Manual de Vibração
de Concreto
Manual de Vibração
de Concreto
Concreto é a combinação de quatro componentes básicos:
água, cimento, areia (agregado fino) e pedra (agregado graúdo).
Quando misturados junto, ocorre hidratação ou cura, onde a pasta de
cimento atua como uma cola ligando todos os agregados próximos.
Cimento
Quilo a quilo este é o ingrediente mais caro no
concreto. Vários tipos de cimento estão disponíveis
para satisfazer a diferentes critérios de construção.
Teor de água — cura
A fim de iniciar o processo de hidratação, é necessária a água
para atuar como um catalisador. O teor de água determina
a resistência, a capacidade de manuseio e de assentamento
("slump") da mistura. Um acréscimo no teor de água
melhorará a capacidade de manuseio do concreto mas
diminuirá a sua resistência máxima e durabilidade. Por
exemplo, uma mistura padrão com 4 galões (15 litros) de
água para um saco de cimento, ou uma relação A/C de
0,36 (razão de água para cimento), produz uma resistência
à compressão de 6.300 lb (2.860kg).
Cinco galões (18,8 litros), ou uma
VIBRAÇÃO BOA
relação A/C de 0,44, a reduz
para cerca de 5.100 lb (2.315kg),
uma resistência 21% menor.
Agregados
Agregados consistem de pequenas partículas, tais como
pedras, que são classificadas de duas maneiras, finas e
graúda, e constituem o maior volume dos ingredientes do
concreto (tipicamente 70%).
A quantidade de cimento usado para uma determinada
área depende do tamanho do agregado — mais fino o
agregado, maior a área da superfície. Também, a forma
do agregado afeta a quantidade de vibração necessária,
visto que o agregado de forma irregular retém mais ar do
que aquele de forma lisa.
Vibração (Consolidação)
Exatamente após o lançamento, o concreto contém
até 20% de ar retido. A quantidade varia de acordo com
o tipo da mistura, seu assentamento
("slump"), o método de lançamento, o
VIBRAÇÃO POBRE
tamanho da forma, e a quantidade de
ferragem utilizada na estrutura.
A vibração do concreto pode tornar
melhor a resistência do concreto à
compressão por cerca de 3% a 5%
para cada unidade percentual de
ar removido.
A vibração consolida o concreto em
dois estágios: primeiro pelo movimento
das partículas de concreto, e então
pela remoção do ar retido.
A vibração assenta o concreto
Uma cura adequada também
é importante para a relativa
resistência e durabilidade
do concreto. Vários métodos
de cura são recomendados
pelo ACI (Instituto Americano
de Concreto) a fim de controlar
a retenção de água na laje.
28 dias é considerada a
referência para maximizar a
ESTRUTURALMENTE FRACO sujeitando as partículas individuais
RESISTENTE
a uma rápida sucessão de impulsos,
resistência do concreto e
causando movimento diferenciado (cada partícula se
representa 96% a 98% da resistência total durante
movendo independentemente da outra). As partículas
a sua vida útil. Uma cura inadequada causará
se consolidam à medida que o ar retido é forçado para
excessiva perda de água, resistências mais baixas
a superfície, permitindo que o concreto flua nos cantos,
à compressão, redução de volume e fissuração.
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MANUAL DE VIBRAÇÃO DE CONCRETO
em torno das ferragens e se comprima contra a
parede da forma.
Isso elimina vazios (poros) e traz a pasta à superfície
para ajudar no acabamento. Já que o concreto flui
melhor com vibração, a mistura pode conter menos
água, proporcionando desse modo maior resistência
ao produto acabado.
Até que ambos os estágios de vibração sejam concluídos, o
concreto não estará plenamente consolidado. Se o vibrador
for retirado muito cedo, algumas das bolhas menores não
terão tido tempo suficiente para chegar à superfície.
A seguir estão os termos usados no processo de vibração
de concreto:
FORÇA CENTRÍFUGA — medida da capacidade para
mover a mistura baseada na velocidade de rotação
e tamanho do rotor excêntrico. Quanto maior a força,
mais fortemente a mistura pode ser movimentada.
AMPLITUDE — medida do maior afastamento alcançado
pela garrafa do vibrador desde o eixo estático; importante
para grandes misturas de agregado.
