Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
23 e 24 de setembro de 2014
ESTUDO DA ADERÊNCIA ENTRE CONCRETO E AÇO PELO
ENSAIO APULOT UTILIZANDO CONCRETO
DE ALTA RESISTÊNCIA
João V. R. Martins
Ana E. P. G. A. Jacintho
Faculdade de Engenharia Civil
CEATEC
[email protected]
Tecnologia do Ambiente Construído
CEATEC
[email protected]
Resumo: O estudo da aderência entre no concreto
armado é de extrema importância, pois tem sua existência resumida a solidariedade entre as armações
feitas com barras de aço e o material concreto. Sendo assim, para garantir a qualidade e segurança destas estruturas deve-se realizar estudos para análise
da aderência do aço e concreto. Devido ao alto custo
para execução de ensaios de aderência como o pullout.test muitas obras civis deixam de analisar a tensão de aderência, ignorando esse importante mecanismo de análise. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo realizar estudos sobre a aderência do aço com o concreto de alta resistência utilizando o método de ensaio de aderência APULOT
(pull-out modificado). Visando a posterior inclusão do
ensaio APULOT como mais um dos critérios para a
segurança e qualidade das estruturas. O ensaio
APULOT utiliza de protótipos de garrafa PET preenchidos com concreto de alta resistência e transpassados por barras de aço para arrancamento. A fim de
garantir as resistências acima de 50 MPa foram realizados testes de resistência a compressão, tração e
módulo de elasticidade. Os resultados desta pesquisa, aos 7 dias e 28 dias de idade, serão utilizados
para a formação de um banco de dados para a futura
normalização do ensaio APULOT que poderá ser
realizado em obras civis para o controle de qualidade
adequado das construções.
Palavras-chave: aderência, aço, concreto, alta resistência.
Área do Conhecimento: engenharia civil, construção civil.
1. INTRODUÇÃO
A grande maioria das obras civis brasileiras, com
destaque para as grandes construções, utiliza-se do
concreto armado, já que este material apresenta
diversas características positivas. Sendo assim, para
que seja garantida a qualidade e segurança destas
edificações se torna necessário não só a análise da
resistência à compressão do concreto como é muito
comum na grande parte das obras, mas também um
estudo das tensões de aderência geradas pelo contato aço concreto.
O ensaio para análise das tensões de aderência
mais aceito mundialmente é o pull-out-test. Por diversos fatores este ensaio é ignorado na maioria das
obras, tanto pelo seu alto custo como pela falta de
mão de obra e laboratórios que consigam realizar
este ensaio. Observando-se esta dificuldade executiva surge o método de ensaio APULOT como uma
opção viável para análise da tensão de aderência, já
que faz uso de protótipos de garrafa PET preenchidos com concreto e transpassados por barras de aço
para arrancamento através de macaco hidráulico.
Além de materiais de fácil acesso numa obra e baixo
custo para sua execução, é necessário destacar que
é possível ser realizado in-loco.
A pesquisa descrita realizou uma comparação entre
valores de tensão de aderência, através do ensaio
APULOT, de concretos de resistência normal e concretos de alta resistência. Os resultados obtidos farão parte de um banco de dados e serão comparados a outros resultados obtidos por grupos de pesquisa na Argélia, Brasil e França, sob a coordenação
do professor Michel Lorrain, da Universidade de Toulouse na França.
Para que a caracterização do concreto fosse completa além da análise da tensão de aderência foram realizados ensaios de resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade.
1.1. Concreto de Alta Resistência
A NBR 8953:2009 [1] classifica os concretos por sua
resistência a compressão em dois grupos, são chamados de Classe de resistência do grupo II aqueles
que se apresentam com valores de resistência maio-
Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
23 e 24 de setembro de 2014
res de 50MPa até o limite de 80MPa. Ocorre uma
grande duvida em relação as terminologias do concreto de alta resistência e concreto de alto desempenho.
É necessário destacar que os concretos de alta resistência podem ter características de concretos de alto
desempenho, porém devem atender exclusivamente
de maneira superior a resistência à compressão. Helene [2] destaca que a diminuição da relação águacimento, a otimização da granulometria dos agregados e as adições minerais garantem um concreto de
alta resistência.
1.2. Aderência
“Pode-se definir aderência como sendo o
mecanismo de transferência de tensões que
existe na interface entre a barra de aço da
armadura e o concreto que a envolve. Esse
fenômeno é tão importante, que a própria definição de concreto se condiciona à sua existência.” [3].
Netto [4] afirma que a aderência é composta por três
parcelas: a primeira surge no lançamento do concreto e aumenta até o endurecimento (aderência por
adesão). A outra parcela surge sempre que ocorra
deslizamento entre os materiais (aderência por atrito). A última parcela ocorre pelas saliências e reentrâncias da superfície das barras (aderência mecânica).
