Análise da resistência à compressão do concreto em estruturas acabadas com vistas à revisão da segurança estrutural

  • P. Helene Universidad de São Paulo, USP & PhD Engenharia

Abstract

Trata-se de discutir a complexa problemática de medida e avaliação da resistência do concreto em estruturas acabadas, ou seja, em estruturas ou componentes estruturais já moldados in loco ou pré-fabricados, em obras em construção ou construídas há anos, para fins de revisão da segurança dessa estrutura. Inicia-se por uma sintética revisão dos conceitos de introdução da segurança no projeto das estruturas de concreto com o significado dos coeficientes de minoração da resistência dos materiais. A partir de resultados experimentais obtidos em teses de doutoramento discute-se a ordem de grandeza da influência de certas variáveis aleatórias principais. Na seqüências trata-se da representatividade da amostragem e cuidados com a extração dos testemunhos cilíndricos. A questão do crescimento da resistência com a idade e do decréscimo dessa resistência com a carga de longa duração (efeito Rüsch) também são abordados para encerrar propondo um procedimento adequado de obtenção do fck para fins de revisão da segurança do projeto estrutural.

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References

A normalização americana para estruturas de edificações, ACI 318, adota 10% como o quantil inferior da distribuição admitida normal, das resistências à compressão do concreto. No caso de pavimentos de concreto adota quantil de 20%. Brasil e EUROCODE adotam apenas 5% de defeituosos. Observe-se que os americanos indicam por f´c enquanto na Europa e Brasil usa-se a notação fck, porém ambos têm conceitos equivalentes em términos estatísticos, mas notação própria.

O volume de concreto de um caminhão betoneira usual, de 8m3, pode ser suficiente para concretar 10 (dez) ou mais pilares de um edifício convencional. Portanto mesmo que apenas uma “betonada†esteja com resistência abaixo de fck, as conseqüências podem ser desastrosas.

Laniková, I.; Stepánek, Petr et al. Fully Probabilistic Design. The Way for Optimising of Concrete Structures. In: Proceedings of Conference 14. Betonárské dny 2007. CBS Servis, 2007, s. 421-426, (in Czech). Análise feita para ELS (SLS) e ELU (ULS).

Observe-se que neste artigo de discussão técnica não está sendo considerada a questão comercial, ou seja, é possível em certas circunstâncias aceitar um concreto com resistência à compressão de 0,9 do fck sem necessidade de reforço. Por outro lado, comercialmente, esse concreto pode ser penalizado pois o pedido / contrato de fornecimento foi de fck e não 0,9*fck

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Nos casos triviais, na chegada do caminhão betoneira, após bem misturar o concreto do balão no canteiro, deve ser retirada uma pequena porção de concreto para ensaios de consistência do concreto fresco. Estando dentro dos limites o início da descarga do concreto para a obra é autorizado. A retirada de uma porção de concreto para representar a resistência à compressão do concreto daquele balão, chamado na NBR 12655 de resistência do exemplar, por norma, deve ser realizada com retirada de uma porção pertencente ao volume do terço médio do balão. Este pesquisador recomenda retirar do último terço. Do ponto de vista físico ou de engenharia de concreto, tanto faz. Do ponto de vista matemático o terço central é mais representativo, mas do ponto de vista do risco de erro humano, retirar do terço final significa impedir até esse final que seja lançada água em excesso no balão, ou seja, reduz psicologicamente o risco de haver distorção significativa no traço e qualidade do concreto em um volume grande.

NBRNM 067:1998 Concreto. Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Método de Ensaio.

Em casos especiais de concreto produzido em obra, no canteiro, cabe aplicar as recomendações da NBR 5750 Amostragem de concreto fresco produzido por betoneiras estacionárias. Método de ensaio.

