AVALIAÇÃO DA PERDA DE DESEMPENHO EM RELAÇÃO AO PROCESSO DE CURA DE CONCRETOS
D. ALTHEMAN Me. Tecg.º Civil Estudante Especial de Doutorado da Faculdade de Tecnologia da UNICAMP
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H. ROCHA Graduando em Eng. Civil UNIP Campinas Campinas/SP-Brasil
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A. A. A. SOUZA Dr.ª Eng.ªCivil Coordenadora do Curso de Eng. Civil UNISAL Campus S. José Campinas/SP
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RESUMO A influência da falta de cura nas estruturas tem sido desde o principio da tecnologia do concreto investigada e discutida. Porém, por mais conhecimentos sobre o assunto, vê-se que a construção civil ainda tem mal aplicado a cura, é clara a ineficiência das práticas, e a cultura por si, de não proceder a cura devida conforme expressa em Norma Técnica. Diante deste cenário se fez a investigação do impacto da falta de cura em concretos de resistencia à compressão característica de 20, 30 e 60 MPa, produzidos com cimento CP III 40 RS e, avaliados em corpos de prova moldados cilindricos e corpos de prova extraídos, para as idades de 28 e 84 dias. Os resultados iniciais mostram impacto da ordem de 20% em relação a perda de desempenho entre as amostras curadas saturadas e amostras curadas ao ar, sendo estes os dois métodos adotados de cura para comparação. Com a metodologia adotada foi possível também avaliar o efeito do broqueamento do concreto, que mostrou-se da ordem de 9%.
1. INTRODUÇÃO A cura do concreto consiste em um conjunto de procedimentos utilizados para proteger a superfície dos elementos contra variações bruscas de temperatura, desgastes, ação do vento e, principalmente, evitar a evapoção precoce da água de amassamento, o que ocasiona a não hidratação completa do cimento. A evaporação de parte da água aprisioanda no concreto endurecido ocosionará vazios e retração hidráulica. Os efeitos da cura são mais expressivos sobre a durabilidade que o desempenho mecânico [1]. Pois, o grau de hidratação do cimento é melhor quão maior for o período de cura; ainda que, o tamanho dos poros e a sua quantidade é correlato à relação água/cimento, sendo a cura mais importante para quão maior for a relação a/c [2]. Os procedimentos de cura do concreto, avaliados em corpos de prova e ensaiados por métodos padronizados, devem apresentar resultados mais próximos possíveis de suas características em situação real [3]. Usualmente, a maioria das estruturas construídas tem como procedimento de cura a aplicação da água nos elementos, molhando os mesmos poucas vezes ao longo do dia e por período de tempo relativamente curto (< três dias).
1
Altheman, Rocha & Souza, Avaliação das Perdas de Desempenho em Relação ao Processo de Cura de Concretos
O maior dano diretamente causado à estrutura de concreto devido a ausência ou ineficiência da cura é o impedimento do crescimento da resistência à compressão. No processo de cura, os elementos retém água em seu núcleo promovendo a umidade necessária à hidratação do cimento e à mobilidade iônica, consequente assim o ganho de resistência. As características superficiais do concreto são afetadas quando o procedimento de cura for inadequado, surgindo então fissuras na superfície. Concretos convencionais com maior relação água/cimento necessitam de cura adequada para obter um concreto com maior durabilidade em função do que se especifica em projeto [4]. A falta de cura afeta a qualidade e a durabilidade das estruturas de concreto, assim como a secagem rápida da superfície do elemento