRACON Método de Dosagem do Concreto IBRACON é baseado em 2 etapas: • Procedimento Experimental • Elaboração do diagrama de Dosagem Procedimento Experimental É a fase realizada no laboratório e é feita em 3 etapas: • Determinação do teor de argamassa • Determinação da proporção de areia e brita • Execução dos traços de referência Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Falta ou Excesso de argamassa A determinação de α é um dos passos mais importantes para o estudo de dosagem. Todo o estudo de dosagem parte do pressuposto de que o concreto deve ter capacidade de ser lançado e adensado adequadamente no interior das fôrmas, sem segregar. O teor de argamassa ideal é que garante essas características ao concreto. Ø Sendo assim, a falta de argamassa na mistura deixa o concreto poroso e produz falhas na concretagem. Ø Por outro lado, o excesso de argamassa proporciona o concreto de melhor aparência e trabalhabilidade e plasticidade. Entretanto, esse excesso de argamassa aumenta muito o custo do concreto e também o risco de fissuração. Ø Portanto, a definição do teor ideal de argamassa, ou seja, a quantidade mínima de argamassa mas que produza concretos de alta qualidade é essencial para o sucesso de uma dosagem. Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) • Teor de argamassa seca, (α), indica a proporção de argamassa em relação ao concreto, desconsiderando a água α = % ARGAMASSA EM RELAÇÃO AO CONCRETO SECO • Essa proporção é dada pela seguinte equação: 1 + a α = --------------- 1 + m Onde: a = agregados miúdos m = agregados miúdos + agregados graúdos m = a + p p = pedra ou brita Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) • Exemplo: Qual é o teor de argamassa de um traço 1 : 2,3 : 2,7? 1 + a α = --------------- 1 + m 1 + 2,3 α = --------------------- α = 0,55 1 + (2,3 + 2,7) Significa que 55% do volume do concreto são argamassa (cimento + areia) e 45% do volume do concreto são agregados graúdos, desconsiderando toda a água. Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) • Considerando a importância do teor de argamassa seca, como fazer essa determinação na prática, a fim de se obter o menor valor possível? • Para se conseguir isso, parte-se de um traço inicial de referência, chamado também de traço intermediário, ou traço piloto, por exemplo, com 1 parte de cimento e 5 partes de agregados totais • A proporção entre areia e brita vai depender do teor de argamassa escolhido Exemplo de Traço intermediário 1:5 Esse traço é chamado de intermediário porque ele não é muito pobre em cimento (1:6,5) em cimento e nem muito rico em cimento (1:3,5) Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) α = teor de argamassa a = areia p = brita m = a + p • A verificação da adequação do teor de argamassa é feita empiricamente, na betoneira • Inicia-se o estudo com um teor de argamassa estimado pelo tecnologista de concreto, de modo a atender às questões da obra, como nível de consistência, coesão e trabalhabilidade do concreto • Aqui vamos começar nosso estudo com um teor α de 0,48, ou seja 48% do total do concreto será argamassa (cimento + areia) • Cálculo do 1º traço para α de 0,48 e m = 5: aplicando as fórmulas do slide anterior, temos: 1 : 1,88 : 3,12 Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) a = (0,48 (1 + 5)) -1 a = 1,88 p = 5 – 1,88 p = 3,12 • Monta-se a tabela de traços para vários teores de argamassa que podem ser possíveis para o traço 1:5 (traço piloto), utilizando as fórmulas anteriores • Essa tabela será usada para confeccionar os respectivos traços e, então, avaliar a coesão e consistência de cada um desses traços para cada teor de argamassa proposto, por meio do Slump Test • Além do Slump Test, também são realizadas observações empíricas para se avaliar o teor de argamassa (a serem explicados em slides a seguir) Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Determinação do consumo de materiais em massa para o 1º traço: Para o cálculo do consumo dos materiais em massa a serem usados para a confecção dos traços de modo a caber tudo dentro da betoneira do laboratório: Ø parte-se do volume