Controle Tecnológico de Materiais na Engenharia Civil: Ensaio de Densidade In Situ, Resumos de Materiais e Sistemas de Construção

Baixe Controle Tecnológico de Materiais na Engenharia Civil: Ensaio de Densidade In Situ e outras Resumos em PDF para Materiais e Sistemas de Construção, somente na Docsity! INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO – CAMPUS RECIFE RELATÓRIO DE ESTÁGIO LABORATÓRIO DE GEOTECNIA E TECNOLOGIA DO CONCRETO RECIFE-PE JANEIRO DE 2017 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO – CAMPUS RECIFE RELATÓRIO DE ESTÁGIO LABORATÓRIO DE GEOTECNIA E TECNOLOGIA DO CONCRETO ALLISON RODRIGO PESSOA DA SILVA RECIFE-PE JANEIRO DE 2017 iv LISTA DE TABELAS Tabela 1: Resumo dos resultados dos ensaios com Cimento Portland ..................................... 14 Tabela 2: Cronograma de atividades ........................................................................................ 25 v LISTA DE FIGURAS Figura 1: À esquerda: peça concretada. À direira: forma de concretagem. Fonte: Autor. ... 13 Figura 2: Fibras utilizadas no concreto. Fonte: cimentoitambe.com.br ................................ 14 Figura 3: à esquerda, corpo de prova de Solo-Cal; à direita, Solo-cimento. Fonte: Autor. ..... 19 Figura 4: Esquema de estado de consistência dos solos. Fonte: CAPUTO, Homero. .......... 20 Figura 5: Passo a passo para a determinação do abatimento. Fonte: quora.com ................... 23 Figura 6: Etapas da realização do ensaio de densidade in situ. Fonte: consulteclab.com. ....... 24 vi RESUMO A realização do estágio foi feita, a maior parte do tempo, no Laboratório de Materiais de Construção Civil e no Laboratório de Geotecnia, dentro dos quais tive contato com os mais variados ensaios de controle tecnológico dos materiais componentes do concreto e dos solos. Também fiz visitas às obras para acompanhar o controle in situ e participei das atividades de escritório, auxiliando a produção de relatórios técnicos e fichas de ensaios. Este relatório técnico visa a dar as informações detalhadas sobre todas as atividades realizadas. 9 OBJETIVOS DO ESTÁGIO A contratação de um estagiário deve visar a um objetivo de ganho mútuo, de modo que o serviço prestado possa resultar, também, em aprendizado e experiência na vida profissional do estagiário. A JOV engenharia, desta forma, incentiva as contratações desse tipo e procura aliar as atividades desenvolvidas dentro da empresa com as habilidades assimiladas durante o curso técnico em Edificações. O plano de estágio foi estruturado de forma a abranger os conhecimentos adquiridos relacionados ao curso técnico, especialmente à área de Materiais de Construção Civil e Mecânica dos Solos. Sendo, as principais atividades:  Elaboração de ensaios de controle tecnológicos dos materiais de construção civil e de ensaios de natureza geotécnica;  Elaboração de relatórios técnicos, sob supervisão do engenheiro responsável;  Elaboração de resumo dos ensaios geotécnicos, com acompanhamento do engenheiro responsável;  Digitação e organização das fichas de ensaios e dos documentos necessários aos laudos de ensaios dos materiais, sob supervisão do engenheiro responsável. 10 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Controle Tecnológico dos materiais da construção civil, visa a dar suporte a obtenção, essencialmente, da qualidade do produto final, seja na área de controle geotécnico ou na área de controle dos materiais componentes do concreto. A fase de planejamento e de projeto de um empreendimento toma como ponto de partida a qualidade e integridade dos materiais a serem utilizados, por isso, é de especial importância a correta caracterização física, química e mecânica dos diversos materiais. No Brasil, o órgão que regula o controle tecnológico dos materiais, é a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) por meio de suas Normas Brasileiras (NBR) e, mais atualmente, as Normas Mercosul (NM), como fruto de parceria entre os países integrantes do Bloco Mercosul. Tais normas técnicas “fornecem limites na faixa de materiais e propõem métodos aceitáveis, de