dosagem (formulação) do concreto · 2019. 11. 19. · nbr 12655: 2015 concreto de cimento...
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PCC 32222019
Dosagem (formulação) do concreto
▪ Apresentar os conceitos fundamentais utilizados nos procedimentos de formulação (dosagem) de concretos
▪ Exemplificar métodos de dosagem
▪ Demonstrar cálculos de traços
Objetivos da aula
O que é dosagem?
Uso de procedimentos teóricos e/ou experimentais para se definir
uma proporção dos ingredientes (cimento, areia, brita, água, aditivos),
cuja combinação atenda ao que se demanda do concreto
https://mastourreadymix.files.wordpress.com/2013/08/material-required-for-ready.jpg
Demandas de um concreto
Estado fresco - trabalhável e homogêneo para mistura,
transporte, lançamento, adensamento e acabamento
Estado endurecido - propriedades no estado endurecido
de acordo com o projeto;
Durabilidade - coerente com a vida útil de projeto e a
classe de agressividade do ambiente
Ecoeficiência - mitigação dos impactos ambientais / custos
Variáveis Intrínsecas (insumos)
Volume das fases
Teor e tipo de cimento
Teor e tipo dos agregados
Teor e tipo de adições
Teor e qualidade da água
Teor de ar incorporado
Granulometria dos materiais
Aditivos
Variáveis Extrínsecas (processamento)
Proporcionamento mássico / volumétrico / misto
Mistura
Transporte
Lançamento
Adensamento
Acabamento
Condições ambientais
Cura
Conceito fundamental da dosagem
Através do proporcionamento dos materiais, garantir a
Continuidade (1)Trabalhabilidade (2)
Resistência (3)Durabilidade (4)
do concreto
Condição de continuidade espacial
Vágua + Var > Vol. entre grãos de cimento e fíleres(dificilmente é um problema)
Vpasta > Volume entre grãos de areiaVpasta = Vcimento +Vágua + Var
Vargamassa >> Volume entre grãos de ag. graúdo
Vargamassa = Vpasta + Vareia
Condição de continuidade espacial
http://4.bp.blogspot.com/-EOGkvmijpNs/Un0qojX7NHI/AAAAAAAAATU/Fc4EsU4RYUk/s1600/IMG_20131108_120934.jpg
continuidade
água
matriz
agregado
partícula
pequena
MPT
IPS
MPT = distância entre agregados > 100 mm
IPS = distância entre finos < 100 mm
IPS, MPT > 0 mm: continuidade espacial
Modelo de Mobilidade Concretos
Distância de separação entre finos na pasta
−−=
ofs PVVSAIPS
1
112
VSA – área superficial volumétrica (m2/cm³) = área superficial (m2/g) x densidade (g/cm³)
Vs – fração volumétrica dos sólidos
Pof – fração de poros no sistema, quando as partículas se encontram acomodadas na condição de máximo empacotamento
Distância de separação entre agregados no concreto
VSAg – área superficial volumétrica dos agregados (m2/cm³) = área superficial agregados (m2/g) x densidade agregados (g/cm³)
Vsg – fração volumétrica dos agregados
Pofg – mínima fração de poros entre os agregados, quando esses se encontram acomodados na condição de máximo empacotamento
−−=
gofgsg PVVSAMPT
1
112
Maximizar IPS e MPT
é condição para
mobilidade
0
50
100
150
200
250
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5
abat
ime
nto
(m
m)
MPT (µm)
fck=20MPa fck=30MPa fck=40MPa
Aumenta volume de pasta
Concretos convencionais
MPT x fluidez
0
50
100
150
200
250
0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80
abat
ime
nto
(m
m)
IPS (µm)
fck=40MPa fck=30MPa fck=20MPa
IPS e fluidez
Aumenta volume de água
Concretos convencionais
IPS e fluidez
Concretos de reduzido teor de ligantes
R² = 0.89
30
35
40
45
50
55
60
0.11 0.12 0.12 0.13 0.13 0.14
Torq
ue
de
mis
tura
(N
.m)
IPS (µm)
Fonte: pesquisa de doutorado Markus Rebmann
O controle da resistência e da durabilidade do concreto, e feito controlando-se a porosidade.
0
40
80
120
160
200
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Re
sis
t. C
om
pre
ss
ão
(M
Pa
)
Porosidade
Quando se usa agregado natural de boa qualidade, em concretos de resistência abaixo de 50MPaa porosidade da pasta de cimento governa a resistência e durabilidade.