A RBLE Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaios é um conjunto de laboratórios credenciados pelo INMETRO segundo os requisitos da norma NBR ISO/IEC 17025 e congrega competências técnicas e capacitações vinculadas a indústrias, universidades e institutos tecnológicos, habilitados para a realização de serviços de ensaios. O credenciamento estabelece um mecanismo para evidenciar que os laboratórios se utilizam de um sistema da qualidade, que possuem competência técnica para realizar serviços de ensaios e assegurar a capacidade em obter resultados de acordo com métodos e técnicas reconhecidos nacional e internacionalmente. Os laboratórios da RBLE são utilizados para a realização de ensaios e testes de funcionamento e desempenho em produtos que possuem certificação compulsória ou voluntária. A rastreabilidade das medições é garantida através das calibrações dos padrões nos laboratórios da RBC Rede Brasileira de Calibração ou diretamente nos laboratórios do INMETRO.

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Péricles Brasiliense Fusco. A influência da variabilidade da resistência do cimento na variabilidade da resistência do concreto. In: Seminário sobre Controle da Resistência do Concreto. São Paulo, 1979, Anais. IBRACON

A ex-norma NBR 11562:1990. Fabricação e Transporte de Concreto para Estruturas de Centrais Nucleoelétricas (baseada num antiga recomendação do Bureau of Reclamation,USA), já considerada obsoleta pela ABNT, e portanto descartada, estabelecia que nenhum resultado de resistência à compressão dentro de um mesmo caminhão betoneira (mesma betonada) poderia diferir ±7,5%â—fcm (ou seja, nenhum resultado dentro da mesma betoneira pode diferir de mais ou menos 7,5% da resistência média dessa betonada). Em outras palavras isso equivale a dizer que o coeficiente de variação total das resistências dentro de uma betonada é sempre muito pequeno, ou seja, sempre menor que vc < 2,5%. Por essa razão desprezível diante de outras variáveis muito mais importantes.

O furo deixado pelo testemunho danifica o elemento estrutural e reduz muito sua capacidade portante. Por exemplo, um testemunho de diâmetro 10cm com altura de 20cm, deixa um furo de 12cmx22cm, no mínimo, que representa no caso de um pilar de secção quadrada de lado 40cm, mais de 16% de redução da secção resistente de concreto. Por essa e outras razões este pesquisador recomenda extrair o menor número possível de testemunhos e que estes sejam de pequenas dimensões e que nunca cortem armaduras.

Paulo Helene. Concreto Endurecido. Avaliação da Dureza Superficial pelo Esclerômetro de Reflexão. São Paulo. Anais: II Simpósio sobre Normalização de Cimento, Concreto e Agregados. ABNT, CB-18 Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados, Nov. 1982. 28p.

Em certas situações especiais, nas quais a densidade de armadura é muito grande e não há espaçamento livre entre barras longitudinais que permita a extração de testemunhos com esse diâmetro recomendável, é possível e seguro extrair mini-testemunhos (25mmx50mm), tomando-se os cuidados recomendados na tese de doutoramento de José Orlando Vieira Filho: Avaliação da Resistência à Compressão do Concreto através de Testemunhos Extraídos: Contribuição à Estimativa do Coeficiente de Correção devido aos Efeitos do Broqueamento. 2007, principalmente o relativo ao aumento do número de testemunhos por exemplar devido à maior variabilidade dos resultados. De qualquer modo extrair mini-testemunhos, sempre é mais seguro pois danifica menos a estrutura e nunca aumenta a resistência potencial do concreto. Se bem extraído, ensaiado e analisado, vai se aproximar da resistência efetiva e potencial a igual que qualquer outro testemunho.

Paulo Helene. Avaliação da Resistência à Compressão de Estruturas Através de Testemunhos Cilíndricos de Concreto. São Paulo. São Paulo. Anais: I Simpósio sobre Normalização de Cimento, Concreto e Agregados. ABNT, CB-18 Comitê Brasileiro de Cimento, Concreto e Agregados, Out. 1980. 33p.

Pedaços de madeira, agregados frágeis ou torrões de argila, pedaços de armadura, papel de jornal ou de saco de aglomerante, isopor, pó de serragem, casca de banana ou outras frutas, etc.