modo que um produto ou procedimento possa satisfazer o objetivo para o qual ele foi projetado” (PRADO, 2012). Algumas normas mais gerais, como a ABNT NBR 12655:2015 – Concreto de cimento Portland - Preparo, controle, recebimento e aceitação: Procedimento – têm como objetivo a adoção de condições exigíveis para realização do controle tecnológico dos materiais, além de ter a função de instruir detalhadamente como esse controle deve ser feito. Segundo Mehta e Monteiro (1994), concreto “é um material composto que consiste essencialmente de um meio contínuo aglomerante, dentro do qual estão mergulhadas partículas ou fragmentos de agregados”. O material aglomerante mais comumente utilizado é o Cimento Portland, aglomerante hidráulico formado, principalmente, por silicatos e aluminatos de cálcio, que quando combinados quimicamente com a água, endurecem formando um unidade porosa e resistente. Os materiais agregados (inertes quimicamente, em teoria) são, em geral, materiais granulares de origem mineral dispostos em diversos tamanhos e formas. Classificam-se os agregados, segundo a NBR 7211:2009, como graúdos (cujo diâmetro seja superior a 4,75 mm e inferior a 75 mm) e miúdos (cujo diâmetro seja inferior a 4,75 mm e superior a 0,075mm). Para que o Cimento Portland e os diversos tipos de agregados possam ser utilizados na Construção Civil, é necessário que eles se adequem às especificações presentes nas normas nacionais, assim como qualquer outro produto, como parte da garantia dos direitos do consumidor. As fábricas de cimento fazem o Controle de Produção, coletando amostras de seus lotes e realizando testes para a verificação de suas características, os clientes devem, portanto, fazer o Controle de Aceitação para verificação mais precisa de suas características 11 necessárias ao projeto. As especificações normativas variam para cada tipo de cimento, porém todas elas taxam condições mínimas exigíveis para autorizar sua comercialização. Os principais ensaios do controle de produção são os de consistência normal, tempo de início e fim de pega, massa específica, teor de SO3, expansibilidade a quente, teor de óxido de cálcio livre, finura pelo método de Blaine e resistência à compressão. Os agregados não passam pelo mesmo controle rígido de produção como o cimento devido ao seu processo de produção, por isso o Controle de Aceitação a ser feito é maior, sendo o principal caracterizador dos agregados a sua Granulometria (forma como os diâmetros dos grãos se distribuem). Outros testes bastante comuns para caracterização dos agregados são massa específica, massa unitária, inchamento e teor de materiais pulverulentos. Devido aos recentes casos de Reação Álcali-Agregado em algumas construções da Região Metropolitana do Recife, vêm se tornando comuns os testes de avaliação do potencial de reatividade dos agregados. Além do controle dos materiais componentes, o concreto também deve atender a algumas especificações, principalmente de projeto. Quando se fala em controle tecnológico do concreto se pensa em determinação do abatimento, ou “slump”, no caso do concreto fresco e determinação da resistência à compressão axial, no caso do concreto endurecido. Esses dois parâmetros são básicos na dosagem racional de um concreto, além de serem fixados durante a fase de projeto e dimensionamento da estrutura. Outras considerações importantes sobre as propriedades do concreto é a resistência à tração, determinada pela resistência à compressão diametral ou pela flexão pura em uma viga bi apoiada, obtenção do módulo de elasticidade, da absorção, da massa específica e do índice de vazios. O controle geotécnico é de fundamental importância, uma vez que qualquer obra de engenharia estará apoiada sobre o seu material básico – o solo. Os diferentes tipos de solos possuem características bem distintas, de modo que o material perfeito para uma construção possa vir a arruinar outra. Uma boa caracterização física e mecânica de um solo dará maiores informações aos projetistas para avaliar se aquele material está, ou não, apto a ser utilizado no