FREQÜÊNCIA — medida em vibrações por minuto, ou
VPM, a velocidade na qual a cabeça de vibração se
move dentro dos seus limites de amplitude. Vibradores
de VPM alta (até 12.000 VPM) atuam primeiramente
nas partículas finas. Isso é o ideal porque a
maioria do ar retido ocorre em torno dessas
partículas. VPM alta dá à pasta de cimento
a oportunidade de envolver essas partículas
finas após o ar ser removido, ajudando assim a
unificar a massa. Freqüência liqüefaz ou move a
mistura de concreto. Quanto maior a VPM, maior
a capacidade para liqüefazer misturas grossas.
Assentamento ("Slump") do concreto
De acordo com as especificações da estrutura, o concreto
usado para pisos, paredes, colunas, etc., pode necessitar
de uma consistência específica. Na maioria dos serviços,
amostras do concreto usado no lançamento são tomadas
na betoneira e testadas para determinar se o concreto foi
preparado de acordo com as especificações exigidas. Um
desses testes é conhecido como "teste de assentamento
("slump")". Várias amostras são tiradas de um mesmo lote
da mistura a intervalos regulares durante o lançamento. O
concreto é colocado em uma forma cônica e agitado para
assentar o conteúdo (ver Teste de Assentamento ("Slump")
abaixo). O cone é retirado e colocado próximo ao concreto
moldado pelo cone (Figura 5). Uma régua é colocada sobre
o cone, se estendendo ao longo do concreto próximo a ele,
e o “assentamento ("slump")” é medido após cerca de
1½ minuto.
TESTE DE ASSENTAMENTO ("SLUMP")
Colocado 1/3 do volume
e agitado para consolidar.
Um outro 1/3 do volume
é adicionado e agitado.
MANUAL DE VIBRAÇÃO DE CONCRETO
1/3 final do volume
é adicionado e agitado.
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FAIXA DE CARACTERÍSTICAS, DESEMPENHO
E APLICAÇÃO DE VIBRAÇÕES INTERNAS
1
2
3
COLUNA
GRUPO
4
5
Valor sugerido de
Diam. da Freqüência
cabeça recomendada
pol (mm)
vibrações
por minuto
Amplitude
média
pol (mm)
Força
centrífuga
lb (kg)
1
3/4 - 1 1/2 9000 - 15000 0,015 - 0, 03 100 - 600
(20 - 40)
(0,4 - 0,8) (45 - 272)
2
1 1/4 - 2 1/2
(30 - 60)
3
8500 - 12500
0,02 - 0,04
(0,5 - 1,0)
6
7
Valor aproximado de
Raio de
ação
pol (cm)
Taxa de
aplicação
de concreto
jd/h (m/h)
6 - 24
(15 - 61)
5 - 15
300 - 1000
20 - 32
(136 - 453) (51 - 81)
12 - 45
2 - 3 1/2 8000 - 12000 0,025 - 0,05 700 - 2000
28 - 48
(50 - 90)
0,6 - 1,3 (317 - 907) (71 - 122)
O assentamento ("slump") é a distância que o concreto
baixa após o repouso por um período de tempo.
Quanto mais o concreto baixa, maior é o assentamento
("slump") e mais molhada a mistura. Mistura com baixo "slump"
(0-2" [0-5cm]) é considerada “dura”. Estas misturas necessitam o máximo cuidado para consolidação. 2" a 4" (5 a 10cm)
é considerado um "slump" baixo/médio; um "slump" de
4" a 6" (10 a 15cm) é uma mistura macia ou molhada e
é provavelmente a mais largamente usada; acima de 6"
(15cm) é considerada uma mistura corrente. Estas designações
de assentamento ("slump") são aproximações, geralmente
aceitas como “regra teórica” e necessárias na escolha
do vibrador adequado para a aplicação.
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24 - 60
Aplicação
Concreto plástico e fluente em membros muito finos e locais
confinados. Pode ser usado para suplementar vibradores
maiores, principalmente em serviço protendido onde
cabos e dutos causam congestionamento nas formas. Também
usado para fabricação de corpos de prova de laboratórios.
Concreto plástico em paredes finas, colunas, vigas,
estacas premoldadas, lajes finas e ao longo de juntas
de construção. Pode ser usado para suplementar
vibradores maiores em áreas confinadas.
m ("slump") menor que
Concreto plástico grosso (assentamento
3 pol [80mm]) em construções gerais tais como paredes,
colunas, vigas, estacas premoldadas e lajes pesadas. Vibração
auxiliar adjacente para formas de concreto massa e pavimentos.
