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Revista ALCONPAT
versión On-line ISSN 2007-6835
Rev. ALCONPAT vol.6 no.3 Mérida sep./dic. 2016
https://doi.org/10.21041/ra.v6i3.149
Applied Research
Medida de maturidade do concreto in situ numa estrutura
1Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Concordia, Argentina.
Neste trabalho, determinar o grau de maturidade na estrutura de concreto in situ. Para fazer isso, as temperaturas são medidas nas fundações de betão de uma estrutura, desde as primeiras horas de hidratação, a 28 dias, com um dispositivo desenvolvido na Faculdade. Simultaneamente testar resistência à compressão são realizados estabelecer a relação com a temperatura, com expressões Nurse-Saul e Arrhenius. Os resultados obtidos permitem determinar a curva do betão estudada maturidade e estabelecer o grau de maturação em cada uma das diferentes partes da estrutura.
A utilização desta metodologia permite controlar todo o betão recebido, a sua homogeneidade e monitorar a resistência em tempo real.
Palavras-chave: maturidade; betão; temperatura; resistência
In this paper, we determine the degree of maturity in situ concrete structure. To do this, temperatures are measured in the concrete foundations of a structure, from the first hours of hydration, to 28 days, with a device developed at the Faculty. Simultaneously testing compressive strength are performed establishing the relationship with temperature, with expressions Nurse-Saul and Arrhenius. The results allowed to determine the maturity curve of the studied concrete and establish the degree of maturity in each of the different parts of the structure.
The use of this methodology allows to control the entire concrete received, its homogeneity and to monitor resistance in real time.
Keywords: maturity; concrete; temperature; resistance
En este trabajo realizamos la determinación del grado de madurez del hormigón in situ en una estructura. Para ello, se miden las temperaturas en las bases de hormigón de una estructura, desde las primeras horas de la hidratación, hasta los 28 días, con un equipo desarrollado en la Facultad. Simultáneamente se realizan ensayos de resistencia a la compresión estableciendo la relación con las temperaturas, con las expresiones de Nurse-Saul y Arrhenius. Los resultados permitieron determinar la curva de madurez del hormigón estudiado y establecer el grado de madurez en cada una de las partes diferenciadas de la estructura.
El uso de esta metodología permite controlar la totalidad del hormigón recibido, su homogeneidad y monitorear su resistencia en tiempo real.
Palabras claves: madurez; hormigón; temperatura; resistencia
1. INTRODUÇÃO
O método de maturidade fornece um meio simples e útil para estimar o ganho de resistência do concreto nas primeiras idades (geralmente inferiores a 14 dias).
Deve ser mencionado que é necessário ter a curva de maturidade da dosagem a ser utilizada, porque a curva é própria do conjunto dos materiais utilizados.
Este método reconhece o efeito combinado do tempo e da temperatura, fornecendo uma base para estimar o desenvolvimento de resistência do concreto "in loco" através do controle da temperatura e do tempo (Peter C. Taylor, Steven H. Kosmatka, Gerald F. Voigt, et al., 2007).
Os efeitos do tempo e da temperatura no aumento da resistência do concreto foram quantificados por uma função de maturidade, que é indicativo do nível de resistência desenvolvido pelo concreto. As duas funções de maturidade utilizadas para esta finalidade são a de Nurse-Saul e a de Arrhenius (ACI 325.11R-01, 2001).
A função de Nurse-Saul, desenvolvida na década de 50 e a mais amplamente aceita para medir a maturidade, é o produto acumulado do tempo e temperatura, equação 1.
onde:
M (t) = maturidade (fator temperatura-tempo) na idade t, em °C.dias ou °C.horas;
∆𝑡 = intervalo de tempo, em dias ou horas;
Ta = temperatura média do concreto durante o intervalo ∆t, em °C; e
To = temperatura de referência, em °C.
A temperatura de referência é a temperatura em que cessa o ganho de resistência do concreto; portanto, os períodos em que as temperaturas estão dentro ou abaixo desta temperatura de referência, não contribuem para o aumento da resistência. Geralmente, se utiliza um valor de -10°C para a temperatura de referência na equação Nurse-Saul (ACI 325.11R-01, 2001).
