Penetrômetro de Bolso para Tempo de Pegas do Concreto em Goiânia, Notas de aula de Materiais

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL E SANITÁRIA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

O uso do penetrômetro de bolso como ferramenta

para estabelecer o tempo de pega do concreto com

materiais da região de Goiânia

JOÃO PAULO SOARES PEREIRA

RENATO PEREIRA DA SILVA

RODOLPHO ROCHA DE LIMA GALVÃO

Goiânia

RESUMO

Este trabalho foi idealizado na busca de se mostrar a viabilidade de uso do penetrômetro de bolso como ferramenta de controle do tempo para utilização do concreto em obras. Os materiais escolhidos para a produção do concreto foram os de maior uso na região de Goiânia. Foram realizados ensaios de tempos de pega do cimento pelo ensaio de Vicat, e do concreto com o uso do próprio penetrômetro de bolso. Foi feito o teste de abatimento de tronco cone de concreto para confirmar essa viabilidade, foram realizados ensaios de resistência do concreto à compressão axial em corpos de prova que foram moldados em diferentes tempos da produção da argamassa de concreto: no instante em que o concreto foi preparado, no instante em que houve o início de pega do cimento pelo ensaio de Vicat, no instante em que houve o fim de pega do cimento pelo ensaio de Vicat e no instante em que houve o início de pega do concreto pelo pênetrometro de bolso. Analisando a partir daí, pelo ensaio de resistência à compressão axial, os valores obtidos para cada molde de corpo de prova, foi possível verificar se houveram mudanças significativas nos valores dessas resistências em MPa. Os resultados apontaram para a viabilidade do uso do aparelho, tendo em vista que foram alcançados os valores de fck esperados, com pequenas variações entre os corpos de prova rompidos aos 7 dias e também aos 28 dias. Palavras-chave: Penetrômetro. Tempo. Pega. Concreto. Cimento.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 4.1 – Resistências do concreto aos 7 dias. ............................................................... 35 Gráfico 4.2 – Resistências do concreto aos 28 dias. ........................................................... 36 Gráfico 4.3 – Leituras do penetrômetro de bolso. ................................................................. 37

• Figura 2.1– Agulha de Meynadier
• Figura 2.2– Agulha de Proctor.................................................................................................
• Figura 2.3– Penetrômetros Para concreto ASTM C780 ..........................................................
• Figura 3.1 – Cimento CP II-Z 32..............................................................................................
• Figura 3.2 – Brita tipo 0............................................................................................................
• Figura 3.3 – Areia média.........................................................................................................
• Figura 3.4 – Início de pega pelo aparelho de Vicat...................................................................
• Figura 3.5 – Fim de pega pelo aparelho de Vicat.....................................................................
• Figura 3.6 – Betoneira do Laboratório de Materiais de Construção da UFG...........................
• Figura 3.7 – Abatimento do concreto.......................................................................................
• Figura 3.8 – Aplicação do penetrômetro de bolso....................................................................
• Figura 3.9 – Corpos de prova na mesa vibratória....................................................................
• Figura 3.10 – Corpos de prova identificados............................................................................
• Tabela 3.1 - Tentativas para pasta de consistência normal.....................................................
• Tabela 3.2 – Início de pega Vicat............................................................................................
• Tabela 3.3 – Tempo de fim de pega de Vicat...........................................................................
• Tabela 3.4 – Quantitativo dos materiais para produção do concreto........................................
• Tabela 3.5 – Leituras com o penetrômetro de bolso................................................................
• Tabela 3.6 – Ensaio de compressão (7 dias)...........................................................................
• Tabela 3.7 – Ensaio de compressão (28 dias).........................................................................
• Tabela 4.1 – Variações percentuais aos 7 dias........................................................................
• Tabela 4.2 – Variações percentuais aos 28 dias......................................................................
• CAPÍTULO
• 1 INTRODUÇÃO................................................................................................................
• 1.1 JUSTIFICATIVA
• 1.2 OBJETIVOS
• 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..........................................................................................
• 2.1 ELEMENTOS CONSTITUINTES DO CONCRETO................................................
• 2.1.1 Concreto
• 2.1.2 Cimento
• 2.1.3 Agregados
• 2.1.4 Água
• 2.1.5 Aditivos
• 2.2 PEGA
• 2.2.1 Tempo de pega
• 2.2.2 Consistência da pasta normal.........................................................................
• 2.2.3 Agulha de Meynadier
• 2.2.4 Agulha de Proctor
• 2.2.5 Penetrômetro para concreto ASTM C780
• 2.3 TRABALHABILIDADE
• 3 METODOLOGIA
• 3.1 MATERIAIS
• 3.2 MÉTODOS
• 3.2.1 Determinação da pasta de consistência normal..............................................
• 3.2.2 Tempos de pega do cimento – Ensaio de Vicat
• 3.2.3 Teste de abatimento do tronco de cone de concreto
• 3.2.4 Tempo de Pega do Concreto
• 3.2.5 Ensaio de resistência à compressão axial
• 4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS....................................................
• 5 CONCLUSÕES.............................................................................................................
• REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CAPÍTULO 1