Podem ser montadas em conjunto para produzir vibração
interna em extensão total de lajes de pavimentos.
VIBRADORES INTERNOS utilizam uma cabeça de
vibração que é colocada diretamente na mistura de
concreto. Vibradores internos classificam-se em duas
categorias principais: eixo flexível e alta freqüência.
VIBRADORES DE EIXO FLEXÍVEL consistem de um motor
conectado a uma estrutura flexível de eixo com núcleo de
arame de aço e com uma cabeça na outra extremidade do
eixo. O motor gira o eixo, o qual gira a cabeça. Vibradores
de eixo flexível têm aplicações específicas, tais como
pequenos lançamentos que requerem uma quantidade
mínima de vibração (i.e. lajes finas, paredes estreitas,
Vibradores de concreto
Vibradores de concreto se dividem em duas categorias
principais: externo e interno.
VIBRADORES EXTERNOS são fixados diretamente
na forma de concreto, vibrando desse modo o concreto
através da forma.
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VIBRADOR DE
EIXO FLEXÍVEL
MANUAL DE VIBRAÇÃO DE CONCRETO
bases e pequenas sapatas). nesses casos vibradores de
eixo flexível são usualmente suficientes. Em lançamentos
com concentração de ferragem pesada, eixos flexíveis
podem ser usados já que cabeças de diâmetros pequenos
(7/8" a 2") [2 a 5cm] podem evitar o levantamento de
ferragens (ver tabela na página 3).
Concreto duro não pode ser usado nesta situação;
assentamentos ("slumps") de concreto de 3" (7,6cm) ou
mais são comumente vibrados com o eixo flexível.
VIBRADORES DE ALTA FREQÜÊNCIA são assim
chamados devido ao requisito elétrico de 180 Hz (ciclos
VIBRADOR DE
ALTA FREQÜÊNCIA
vindo a reduzir a VPM efetiva na cabeça. A diferença
é um "slump" de baixo a médio do concreto. Um vibrador
de alto ciclo operará com aproximadamente 10.800
VPM até mesmo em baixo "slump" (o concreto
se movimenta melhor entre 10.000 e 11.500 VPM).
Em uma mistura dura, um eixo flexível irá operar com
cerca de 9.000 VPM ou menos, fazendo o operador
demorar-se mais no concreto. Além disso, o alto ciclo
cria uma maior força centrífuga e tem uma cabeça mais
comprida, sujeitando mais o concreto à vibração.
Estes fatores permitem ao operador atuar em um
volume maior da mistura.
Aplicações de vibradores de alta freqüência incluem
qualquer serviço que requeira concreto com baixo
a médio "slump", incluindo barragens, grandes muros
de contenção, lançamento de lajes em edifícios altos e
lotes de estacionamento, paredes inclinadas, e outros
tipos de serviço padrão em construção.
Vibrador Micon de alta freqüência
por segundo) indicando que a corrente alternada inverte
de direção 180 vezes por segundo. (Não ser confundida
com a velocidade VPM de vibradores também conhecidos
como “alto ciclo” ou “alta freqüência".) Isto permite o uso de
um motor de indução, que pode fornecer tanta potência
em pequeno volume quanto motores universais. Com
este motor de pequeno tamanho, o rotor excêntrico pode
ser acoplado diretamente ao motor que está dentro da
cabeça blindada, eliminando a necessidade de um eixo
flexível. (A comprida mangueira de manobra entre o
motor/cabeça e a fonte de energia contém somente
fios elétricos.) Isto permite que o vibrador de alto ciclo seja
usado em concreto com assentamentos ("slumps") de 1"
a 3" (2,5 a 7,6cm), especialmente em situações de produção.
Por que vibradores de alta freqüência?
Vibrador Multiquip de alta freqüência totalmente
patenteado e controlado por computador (Micon) é o
maior avanço tecnológico permitindo aos empreiteiros
maximizar a sua produtividade. O Micon fornece o
desempenho de um vibrador de alta freqüência
enquanto oferece muitas características exclusivas.
Por que Micon de alta freqüência?