A maturidade também pode ser determinada utilizando o método de Arrhenius, que considera a não linearidade da taxa de hidratação do cimento. O método de Arrhenius produz um índice de maturidade em termos de uma "idade equivalente", que representa o tempo de cura equivalente, a uma temperatura de referência, geralmente 20°C, necessária para produzir uma maturidade igual à alcançada durante um período de cura a temperaturas diferentes da temperatura de referência, equação 2.
onde:
te = idade equivalente a uma temperatura de referência Ts, em dias ou horas;
Q = energia de ativação dividida pela constante geral dos gases, em K;
Ta = temperatura média do concreto durante o intervalo ∆t, em K;
Ts = temperatura de referência, em K e
∆t = intervalo de tempo, em dias ou horas.
A equação de Arrhenius é uma melhor representação da função temperatura-tempo que a função Nurse-Saul, quando se espera uma grande variação na temperatura do concreto. Além disso, o foco de Nurse-Saul está limitado em função de assumir que a taxa de ganho de resistência é uma função linear. No entanto, a fórmula Nurse-Saul é mais amplamente utilizada, principalmente devido a sua simplicidade. Ambas as funções de maturidade são consideradas na norma ASTM C 1074 (Barreda M. F., Naber M. J., Quispe Sallo I., Sota J. D., 2003).
Devido a maturidade ser dependente apenas do desenvolvimento do tempo e da temperatura do concreto, os requisitos mais básicos de equipamentos para determinar a maturidade são um termômetro e um relógio. No entanto, ao longo dos anos, têm sido desenvolvidos vários dispositivos de maturidade que monitoram e registram automaticamente as temperaturas do concreto em função do tempo. Estes dispositivos se conectam a termopares embutidos no concreto e podem computar a maturidade pela equação Nurse-Saul e a equação de Arrhenius, em intervalos definidos (ASTM C 1074, 1998).
No caso deste trabalho, tem sido desenvolvido um protótipo de equipamento de medição em conjunto com software, a fim de realizar os ensaios (Sota J. D., Avid F. A., Chury M., Moreira P., 2014).
2. METODOLOGIA
Foi desenvolvido um equipamento de medição que foi complementado com o software que permite a manipulação dos dados obtidos. O projeto do sistema inclui uma série de sensores de temperatura conectados a um minicomputador (Figura 1), registrando também a temperatura na superfície do concreto (Figura 2). Ele lê os sensores (Figura 3), as temperaturas a intervalos predeterminados e os regista. Um programa executa uma leitura permanente da informação gerada que logo a armazena em um banco de dados, permitindo o seu processamento usando as expressões de Nurse-Saul para cálculo da maturidade e/ou de Arrhenius.
Foram estudados os concretos das fundações de uma estrutura de expansão dos laboratórios da Faculdade, monitorando o desenvolvimento da resistência com a medida da maturidade dos concretos, com sensores colocados nas mesmas. Figura 4. As bases para posicionar os sensores foram escolhidas em função da sua localização na estrutura e das etapas de lançamento do concreto durante o dia. O que permitiu ter valores registrados em concretos lançados durante a manhã (Sapata 7), na metade da concretagem (Sapata 3) e ao final da mesma (Sapata 10).
A dosagem foi composta de um cimento Portland CPC-40, cimento Portland composto (até três adições), resistência de argamassa de 40MPa (Norma IRAM 50000); areia silicosa grossa de uma pedreira na área; pedregulho silicoso de tamanhos 1:3 e 1:2 e um aditivo superplastificante. As características dos agregados estão apresentadas na Tabela 1.
As proporções dos materiais componentes da dosagem encontram-se resumidas na Tabela 2.
Foram confeccionados corpos de prova cilíndricos de 15x30 para determinar a resistência a diferentes idades estudadas, simultaneamente com o lançamento do concreto. As resistências dos corpos de prova se correspondiam com o concreto lançado na fundação onde foram colocados os sensores.