resulta em camadas porosas com tendência à fissuração, devendo então ser a etapa de cura planejada desde o início da obra [3]. É de amplo conhecimento técnico que, o maior impacto para as estruturas está nas primeiras idades, a deficiência da cura nos primeiros dias reduz drasticamente o desempenho do concreto [5]. Mas, enfâse deve ser dada quando se emprega cimentos com elevados teores de adição e com baixa evolução da resistência às primeiras idades. Cimentos com escória produzem concretos com bom desempenho de resistência e durabilidade se curados corretamente desde o fim do andensamento; mas, interferências no processo de cura desses concretos podem ser mais danosas que concretos com cimentos sem adições [6]. Neste cenário, quando da necessidade de validar a estrutura, e por vezes também a conformidade do concreto, pelo ensaio de testemunhos, o tecnologista se depara com todo o contexto acima. Recentemente no Brasil, a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) revisou a norma ABNT NBR 7680, que aborda os procedimentos para a execução do ensaio de testemunhos, ampliando-a na nova versão a ser editada para também analisar os resultados dos testemunhos de concreto, mediante uma série de parâmetros e coeficientes que foram precedidos por extenso trabalho de revisão bibliográfica. Num dos coeficientes fora incluso o fator “cura”, onde na ausência ou deficiência do atendimento normativo, a resistência do testemunho poderá ser elevada em 10%. E, também fora incluso a regressão da resistência do concreto para idades acima de 28 dias, chegando esse coeficiente (indicativo) aos 125 dias de idade a 90% da resistência do testemunho. Nesse contexto, o presente trabalho foi proposto a fim de avaliar os coeficientes indicados na nova revisão da norma brasileira de análise de testemunhos de concreto, em concretos com cimento Portland com escória de alto forno. 2. EFEITO DA CURA EM CORPOS DE PROVA - METODOLOGIA 2.1 Análise Laboratorial Foram adotadas três diferentes resistências características: 20, 30 e 60 MPa, em dois procedimentos de cura: na água (submerso) e ao ar (ambiente externo, ao sol, simulando as condições triviais de exposição das estruturas). Onde para as avaliações foram moldados corpos de prova cilindricos de 100 x 200 mm (referência) e corpos de prova prismáticos (150 x 150 x 500 mm), nos quais se extraíram corpos de prova cilindricos, (de diâmetros de100 mm e 75 mm), para verificação dos mesmos parâmetros. Todos os corpos de prova tiveram as faces retificadas para ensaio à compressão. Os corpos de prova moldados foram ensaiados para obter as resistências à compressão às idades de 3, 7, 28 e 84 dias (curva de crescimento), permanecendo nas condições de cura especificadas (ao ar e em água). E, nas idades de 28 e 84 dias, fez-se a comparação entre os tipos de corpo de prova: moldado e extraído, conforme a cura preconizada, comparando ainda entre os diâmetros de testemunhos A idade de 84 dias foi adotada dado ao valor mediano encontrado para as idades de testemunhos quando da reclamação de resultados não conformes pelos clientes, segundo pesquisa destes autores junto à empresas de serviço de concretagem. Em suma, as três classes de resistência foram empregadas para executar em laboratorio, os corpos de prova de referência (moldados) e também os prismas (pequenas vigas) dos quais foram extraídos os testemunhos. Para cada série analisada (dada por resistência, idade e condição de cura, como exposto na Tabela 3) adotou-se dois corpos de prova, seguindo as prescrições da ABNT NBR 12655 e ABNT NBR 7680, de modo a fidelizar as situações usuais, bem como as condições ambientais as quais as estruturas estão expostas, considerando que neste estudo as amostras foram produzidas e analisadas na sazonalidade inverno/verão na região de Campinas do estado de São Paulo. 