1 INTRODUÇÃO

O cimento, por estar presente em várias etapas construtivas da construção civil, é um dos materiais mais utilizados, ficando atrás somente da água. Isso ocorre devido as quatro principais propriedades desse material: resistência a água, plasticidade no estado fresco, baixo custo e disponibilidade. Visando ter uma segurança em relação a qualidade das estruturas de concreto, como o acabamento, a durabilidade, segurança e resistência, é necessário que se faça o recebimento e manuseio correto do material tanto quando é entregue pelas concreteiras, quanto quando é produzido em campo. Ensaios para a determinação do tempo de pega são feitos em relação à pasta de cimento, mesmo se sabendo que existem alterações quando se trata do concreto em si. Por isso, fazer uso de tecnologias móveis, é de fato, uma forma inteligente e inovadora, já que essas ferramentas melhoram o acompanhamento das obras devido à informação instantânea obtida, aumentando assim a qualidade e produtividade sobre todo o processo construtivo. É importante saber a diferença entre a diminuição da trabalhabilidade e o fim do tempo de pega do concreto, pois não necessariamente um concreto que teve sua trabalhabilidade reduzida, não é mais utilizável. Para que não haja desperdício do material em obra, ter essa informação com um fácil acesso é essencial. Mesmo sendo necessário a utilização de uma maior energia para se manusear e adensar o concreto próximo ao tempo de fim de pega, a economia em relação a um novo pedido do material deve ser levada em conta. Dessa forma é de vital importância possuir um conhecimento técnico normativo, para que estas ferramentas sejam usadas corretamente tanto em obras pequenas, quanto nas de grande porte. Por isso nesse trabalho, foram feitas correlações de dados entre o penetrômetro de bolso como instrumento de uso em campo e o ensaio de Vicat, que é o mais comum utilizado em laboratório para se estimar esse tempo de pega, logo, o tempo de seu manuseio sem perdas na sua resistência final. Portanto, foram realizados ensaios na cidade de Goiânia, estado de Goiás, para que seja possível fazer uma correlação entre o tempo de pega de cimento e o tempo de pega do concreto, preparados com o mesmo tipo de cimento. Foi utilizado o Cimento Portland CPII-Z

CAPÍTULO 2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste item será apresentada uma abordagem da literatura a respeito dos elementos para composição do concreto em si, além dos ensaios e equipamentos, exigidos por norma, necessários para a obtenção dos dados para a coleta de dados para o trabalho.

2.1 ELEMENTOS CONSTITUINTES DO CONCRETO

2.1.1 Concreto

“O concreto é uma mistura homogênea de cimento, agregados miúdos e graúdos, com ou sem a incorporação de componentes minoritários (aditivos químicos e adições), que desenvolve suas propriedades pelo endurecimento da pasta de cimento”, definição feita por Inês Battagin, superintendente do Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados-18 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Pode-se dizer que o concreto é uma pedra artificial moldada de acordo com a necessidade construtiva do ser humano, pois é um material que depois de endurecido, tem resistência parecida às rochas e, no estado fresco tem sua modelagem em formas e tamanhos variados. Portanto, as duas propriedades do concreto que o destacam como material construtivo mais utilizado atualmente são: sua resistência à água (sofre menor deterioração quando exposto à água em comparação com outros materiais), e sua plasticidade (que torna possível a construção de formas diferenciadas). Outra vantagem é devido ao fato dos elementos constituintes do concreto possuírem uma disponibilidade abundante na natureza. Uma característica importante a se mencionar sobre o concreto é o fck, segundo a norma NBR 6118 – Projeto de Estruturas de Concreto ele representa a resistência característica à compressão do concreto aos 28 dias de idade.