máximo que cabe na betoneira, ou do volume máximo de brita, ou de um volume inicial fixo de cimento. Nesse exemplo, foi adotado um valor inicial de cimento de 5 kg. Para o 1º traço: 1 : 1,88 : 3,12 Areia: 1 cimento : 1,88 areia 5 kg cimento : x areia x = 9,40 kg de areia Brita: 1 cimento : 3,12 brita 5 kg cimento : x brita x = 15,60 kg de brita A obtenção da quantidade de água será resultado do teste de slump, conforme o abatimento exigido para o projeto em questão e será detalhado à frente Determinação do consumo de materiais em massa para os demais traços: • Para os demais traços, o que vai mudar é o teor de argamassa (cimento + areia). Ou seja, teoricamente, a cada teor de argamassa, a quantidade de brita diminui e a quantidade de cimento e areia aumenta. • No procedimento padrão (Tutikian, B.F.; Helene, P. Capítulo 12: Dosagem dos Concretos de Cimento Portland. In: Concreto: Ciência e Tecnologia. Geraldo Cechella Isaia – Editor. IBRACON, 2011), no momento de executar o traço em laboratório, deve-se descartar o 1º traço e fazer o 2º traço desde o início. • Contudo, esse procedimento é dispendioso e demorado. • Uma estratégia para driblar essa questão é manter a quantidade de componentes que já está dentro da betoneira e acrescentar a argamassa (cimento + areia) nas quantidades até se atingir o próximo teor de argamassa. Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Exemplo: Determinação do consumo de materiais em massa para o 2º traço 2º traço: 1 : 2,06 : 2,94 (teor de argamassa α = 0,51) Mantendo-se a massa da brita de 15,600 kg, temos: Cimento: 1 cimento : 2,94 de brita x cimento : 15,60 kg de brita x = 5,306 kg de cimento Areia: 1 cimento : 2,06 de areia 5,306 cimento : x areia x = 10,931 kg de areia Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Repete-se o procedimento de cálculo para os demais teores de argamassa Exemplo:Determinação do consumo de materiais em massa para os demais teores de argamassa Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Acréscimos de cimento e areia a serem adicionados dentro da betoneira Seguindo o raciocínio de manter a quantidade de materiais que está dentro da betoneira para aproveitamento, a estratégia é apenas acrescentar o cimento e a areia que faltarem para completar o próximo teor de argamassa. Sendo assim, calcula-se a quantidade a mais de cada um desses componentes (cimento e areia) que deverão ser adicionados na betoneira. Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) Teor 0,51: Cimento: 5,306 kg, como já tem dentro da betoneira 5,00 kg, basta acrescentar 0,306 kg Areia: 10,931 kg, como já tem 9,400 kg, basta acrescentar 1,531 kg Teor 0,54: Cimento: 5,652 kg, como já tem 5,306 kg, basta acrescentar 0,346 kg Areia: 12,661 kg, como já tem 10,931 kg, basta acrescentar 1,730 kg Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 DEFINIÇÃO DA QUANTIDADE DE ÁGUA DA MISTURA E CONSISTÊNCIA Sequência de atividades: • Imprimir a betoneira (“sujar” a betoneira) com uma porção de concreto (> 6kg) com o traço 1:2:3 e a/c=0,65 • Deixar o material excedente cair livremente, quando a betoneira estiver com a abertura para baixo e em movimento • Pesar os materiais para o primeiro teor de argamassa, no caso, 0,48. Introduzir os materiais pesados na betoneira já imprimida, de modo individual, na seguinte ordem: água* (80%), agregado graúdo (100%) e agregado miúdo (100%). Misturar 3 min. Acrescentar o cimento (100%) e o restante da água (com aditivo se houver). Misturar 5 mim. • *Nessa fase, ainda não se sabe qual a quantidade de água que será necessária para se obter o slump desejado. Sendo assim, reserva-se uma massa inicial de água estimada (por exemplo 5 kg) e procede-se à adição dessa água à mistura, aos poucos, até que se obtenha a coesão e plasticidade exigidas e que serão medidas pelo ensaio de slump Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Primeira Observação do teor de argamassa • Ao final dos 5 min de mistura de todos os materiais, observar o seu aspecto para uma primeira avaliação. Nessa avaliação observa-se se o teor de argamassa está adequado • Quando o