Concreto Especificações dos materiais e métodos de dosagem (ABCP ACI)

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
ENGENHARIA CIVIL
HRYCKLYES OLIVEIRA CRUZ, JONAS DIAS DA SILVA, MARCOS VINÍCIUS ALVES DE AZAVEDO, NÁDIA MIKAELLY RODRIGUES DOS SANTOS E REINALDO FERREIRA DOS SANTOS JÚNIOR
CONCRETO: ESPECIFICAÇÕES DOS MATERIAIS E MÉTODOS DE DOSAGEM (ABCP – ACI).
 
GOIÂNIA
2018
RESUMO
Este trabalho visa apresentar de uma forma geral os materiais usados para dosagens de concreto e demonstrar dois métodos de cálculo para efeito de comparação. Foram usados os métodos ACI e ABCP, chegando à conclusão de que o método ABCP seria o melhor a ser utilizado para este caso.	
INTRODUÇÃO
A importância do concreto nas construções em geral atualmente, resume-se principalmente em função de sua boa resistência à compressão, boa durabilidade e por um baixo custo de manutenção quando relacionado ao concreto armado, por esse e outros benefícios ele está quase sempre presente na maior parte das obras. As classificações e as condições gerais de cada material utilizado é também de grande valor, pois para que o concreto seja de qualidade, é necessário que os materiais empregados, além de quantias corretas, sejam especificados em relação aos tipos, tamanhos e suas propriedades.
O presente trabalho exemplifica dois métodos de dosagem semelhantes, sem uso de qualquer adição, o ABCP, da Associação Brasileira de Cimento Portland, e o ACI (American Concrete Institute), que significa Instituto de Concreto Americano. Trata-se de dois métodos de cálculo detalhados, com uso de tabelas e diversas especificações. Contudo, ambos obterão resultados relacionados ao traço, ou seja, a quantidade em proporção de cada material para a feição da mistura propriamente dita.
JUSTIFICATIVA
A importância deste estudo diz respeito à segurança na obra. É preciso conhecer os materiais utilizados, suas características, respectivas resistências e demais propriedades de uma forma geral, para que o mesmo possa ser inserido corretamente de acordo às condições da obra. Além da correta execução do procedimento de cálculo de dosagem para que se alcance a resistência requerida pelo projeto estrutural, também é relevante fazer uso daquele método que atenderá as solicitações presentes e que irá demandar um menor custo dentro da construção, fator esse que juntamente com a segurança, são considerados de extremo valor para os engenheiros ou para quem quer que esteja realizando a execução como um todo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Definir as classificações dos materiais. 
Explicar detalhadamente o procedimento de cálculo do método ABCP.
Explicar detalhadamente o procedimento de cálculo do método ACI.
Expor as principais conclusões em relação a cada método utilizado neste trabalho. 
OBJETIVO GERAL 
	 Especificar os materiais empregados e definir o melhor uso em relação à resistência e o custo entre os métodos ABCP e ACI.
MATERIAIS USADOS – DEFINIÇÕES/CLASSIFICAÇÕES
Para a produção de concreto utilizam-se os seguintes tipos de materiais: aglomerantes, agregados, água e aditivos em alguns casos.
Aglomerantes são materiais que tem finalidade de aglutinação de outros materiais, formando um todo compacto, influenciando desta forma a resistência do material resultante. O aglomerante usado para produção de concreto é o cimento Portland que reage com a água e endurece com tempo.
Existem variações do cimento Portland que são divididos em comuns e compostos. O CPI – Cimento Portland Comum – sem qualquer tipo de adições além do gesso. CPI-S – Cimento Portland Comum com adição. CPII-E – Cimento Portland Composto com Escória. CPII-Z – Cimento Portland Composto com Pozolana. CPII-F - Cimento Portland Composto com Filer. CPIII – Cimento Portland de Alto-Forno. CPIV – Cimento Portland Pozolânico. CPV-ARI – Cimento Portland Alta Resistência Inicial. CPB – Cimento Portland Branco. CPP – Cimento para Portos Petrolíferos. Ainda existem mais dois tipos de variações que podem ser acrescidas nos tipos de cimentos citados acima, são o RS – Resistente a sulfatos e BC – Baixo Calor de Hidratação. Há ainda cimentos com diferentes tipos de resistência característica aos 28 dias e os mais comuns são de 25, 32 e 40 MPa
Agregados são materiais granulares sem forma e volume definidos, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras. Tem como finalidade minimizar a retração, aumentar a resistência química, minimizar o calor de hidratação e aumentar a abrasão. Os agregados podem ser obtidos de forma natural, reciclados (oriundos de resíduos da construção civil) ou artificiais (que necessitam de atuação humana para modificar o tamanho dos grãos). São subdivididos ainda entre miúdos (fragmentos que passam em peneira cm 4,8mm de abertura) e graúdos (fragmentos retidos em peneira com abertura de 4,8mm). Os mais usados para fabricação do concreto são brita como agregado graúdo e areia como agregado miúdo.
