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INSTITUTO FEDERAL DO TOCANTINS – CAMPUS PALMAS BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I PROF. DR. MOACYR SALLES NETO Pedro Ignácio Meneghetti Scheid RELATÓRIO DE ENSAIO: Determinação da massa unitária e do volume de vazios 12/04/2018 PALMAS 2018 Pedro Ignácio Meneghetti Scheid RELATÓRIO DE ENSAIO: Determinação da massa unitária e do volume de vazios 12/04/2018 Relatório de ensaio realizado no dia 05/04/2018 no Laboratório de Materiais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Tocantins – Campus Palmas, para a determinação da massa unitária e do volume de vazios de uma amostra de areia lavada. Orientador: Prof. Dr. Moacyr Salles Neto PALMAS 2018 SUMÁRIO 1. OBJETIVOS .............................................................................. 4 2. OBSERVAÇÕES GERAIS ......................................................... 4 3. METODOLOGIA ........................................................................ 5 4. RESULTADOS .......................................................................... 8 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................... 13 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................ 14 7. ANEXOS ................................................................................... 15 4 1. OBJETIVOS É de suma importância conhecer as características e propriedades de agregados comumente empregados no ramo da construção civil. Neste estudo, foi utilizado um ensaio, fundamentado na norma NBR/NM 45:2006, para a determinação da massa unitária e do volume de vazios de uma amostra de areia. Tais parâmetros são relevantes tanto para a determinação da proporção da dosagem, quanto para a execução do traço. 2. OBSERVAÇÕES GERAIS Segundo Petrucci (1970, apud ALTOÉ, 2006, p. 4) define-se agregado como o material granular, sem forma e volume definidos, geralmente inerte de dimensões e propriedades adequadas para a engenharia. Os agregados conjuntamente com os aglomerantes, especificamente o cimento, formam o principal material de construção, o concreto. Os agregados miúdos (areia) e os agregados graúdos (seixos e britas) são componentes para fabricação do concreto. As propriedades como resistência, trabalhabilidade, coesão, segregação, exsudação, dentre outras, estão diretamente relacionadas à dosagem do concreto, que é a determinação das proporções de cada componente, inclusive dos agregados. Sendo assim, para alcançar determinado comportamento do concreto, será necessário conhecer as influências que cada substância atribui, para assim estabelecer as quantidades pertinentes das mesmas. Neste relatório, o componente analisado foi a areia, classificada como um agregado miúdo. Segundo Weidmann (2008, p. 1) a preferência da utilização da areia no concreto deve-se, principalmente, por apresentarem grãos mais arredondados e baixo teor de material pulverulento. A uniformidade dos grãos promove um melhor acabamento superficial no concreto, e o baixo teor de material pulverulento favorece a aderência da argamassa. Para elaborar, então, uma dosagem eficiente em relação à quantidade de areia na mistura, deve-se realizar um ensaio para determinar a massa unitária 5 e o volume de vazio nas amostras. Conforme citado por Tutikian (2011, p. 6), Préaudeau (1881) apresentou formalmente um método de dosagem das argamassas e concretos, propondo que fosse determinado o volume de vazios da areia e que o volume da pasta aglomerante deveria ser 5% superior ao volume de vazios encontrado no agregado miúdo. De acordo com a norma NBR/NM 45:2006, massa unitária é a relação entre a massa do agregado no recipiente e o volume do recipiente; e o volume de vazios é o espaço entre os grãos de uma massa de agregado. A obtenção da massa unitária permite a transformação de massa para volume ou vice-versa. Tal transformação é fundamental no contexto real de uma obra para facilitar a execução do traço do concreto, considerando que o traço poderá relacionar as quantidades dos componentes do concreto em unidades de volume ou em unidades de massa. Na relação de volume, uma padiola com volume definido pode servir de gabarito para a execução do traço, já na relação de massa, é necessário uma balança. 