ABNT NBR 15575-1:2010 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Desempenho Parte 1: Requisitos gerais

ABNT NBR 15575-2:2010 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Desempenho. Parte 2: Requisitos para os sistemas estruturais

ABNT NBR 15575-3:2010 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Desempenho. Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos internos

ABNT NBR 15575-4:2010 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Desempenh. Parte 4: Sistemas de vedações verticais externas e internas

ABNT NBR 15575-5:2010 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Desempenho. Parte 5: Requisitos para sistemas de coberturas

ABNT NBR 15575-6:2010 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. Desempenho. Parte 6: Sistemas hidrossanitários

NBR 7584:1995. Concreto endurecido. Avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão. Método de Ensaio,

No Brasil c = 1,4 enquanto na maioria das normas internacionais c=1,5.

No método semi-probabilista de introdução da segurança no projeto estrutural, adotado na NBR 6118, as ações (cargas) e as resistências, com suas correspondentes solicitações atuantes e resistentes, são consideradas variáveis aleatórias que podem ser representadas pela distribuição de extremos e a de Gauss, respectivamente, sendo introduzidos coeficientes de ponderação para “representar†outras variáveis. Na prática somente as resistências dos materiais são variáveis aleatórias a serem medidas e quantificadas durante o processo de execução e uso da estrutura, pois as cargas estão pré-fixadas em tabelas e textos normativos.

Definição universalmente aceita e que consta da NBR 6118:2007 Projeto de Estruturas de Concreto. Procedimento.

Em geral considera-se tolerável até 10% abaixo do fck. Até esse limite de 0,9 fck é usual ser dispensável a revisão de cálculo e o reforço da estrutura. Caso os resultados dos corpos-de-prova e exemplares moldados sejam inferiores a 0,9 fck pode haver necessidade de revisão estrutural e reforço.

Entende-se por ensaio de resistência à compressão de curta duração, o ensaio que dura menos de 15minutos. Além desse período o resultado passaria a ser afetado pelos efeitos deletérios das cargas de longa duração (efeito Rüsch). Em muitos casos, e este pesquisador assim o faz, a literatura chama esses ensaios de curta duração, de carregamentos ou ensaios “instantâneosâ€.

A execução de estruturas de concreto devem seguir as regras clássicas de “bem construir†e os procedimentos prescritos pela NBR 14931:2004 Execução de Estruturas de Concreto. Procedimento.

Na realidade γc representa várias diferenças entre o valor experimentalmente obtido do ensaio padrão em corpos-de-prova na boca da betoneira, e o valor efetivo da resistência no elemento estrutural na estrutura bem construída. Conforme explicitado no texto da fib(CEB-FIP) bulletin n.2. v.2. July 1999. Structural Concrete, updating CEB/FIP Model Code 90, item 6.3 p. 59 e no da NBR 6118,item 12.1, γc = γc1 . γc2 . γc3 = 1,5, onde: γc1 representa a variabilidade da resistência do concreto na estrutura em relação à variabilidade da resistência desse concreto dentro da betoneira e pode ser admitido como da ordem de 1,23. γc2 representa a diferença entre a resistência no corpo-de-prova e a resistência do concreto no elemento estrutural e pode ser admitido como da ordem de 1,05. γc3 representa as incertezas na avaliação matemática da capacidade resistente do elemento estrutural (R) devidas a desvios na construção e modelos de cálculo, e pode ser admitido como da ordem de 1,16. No caso do Brasil poder-se-ia adotar γc1 ≈ 1,21, γc2 ≈ 1,03 e γc3 ≈ 1,12.

Admite-se que a menor unidade homogênea de concreto é o volume de concreto de uma betonada, seja de uma betoneira estacionária de 300L, seja de um caminhão betoneira de 12.000L (12 m3). Para isso ser verdade é necessário que o equipamento esteja em perfeitas condições de conservação e que seja operado adequadamente, principalmente quanto ao tempo e giros da betoneira. A máxima variabilidade de resistência (variabilidade do concreto mais variabilidade das operações de ensaio) tolerada num volume de concreto de um caminhão betoneira, expressa pelo coeficiente de variação da curva normal de Gauss, é da ordem de apenas vc < 2,5%. Ao atender o critério de amostrar corretamente o concreto da betonada, através de coletas do concreto da porção do terço médio do volume total, fica subentendido que se busca essa resistência potencial, pois concretos do início da descarga ou do seu final podem ter resistência com maior variabilidade, tanto para mais como para menos. Sempre cabe ressaltar que não há como elevar a resistência do concreto a não ser alterando o traço. Portanto quaisquer erros de amostragem e ensaio, tenderão a reduzir esse valor potencial, jamais aumentá-lo, a não ser por má fé ou erro humano grosseiro.