2.1.2 Cimento

De acordo com NEVILLE (1997), cimento é um “material aglomerante usado em construção, constituído de substâncias calcárias e argilosas pulverizadas e calcinadas, ligadas com água para formar uma pasta mole que se solidifica ao secar.” Ele pode ser definido também como sendo um aglomerante ativo e hidráulico, pois é o material ligante que promove a união dos grãos dos agregados e necessita de um elemento externo para iniciar sua reação, que é a água. Existem dois tipos de cimento. Os cimentos não hidráulicos, que não precisam da água para ativar suas reações e que após atingirem o estado enrijecido, se dissolvem ao contato direto com a água. E os cimentos utilizados na produção do concreto, que em ambiente aquoso, reagem e se solidificam tornando-se resistentes à água, chamados de cimento hidráulico. Este último é o cimento Portland, o mais utilizado na construção civil. No Brasil, existem cerca de cinco tipos básicos de cimento portland e três especiais. Todos são indicados para o uso na construção civil, porem há diferenças entre eles, como mostrado no Quadro 2.1. “Conhecer bem as características e propriedades, ligadas a cada tipo, ajuda a aproveitá-las da melhor forma possível na aplicação que se tem em vista”, afirma Arnaldo Forti Battagin, gerente do laboratório da Associação Brasileira do Cimento Portland (ABCP). O cimento é composto principalmente do material clínquer (uma mistura de calcário, argila e componentes químicos) e se diferencia de acordo com a adição de outros materiais, como: gesso, que aumenta o tempo de pega; escória, que aumenta a durabilidade na presença de sulfato, mas, quando em grandes quantidades, pode diminuir a resistência; argila pozolânica, que confere maior impermeabilidade ao concreto; e o próprio calcário, que, muitas vezes, é utilizado em maior quantidade para reduzir o custo do cimento.

Os agregados têm sua importante participação na produção de concretos e argamassas. Em conjunto com um material aglomerante (cimento mais agua), se transformam em uma rocha artificial e passam a apresentar diversos usos dentro da engenharia. Em geral, devem ser formados por partículas duras e resistentes, sem que haja a presença de produtos prejudiciais a argamassa, tais como: argila, mica, silte, sais, matéria orgânica, entre outros. A composição granulométrica dos agregados é determinada em ensaios padronizados de peneiração. As curvas granulométricas devem ficar dentro de certos limites definidos normativamente para que, ao serem misturados, possuam um alto grau de entrosamento, resultando em uma mistura homogênea com volumes mínimos de espaços vazios entre as partículas. Isso impacta principalmente na economia da pasta de cimento, que é o material de maior valor na produção do concreto.

2.1.3.1 Agregados miúdos

Agregados miúdos, ou areias, são divididas de acordo com o seu módulo de finura. Segundo a NBR 7211, são os agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 μm.

2.1.3.2 Agregados graúdos

Agregados graúdos mais conhecidos como britas, são fragmentos de rochas, como granito, gnaisse, calcário e basalto por exemplo, que ao serem detonadas e trituradas, num processo conhecido como britagem, e passarem por peneiramento, tem sua utilização por diversas partes da engenharia. Segundo a Norma NBR 7211 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), os diferentes tipos de brita são classificados de acordo com a sua granulometria.

2.1.4 Água

Na produção do concreto a água é responsável pelas reações de hidratação do cimento, onde chega a cerca de 20% de seu volume, como também participa no processo da cura (CONCRETO E CONSTRUÇÕES, 2010). Tem presença imprescindível na mistura do concreto, pois é necessária para a obtenção do teor necessário de trabalhabilidade para o manuseio do concreto nas suas diversas aplicações. E principalmente devido a interação nas reações de hidratação do concreto.

Impurezas podem influenciar na resistência do concreto, no tempo de pega, ser causa de manifestações patológicas como eflorescência, corrosão das armaduras e ataque à microestrutura do concreto (CONCRETO E CONSTRUÇÕES, 2010). Se estabeleceu uma norma brasileira, a ABNT NBR 15900: 2009, que é composta de 11 partes que especificam os requisitos para água ser considerada adequada ao preparo do concreto e também descreve os procedimentos de amostragem e métodos para a sua avaliação. A água é analisada de acordo com os limites de cada composto especificado pela norma, a fim de se ter o controle tecnológico sobre a ocorrência de manifestações indesejáveis no concreto, oriundos da alta concentração de compostos prejudiciais na mistura do concreto. Por isso água utilizada na produção do concreto deve ser, de preferência, potável.

