Relatório - Determinação da massa específica real do concreto - Laboratório de Materiais de Construção (ENG1213- PUC-Rio)

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Departamento de Engenharia Civil
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Relatório do Laboratório de Materiais de Construção Nº2
DETERMINAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA REAL DO CIMENTO PORTLAND CPII F32
 - Antonio Celes 
 - Fábio Walan 
 - Gabriel Zeitel
 - Lucas Figueira
Turma 3VD
Pontifícia Universidade Católica – Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia Civil, Rua Marquês de São Vicente, 255, 22451-900, Rio de Janeiro – RJ, Brasil
Rio de Janeiro, 26 de março de 2015
1. Introdução
O cimento é um dos materiais mais utilizados na construção civil por conta da sua larga utilização em diversas fases da construção. Ele pertence à classe dos materiais classificados como aglomerantes hidráulicos, e esse tipo de material em contato com a água entra em processo físico-químico, tornando-se um elemento sólido com grande resistência a compressão e resistente a água e a sulfatos.
O cimento Portland é o produto obtido pela pulverização do clínquer constituído essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio, com certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo, eventualmente, adições de certas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam seu emprego. Suas propriedades se enquadram em processos artificialmente definidos nos métodos e especificações padronizados, oferecendo sua utilidade para o controle de aceitação do produto.
O cimento é um material que, em seu estado natural, possui vacâncias em sua estrutura. Esses vazios são os responsáveis pelo volume aparente do cimento, que não pode ser confundido com o volume real da amostra (de somente cimento), através de cálculos, os quais serão apresentados posteriormente, percebe-se que estes volumes dão origem às massas específicas real e aparente.
Dessa forma, é importante entender o significado físico dessas duas grandezas a fim de calcular corretamente o consumo de cimento na dosagem de concretos. Os cimentos, em geral, apresentam massa específica real em torno de 3,15 g/cm³. A massa específica aparente, em condições normais de armazenamento, é da ordem de 1,5g/cm³.
2. Objetivo
O objetivo da realização do experimento é determinar a massa específica aparente (unitária), que em condições normais em armazenamento é da ordem de 1,5 g/cm³, e a massa específica real (absoluta), valor em torno de 3,15 g/cm³
3. Material Utilizado
Neste experimento foram escolhidos, convenientemente, os seguintes materiais:
- Querosene, para penetrar nos espaços vazios entre os grãos de cimento. Visto que o querosene é um líquido inerte.
- 60 gramas de Cimento Mauá Portland CPII-F32 
Além disso, não basta os materiais para a realização do experimento. É necessário lançar mão dos seguintes equipamentos:
- Frasco volumétrico de Le Chatelier
- Balança Eletrônica
- Bastonete
- Funil
4. Procedimentos
Todo este procedimento é normalizado pela NBR 23:2001.
Tendo, inicialmente, em mãos o frasco de Le Chatelier, o cimento Portland e o querosene, introduz-se o querosene no frasco (no caso o técnico de laboratório já havia realizado esse passo). Lê-se o volume de querosene no frasco a partir do menisco. Percebemos um volume de 0,6 cmˆ3 de querosene. O processo está ilustrado abaixo na figura 1.Figura 1
Agora, encaixa-se o funil no frasco de modo que sua ponta esteja próxima a superfície do querosene. Introduz-se bem vagarosamente o cimento no funil tomando cuidado para ele não entupir o tubo de diâmetro bem pequeno. Figura 2
A medida que o volume do conjunto for aumentando, deve-se levantar o funil para que sua extremidade não toque no fluido. Após a introdução cuidadosa de todo o cimento para evitar perdas, tampa-se o frasco e começa-se a fazer movimentos semicirculares no mesmo com o intuito de retirar o ar contido na amostra. Vide figuras 3 e 4.Figura 4
Figura 3
No momento em que nota-se que as bolhas não saem mais do conjunto, mede-se seu volume final em cm3. Medimos um volume final de 20,8 cm3. 
Devemos repetir esse procedimento com o objetivo de diminuir chances de erros, porém pegamos o resultado dos outros grupos de laboratório e fizemos a média aritmética dos resultados. 
5. Cálculos e Discussões
Tendo como base, para efeito de comparação, que a massa específica do cimento Portland gira em torno de 3,15 g/cm3 pode-se determinar, se existir, o erro envolvido nos resultados deste experimento e o porquê desse erro, caso ele seja muito grande. 
Para o cálculo da massa específica real lança-se mão da seguinte equação 4.1: 
Onde M é a massa do cimento a ser estudada e VR é o seu volume real.
É importante, nesse momento, entender bem o conceito de volume real. O cimento, por mais homogêneo que ele possa parecer, apresenta espaços vazios entre os seus grãos, tais espaços são contabilizados no volume de uma pequena amostra, ou seja, no volume aparente do cimento.
No entanto, o volume real desconsidera esses espaços vazios, fazendo com que o volume represente melhor a realidade, incluindo apenas a soma do volume dos grãos a serem estudados.
Através do procedimento experimental descrito acima, tem-se que o volume inicial de querosene no frasco volumétrico de Le Chatelier era de 0,6 cm3, após a inserção das 60 gramas de cimento, seguida da sua mistura e decantação percebeu-se que o nível volumétrico estava em 2,8 cm3. Ora, a partir de agora é possível determinar o volume real das 60 gramas de cimento, uma vez que ele não reagiu com o querosene. Basta realizar a diferença dos volumes, da seguinte forma:
Ora, para determinar a massa específica real agora não falta mais nada, basta usar a equação 5.1:
O cimento estudado, apresentou uma massa específica real de 2,970 g/cm3 diferindo com um erro de aproximadamente 5,70% com relação a “densidade padrão” dos cimentos Portland de 3,5 g/cm3. 
Este mesmo experimento foi repetido, como já foi dito, outras três vezes por outros três grupos, que apresentaram os resultados mostrados na tabela a seguir:
	Grupo
	Vi (m3)
	Vf (m3)
	δ - Massa Específica Real (g/m3)
	