Lei da porosidade no estado endurecido
Porosidade da pasta
• Água não consumida na hidratação• Tempo de cura húmida (idade)
• Reatividade do cimento
• 28d, CP 40, Agua combinada ~ 0,2kg de H2O/kg cimento
• Ar aprisionado / ar incorporado
• Vazios de compactação• Deficiências de reologia
para a energia de compactação disponível
“Lei” de Abrams (1918)
• “dentro do campo dos concretos plásticos, a resistência aos esforços mecânicos a cada idade, .... variam na relação inversa da relação água/cimento”
• Vale somente quando o excesso de água for o responsável pela porosidade.
cacjk
kf
/
2
1=
fcj = resistência à compressão a j dias
de idade
k1 e k2 = constantes obtidos por
regressão f(idade, materiais,...)
a/c = relação água/cimento
Lei Abrams: vale para este concreto? Por quê?
Requisitos de durabilidade do concreto são usualmente simplificados pela determinação
da resistência, relação água/cimento máxima e do consumo mínimo de cimento
O concreto no ambiente que é utilizado
Permeabilidade Resistência mecânica
O concreto no ambiente que é utilizadoNBR 6118:2014Projeto de estruturas de concreto — Procedimento
NBR 12655: 2015Concreto de cimento Portland — Preparo, controle, recebimento e aceitação — Procedimento
O concreto no ambiente que é utilizado
O concreto no ambiente que é utilizadoNBR 12655: 2015Concreto de cimento Portland — Preparo, controle, recebimento e aceitação — Procedimento
O concreto no ambiente que é utilizadoNBR 12655: 2015Concreto de cimento Portland — Preparo, controle, recebimento e aceitação — Procedimento
Etapas iniciais de qualquer dosagem
• Escolher materiais (cimento, agregados, aditivos, adições)
• Definir os requisitos de desempenho do concretoDe aplicação
Comportamento reológico compatível com a técnica de aplicação e granulometria adequada ao espaçamento da armadura e geometria dos elementos
Estruturaisfck de desforma (calculista especifica idade inicial)
fck de projeto (usualmente 28 dias)
Eventualmente, módulo de elasticidade a determinada idade (usualmente 7 ou 28 dias)
De durabilidadeAtender NBR 6118; NBR 12655
Permeabilidade do concreto compatível com agressividade do meio
De ecoeficiênciaCusto e impacto ambiental reduzido
Escolha agregado graúdo
- Compatibilizar a dimensão máxima (Dmax) dos agregados com o espaçamento das armaduras e a geometria da peça
- Considerar o processo de concretagem
revista.construcaomercado.com.br
Critérios do American Concrete Institute (ACI)✓ Dmax ≤ 1/5 da menor dimensão entre as faces da forma;
✓ Dmax ≤ 1/3 da espessura das lajes;
✓ Dmax ≤ 3/4 do espaço livre entre armaduras
Definir requisitos de desempenho concreto
1. Calcular resistência média de dosagem (fcm,28d), a partir da resistência característica de projeto (fck,28d) e desvio-padrão produção
fcm,28d = fck,28d + 1,65 . Sd
Desvio-padrão da produção
Constante que depende da distribuição normal (5%)
Desvio-padrão estimado (Sd) depende do processo de produção
Processo de produção
AgregadosSd (MPa)
Unidade de medida Umidade
A Em Massa Medida 4,0
B Em Volume aparente Medida 5,5
C Em Volume aparente Estimada 7,0
Produção A → classes de concreto admitidas (C10 a C80)
Produção B → classes de concreto admitidas (C10 a C25)
Produção C → classes de concreto admitidas (C10 a C15)
NBR 12655: 2015Concreto de cimento Portland — Preparo, controle, recebimento e aceitação — Procedimento
Misturador de baixa eficiência / dosagem volumétrica / sem controle de umidade
Processo influencia na variabilidade
http://www.qualidadedoconcreto.com.br/Downloads/Metodo_Dosa_Facil.pdf
Sd = 7MPa
Cement and Concrete Research Volume 39, Issue 3 2009 182 – 194
http://dx.doi.org/10.1016/j.cemconres.2008.12.005
Processo influencia na variabilidadeMisturadores de alta eficiência / dosagem mássica / controle
contínuo de umidade
Sd = 4MPa
Exercício –produção de concreto
• Compare as duas situações abaixo para produzir concretos com fck28=20 MPa• Situação A
• agregados dosados pela massa e
• com umidade da areia medida a cada hora
• Situação B • agregados dosados pelo volume aparente
• com umidade da areia estimada
• Qual dos dois cenários exige maior resistência média?
• Porque?