La NBR 12655:2006 prescreve os tamanhos máximos de lotes de concreto, em volume, a serem considerados de cada vez. Evidentemente o tamanho mínimo de lote possível coincide com a menor unidade de produto, ou seja, com o volume da betonada. Uma vez conhecidas as resistências de todas as betonadas, o universo dos resultados é conhecido e não há mais necessidade de aplicar estimadores (modelos matemáticos utilizados para inferência estatística).

NBR 7680: 2007 Concreto: Extração, preparação, e ensaios de testemunhos de concreto. Procedimento.

Observa-se que para fins de resistência de estruturas de concreto, de aço, de pedras e de alvenaria cerâmica, qualquer duração da carga acima de 15 minutos é considerada de longa duração.

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Certos pesquisadores consideram que são 3 (três) coeficientes. Que além dos dois betas citados (1 e 2) ainda deveria ser considerado um terceiro coeficiente que levasse em conta a diferença entre um corpo-de-prova cilíndrico de h/d = 2 para um pilar que teria geometria diversa desta. Esses pesquisadores atribuem a este coeficiente valores de 2% a 5%, sem especificar qual a geometria do pilar, qual a direção de extração, qual a dimensão do corpo-deprova ou do testemunho, etc. Por ser um coeficiente muito vago, de difícil medida experimental, foi aqui desprezado frente às demais variáveis em jogo, mais objetivas e de maior importância. Item 17.2.2 da NBR 6118:2007.

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CEB-FIP Model Code 90. Design Code. Bulletin d’Information 213/214, May 1993. O mesmo modelo foi adotado pela nova versão do fib(CEB-FIP) Model Code 2010

Não há consenso sobre o que significa carga significativa. Sabe-se que se o concreto estiver descarregado, por exemplo um corpo-de-prova na câmara úmida, a resistência vai sempre crescer livremente. Se estiver muito carregado (da ordem de 0,7 de sua resistência fc de ensaio “instantâneoâ€), sua resistência vai subir menos pois estará sendo reduzida pelo efeito Rüsch, ou seja estará sendo reduzida pelo mecanismo da “perda de capacidade resistente por efeito da carga de longa duraçãoâ€. Este pesquisador propõe que abaixo de 0,4fc não há efeito notório da “perda de capacidade resistente por efeito da carga de longa duração†e acima desse valor ela é integral. Trata-se apenas de uma simplificação de bom senso, ainda sem comprovação experimental.

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Portanto um valor que exceda mais do que isso em relação à média, deve ser olhado com atenção e dúvida pois tem uma probabilidade muito pequena de ocorrer.

Um testemunho de 10cm de diâmetro com h/d = 2, num pilar de 40cm por 40cm de seção transversal vai reduzir a seção resistente de concreto em mais de 16%, Um testemunho de 7,5cm reduzirá de mais de 8,8%. Em qualquer caso é muito! Deve-se reduzir ao mínimo o número de testemunhos por pilar. Caso o concreto de uma mesma betonada tenha moldado vários pilares, evitar extrair de todos os pilares escolhendo apenas 2 ou 3 pilares e extraindo um testemunho de cada um deles e analisando os resultados sob o conceito de testemunhos “irmãos†e representativos de uma mesma betonada (conceito de exemplar).

Em geral, nesta etapa do processo, dá-se preferência aos resultados dos testemunhos extraídos pois estes representam melhor o componente estrutural.

Published
2011-01-30
How to Cite
Helene, P. (2011). Análise da resistência à compressão do concreto em estruturas acabadas com vistas à revisão da segurança estrutural. Revista ALCONPAT, 1(1), 64-89. https://doi.org/10.21041/ra.v1i1.7
Section
Applied Research