Areias podem ser classificadas pela granulometria em: areia fina, areia média e areia grossa. Deve ser sempre isenta de sais, óleos, graxas, materiais orgânicos, barro, detritos e outros. Areias de praia não devem ser usadas. A areia ideal para concreto é a areia retirada de rios, chamada de areia lavada com grãos grandes e angulosos (areia grossa); deve ser limpa, quando esfregada na mão deve ser sonora e não fazer poeira e nem sujar a mão. Deve-se também observar a umidade, pois quanto maior a umidade, menor será seu peso específico.
Britas provêm da desagregação das rochas em britadores e após passar em peneiras selecionadoras são classificadas de acordo com sua dimensão média, variável de 4,8 a 76 mm. Para concreto armado a escolha da granulométrica baseia-se no fato de que o tamanho da brita não deve exceder 1/3 da menor dimensão da peça a ser concretada. As mais utilizadas são as britas número 1 e 2. As britas devem ter ausência de matéria orgânica, argila, sais, etc; devem no mínimo possuir a mesma resistência à compressão requerida do concreto; resistir às intempéries e às condições adversas; serem angulosas ou pontiagudas para melhor aderência.
A água tem basicamente as funções de provocar a reação dos compostos do cimento com seu consequente endurecimento e aumentar a trabalhabilidade para que possa preencher adequadamente as fôrmas sem causar vácuos ou nichos. A água de abastecimento público é adequada para o concreto, não necessitando de ensaio. A água potável que atende a Portaria nº 518 do Ministério da Saúde é considerada dentro dos padrões exigidos pela norma do ABNT/CB-18 e pode ser utilizada sem restrição para a preparação do concreto. A água de esgoto, mesmo com tratamento, não é adequada para uso em concreto.
Quando a água vem de fontes subterrâneas, ou quando é de captação pluvial ou ainda oriunda de processo residual industrial, pode ser boa para uso do concreto, mas deve ser ensaiada. No caso de água salobra (água com salinidade entre a da água do mar e as chamadas águas doces) também pode ser utilizada, mas somente no concreto não armado. Em ambos os casos, segundo a norma, a água deve ser ensaiada. A água do mar não deve ser usada em concreto armado ou protendido.
Os aditivos servem para aumentar a trabalhabilidade ou plasticidade do concreto; reduzir o consumo de cimento (custo); alterar acelerando ou retardando o tempo de pega; reduzir a retração; aumentar a durabilidade: inibindo a corrosão das armaduras, neutralizando as reações álcali-agregado, reduzindo o efeito do ataque por sulfatos; diminuir a permeabilidade.
 A NBR-11768/92 classifica alguns dos tipos de aditivos por tipo e finalidade:
 P - plastificante ou redutor de água (mínimo 6% de redução); 
A - acelerador do tempo de pega; R retardador do tempo de pega; 
PR - plastificante e retardador do tempo de pega; 
PA - plastificante e acelerador do tempo de pega; 
IAR - incorporador de ar; 
SP - superplastificante (mínimo 12% de redução de água); 
SPR - superplastificante retardador; SPA superplastificante acelerador.
DOSAGENS DE CONCRETO 
MÉTODO ABCP (AssociaçãoBrasileira de cimento Portland)
Para o início dos cálculos, é necessário um recolhimento de informações que serão de grande importância para se conseguir os resultados. Trata-se de especificações referentes aos materiais que serão empregados para a execução do traço. Alguns dos valores relacionados abaixo, como a resistência de projeto e o slump test, que é o ensaio de abatimento do tronco de cone, foram escolhidos apenas como exemplo. Porém, para o cimento, brita e areia foram determinados respectivamente como CPIII 32, Brita 1 e areia fina. Dessa forma, os valores referentes a esses materiais, que serão utilizados para o cálculo serão retirados de tabelas conforme suas características.