Qual a resistência média?
fck fcm=
26,6 MPafcm2=
29,1 MPa
fck=
20 MPa
fcm = fck + 1,65.sd
Situação B (Sd=5,5 MPa)
Situação A (Sd=4 MPa)
3. Comportamento reológico do concreto
Definir requisitos para o concreto
propriedadesdoconcreto.blogspot.com
Definir requisitos para o concreto
NBR 6118:2014Projeto de estruturas de concreto — Procedimento
2. Planejamento de durabilidade
Definir requisitos para o concreto
NBR 12655: 2015Concreto de cimento Portland — Preparo, controle, recebimento e aceitação — Procedimento
2. Planejamento de durabilidade
Definir requisitos para o concreto
NBR 12655: 2015Concreto de cimento Portland — Preparo, controle, recebimento e aceitação — Procedimento
2. Planejamento de durabilidade
Parâmetros reológicos de controle
São escassos e geralmente baseados no ensaio de abatimento do tronco de cone
tede.ucs.br
A especificação e o controle do concreto é vinculado ao abatimento
ABNT NBR
8953:2015
NBR 8953:2015Concreto para fins estruturais — Classificação pela massa
específica, por grupos de resistência e consistência
Como minimizar o teor de água necessário para garantir o comportamento reológico
desejado?
Exercício
Resposta
•Dispersão dos finos• Aditivos
• Energia de mistura
• Projeto da Granulometria• Aumento do IPS e MPT
• Finos e Agregados• Modificar a distribuição granulométrica
• Modificar a forma das partículas
Métodos de dosagem de concretos
• Estimado pela experiência
• Foco em simplicidade
• Obras de pequeno porte
• fck < 20MPa
• Cimento > 300kg/m³
• Conservador
• Exemplo - Método ABCP/ACI
• Obtidos a partir de estudo laboratorial
• Foco em economia e meio ambiente
• Permite obter traços para qualquer resistência na faixa de estudo
• Otimizado
• Exemplo – Método IBRACON
Dosagem não experimental Dosagem experimental
Foco da disciplina
Empacotamento de partículas
• Baseado em curvas granulométricas
• Redução da porosidade de empacotamento – redução no teor de água na pasta e de pasta entre os agregados
• Previsão do abatimento -precisão atrelada à caracterização granulométrica e morfológica da partículas
• Propriedades no estado endurecido estimadas por equações empíricas
Mobilidade das partículas
• Estima a mobilidade das partículas pelo cálculo das distâncias entre as mesmas -IPS e MPT
• Conceito de fases granulares (pasta e agregados)
• Modelo preditivo atrelado à precisão das caracterizações da granulometria, área específica, densidade e morfologia das partículas
• Válido para sistemas dispersos
Métodos de dosagem de concretos
Comparação entre métodos de dosagens
Boggio (2000) - UFRGS
consumo mínimo
NBR 12655: 2015
260 kg/m3
Dosagem experimental de concretos –método IBRACON
Fonte: adaptado de Tutikian;Helene (2011)
Escolher, pelo menos, 3 relações cimento:agregados. O alvo deve estar neste intervalo.
(1:m-1,5) (1:m) (1:m+1,5)
Misturar em laboratório o concreto intermediário (1:m), iniciando com baixo teor de
argamassa seca (por exemplo, α=0,30), aumentando em intervalos (por exemplo, Δα=0,02)
até encontrar o ponto ótimo. Este é determinado por observações visuais e manuseio da
massa de concreto. Sempre ajustar o teor de água para obter a trabalhabilidade (abatimento)
especificada.
Uma vez determinado o teor de argamassa ideal, moldar corpos-de-prova para ensaios em
concreto endurecido.
Misturar os demais concretos, mantendo para estes o mesmo teor de argamassa e
ajustando a água para obter a trabalhabilidade especificada. Moldar corpos-de-prova para
os ensaios em concreto endurecido.
Nas idades especificadas, determinar as resistências e demais requisitos especificados.
Construir Diagramas de Dosagem, a partir dos parâmetros determinados.
Obter o concreto desejado entrando no Diagrama de Dosagem com a resistência média
requerida e/ou outras propriedades/requisitos especificados.
Procedimento experimental -Teor de argamassa seca insuficiente
Procedimento experimental -Teor de argamassa seca ideal
20
25
30
35
40
45
50
55
0,35 0,45 0,55 0,65
Relação água/cimento do concreto (kg/kg)
Resis
tên
cia
à
co
mp
res
são
do
co
ncre
to (
MP
a)
Experimental result
Regressioncacj
k
kf
/
2
1=
Determinação experimental (Lei de Abrams - regressão por mínimos quadrados)
Traço de Concreto – fixação cálculos finais de um estudo de dosagem
Relação, em massa ou em volume, entre o cimento, agregados e água:
• Traço (proporção)• cimento: areia: brita: água
Traço unitário (para 1 unidade de massa de cimento)
• 1: a: p: a/c • m=a+p (agregados)
cimeno
água
cimento
brita
cimento
areia
cimento
cimento:::
Traço para 1 m³ de Concreto
camC
/1 ++=
C Consumo efetivo de cimento, expresso em kg/m3
densidade de massa específica do concreto, em kg/m3.