empreendimento. Os ensaios realizados com os solos variam de acordo com o tipo de construção, em todos os casos, os ensaios de caracterização física como densidade real, granulometria por peneiramento e sedimentação, limites de liquidez, limite de plasticidade e compactação dão uma ótima noção de como o solo se comportará quando submetido a uma solicitação. Alguns ensaios mais específicos como Índice de Suporte Califórnia (ISC), 14 Tabela 1: Resumo dos resultados dos ensaios com Cimento Portland CIMENTO PORTLAND BRANCO – CEMEX TOLTECA NBR NM 43 – Determinação da pasta de consistência normal NBR NM 65 – Determinação dos tempos de pega NBR 11582 – Determinação da expansibilidade de Le Chatelier NBR NM 23 – Determinação da massa específica do cimento Início Fim 30 % 1h14min 5h36min A frio: 2 mm 3,65 g/cm³ Durante a fase de teste das peças foram utilizados diferentes tipos de aditivos de modo a avaliar a capacidade de ação do superplastificante, o tempo em aberto e o comportamento do concreto quando combinados mais de um tipo de aditivo. Também foram utilizados dois tipos de fibras, uma estrutural sintética polimerada (Forta Ferro 54) e outra fibra de polipropileno, mais fina, para dar coesão ao conjunto e evitar segregação excessiva (Figura 2). As fibras servem para aumentar a resistência a tração da peça, uma vez que o projeto estrutural não previu a utilização de armaduras. Figura 2: Fibras utilizadas no concreto. Fonte: cimentoitambe.com.br Após a caracterização dos materiais, foi feito um estudo com base no apanhado teórico existente, como a Lei de Abrams e a Lei de Lyse, para se chegar a um traço ideal teórico. Esse estudo foi fundamentado nos métodos de dosagem de concreto do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo, IPT. Após os cálculos e análise dos resultados, partiu-se para as misturas em pequenas quantidades para verificar algumas das propriedades previstas, 15 inclusive da atuação do aditivo na cor final do concreto. Com os parâmetros obtidos, os materiais foram misturados na betoneira e a peça foi preenchida com o auxílio de baldes. O concreto foi vibrado em mesa vibratória apenas para dar maior conformação às entranhas da forma. Vários testes foram feitos até chegar a um sistema de concretagem ideal, foi preciso estudar diferentes tipos de traços, modos de preenchimento, modos de adensamento e cura, de forma a obter o melhor produto final possível. A maior dificuldade encontrada foi conseguir controlar o traço do concreto para se obter as mesmas propriedades em função dos diferentes tipos de aditivos, isto é, os aditivos influenciam significantemente nas propriedades do concreto e isso torna a previsão teórica mais incerta. Outro fato significante foi a finura do Carbonato dolomítico, o aditivo também parecia atuar sobre ele, estudos mais aprofundados devem ser feitos para comprovar tal efeito. Serão listados abaixo os ensaios realizados no Laboratório de Materiais de Construção com um descrição sumária dos procedimentos adotados. ABNT NBR NM 43:2003 - Cimento Portland: Determinação da pasta de Consistência Normal Quando se usa uma mesma relação água/cimento para diferentes tipos de Cimento Portland, obtém-se pastas de diferentes consistências, isso se deve, principalmente, às características físico-químicas do cimento, que variam conforme o tipo. Portanto, neste ensaio é fixada uma consistência, chamada de Consistência Normal e são testada várias relações água/cimento até obtermos tal consistência. O aparelho que usamos para medir a consistência de uma pasta de cimento é chamado de Aparelho de Vicat com a Sonda de Tetmajer, tal propriedade é medida pela resistência à penetração da sonda na pasta de cimento sob molde tronco-cônico padronizado, quando a distância da placa da base estiver no intervalo de 6 ± 1 mm, dizemos que a pasta está na Consistência Normal. Este ensaio serve de parâmetro inicial para a realização de outros ensaios, como o de Tempo de Pega e Expansibilidade. ABNT NBR NM 65:2003 - Cimento Portland: Determinação do tempo de início e fim de pega Os tempos de pega do cimento Portland