teor de argamassa está baixo, é possível sentir que a aspereza da mistura, quando a colher de pedreiro desliza sobre a massa, provoca o barulho do atrito entre o metal da colher e as britas • Quando o teor de argamassa está bom, a colher de pedreiro desliza facilmente sobre a mistura, dando um acabamento à superfície teor de argamassa está baixo teor de argamassa está bom Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 DEFINIÇÃO DA QUANTIDADE DE ÁGUA DA MISTURA E CONSISTÊNCIA Ensaio de Slump Test • Passada a primeira observação de coesão da mistura, procede-se ao ensaio de Slump • Se no ensaio de Slump for obtido o abatimento exigido para o ensaio em questão, ok. • Procede-se à 2ª e 3ª observações das características de coesão e vazios aparentes na mistura que é feito no próprio ensaio de Slump (slide a seguir). • Se ok: • Procede-se à confecção dos corpos-de-prova para a verificação da resistência à compressão do concreto com o concreto dosado nessas proporções ** • Se não houver sucesso no ensaio de abatimento, retorna-se com o concreto para a betoneira e acrescenta-se água para se atingir o objetivo • Nesse caso de adição de mais água, mistura-se mais 3 min e, após, repete- se o ensaio de abatimento Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Segunda observação do teor de argamassa da mistura • No momento da execução do Slump test, ao se levantar o cone, deve-se observar o aspecto da superfície do concreto • Quando o teor está baixo, a superfície do concreto apresenta-se áspera, mostrando um excesso de vazios aparentes que não estão preenchidos com argamassa • Quando o teor está bom, a aparência do concreto fica lisa, compacta e coesa o teor está baixo o teor está bom Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Terceira observação do teor de argamassa da mistura • Também, após a retirada do cone, deve-se bater com a haste metálica no chão, ao lado do concreto • Quando o teor está baixo, o tronco de cone se desmorona de modo cisalhante • Quando o teor está bom, o tronco de cone de concreto vai se deformando, espalhando, devido aos golpes laterais, contudo, esse movimento se dá de forma coesa e compacta na massa o teor está baixo o teor está bom Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Escolha do teor de argamassa ideal • Se a mistura obtiver o slump, mas não atingir os critérios de coesão e vazios aparentes pela avaliação qualitativa, procede-se à execução do traço (o mesmo 1:5) com teor de argamassa maior e repete-se todos os procedimentos anteriores • O teor de argamassa seguinte deve ser elaborado a partir dos acréscimos de mais cimento e areia (mantendo-se a brita constante), pesados previamente para cada alfa seguinte • Repete-se todos os procedimentos até que se obtenha o menor teor de argamassa que passe nos critérios de abatimento, coesão e vazios aparentes • O primeiro teor de argamassa que passar em todos os critérios é o teor ideal • Desse teor ideal, deve-se acrescentar de 2 a 4% a mais devido à perdas que ocorrem dentro da tubulação, quando o concreto é bombeado TRAÇO PILOTO 1:5 Definição do consumo de água para o teor de argamassa analisado • Uma vez determinado o abatimento de acordo com o exigido para o ensaio em questão, é fundamental que se determine a quantidade de água que foi efetivamente incorporada na confecção da mistura do concreto com o teor de argamassa definido • Procedimento: massa de água usada = diferença entre a massa da água inicial (estimada, nesse exemplo 5 kg) e final Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Definição do consumo de cimento para o teor de argamassa analisado • consumo de cimento é obtido conhecendo-se a massa específica do concreto e as proporções do traço 1:a:b:a/c • Consumo de cimento = kg de cimento/m3 de concreto • Massa específica do concreto deve ser obtida a partir dos ensaios determinados na NBR 9833: Pesa-se o concreto adensado dentro de um recipiente de volume conhecido, daí obtém-se a sua densidade específica • A massa específica dos agregados também deve ser determinada por ensaios segundo as normas da ABNT Este consumo de