1 massa de cimento, a partir do traço unitário em massa (kg/kg)
m massa de agregados (areia e brita), a partir do traço unitário em
massa (kg/kg)
a/c relação água/cimento, em kg/kg
Traço para 1 m³ de Concreto
C (consumo de cimento) = C x 1
Ca (consumo de areia) = C x a
Cp (consumo de brita) = C x p
Cágua (consumo de água) =C x a/c
CáguaCpCaC :::
Slump 140 mmSlump 80 mm
m = k3.a/c + k4
1000C = ------------------
(k5 + k6.m)
Diagrama de Dosagem Experimental
Lei de Abrams
28 dias
7 dias
k1
fc = ---------k2
a/c
28 dias
fcj
fc = resistência (MPa)
a/c = massa de água / cimento (kg/kg)
m = massa de agregados / cimento (kg/kg)
C = consumo de cimento (kg/m3)
a/c
m(kg/kg)
C(kg/m3)
fcm(MPa)
Slump 140 mmSlump 80 mm
m = k3.a/c + k4
1000C = ------------------
(k5 + k6.m)
Diagrama de Dosagem Experimental
Lei de Abrams
28 dias
7 dias
k1
fc = ---------k2
a/c
28 dias
fcj
especificado
resultado
fc = resistência (MPa)
a/c = massa de água / cimento (kg/kg)
m = massa de agregados / cimento (kg/kg)
C = consumo de cimento (kg/m3)
a/c
m(kg/kg)
C(kg/m3)
fcm(MPa)
Slump 140 mmSlump 80 mm
m = k3.a/c + k4
1000C = ------------------
(k5 + k6.m)
Diagrama de Dosagem Experimental
Lei de Abrams
28 dias
7 dias
k1
fc = ---------k2
a/c
28 dias
fcj
especificado
resultado
fc = resistência (MPa)
a/c = massa de água / cimento (kg/kg)
m = massa de agregados / cimento (kg/kg)
C = consumo de cimento (kg/m3)
a/c
m(kg/kg)
C(kg/m3)
fcm(MPa)
Exercício
Calcular• Traço unitário em massa
• Traço para 1 m³ de concreto
Dados• Cimento = 11 kg
• Areia = 13,75 kg
• Brita = 24,75 kg
• Água = 5 kg
• δconcreto=2.381 kg/m³
Exercício
Calcular• Densidade do concreto
• Traço unitário em massa
• Traço para 1 m³ de concreto
Dados kg densidade (kg/dm³)• Cimento 11 3,1
• Areia 13,75 2,6
• Brita 24,75 2,6
• Água 5
Resposta
Traço Unitário
11/11 : 13,75/11 : 24,75/11 : 5/11 ➔
➔ 1 : 1,25 : 2,25 : 0,45
Traço para 1 m³ de concreto
C = [(2381 / (1+3,5+0,45)] = 481 kg/m³
Ca = C x a = 481 x 1,25 = 601 kg/m³
Cp = C x p = 481 x 2,25 = 1.082 kg/m³
Cágua = C x a/c = 481 x 0,45 = 216 kg/m³
camC
/1 ++=
Traço misto para 1 m³ de concreto
• Cimento é dosado em massa (saco de 50 kg)
• Agregado é dosado em volume aparente
www.forumdaconstrucao.com.br
Exercício
• Calcular o traço misto• Cimento = 481 kg/m³
• Areia = 601 kg/m³
• Brita = 1.082 kg/m³
• Densidade Aparente• DA areia = 1,50 kg/l
• DA brita = 1,60 kg/l
VRc – volume recipiente
VA – volume agregado
VV – volume de vazios
Resposta
• Cimento = 481/50 = 9,6 sacos
• Areia = 601 kg / 1,50 [kg/l] = 401 litros• Padiolas = 401 litros / 35 litros = 11,5 padiolas
• Brita = 1.082 kg / 1,60 [kg/l] = 676 litros• Padiolas = 676 litros/ 35 litros = 19,3 padiolas
• Água = 216 kg / 1 [kg/l] = 216 litros• Baldes = 216 litros / 18 litros = 12 baldes
• Há diferença significativa na consistência dos seguintes traços de concreto? Por que? • Traço G1 (1 : 1,38 : 2,11 : 0,44)
• Traço G2 (1 : 2,18 : 2,82 : 0,58)
• Traço G3 (1 : 2,98 : 3,53 : 0,75)
Exercício
Conclusões
•O método de produção do concreto influencia na determinação do traço e no custo do concreto.
• Experimentação e caracterização mais detalhada das matérias primas permitem uma dosagem do concreto mais otimizada, em termos de custo, durabilidade e impacto ambiental