2. MATERIAIS
Para esta pesquisa foram realizados três diferentes
traços (20, 60 e 80MPa) que utilizaram dos seguintes
materiais:
Agregado natural miúdo: areia lavada; Agregado natural graúdo: brita 1 basáltica; Cimento: CP II – E –
32 do fabricante Cauê Cimentos; Aço: CA 50 com
diâmetro de 8 milímetros; Adições: sílica ativa da fabricante Dow Corning; Aditivos: plastificante Muraplast FK 100B fabricado pela MC Bauchemie
(20MPa) e superplastificante Glenium 51 fabricado
pela BASF (60 e 80MPa).
Tabela 1. Caracterização dos agregados.
Máx.
Teor
de
Finos
Absorção
de Água
[g/cm3]
[mm]
[%]
[%]
2,60
1,55
4,80
2,26
2,87
1,65
19,00
Massa
Específ.
Massa
Unit.
Dimen.
[g/cm3]
Agregado
Miúdo
Agregado
Graúdo
Material
0,74
3. DOSAGEM
Para esta pesquisa foi utilizada a mesma dosagem
feita por Guimarães [5] no caso do traço de 80MPa,
para os demais foi empobrecido. Com base em resultados de corpos de prova testes os traços foram
modificados conforme a Tabela 2.
Tabela 2. Traços finais.
Resistência
(MPa)
Cimento : Areia:
Brita
A/C
Aditivo
20
1 : 2,69 : 3,35
0,55
0,2%
60
1 : 2,01 : 2,88
0,35
1,0 %
80
1 : 1,45 : 2,08
0,34
1,5%
4. ENSAIOS
4.1. Concreto
Após os testes iniciais foram realizados ensaios de
resistência a compressão simples e tração por compressão diametral sendo analisada para ambos as
idades de 3, 7 e 28 dias e para cada idade e ensaio
feitos 4 corpos de prova.
24 horas após a moldagem os corpos de prova foram
retirados da forma e imersos em tanque com água
para processo de cura.
A Tabela 1 mostra a caracterização dos agregados
feita em laboratório.
Figura 1. Preparação dos corpos de prova.
Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
23 e 24 de setembro de 2014
4.2. APULOT
“O método APULOT é uma modificação do ensaio
pull-out, proposto para possibilitar um melhor controle de qualidade na produção de concreto armado” [6]
e utiliza como protótipos para corpo-de-prova garrafas de plástico PET cilíndricas, que devem possuir
um diâmetro mínimo de 8 cm e se possível um formato mais homogêneo na zona aderente, afirma [7].
Figura 3. Montagem dos protótipos de PET.
É importante deixar uma parte da barra livre para que
entre em contato com o concreto e gere a tensão de
aderência procurada. Para isso é necessário a aplicação da Equação 1.
σ ab =
Figura 2. Ensaio APULOT (Baiochi et al. [8]).
O macaco hidráulico deve ser bombeado e o pistão é
empurrado contra a cunha, “quando a força atinge
um valor tal que a barra está prestes a ser arrancada, o concreto se encontra fissurado.” [4]. Neste
momento ocorre um rápido deslizamento da barra e
o ensaio é finalizado.
Faplicada
Faplicada
=
2.π .R.lancoragem
Área
(1)
Sendo: σad = tensão de aderência; FAplicada =
força aplicada na barra de aço obtida no ensaio APULOT; R = raio da seção transversal
da barra de aço; lAncoragem = comprimento de
ancoragem.
A aplicação da formula com base nos resultados de
resistência a compressão dos testes iniciais que serão apresentados no próximo tópico nos dão parâmetros para definirmos os comprimentos de aderência
que devem ser adotados.
Tabela 4. Comprimento de Aderência.
A tabela abaixo mostra a quantidade de ensaios:
Tabela 3. Ensaio APULOT.
Resistência
Ensaio
Idade
[dias]
20
7
6
20
28
6
7
6
60
28
6
80
7
6
80
28
6
APULOT
Resistência Real
Tensão de Escoamento do Aço
Comprimento
de Ancoragem
[MPa]
[MPa]
[MPa]
[cm]
20
23,70
60
62,10
80
75,56
Garrafas
[MPa]
60
Resistência
É necessário primeiramente preparar os protótipos
de PET que por sua vez devem ter o fundo cortado e
a tampa e base furados para a passagem da barra
de aço.
9,50
580
4,70
3,96
5. RESULTADOS
5.1. Concreto
Resultados obtidos através dos testes citados no tópico 4.1.
Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
23 e 24 de setembro de 2014
Tabela 5. Resultados Concreto.