2.2 Caraterística dos materiais e dosagens Para a produção dos concretos foi empregado areia eólica com módulo de finura de 1,60, brita basaltica de # 19,0 mm, aditivos a base de lignossulfonatos (plastificantes) e eter policarboxilatos (superplastificantes). O cimento utilizado foi o
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CP III 40, com as caracteristicas expostas na Tabela 1. Tabela 1 – Caracteristicas do Cimento CP III – Alto Forno utilizado Blaine cm²/g 3.900
Escória % 47,0
Compressão Axial (MPa) 3 dias 7 dias 28 dias 21,2 31,5 45,4
Os concretos foram dosados com os teores de água e aditivos de modo a se enquadrarem na classe de abatimento S 100 (de 100 mm a 160 mm). A composição dos traços é exposta na Tabela 2. Os teores de ar aprisionado ficaram em 1,5%. Tabela 2 – Dosagens dos concretos produzidos Composição dos concretos em kg/m³ fck 20
fck 30
fck 60
Cimento CP III 40
195
256
525
Areia Eólica MF 1,60
895
834
632
Brita Basalto # 19,0 mm
1155
1157
1155
Material
Água
181
183
175
Aditivo Lignossulfonato
1,56
2,05
2,63
-
-
3,78
0,928
0,715
0,333
Aditivo Policarboxilato relação a/c
3. RESULTADOS E ANÁLISES 3.1 Resistência e Idade Os ensaios foram executados conforme as normas de moldagem (ABNT NBR 5738), extração de testemunhos (ABNT NBR 7680) e ensaio à compressão axial (ABNT NBR 5739) e seguem apresentados pelo maior valor do par, conforme a ABNT NBR 12655. Os ensaios mostraram-se com boa acuracidade, com coeficiente de variação (ABNT NBR 5739) inferior a 4,0%. A Tabela 3 seguinte mostra os resultados obtidos. Os corpos de prova moldados e curados na água são referidos como “padrão”.
Tabela 3 – Resultados obtidos das amostras moldadas e extraídas Amostras
Resultados nas idades (em MPa) 3
7
28
84
fck 20 moldado - padrão
6,0
12,5
24,1
27,8
fck 20 moldado - sem cura fck 20 extraído cura 100 mm
5,7
12,0
13,3
14,4
22,6
25,2
fck 20 extraído sem cura Ø100 mm
15,9
18,0
fck 20 extraído cura Ø75 mm
23,3
25,8
fck 20 extraído sem cura Ø75 mm
16,4
18,2
fck 30 moldado - padrão
8,4
24,7
36,9
41,5
fck 30 moldado - sem cura
6,5
22,3
27,0
30,3
fck 30 extraído cura Ø100 mm
34,5
39,8
fck 30 extraído sem cura Ø100 mm
28,9
32,9
fck 30 extraído cura Ø75 mm
32,1
38,0
fck 30 extraído sem cura Ø75 mm
29,1
30,9
fck 60 moldado - padrão
15,1
46,6
66,5
76,3
fck 60 moldado - sem cura
14,9
41,0
47,3
50,9
fck 60 extraído cura Ø100 mm
57,6
73,2
fck 60 extraído sem cura Ø100 mm
49,9
60,5
fck 60 extraído cura Ø75 mm fck 60 extraído sem cura Ø75 mm
55,6
70,6
47,0
58,3
3
Altheman, Rocha & Souza, Avaliação das Perdas de Desempenho em Relação ao Processo de Cura de Concretos
Pelas Figuras 1 e 2, pode-se observar as evoluções das resistências dos concretos moldados, submetidos à cura saturada e mantido ao ar. Ainda tem-se plotado sobre as curvas os valores dos testemunhos conforme o diâmetro e a condição de cura. As amostras sem cura alguma foram assim projetadas de modo a representar as condições que as estruturas são submetidas in loco, onde nos resultados foi claro o impacto da ausência de cura, pois a curva de evolução da resistência é extremamente prejudicada a partir da idade de 7 dias, como relatado noutros trabalhos [5]. A análise da falta de cura com testemunhos contra corpos de prova moldados e mantido nas mesmas condições, mostranos que a perda foi maior nas amostras moldadas que nas extraídas, sendo mais expressiva quão maior a relação a/c. Este fato pode ser atribuído ao “cobrimento” lateral dos testemunhos, que foram extraídos das peças prismáticas somente poucos dias antes do ensaio, fator que minimizou a perda de água do concreto. Esta situação, o efeito em si, aplica-se bem em peças esbeltas e lajes quando da necessidade da investigação por testemunhos. 45,0