	
	
	
	
	
	
	
	01
	0,6
	20,7
	2,985
	02
	0,6
	20,8
	2,970
	03
	0,6
	20,8
	2,970
	04
	0,6
	20,5
	3,015
	
	
	MÉDIA:
	2,985
Dessas massas específicas reais, foi extraída a média, a qual apresentou um valor de aproximadamente 2,985 g/cm3 para a densidade real do cimento CPII F32.
6. Conclusões
Anteriormente foi mostrado que há um erro envolvido no valor encontrado experimentalmente e o valor “teórico” padrão para a densidade real do cimento Portland, isto por que o procedimento experimental se encontrava sujeito a algumas falhas, tais como:
- Dissipação do cimento na hora da transferência para o frasco;
- Erro na medição de volume no frasco de Le Chatelier;
- Erro(truncamento de números) na balança digital na hora da pesagem;
- O tipo de cimento considerado no experimento (CPII-F32), indicando que este cimento possui a adição de filler calcário, podendo causar uma pequena queda na massa específica do cimento.
Apesar dessas falhas, foi possível diminuir os erros envolvidos no experimento e obter um valor bem próximo ao valor de 3,5 g/cm3. Outro ponto a se considerar é a relevância do volume de vazios. Este fez com que o volume total fosse maior que o volume real, subestimando a massa específica aparente. Este resultado já era esperado, uma vez que a massa específica real “padrão” (3,5 g/cm3) é maior que a massa específica aparente “padrão” (1,5 g/cm3)
É importante considerar esses dados para saber corretamente o consumo de cimento na dosagem de concretos, ou seja, considerar e entender a importância das duas massas específicas (real e aparente).
7. Bibliografia
 - BAUER, F. L. Materiais de Construção V.1, LTC, 2000.
		- ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 23:2001 - Cimento Portland e outros materiais em pó - Determinação da massa específica.