Uma vantagem do Micon é que ele utiliza corrente
elétrica padrão de 60 Hz em vez de geradores especiais
de 180 Hz que são necessários para alimentar vibradores
de alta freqüência. O controlador Micon converte
automaticamente a corrente de 60 Hz a 120 Volts para
a corrente de 400 Hz a 58 volts necessária ao motor.
Um microcomputador localizado dentro do controlador
funciona como um “cérebro” do Micon, monitorando
o desempenho do vibrador enquanto submerso no
concreto. Isto o capacita a operar com incomparável
Devido à natureza do motor universal, os motores de
vibradores de eixo flexível perderão continuamente potência
à medida que a carga aumenta. Quanto mais resistente
a carga [tal como em concreto de baixo assentamento
("slump") ], maior a potência perdida. A principal vantagem
é que o motor de indução de 180 ciclos usado
nos vibradores de alta freqüência perderão
VIBRADOR
MICON DE
somente cerca de 5% de sua VPM sob
ALTA
FREQÜÊNCIA
carga. Além disso, o eixo flexível criará
perda de carga por atrito em cada curva,
MANUAL DE VIBRAÇÃO DE CONCRETO
5
ALIMENTAÇÃO
120V
CONTROLADOR
MICON
RETORNO DE INFORMAÇÃO RPM
eficiência e atinge uma consolidação superior do
concreto independentemente das condições de
assentamento ("slump"). Por exemplo, um vibrador
convencional colocado em uma mistura dura sofrerá
diminuição na freqüência e na RPM. Com o Micon, esta
perda é detectada pelo controlador que sinaliza ao motor
para aumentar a sua velocidade com a finalidade
de compensar a perda. Sua capacidade de manter a
freqüência até 12.000 VPM o torna ideal para condições
de assentamento ("slump") zero.
O controlador protege contra problemas comuns
tais como sobreaquecimento, queima do motor
e oscilações de corrente. Sensores embutidos
monitoram constantemente o sistema, parando
o motor ao primeiro sinal de um problema.
Vibradores externos
Vibradores externos fixados diretamente à parede da
forma e consolidam sem de fato tocar o concreto (por
isso, “externo”). Vibração externa é preferida em situações
onde colunas ou concretagens pesadas de ferragem
podem causar emaranhamento da cabeça de um
vibrador interno. Vibradores externos são úteis na
produção de premoldados, uma vez que eles podem
permanecer colocados e assim economizar trabalho.
Vendendo vibradores de alta freqüência
Quando a primeira tecnologia de vibradores de alta freqüência
se tornou disponível, os novos vibradores necessitavam de
geradores especificamente projetados para esta finalidade
(240 volts, 3 fases, 180 Hz) com alguma energia auxiliar de
de 115 volts em CC. Estes geradores de alta freqüência
com finalidade única eram grandes, pesados e caros; seu
uso era estritamente limitado a aplicações de alta freqüência.
No passado, vendas de vibrador de alta freqüência eram
mínimas devido às restritivas exigências de suprimento
de energia. No entanto, os empreiteiros preferiam usar
alta freqüência pelas seguintes razões:
Menos manutenção que as unidades de eixo flexível.
Maior e mais consistente força centrífuga (e área de
compactação) do que nos de eixo flexível.
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MOTOR
NA CABEÇA
Elimina o problema do motor cair dentro da mistura
de concreto ou da mistura penetrar no motor.
Perda da RPM nominal sob carga.
Índices de produtividade melhores que os do eixo flexível.
Maior capacidade de operar misturas duras e serviços
em grande escala.
A introdução dos geradores Multiquip de 60/180 ciclos série
GDP permite que o empreiteiro use uma única máquina
tanto para aplicações gerais a 60Hz quanto para suprimento
em alta freqüência (180Hz). Geradores Multiquip de 60/180
ciclos são inigualáveis nisso por serem mais leves, muito
menos caros e oferecerem mais características padronizadas
— a um preço de tabela mais baixo — que outras marcas.
Vibradores Multiquip de alta freqüência são ideais para
empresas de aluguel por poderem operar em uma extensa
faixa de aplicações de vibração de concreto e poderem ser
energizados pelo mesmo gerador usado para ferramentas
de CA. E eles são construídos com mancais grandes e
resistentes, permanentemente lubrificados fará garantir
desempenho máximo, durabilidade e longa vida útil.