3. METODOLOGIA 3.1. Materiais utilizados Os materiais utilizados no procedimento foram: Balança de precisão de 0,005g (Figura 1); Bandeja de metal; Concha; Esquadro; Haste de adensamento; Recipiente cilíndrico com volume de 6,065 L. (Figura 2); 3.2. Condições da amostra Para realização do ensaio, foi utilizada uma amostra de areia lavada armazenada em local fechado e seco com dimensão máxima menor que 37,5 mm. A quantidade era superior a 150% do volume necessário para encher o recipiente, conforme orientado pela norma. A amostra apresentava heterogeneidade, pois junto com a areia, estavam misturados outros materiais 6 provenientes do local natural de coleta, como pequenas pedras e folhas. A norma estabelece o uso de estufa, no entanto, pelo tempo limitado e também do caráter ilustrativo de ensino do processo, não se utilizou a estufa para a realização da secagem das amostras de areia, por isso a mesma continha alguns agrupamentos de grãos unidos devido à umidade. Todavia, para fins de execução do ensaio, tais fatores não seriam prejudiciais para o estudo em si. 3.3. Norma pertinente NBR/NM 45 – ABNT – “Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios” A respectiva norma prescreve os métodos e os procedimentos para se obter a massa unitária e o volume de vazios de agregados, submetendo-os a uma série de processos de aferições e posterior desenvolvimento de cálculos. 3.4. Procedimento de ensaio O seguinte ensaio foi realizado no dia 05 de abril de 2018, no Laboratório de Materiais do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Tocantins, pela turma de Engenharia Civil. Inicialmente, executou-se o procedimento C, descrito na norma, para determinar a massa unitária da amostra em estado solto. Após separação, limpeza e organização dos materiais necessários, realizou-se os seguintes processos: A. Colocou-se o recipiente em cima da bandeja de metal e ambos na balança de precisão para determinar a tara; B. Adicionou-se água no recipiente até o limite, sem que transbordasse e aferiu-se a massa de água para determinar o volume do mesmo; C. Esvaziou-se o recipiente e, com um pano, o mesmo foi seco. Em seguida, registrou-se a massa somente do recipiente vazio e com esta, determinou-se a tara; 7 D. Preencheu-se o recipiente com a amostra de areia, despejando-a com a utilização de uma concha, até que transbordasse; E. Nivelou-se a camada superficial da amostra com o auxílio de um esquadro metálico; F. Aferiu-se a massa da amostra colocando o recipiente na balança. G. Repetiu-se o processo a partir do item D, até se obter 3 medidas de massa consecutivas com variação de, no máximo, 1%. Em seguida, executou-se o procedimento A, descrito na norma, para determinar a massa unitária da amostra em estado compactado quando a amostra tem dimensão menor que 37,5 mm. Com a tara e a massa do recipiente já definidas no procedimento anterior, realizou-se os seguintes processos: A. Adicionou-se areia no recipiente até o correspondente a um terço do mesmo e a superfície foinivelada com os dedos; B. Fez-se o adensamento da camada com 25 golpes da haste de adensamento distribuídos uniformemente, sem atingir o fundo do recipiente; C. Realizou-se uma nova adição de areia até completar dois terços do recipiente, nivelando a superfície com os dedos; D. Fez-se o adensamento da camada com 25 golpes da haste de adensamento distribuídos uniformemente, sem atingir a camada anterior; E. Preencheu-se a última camada de areia, nivelando a camada superficial com o auxílio de um esquadro metálico; F. Fez-se o adensamento da camada com 25 golpes da haste de adensamento distribuídos uniformemente, sem atingir a camada anterior; G. Completou-se o recipiente com areia até transbordar e nivelou-se a camada superficial da amostra com o auxílio de um esquadro metálico; H. Aferiu-se a massa da amostra colocando o recipiente na balança. I. Repetiu-se o processo a partir do item A, até se obter 3 medidas de massa consecutivas com variação de, no máximo, 1%. Obs.: Salienta-se que, no procedimento A, devido aos erros laboratoriais previstos e a falta de experiência na execução de ensaios, foram necessárias várias repetições até atingir as aferições ideais para análise. 