30,0
40,0 25,0
Resistências (MPa)
Resistências (MPa)
35,0 20,0
15,0
10,0
5,0
fck 20 moldado - padrão
fck 20 moldado - sem cura
fck 20 extraído cura Ø100 mm
fck 20 extraído sem cura Ø100 mm
fck 20 extraído cura Ø75 mm
fck 20 extraído sem cura Ø75 mm
30,0 25,0 20,0 15,0
fck 30 moldado - padrão fck 30 extraído cura Ø100 mm fck 30 extraído cura Ø75 mm
10,0 5,0
0,0
fck 30 moldado - sem cura fck 30 extraído sem cura Ø100 mm fck 30 extraído sem cura Ø75 mm
0,0 0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
0
7
14
21
28
35
Idade (dias)
42
49
56
63
70
77
84
91
Idade (dias)
Figura 1 – Evolução das resistências com a idade das amostras fck 20 e fck 30. 90,0 80,0
Resistências (MPa)
70,0 60,0 50,0 40,0 30,0
fck 60 moldado - padrão fck 60 extraído cura Ø100 mm fck 60 extraído cura Ø75 mm
20,0 10,0
fck 60 moldado - sem cura fck 60 extraído sem cura Ø100 mm fck 60 extraído sem cura Ø75 mm
0,0 0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
Idade (dias)
Figura 2 – Evolução das resistências com a idade das amostras fck 60. O efeito da ausência de cura reduziu o crescimento da resistência da idade de 28 dias para 84 dias. Pois, os concretos curados tiveram em média crescimento de 17,0% (resultado de 84 dias sobre os de 28 dias), e as amostras sem cura tiveram o mesmo índice em 13,1%. A Figura 3 foi montada a partir da proporcionalidade média das amostras de 28 e 84 dias, das amostras sem cura sobre as amostras curadas. Podemos identificar como ponto-chave do trabalho que, numa investigação a partir de testemunhos poderá ocorrer a perda de 20% da resistência potencial de concretos produzidos com o cimento empregado (média das amostras extraídas). Sob outro ponto, peças que não são adequadamente curadas perdem 20% da resistência efetiva do concreto aplicado com cimento de alto forno. Este valor é praticamente a metade do indexador “gama c” (de 1,4) considerado na ABNT NBR 6118 para admitir (sobre majoração da resistência de projeto) as variáveis da perda de desempenho acarretadas ao concreto! E ainda, o impacto foi maior para a menor classe de resistência à compressão. Noutra avaliação, este valor médio de –20% é o dobro daquele estimadamente proposto (de 10%) na revisão da ABNT NBR 7680; qual deverá o tecnologista considerar a perda de desempenho do concreto quando a cura for incorretamente executada, na apresentação final do resultado da análise de testemunhos. Pois, se somados os efeitos identificados neste trabalho, de queda de 4% no crescimento após 28 dias e de 20% da perda pela ausência de cura, concretos com escória de alto forno terão a resistência potencial reduzida em praticamente ¼, não sendo então correlatamente considerados na revisão proposta da ABNT NBR 7680.
4
Relação sobre a referência com cura saturada
100,0% 90,0%
84,6%
80,0% 70,7%
68,9%
70,0% 60,0%
84,1%
79,8%
73,1% 65,2%
cura
53,5%
50,0%
sem cura
40,0%
Mold: Moldado Ext: Extraído
30,0% 20,0% 10,0% 0,0% fck 20 Mold
fck 20 Ext
fck 30 Mold
fck 30 Ext
fck 60 Mold
fck 60 Ext
Media Mold
Media Ext
Figura 3 – Relação das resistências médias de 28 e 84 dias sobre o referencial das amostras moldado e em cura saturada.