Sistemas Micon para os vibradores de alta freqüência são
projetados para executar serviço contínuo em concreto de
assentamento ("slump") baixo ou zero. Estas unidades estão
também disponíveis com uma extensão de cabeça de vibrador
rígida que incorpora um tubo de extensão preso diretamente à
cabeça. Em certas ocasiões onde a mangueira de operação
é muito flexível para posicionar a cabeça do vibrador (em
locais apertados ou em paredes oblíquas das formas), a
extensão da cabeça (5,8" [15cm] de comprimento) permite
ao operador posicionar a cabeça nos locais precisos, dando a
adequada consolidação ao concreto. O sistema Micon
fornece ao operador todas as vantagens dos vibradores
de alta freqüência além de desempenho adicional e
a capacidade de utilizar um suprimento de energia de
120 volts, a 60Hz.
Na venda de vibradores de concreto, elimina a possibilidade
de superequipar ou subequipar os clientes, utilizando a
informação acima para determinar aplicações específicas
de trabalho. Dados necessários incluem a dimensão da
forma, o material da forma, o assentamento ("slump") do
concreto, a extensão da concentração de ferragens, o
número de lançamentos necessários e a disponibilidade de
suprimento de energia no canteiro de obras.
MANUAL DE VIBRAÇÃO DE CONCRETO
Procedimentos para vibração
Antes de usar um vibrador, cheque se a operação
e as VPM estão adequadas usando um simples
tacômetro manual (tipo fio).
Vibrar com a cabeça totalmente submersa no
concreto, mantendo consistência de espaçamento
e de tempo de vibração.
É de boa prática ter sempre um vibrador de
reserva na obra.
Mantenha o vibrador parado por 5 a 15 segundos
dependendo da mistura e da força do vibrador.
Tempo menor não permitirá a consolidação ou
a liberação do ar retido; e tempo muito maior poderá
causar segregação, raias de areia e/ou perda de
ar retido. A superfície deverá ficar coberta com uma
fina camada de pasta (argamassa) e bolhas
de ar não mais deverão surgir na superfície.
Para concreto em paredes e colunas, aplicar em
várias profundidades, usualmente 12" a 24" (30
a 60cm). Vibrar a primeira elevação no sentido do
fundo da forma de tal modo que a força de vibração
se estenda lateralmente a partir da cabeça, não
abaixo da ponta da cabeça. O vibrador deve ser
sempre usado verticalmente.
Aplique o vibrador primeiramente dentro dos níveis
mais altos do concreto, e quando uma superfície mais
ou menos plana for obtida, introduza-o a intervalos regulares (de 1½ vezes o raio de influência) para consolidação.
Observe a ação da vibração na superfície para
calcular o raio, o coloque adequadamente de modo
a criar uma superposição; é melhor errar para o lado
de mais sobreposição do que ela não ser o suficiente.
Retire o vibrador lentamente de tal modo que o concreto
se preencha atrás da cabeça. Na aplicação para
a elevação seguinte, insira o vibrador pelo menos
6" (15cm) dentro da última elevação para fazer a
junção das camadas — isso elimina juntas frias.
Nunca use vibrador para esparramar concreto e
sempre o mantenha a uma distância de 2" (5cm)
das paredes das formas e das lajes de fundo.
Seleção do vibrador
Vibradores Stow de eixo flexível
motores elétricos de 1, 2 e 3HP
motor Honda a gasolina de 5,5HP
Eixos flexíveis de 2 a 21 pés (0,6 a 6,4m)
Cabeças de 7/8" a 2 5/8" (2,2 a 6,7cm)
Vibradores Mikasa de eixo flexível
motores elétricos de 2 e 3HP
Honda de 5,5HP
Eixos flexíveis de 3 a 21 pés (0,9 a 6,4m)
Cabeças de 7/8" a 2 3/8" (2,2 a 6,0cm)
Vibradores Mikasa de alta freqüência
GERADOR MULTIQUIP DE ALTA FREQÜÊNCIA 60/180
GDP-5000H
motores de 2,0 e 4,5A
cabeças de 2" e 2 3/8" (5,1 e 6,0cm)
gerador 5kVA 180Hz/4kW 60Hz
Vibradores de alta freqüência controlados
por microcomputador Micon
controladores de 10 e 20A
cabeças de 1,25" a 2,8" (3,2 a 7,1cm)
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