• Especificações do concreto:
- Resistência solicitada pelo projeto: 18 Mpa (fck)
- Slump test: 70 ± 10 mm → 60 a 80 mm 
• Especificações dos materiais:
Cimento: 
- Tipo de cimento: CPIII 32 
- Massa específica: 3100 kg/m³ 
 
Brita 1: 
- Diâmetro máximo: 19 mm
- Massa específica: 2700 kg/m³
- Massa unitária: 1450 kg/m³
Areia:
- Módulo de finura: 2,2
- Massa específica: 2650 kg/m³
- Massa unitária: 1500 kg/m³ 
 
• 1º passo: Fixação do Fcj: Coeficiente de segurança, usado para garantir que todas as peças concretadas tenham resistência acima do requerido no projeto.
Figura 1 – Valores do desvio padrão (sd) para cálculo do Fcj
Fcj = fck + 1,65 * Sd → Fcj = 18 + 1,65 * 5,5 → Fcj = 27,07
• 2º passo: Fixação do fator água/cimento
Essa determinação é feita pela curva de Abrams, onde serão usados o Fcj, calculado anteriormente e o valor da resistência normal do cimento após 28 dias, que equivale a 32 Mpa. Tudo para obter do gráfico, a relação água/cimento.
Figura 2 – Curva de Abrams para determinação da relação água/cimento
Traçando o gráfico de acordo com os valores, obtém-se uma relação água/cimento de aproximadamente 0,57.
• 3º passo: Consumo de água (Ca)
O consumo de água será determinado por tabela, através dos valores de slump test = 60 a 80 e o diâmetro máximo do agregado = 19 mm.
Figura 3 – Determinação aproximada do consumo de água
Portanto, o consumo aproximado de água será de 200L.
• 4º passo: Consumo de cimento (Cc)
É dado pela fórmula: (a/c)= Ca/ Cc →Cc= Ca/ (a/c)→Cc= 200/0,57 Cc = 350,87 Kg de cimento
• 5º passo: Consumo de agregado graúdo (Cb) 
γ(ub) = P/ V ,onde: γ(ub) = massa unitária da brita; P = massa (em kg); V = volume 
Nessa fórmula, tem-se o objetivo de calcular o resultado para a massa(P). Então, usaremos uma tabela para retirarmos o valor de volume para o cálculo.
Figura 4 – Tabela para determinação de volume (m³) do agregado graúdo
Com o módulo de finura = 2,2 e o diâmetro máximo do agregado = 19 mm, obtém-se da tabela o valor de 0,730 m³.
Então, P = V x γ(ub) → P = 0,730 * 1450 → P = 1058,5 kg de brita
• 6º passo: Consumo de areia
Primeiro, deve-se calcular o volume médio através da fórmula: (Vm) = 1-(Vc+Vb+Va), onde o Vc, Vb e Va representam o volume dos materiais. Como temos seus valores de peso (kg) e massa específica, podemos colocá-los na fórmula e encontrar o Vm da areia, e depois obtermos o resultado em kg para a mesma.
 
Vm = 1- → Vm = 1- → Vm = 0,295L
Agora, usando o volume e a massa específica da areia, encontra-se a massa (P): 
ρm = P/ V → P = ρm*V → P = 2650*0,295 = 781,75 kg de areia
• Cálculo do traço: Deixar todos os valores em função do cimento.
 = 
Traço final: A cada kg de cimento, deve-se adicionar as seguintes quantidades (em kg) de materiais para 1 m³ de concreto: 
1 (cimento) : 2,23 (areia) : 3,02 (brita) : 0,57 (água)
AMERICAN CONCRETE ASSOCIATION (ACI) 
 Este método baseia-se em algumas observações em relação a projeto, ao modo de execução e principalmente nas características dos materiais. Para a realização deste é necessário ter um conhecimento aprofundado sobre os materiais utilizados, e através de tabelas e gráficos pré-definidos conseguimos obter informações importantes para a realização do mesmo. A seguir, as especificações gerais dos materiais e um passo a passo da realização do método. 