As medições de temperatura foram feitas nas sapatas 3, 7 e 10 da estrutura.
Os ensaios de resistência foram realizados com uma Prensa Automática Digital PILOT 4 (Controles da Itália) de 200 toneladas de capacidade; com visualização gráfica em tempo real dos dados do ensaio, a curva de carga/tempo e a velocidade de carga real, assim como a visualização simultânea da carga, tensão e velocidade de carga real em função das cargas ou das tensões.
Os corpos de prova ensaiados foram mantidos no ambiente das fundações em que foram efetuadas as medições durante o ensaio, sob as mesmas condições de umidade e temperatura (25,5 - 27,5°C e 75% de UR).
3. RESULTADOS
Obtidos os dados de resistência nos ensaios de compressão dos corpos de prova e de temperatura com o equipamento projetado para estas experiências (colocados nas sapatas 3, 7 e 10), procedeu-se a correlação destes com os tempos parciais utilizados. (Dados do madurômetro e resistência com a mesma idade).
Foi utilizada a fórmula de Nurse-Saul - Maturidade (ºC.h) para as variáveis, tempo, temperatura e resistência. A Figura 5 mostra a relação tempo vs. maturidade para a sapata 10 (a título de exemplo) e as Figuras 6, 7 e 8 a relação resistência vs. maturidade para as sapatas 3, 7 e 10.
Foi observada nas mesmas uma boa correlação entre os valores determinados de maturidade e os correspondentes às resistências. Os gráficos expressam os valores reais de resistência de cada sapata determinados com o ensaio dos corpos de prova. Tabela 3.
Os sensores corroboram que o concreto entregue à obra cumpria com o valor de resistência requerido pela especificação (H21). Os valores de resistência aos 28 dias confirmam isto.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em função dos resultados obtidos nesta primeira experiência, podem-se fazer as seguintes considerações:
A utilização desta metodologia permite controlar todo o concreto recebido, sem necessidade de moldar uma quantidade significativa de corpos de prova para ensaios posteriores.
A leitura dos sensores permite estabelecer a homogeneidade do concreto e monitorar o desenvolvimento da resistência dia a dia.
A metodologia será aplicada em uma próxima experiência ao monitoramento da resistência em uma estrutura completa de concreto (lajes, vigas e pilares).
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Empresa Construtora DINALE S.A., à Empresa de Serviços de Concretagem COINAR S.R.L. pela colaboração e dados fornecidos para realizar os ensaios e aos membros do Grupo GIICMA por sua colaboração nos ensaios, em especial aos alunos companheiros de engenharia civil Andrea Pereyra e Alberto Palacios.
REFERÊNCIAS
ACI 325.11R-01 (2001), Accelerated Techniques for Concrete Paving. American Concrete Institute. [ Links ]
ASTM C 1074 (1998), Standard practice for estimating concrete strength by the maturity method. [ Links ]
Barreda, M. F., Naber, M. J., Quispe Sallo, I., Sota, J. D. (2013), “Fisuras de contracción en pavimentos de hormigón y el aserrado de juntas”, XII Congreso Latinoamericano de Patología de la Construcción y XIV Congreso de Control de Calidad en la Construcción. CONPAT 2013. Octubre de 2013. Cartagena de Indias, Colombia. [ Links ]
Sota, J. D., Avid, F. A., Chury, M., Moreira P. (2014), “Medida de la madurez del hormigón de pavimentos urbanos para determinar su resistencia. Diseño de equipamiento”, X Congreso Internacional sobre Patología y Recuperación de Estructuras. CINPAR 2014. 4 al 6 de junio de 2014. Santiago, Chile. [ Links ]
Taylor, P. C., Kosmatka, S. H., Voigt, G. F. et al (2007), Integrated materials and construction practices for concrete pavement: a state-of-the-practice manual, FHWA Publication No. HIF - 07 - 004. [ Links ]
Recebido: 30 de Maio de 2016; Aceito: 16 de Agosto de 2016