8 4. RESULTADOS Os resultados apresentados a seguir, foram obtidos em conformidade com a NBR/NM 45:2006. Primeiramente, precisou-se determinar o volume do recipiente. Este foi obtido aferindo a massa de água com o recipiente cheio, já diminuindo a massa do recipiente configurando a tara na balança. Adotando a densidade da água igual a 1,0 (adimensional) – 1 litro de água corresponderá à 1kg – foi desenvolvida a seguinte tabela: Tabela 1 – Dados experimentais do recipiente M.água (Kg) Mr (Kg) Volume (L) Volume(m3) Propriedades do recipiente 6,065 2,620 6,065 0,006065 Fonte: Autor (2018) Após essas aferições, foram realizados os procedimentos C e A, respectivamente. Do procedimento C, foram obtidos estes dados: Tabela 2 – Procedimento C Procedimento C (Solto) Amostras Ma (Kg) Mr (Kg) Vr (m3) Amostra 1 9,815 2,620 0,006065 Amostra 2 9,850 2,620 0,006065 Amostra 3 9,820 2,620 0,006065 Fonte: Autor (2018) Onde: M.água é a massa de água; Mr é a massa do recipiente; Volume é o volume obtido através da fórmula: 𝜌 = 𝑚/𝑣; 9 A partir dos resultados obtidos, calculou-se a massa unitária das amostras, utilizando a equação (1) conforme a norma NBR/NM 45:2006: 𝜌ap = (𝑚ap − mr)/𝑣 (1) Em que 𝜌ap é a massa do agregado medida em kg/m3; map é a massa do recipiente mais o agregado em kg; mr é a massa do recipiente em kg; e v é o volume do recipiente em m3. Como Ma já é a massa da amostra diminuída da massa do recipiente devido a configuração da tara na balança, ela substitui diretamente (map – mr). Feitos os cálculos, a tabela 3 foi obtida: Tabela 3 – Massas unitárias do Procedimento C ρap1 (Kg/m3) ρap2 (Kg/m3) ρap3 (Kg/m3) ρapM (Kg/m3) 1618,301731 1624,072547 1619,126134 1620,500137 Fonte: Autor (2018) A média das massas unitárias obtidas foi de 1620,500137 Kg/m3. Considerando que na norma, a variação das massas unitárias em relação à média não deve ultrapassar 1%, uma nova tabela (4) foi desenvolvida para indicar os desvios em porcentagem. A porcentagem foi obtida através da fórmula (2): (%) = │ [(ρapn / ρapM) * 100] – 100│ (2) Onde: Ma é a massa da amostra; Mr é a massa do recipiente; Vr é o volume do recipiente. Onde ρap1, ρap2, ρap3 equivalem às amostras 1, 2 e 3, respectivamente ρapM é a massa unitária média 10 Tabela 4 – Desvio percentual no Procedimento C Percentual de diferença em relação à média Massa unitária (Kg/m3) Média (Kg/m3) Desvio (%) 1618,301731 1620,500137 0,135662192 1624,072547 1620,500137 0,220451077 1619,126134 1620,500137 0,084788823 Fonte: Autor (2018) Nota-se que nenhum desvio é superior à 1%, portanto os valores obtidos se mantiveram coerentes com os parâmetros da norma. O procedimento A, realizado seguidamente ao procedimento anterior, analisou ou parâmetros relacionados à areia compactada conforme o processo descrito na norma. As aferições das massas das amostras, gerou esta tabela (5): Tabela 5 – Procedimento A Procedimento A (Compactado) Amostras Ma (Kg) Mr (Kg) Vr (m3) Amostra 1 10,600 2,620 0,006065 Amostra 2 10,630 2,620 0,006065 Amostra 3 10,615 2,620 0,006065 Fonte: Autor (2018) Onde: Ma é a massa da amostra; Mr é a massa do recipiente; Vr é o volume do recipiente. 