2.1.5 Aditivos

Denominam-se aditivos os materiais adicionados aos ingredientes normais do concreto, durante a mistura, para obter propriedades desejáveis, tais como: aumento da plasticidade, controle do tempo de pega, controle do aumento da resistência, redução do calor de hidratação, etc. NEVILLE (1997, p. 251) ressalta que “os aditivos não são um remédio para a falta de qualidade dos ingredientes do concreto, para proporções não adequadas da mistura, ou para o despreparo da mão de obra para transporte, lançamento e adensamento”. Os aditivos plastificantes possuem efeitos benéficos por permitirem a redução da quantidade de água necessária para obter a plastificação desejada. O uso de aditivos retardadores é uma solução para concretagens em regiões quentes por exemplo, pois o tempo de pega normal, fica reduzido devida às temperaturas mais elevadas. Os aditivos para concreto são em geral explorados comercialmente por fabricantes especializados, cujos catálogos contém informações essenciais sobre seu melhor emprego.

2.2 PEGA

De acordo com NEVILLE (1997), “Este é o termo usado para referência ao enrijecimento da pasta de cimento, embora seja arbitrária a definição do enrijecimento da pasta que é considerado pega. Em termos gerais, pega se refere à mudança do estado fluido para um estado rígido. Embora durante a pega a pasta adquira uma certa resistência, para efeitos práticos, é importante distinguir pega de endurecimento, que se refere ao aumento de resistência de uma pasta de cimento depois da pega. Na prática, os termos início de

representa aproximadamente o tempo que a pasta leva para se solidificar completamente, o que está relacionado ao tempo em que se inicia o desenvolvimento da resistência a uma taxa significativa. De maneira similar ao tempo de início de pega, a norma NBR NM 9 define o tempo de fim de pega para o concreto como: “tempo decorrido após o contato inicial do cimento com a água de amassamento, necessário para uma argamassa atingir a resistência à penetração igual a 27,6 MPa. ”

2.2.2 Consistência da pasta normal

Para se determinar o início e fim de pega do cimento, deve se utilizar uma pasta de cimento pura com consistência padrão. Por isso é necessário estabelecer para cada cimento, o teor de água da pasta que irá produzir a consistência requerida. Com o auxílio do aparelho de Vicat, é medida a consistência da pasta, usando uma sonda com 10 mm de diâmetro presa no suporte da agulha. Mistura-se uma pasta de cimento e água de modo padronizado e logo em seguida coloca-se a mesma em um molde. Coloca-se a sonda em contato com a superfície superior da pasta e é solta. Devido ao seu peso, a sonda penetra na pasta de cimento de acordo com a consistência desta. Essa consistência é considerada normal, quando a sonda desce até uma profundidade de 6 mm ± 1 mm do fundo do molde após 30 s do instante em que foi solta, de acordo com a norma NBR 16606. O teor de água da pasta é designado em porcentagem, relacionado à massa de cimento seco. Para se medir os tempos de pega do cimento e do concreto existem alguns aparelhos dos quais podemos citar estes a seguir

2.2.3 Agulha de Meynadier

Este método consiste na medição da força exigida de penetração de uma agulha com dimensões definidas, a uma determinada profundidade no concreto projetado. Este dispositivo indica a resistência pela compressão de uma mola, e é equipado com um indicador de anel deslizante. A ponteira foi especialmente desenvolvida para montagem rápida com um parafuso de fixação. Similar à agulha de proctor, a agulha de Meynadier se presta para determinação do tempo de pega do concreto.

Figura 2.1– Agulha de Meynadier. Fonte: Catálogo Solotest. Disponível em: http://www.solotest.com.br/catalogos/D14.PDF

2.2.4 Agulha de Proctor

Para determinação do tempo de endurecimento do concreto e, consequentemente, do tempo de pega do cimento. Possui mola com capacidade para até 50Kgf com graduação gravada no corpo e 9 agulhas com diferentes áreas. Conforme normas: NBR 14278, 9832; NM 9 e ASTM C403. Figura 2.2– Agulha de Proctor Fonte: Catálogo Solotest Disponível em: http://www.solotest.com.br/catalogos/D14.PDF