• Especificações do concreto (Parâmetro de Projeto):
- Resistência Requerida após 28 dias: 18 Mpa
- Abatimento Cone de Abrams (Slump Test): 7 ± 1 cm 6 a 8 cm 
• Especificações dos materiais:
Cimento: 
- Ciminas CP320 ( 32 Mpa ) 
Areia:
- Módulo de Finura 2,2 γabs
- γ absoluto: 2,61
- γ aparente: 1,51 
Brita 1:
- Diâmetro máximo: 19 mm
- γ absoluto: 2,63
- γ aparente: 1,42
 • 1º passo: Através da Tabela 7.2 verificamos que para 1m³ de concreto com abatimento de 7 ± 1 cm e com brita com o diâmetro máximo fixado em 19 mm é necessário 203 litros de água por m³, e terá ~2% de ar incorporado. 
Figura 5 – Consumo de água em função do Abatimento e da Dimensão Máxima do Agregado
• 2º passo: Iremos agora identificar a relação água/cimento através do gráfico que relaciona R(resistência) x A/C para o cimento ciminas CP 320, verificamos que para a resistência requerida de 18 Mpa em 28 dias obteremos o fator A/C=0,73. Jogando na equação, descobrimos o consumo de cimento.
Figura 6 – Gráfico do fator água/cimento
A/C = 0,73
Água = 203 l/m³ C = 203/0,73 = 278,1 kg/m³
• 3º passo: Como o módulo de finura da areia já está definido em 2,2 e o diâmetro máximo do agregado graúdo em 19 mm, podemos identificar o volume de agregado graúdo por m³ a partir da tabela 7.6, que será de 650 L, ou seja, neste caso: 
650 x 1,42 = 923 kg 
Figura 7 – Volume de Agregado Graúdo por m³ de Concreto
Sendo assim, o valor de “p” para 1 kg de cimento será:
P= 923/278,1 p= 3,32 
• 4º passo: Encontrar o peso da areia “a” através da fórmula de consumo de cimento por m³ de concreto:
C= kg de cimento por m³
Figura 8 – Fórmula do consumo de cimento para m³ de concreto
Com os valores da brita e do cimento já obtidos, jogando na fórmula encontramos o valor do peso da areia.
A= 3,30 
• 5º passo: Com todos os materiais já calculados, teremos o seguinte traço em kg para 1 m³ de concreto:
1 (cimento) : 3,30 (areia) : 3,32 (brita) : 0,73 (água)
CONCLUSÃO
	No início do procedimento de cálculo do método ABCP, foi calculado o Fcj, que é um coeficiente de segurança usado para garantir que a resistência final do material após os 28 dias para todas as peças concretadas, seja acima do valor solicitado pelo projeto (18 Mpa). O procedimento para a feição do método ACI não inclui esse coeficiente especificamente, seus cálculos foram realizados levando em consideração apenas o valor de resistência de projeto, o mesmo valor de 18 Mpa. Dessa forma, pode-se afirmar que por conta desse coeficiente, a resistência final do traço do ABCP será minimamente maior que a do ACI.	 
	Então, conclui-se que, como os dois métodos empregados possuirão teoricamente resistências com valores semelhantes, é aconselhável definir o melhor uso para aquele que demandar uma menor quantidade de materiais em relação ao traço final. Como ambos são calculados a cada 1 kg de cimento e para 1 m³ de concreto, percebe-se que o método ACI requer maior quantidade de materiais na proporção. Portanto, definimos que o método ABCP, por ter um menor custo e possuir uma resistência levemente maior, é o mais aconselhável para a execução de uma obra.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BAUER, L. A. F. Materiais de Construção: Novos Materiais Para Construção Civil. 5.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000. 488 p.
CARVALHO, R.C.; FILHO, J.R.F. Cálculo e Detalhamento de Estruturas Usuais de Concreto Armado. 4.ed. São Carlos: EdUFSCar, 2016. 415 p.
CURTI, R. Associação Brasileira de Cimento Portland - Propriedades e dosagem de concreto. Módulo II. 42 p.
Portal ABCP. Cimento: Diferentes tipos e aplicações. Disponível em: http://googleweblight.com/i?u=http://www.abcp.org.br/cms/imprensa/artigos/cimento-diferentes-tipos-e-aplicacoes/&hl=pt-BR&tg=101&tk=15328811196713417811Engenharia Concreta. Aditivos para concreto: Principais opções e vantagens. Disponível em: http://engenhariaconcreta.com/aditivos-para-concreto-opcoes-e-vantagens/