Resistência
à tração
por compressão
diametral
Resistência
Idades
Resistência
à compressão
simples
[MPa]
[dias]
[MPa]
[MPa]
3
22,7
-
20
60
80
7
23,15
1,32
28
28,18
1,83
3
32,55
-
7
45,4
2,41
28
52,81
2,7
3
38,68
-
7
50,61
2,6
28
74,96
2,92
5.2. APULOT
A tabela e os gráficos abaixo mostram os valores
obtidos no ensaio APULOT.
Figura 6. Gráficos 80MPa 7 dias
Tabela 6. Tensão de Aderência Média.
Rest.
Resistência
à Compressão
simples
Carga de
Ruptura
Tensão
de
Aderência
Tensão
de
Aderência
média
[MPa]
[kN]
[MPa]
[MPa]
21,17
8,87
3
23,61
9,89
1
18,86
7,91
20,74
8,69
6
27,04
11,33
1
35,18
29,79
33,82
28,64
4
34,4
29,13
1
29,09
24,65
28,53
24,18
4
30,27
25,65
1
29,94
30,09
30,61
30,77
3
26,51
26,65
4
32,15
32,31
1
21,85
21,96
26,3
26,43
26,38
26,51
Idade
PE
T
[MP
a]
[dias]
1
7
20
28
7
23,15
4
2
28,18
45,4
9,38
9,31
29,19
60
28
Figura 4. Gráficos 20MPa 7 dias.
2
52,81
2
7
80
28
50,61
3
4
Figura 5. Gráficos 60MPa 7 dias.
74,98
24,83
29,96
24,96
Anais do XIX Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178
Anais do IV Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420
23 e 24 de setembro de 2014
6. CONCLUSÃO
Conforme esperado foi observado uma elevação
contínua ao longo das idades (3, 7 e 28 dias) nos
resultados de propriedades mecânicas do concreto.
Mesmo assim, diferente dos resultados apresentados
pelo traço de 20MPa, os concretos de 60 e 80MPa
chegaram a valores de resistência a compressão
bem próximos ao esperado, mas não chegaram a
ultrapassá-los como era esperado.
Mediante os resultados apresentados pelo Módulo de
Elasticidade é importante resaltar que foi excluído da
publicação do artigo.
Analisando especificamente as tensões de aderência
observamos que com exceção do concreto de
20MPa os outros não alcançaram as tensões esperadas conforme foi mostrado nas tabelas acima. Assim, provavelmente a curva proposta por Lorrain e
Barbosa [6] pode não ser adequada para estimar a
relação entre a resistência a compressão axial e a
tensão de aderência para concretos da Classe II de
resistência. Sendo assim, uma maior gama de ensaios deve ser executada e analisada para maiores
afirmações.
AGRADECIMETOS
Agradeço a FAPESP pelo auxílio à Pesquisa usado
na compra dos equipamentos, à Pontifícia Universidade Católica de Campinas pela bolsa concedida,
por ceder às instalações do Laboratório de Materiais
e Estruturas e os materiais necessários para a realização deste artigo. E a aluna de graduação Gabriela
França Santarosa que deu início a este projeto.
REFERÊNCIAS
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (2009) NBR 8953: Concreto para fins estruturais – classificação por grupos de resistência. 2009. 2
p.
[2] Helene, P; et al. (2011) Concreto de alto e ultra
desempenho. São Paulo: Ed. IBRACON. Disponível
em:
<http://www.concretophd.com.br/imgs/files/HPCCap3
6Concreto2011.pdf > Acesso em: 30 mar. 2014.
[3] Fernandes, R. M. (2000) A influência das ações
repetidas na aderência aço-concreto. 2000. 155 f.
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Estruturas)
– Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade
de São Paulo, São Carlos.
[4] Netto, P. S. (1977) Ancoragem por aderência em
barras para concreto armado. São Carlos: Escola de
Engenharia de São Carlos – USP, Departamento de
Engenharia de Estruturas, 1977. p. 1-4.
[5] Guimarães, A. E. J. (1999) Análise de pilares de
concreto de alta resistência com adição de fibras metálicas submetidos à compressão centrada. 1999.
145 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de
São Paulo, São Carlos,.
[6] Lorrain, M.; Barbosa, M.P. (2008) Controle de
qualidade dos concretos estruturais: Ensaio de aderência aço-concreto. Revista Concreto e Construções. n.51, pp. 52-57. jul, ago, set.
[7] Vale Silva, B. (2010) Investigação do potencial
dos ensaios APULOT e pull-out para estimativa da
resistência a compressão do concreto. 2010. 178f.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) –
Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira.
[8] Baiochi, A. G. et al. (2009) Análise da aderência
entre o concreto desenvolvido com resíduo de construção civil e o aço pelo método APULOT. In: Congresso Brasileiro do Concreto 55.