referem-se a diferentes fases da hidratação dos seus compostos. No Início da Pega, o processo de cristalização dos aluminatos começa a tomar efeito e a pasta perde consistência, no Fim da Pega, a pasta começa a ganhar resistência 16 propriamente dita. Esses tempos podem variar para cada tipo de cimento. É preparada uma pasta com a consistência padrão, chamada de consistência normal, de acordo com a NBR NM 43:2003 e depois é colocada no Aparelho de Vicat, com a Agulha de Vicat, que também mede a resistência a penetração da agulha à pasta, sob mesmo molde trono-cônico. A cada intervalo determinado de tempo, faz-se com que a agulha penetre a pasta de cimento. Quando a agulha atingir uma distância da placa da base de 4 ± 1 mm, verificamos que ocorreu o início da pega, que para os Cimentos Portland brasileiros, tem que ser sempre superior a uma hora. O tempo de fim de pega é determinado com o mesmo aparelho, porém com o auxílio da Agulha de Fim de Pega, que possui um anel em sua extremidade e ajuda a verificar a penetração, e é geralmente inferior a 10 horas. ABNT NBR 11582:2016 – Cimento Portland: Determinação da Expansibilidade de Le Chatelier O fenômeno da expansibilidade se dá devido à hidratação dos óxidos de cálcio e dos óxidos de magnésio livres que se transformam em hidróxidos, dessa forma, a variação volumétrica não pode ser demasiada, pois a baixa resistência à tração do cimento, faria ocorrer fissuras durante toda a peça. O ensaio de expansibilidade é feito com a agulha de Le Chatelier, de modo que molda-se uma pasta na Consistência Normal e preenche-se a agulha, tomando como base placas de vidro de 5x5 cm. Após o preenchimento, a agulha é posta em cura submersa durante o período de 24h, depois do qual prosseguirá o desmolde das placas. A agulha com a pasta de cimento continuará submersa durante o período de 6 dias, caso o ensaio seja feito “a frio” ou passará por um processo térmico, caso seja “a quente”. Em ambos os casos, são feitas medidas das distâncias entre as hastes antes e depois dos processos, a diferença entre as leituras é a expansibilidade do cimento, medida em milímetros. O máximo aceitável pelas normas brasileiras é de 3mm. ABNT NBR 7215:1996 – Cimento Portland: Determinação da Resistência à Compressão É comum vermos nos sacos de cimento a indicação de 25, 32 ou 40 MPa. Esse número indica a pressão axial que um corpo de prova cilíndrico com 5 cm de diâmetro pode suportar, aos 28 dias de idade, no máximo. O corpo de prova é feito com uma argamassa de traço 1:3 e relação água/cimento de 0,48, utilizando uma areia padrão, chamada de Areia Normal, fornecida pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT). Todos os constituintes e etapas são padronizados a fim de avaliar apenas a qualidade do cimento quanto à sua resistência. Após a 19 Figura 3: à esquerda, corpo de prova de Solo-Cal; à direita, Solo-cimento. Fonte: Autor. Os ensaios realizados serão detalhados abaixo: DNER-ME 093/94 – Solos: Determinação da densidade real A determinação da densidade real se faz pelo método do picnômetro, utilizando o princípio de Arquimedes para medição de volume de sólidos. Inicialmente a amostra é preparada segundo a DNER – ME 041/94, tomando cerca de 10g. O picnômetro é pesado seco e limpo (P1), a amostra é posta dentro do picnômetro e o peso do conjunto é obtido (P2), coloca-se água destilada no interior do picnômetro até cobrir a amostra e se faz uso de um bico de bunsen junto com uma tela de amianto para o aquecimento do conjunto e consequente expulsão do ar presente entre os grãos do solo, após total expulsão do ar, completa-se com água destilada até a borda superior do picnômetro e obtém-se o peso (P3). O peso (P4) é a massa do picnômetro completamente cheio de água destilada. Após todas as medições, a densidade real é obtida pela fórmula: 𝐷𝑡 = 𝑃2−𝑃1 (𝑃4−𝑃1)−(𝑃3−𝑃2) , sendo Dt a densidade real do solo a temperatura T ºC. DNER-ME 051/94 – Solos: Análise Granulométrica A análise granulométrica dos solos, juntamente com os outros ensaios de caracterização, é de suma importância para o conhecimento