3.2 Efeito do Broqueamento do Concreto Para análise da influência do efeito de broqueamento do concreto, empregou-se apenas as amostras em cura saturada, de modo a não ter influência do fator de cura, como observado anteriormente sobre a perda de resistência dos corpos de prova moldados sob os testemunhos sem cura, dada a maior área de exposição dos moldados. Com base nos dados, montou-se a Tabela 4 como referencial as amostras moldadas saturadas e comparando assim o desempenho de resistência proporcional de cada diâmetro de testemunho e idade. Tabela 4 – Proporcionalidade dos testemunhos sob a amostra padrão, moldada e curada. Amostras fck 20 extraído cura Ø100 mm fck 20 extraído cura Ø75 mm fck 30 extraído cura Ø100 mm fck 30 extraído cura Ø75 mm fck 60 extraído cura Ø100 mm fck 60 extraído cura Ø75 mm Média pelas idades Média Ø100 mm Média Ø75 mm
28 dias 84 dias 93,8% 90,6% 96,7% 92,8% 93,5% 95,9% 87,0% 91,6% 86,6% 95,9% 83,6% 92,5% 90,2% 93,2% 92,7% 90,7%
O efeito de broqueamento deve ser visualizado como uma coroa perimetrial, de alguns milimetros de profundidade no corpo de prova extraído, fragilizando-a com o torque da broca; e ainda, pela ação de fendilhamento ocorrida com o seccionamento de agregados graúdos nessa região, o que não ocorre com os corpos de prova moldados, em alusão ao efeito parede nestes. Os resultados apresentados, demonstrados pela média das amostras, que o impacto do broqueamento foi reduzido com a maior idade, provavelmente pela maior densificação da matriz cimentícia em comparação com as amostras moldadas. E, que o menor diâmetro afetou consideravelmente a resistência mecânica. Isso pode ser compreendido pela redução da área efetiva do corpo de prova causada pelo broqueamento. Mas, em análise particular, o as amostras da classe fck 20 mostraram-se inversas ao comportamento das demais. Neste, possivelmente a baixa densidade da matriz mostrou-se afetada em menor grau já na idade de 28 dias. Este comportamento requer maiores estudos, até mesmo com indicação por análise da microestrutura. Os gráficos da Figura 4, sobre análise de superfície expõe o impacto do efeito de broqueamento em função das variáveis analisadas.
5
Resultados de 28 dias 100,0%
95,0%-100,0%
95,0%
90,0%-95,0%
90,0%
85,0%-90,0%
85,0%
80,0%-85,0%
80,0% 100
75,0% 20 30 classe de fck
75 60
Diâmetro do Testemunho
75,0%-80,0%
Relação com Padrão - Moldado
Relação com Padrão - Moldado
Altheman, Rocha & Souza, Avaliação das Perdas de Desempenho em Relação ao Processo de Cura de Concretos
Resultados de 84 dias 96,0% 94,0%-96,0% 94,0% 92,0%-94,0% 92,0% 90,0%-92,0%
90,0% 100
88,0% 20 30 classe de fck
75
88,0%-90,0%
Diâmetro do Testemunho
60
Figura 4 – Relação das resistências dos testemunhos em cura com as resistências do padrão moldado e em cura.