cimento deve atender às exigências de consumo mínimo da norma para cada situação Ar incorporado = 2% = 20 dm3/m3 Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Definição do fator água/cimento A partir do consumo de água e do consumo de cimento, deve-se determinar o fator água/cimento para essa mistura de teor ideal de argamassa Massa de água a/c = ----------------------------- Massa de cimento O fator a/c também deve obedecer aos valores máximos para cada situação, de acordo com a norma Determinação do Teor de Argamassa Seca – Alfa (α) TRAÇO PILOTO 1:5 Confecção dos corpos-de-prova • Após a verificação dos aspectos de: • Trabalhabilidade através da análise do ensaio de abatimento e características de coesão e vazios aparentes • Consumo de cimento mínimo pela NBR6118 • Fator água/cimento para atendimento aos quesitos de durabilidade pela NBR 6118 Procede-se à moldagem dos cilindros para corpos-de-prova (de acordo com a NBR 5738) para submetê-los ao ensaio de compressão axial (ou tração, se for o caso) de acordo com a NBR 5739 • Este ensaio é de fundamentalimportância para se verificar a competência do concreto do ponto de vista estrutural, ou seja, resistência mecânica Obtenção dos traços auxiliares • Esta etapa é a produção de mais 2 traços auxiliares (traço rico em cimento e traço pobre em cimento) que possibilitarão a montagem do DIAGRAMA DE DOSAGEM • Os dois novos traços devem manter o mesmo teor de argamassa determinado inicialmente para o TRAÇO PILOTO 1:5 TRAÇO RICO: 1:3,5 TRAÇO POBRE: 1:6,5 Obtenção dos traços auxiliares • Exemplo cálculo das proporções de areia e brita: Considere que o traço ideal, baseado nas tabelas anteriores, era com o teor de argamassa de 0,54 • TRAÇO PILOTO 1:5 α = 0,54 – 1: 2,24 : 2,76 • Recalculando: • TRAÇO RICO 1:3,5 com α = 0,54 - 1: 1,43: 2,07 • TRAÇO POBRE 1:6,5 com α = 0,54 1: 3,05: 3,45 O Consumo de água deve ser tal que seja mantido o mesmo abatimento para todos os traços TRAÇO RICO: 1:3,5 TRAÇO POBRE: 1:6,5 Execução dos traços pobre e rico • Realizar todos os procedimentos experimentais de verificação para todos os traços, mantendo-se o mesmo Slump especificado • Moldar corpos-de-prova para todos os traços Considere os valores tabelados a seguir, tendo sido obtidos de acordo com todos os procedimentos descritos anteriormente para α= 0,54 c a p a/c γconcreto C (kg/m3) R (MPa) 1 : 3,5 1 1,43 2,07 0,40 2450 500 60 1 : 5 1 2,24 2,76 0,60 2400 363,6 45 1 : 6,5 1 3,05 3,45 0,75 2350 287,3 20 R é a resistência mecânica à compressão axial medida através do ensaio de compressão segundo a NBR5739 Leis Clássicas da Tecnologia do Concreto • Modelo de Powers (1966) ou 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 fresco depende preponderantemente da quantidade de água por m3 de concreto” e pode ser, simplificadamente, expressa por: Leis Clássicas da Tecnologia do Concreto • 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).” Diagrama de dosagem (Artigo de Paulo Helene) Diagrama de dosagem (Artigo de Paulo Helene) Curva de Abrams Lei de Lyse Lei de Priszkulnik & Kirilos - Lei de Molinari Diagrama de dosagem (ilustrações Eng Davi Grubba – assista aos vídeos: https://www.youtube.com/watch?v=ssdvMxQxJvI&t=358s e https://www.youtube.com/ watch?v=vpnBuZdfK7c DIAGRAMA DE DOSAGEM RICO PILOTO POBRE α= 0,54 Diagrama de dosagem (Artigo de Paulo Helene) O Diagrama de Dosagem corresponde ao modelo de comportamento das misturas do estudo em andamento e que facilita o entendimento do comportamento dessa família de concretos de mesmo abatimento, mas de propriedades muito diferentes depois de endurecidos USO DO DIAGRAMA DE DOSAGEM: aplicação do Diagram para se prever o comportamento do concreto dentro de uma mesma família Exemplo: Qual o traço para que se obtenha um fck de 50 MPa? α= 0,54 USO DO DIAGRAMA DE DOSAGEM Cálculo da proporção de areia e brita para o traço 1:4,25 que produz um concreto com 50 MPa Concreto com Fck 50 MPa: • a/c = 0,50 • m = 4,25 • C = 425 Kg/m3 A partir desse traço, calcula-se o consumo de materiais para a execução de 1m3 de concreto com a resistência de 50MPa e abatimento de 100 mm