do tipo de solo a ser trabalhado. Pode-se proceder apenas com o peneiramento da amostra ou, quando se necessita de respostas mais precisas, com o ensaio de granulometria por sedimentação. O processo do peneiramento é mais comum, o solo é preparado segundo a DNER – ME 041/94, pesado, lavado e posto na estufa, 20 depois de 24h, procede-se o peneiramento da fração graúda e da fração miúda. Sendo a peneira de menor abertura, a peneira de # 0,075mm, isso faz com que haja uma incerteza quanto à disposição dos grãos inferiores a esse diâmetro (argila e silte). Já no método da sedimentação, é usada Lei de Stokes sobre o decaimento de partículas esféricas em um fluido. A amostra de solo depois de preparada deve passar por, no mínimo, 12 horas em uma solução de 45,7g/L de sal defloculante para separação química das partículas, geralmente Hexametafosfato sódico. Após o período de separação química, é necessário fazer a separação física dos grãos num dispersor de amostras. A mistura é levada a uma proveta de vidro, agitada e a cada intervalo de tempo determinado por norma, são obtidas medidas da densidade do conjunto (água + solo em decantação) e da temperatura do conjunto. Ao término de 8 horas de ensaio, a amostra em decantação é lavada na peneira #200 e seu material retido será colocado na estufa para posterior análise granulométrica por peneiramento. Com os valores da densidade do conjunto e da densidade real do solo em questão, estima-se o diâmetro dos grãos em dispersão a cada momento de medida, conseguindo prosseguir com a curva granulométrica até próximo do diâmetro teórico das argilas (0,005mm). DNER-ME 122/94 – Solos: Determinação do Limite de Liquidez O estado de consistência dos solos passa por mudanças de acordo com o teor de umidade da amostra, seguindo, em geral o esquema seguinte: Figura 4: Esquema de estado de consistência dos solos. Fonte: CAPUTO, Homero. Entre cada estado de consistência, existe o que chamamos de estado limite de consistência, onde temos o Limite de Liquidez (LL), o Limite de Plasticidade (LP) e o Limite de Contração (LC), de modo que a determinação desses limites é muito importante para conhecimento da engenharia. No Limite de Liquidez, “o solo perde a capacidade de fluir, porém pode ser moldado facilmente e conservado sua forma” (CAPUTO, 1988). Tal determinação é feita com o Aparelho de Casa Grande, que se constitui de uma concha em latão onde se preenche o solo e 21 cria-se um sulco, ao passo que a conha vai sendo golpeada com uma altura de queda de padrão de 1cm, o sulco vai se fechando. “A resistência ao fechamento provém da sua ‘resistência ao cisalhamento’ correspondente à umidade que apresenta” (CAPUTO, 1988). Convencionou-se que o Limite de Liquidez é o teor de umidade referente a 25 golpes com o Aparelho de Casa Grande, obtido pela Linha de Escoamento do material, construída com 5 determinações de umidade versus nº de golpes para fechar o sulco. A reta é obtida por regressão linear dos 5 pontos. DNER-ME 082/94 – Solos: Determinação do Limite de Pasticidade O Limite de Plasticidade é a transição entre a fase plástica (onde uma tensão corresponde a uma deformação, linearmente) e a fase semissólida (onde o solo não suporta ser moldado sem que haja variação volumétrica e retrai ao secar). Essa determinação é feita por inspeção visual de um cilindro de 3 mm de diâmetro de 10 cm de comprimento moldado pelo operador. Quando a formação de pequenas fissuras for aparente, diz-se que aquela amostra está no Limite de Plasticidade, caso não haja formação de fissuras, continua-se a homogeneização até a amostra perder umidade o suficiente para atingir o LP, caso haja formação de fissuras antes do término da moldagem, adiciona-se um pouco mais de água e continuar a homogeneização. A determinação dos limites de liquidez e plasticidade visa a obtenção, principalmente, do Índice de Plasticidade (IP), fator muito importante para correta classificação dos solos. O IP é numericamente igual ao valor do LL menos o valor do LP (IP = LL – LP), ao analisarmos os Estados de Consistência, vemos que esse