O coeficiente de ponderação quanto ao diâmetro do testemunho (k2), proposto na nova revisão da norma de extração, ABNT NBR 7680, mostra boa adequabilidade com os resultados aos 84 dias. Pois, os valores dos testemunhos deverão ser de 6% para Ø100 mm e 9% para Ø 75 mm; com isso, ficam inferior aos observado nesse estudo para a idade de 28 dias. 4. CONCLUSÕES O presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto da ausência de cura em concretos com escória de alto forno. E, pelos resultados obtidos do programa experimental, viu-se o efeito danoso ao desempenho mecânico, e por consequente sua durabilidade como indicado na literatura. Podendo assim serem elencados: • •
• •
• •
•
A ausência de cura reduziu a resistência à compressão axial nas amostras moldadas em 65%, na média das duas idades (28 e 84 dias). A curva de crescimento é fortemente influenciada pela falta de cura, reduzindo o crescimento após a idade de 7 dias. Entende-se que a baixa disposição da umidade interna dos corpos de prova compromete a difusão iônica do processo de hidratação do cimento [3]; e para cimentos com escória o efeito é mais danoso ainda dado a formação de silicatos hidratados secundários [6], sem ainda considerar o efeito prejudicial de vazios deixados na estrutura com a saída d’água. A perda da resistência potencial foi maior para o concreto de classe 20 MPa, com maior relação a/c. Esse efeito da perda de resistência potencial em concreto de relação a/c elevada compromete fortemente a investigação da resistência em cimento com escória através de extração e ruptura de testemunhos em peças que foram mal curadas ou que tiveram ausência desse processo. Pois, analisando isoladamente o efeito nos testemunhos, a perda de resistência real foi de 20,2%. Com isso, reforça-se a necessidade de cumprir a cura adequada, quer seja ela por molhagem, saturação ou lançada a mão tecnologias de curas químicas que garantam o filme para a saturação interna. As análises feitas sobre os coeficientes de ponderação indicados na nova revisão da ABNT NBR 7680, ainda em edição, indica que o concreto com elevado teor de escória pode ser prejudicado nas análises finais dado ao elevado impacto negativo da falta de cura. Foi possível através dos estudos avaliar isoladamente o efeito do broqueamento no concreto. Mostrou-se assim a necessidade de considerá-lo no calculo da resistência potêncial do concreto quando da investigação por testemunho, pois a perda por este efeito chegou a mais de 9% para a idade de 28 dias.
Como observado na literatura, há forte ligação do desempenho mecânico com a durabilidade quanto a falha no processo de cura. Este trabalho conseguiu quantificar e analisar o impacto na resistência à compressão. E, sugere-se a continuidade dos estudos com cimentos de alto forno nas propriedades de permeabilidade e resistência à carbonatação, fatores preponderantes para o bom desempenho estrutural desse material. 5. AGRADECIMENTOS Ao eng. Celso Sernaglia e a equipe da ABCP pelo auxílio com a extração e preparo dos testemunhos.
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6. REFERÊNCIAS [1] Chen et al. “The Effect of Curing Conditions on Mechanical Properties and Durability of Concrete”. Advanced Materials Research, 2013, p. 204-208. [2] Chen, X. e Wu, S. “Influence of water-to-cement ratio and curing period on pore structure of cement mortar”. Construction and Building Materials, v. 38, 2013, pp. 804-812. [3] Helene, P. e Levy, S. “Cura do Concreto”. Boletim Técnico n.8. Associación Latinoamericana de Control de Calidad, Patología y Recuperacion de la Construcción. Março de 2013. [4] Curti et al. “Influência das condições de cura em algumas propriedades dos concretos convencionais e de alto desempenho”. 44 Congresso Brasileiro do Concreto do Instituto Brasileiro do Concreto. Agosto de 2002. [5] Helene, P. e Levy, S. “Cura: como, quando e por quê?” Revista Téchne. Ed. Pini, v4, 1996, pp. 18-21. [6] Kathib, J. M. “Effect of initial curing and absorption and pore size distribution of paste and concrete containing slag”. Journal of Civil Engineering of Korean Society of Civil Engineers, v. 18, 2014, pp. 264-272.
CITAÇÕES DO ARTIGO: ALTHEMAN, D.; SOUZA, A. A. A. ; ROCHA, H. G. . AVALIAÇÃO DA PERDA DE DESEMPENHO EM RELAÇÃO AO PROCESSO DE CURA. In: XIII Congresso Latino-Americano de Patologia da Construção, 2015, Lisboa. XIII Congresso Latino-Americano de Patologia da Construção, 2015. v. I.
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