11 Para obtenção da massa unitária, utilizou-se a equação (1), adotando os mesmos processos do procedimento C nos cálculos, também considerando que Ma já é a massa da amostra diminuída da massa do recipiente. Os seguintes resultados foram obtidos: Tabela 6 – Massa unitária no Procedimento A ρap1 (Kg/m3) ρap2 (Kg/m3) ρap3 (Kg/m3) ρapM (Kg/m3) 1747,732894 1752,679308 1750,206101 1750,206101 Fonte: Autor (2018) A média das massas unitárias obtidas foi de 1750,206101 Kg/m3. Para analisar a conformidade com a norma, utilizou-se a equação (2) para determinar os desvios percentuais das massas unitárias em relação à massa unitária média. Foi obtida a seguinte tabela (7): Tabela 7 – Desvio percentual no Procedimento A Percentual de diferença em relação à média Massa unitária (Kg/m3) Média (Kg/m3) Desvio (%) 1747,732894 1750,206101 0,141309472 1752,679308 1750,206101 0,141309472 1750,206101 1750,206101 0 Fonte: Autor (2018) Nota-se novamente que nenhum desvio superou 1%, portanto o procedimento foi coerente e conforme a norma. Onde ρap1, ρap2, ρap3 equivalem às amostras 1, 2 e 3, respectivamente ρapM é a massa unitária média 12 Uma última análise a ser levada em conta é o percentual diferencial em relação às médias obtidas para as aferições do agregado solto e as médias obtidas nas aferições do agregado compactado. Utilizando a equação (2) e substituindo as incógnitas ρapn pela média da massa unitária do procedimento C e ρapM pela média da massa unitária do procedimento A, têm-se: Tabela 8 – Desvio percentual entre os procedimentos A e C Percentual em relação aos procedimentos A e C Massa unitária A (Kg/m3) Massa unitária C (Kg/m3) Percentual (%) 1620,500137 1750,206101 7,410896575 Fonte: Autor (2018) A variação da aferição entre a areia solta e a areia compactada, neste ensaio resultou em torno de 7,5% de desvio percentual. Durante a elaboração de traços e dosagens de concreto, é importante avaliar tais percentuais para alcançar as características desejadas. 13 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir dos procedimentos de ensaio pode-se notar a importância do conhecimento e da análise dos parâmetros e propriedades – até certo ponto simples de serem determinadas – dos agregados no que tange às aferições de massa unitária e volume de vazios. O agregado analisado foi a areia, e a partir dos procedimentos da norma NBR/NR 45:2006, determinou-se que a massa unitária média da areia, quando esta encontra-se solta, foi de 1620,500137 Kg/m3. Já para a areia compactada, a massa média unitária foi de 1750,206101 Kg/m3. Apesar das dificuldades de inexperiência com ensaios e procedimentos laboratoriais, findado o procedimento, após os cálculos, pode-se perceber que os resultados obtidos respeitaram as conformidades da norma, não ultrapassando 1% no desvio percentual. Portanto, vale ressaltaro aprendizado tanto de procedimentos, quanto de estudo de normas. Salienta-se que, no contexto de obra, é deveras importante estar habituado com os procedimentos de conversão de massas e volumes, principalmente na execução de traços e dosagens de concreto. Uma vez determinada a massa unitária de um elemento, é possível estabelecer um gabarito, em unidades de volume, facilitador para realizar misturas, já que é conhecido qual quantidade de massa se encontrará em determinado volume. Por isso a determinação da massa unitária é de fundamental importância para as diversas atividades da Engenharia Civil. 14 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR NM 45:206 – Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios ALTOÉ, C. R. et al. Determminação da massa unitária e do volume de vazios em agregados. Disponível em: <https://www.passeidireto.com/arquivo/16508273/determinacao-da-massa- unitaria-e-do-volume-de-vazios-em-agregados--nbr-nm-452006> Acesso em 16 Abr. 2018. TUTIKIAN, B. F. Dosagem dos concretos de cimento portland. Disponível em: <http://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2014/07/lc56.pdf> Acesso em: 17 Abr. 2018. WEIDMANN, D. F. A Contribuição ao estudo da influência da forma e da composição granulométrica de agregados miúdos de britagem nas propriedades do concreto de cimento. Disponível em <https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/106626/264453.pdf?se sequen=1> Acesso em 16 Abr. 2018. 15 7. ANEXOS Figura 1 - balança de precisão Autor (2018) 16 Figura 2 – Recipiente preenchido com água sendo pesado LAURA, M. (2018)