valor corresponde à fase plástica do solo. A partir do índice de plasticidade, pode-se estimar qual tipo de material pode-se encontrar naquela amostra, IP mais altos indicam que o solo tem uma fase plástica maior, indicando também a maior quantidade de argila, devido a sua forma lamelar e sua interação com a água adsorvida. DNER-ME 162/94 – Solos: Ensaios de compactação utilizando amostras trabalhadas Muito importante nas obras rodoviárias e de terraplenagem, o ensaio de compactação visa a obter uma relação entre a massa específica aparente do solo seco com o seu teor de umidade. O ensaio é feito utilizando-se, basicamente, de um cilindro e um soquete, onde o solo é homogeneizado, posto dentro do cilindro e golpeado. Sabe-se que a quantidade de golpes, o número de camadas de adensamento e o peso do soquete fazem variar a densidade do solo, por isso, esses parâmetros são fixados por norma. Depois de golpeado, o conjunto é 24 compactação e depois de compactado é necessário verificar se a densidade em campo está, também, coerente com a densidade aparente seca máxima obtida em laboratório, essa verificação é feita pelo Grau de Compactação (GC), que é dado pela relação da densidade em campo (“in situ”) e a obtida em laboratório. Geralmente essa relação deve ser maior que 95%. A densidade in situ é determinada, entre outros, pelo método do frasco de areia. É feito um furo na camada compactada, com aproximadamente 10 cm de diâmetro de 15 cm de altura e o material proveniente do furo é coletado, tomando cerca de 100 g para a determinação do teor de umidade. Depois de coletado é inserido dentro do furo uma areia previamente calibrada cuja massa unitária é conhecida. Pela diferença de massa no frasco de areia, consegue-se determinar o volume do furo e relacioná-lo com a massa seca, obtendo-se a massa específica aparente seca in situ (Figura 6). Figura 6: Etapas da realização do ensaio de densidade in situ. Fonte: consulteclab.com. Atividades de escritório: As atividades de escritório resumiram-se a redigir, com o auxílio do supervisor, relatórios técnicos dos ensaios e estudos realizados, de modo a tornar claro e conciso para o cliente, também foram produzidos documentos anexos aos relatórios, como fichas de ensaios, perfis geotécnicos, plantas e croquis. A escrita dos relatórios técnicos foi de suma importância para o meu aprendizado com a língua e com a comunicação, inicialmente tive dificuldade em expor com clareza e sutileza, mas com o auxílio da equipe, consegui desenvolver melhor as minhas habilidades. 25 CRONOGRAMA DE DESENVOLVIMENTO DAS ATIVIDADES DE ESTÁGIO Tabela 2: Cronograma de atividades ATIVIDADES MÊS/ANO SET/2010 OUT/2010 NOV/2010 DEZ/2010 Revisão Bibliográfica X X X Desenvolvimento do traço de concreto de Cimento Portland Branco X Atividades e ensaios no Laboratório de Materiais de Construção X X X Atividades e ensaios no Laboratório de Mecânica dos Solos X X Atividades de campo de controle tecnológico do concreto X Atividades de campo de controle de terraplenagem X Elaboração de relatórios técnicos e documentos anexos ao relatório X X X X Confecção dos relatórios parciais e final X X X X 26 CONSIDERAÇÕES FINAIS O período de estágio foi de extrema importância, não só para minha carreira profissional, mas também para minha formação como pessoa e cidadão, pude conhecer melhor as atividades da engenharia nos quais estive envolvido, sempre relacionando o aprendizado teórico com o enfoque prático. Aprendi muito sobre a importância do controle tecnológico dos materiais dentro das obras de engenharia, desde as menores, até as grandes obras de infraestrutura, é cabível dizer que tal controle tecnológico é a garantia da qualidade dos projetos de engenharia civil. A principal dificuldade que tive foi em conseguir aliar a prática de laboratório, com a redação do escritório. A elaboração dos textos técnicos criou em mim a necessidade de me aperfeiçoar na comunicação escrita técnica, não basta realizar um ensaio com perfeição, é necessário transcrever corretamente e passar as impressões com imparcialidade e clareza.