Análise comparativa de ensaios mecânicos de ruptura de corpos de prova em concreto com diversos tratamentos em sua face de compressão

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    ANLISE COMPARATIVA DE ENSAIOS MECNICOS DE RUPTURA DECORPOS DE PROVA EM CONCRETO COM DIVERSOS TRATAMENTOS

    EM SUA FACE DE COMPRESSO.

    COMPARATIVE ANALYSIS OF MECHANICAL TESTS FOR BREACH OF BODIES OFEVIDENCE IN CONCRETE WITH SEVERAL TREATMENTS ON HIS FACE OF

    COMPRESSION.

    Priscila H. Apolnio (1); Lays A. Bezerra (2); Alisson da S. Bandeira (3); Joo M. F. Mota (4);Simone Galvo (5).

    Graduando em Engenharia Civil, FAVIP/DeVry email:[email protected] em Engenharia Civil, FAVIP/DeVry - email:[email protected]

    Graduando em Engenharia Civil, FAVIP/DeVry - email:[email protected] em Estruturas, UFPE email:[email protected]

    Doutora em Cincia de Materias, UFPE - email:[email protected]. Adjar da Silva Cas, 800, Indianpolis, Caruaru - PE.

    ResumoA construo civil est em desenvolvimento acelerado, e para avaliar se as definies dos projetos estosendo atendidas necessrio um controle tecnolgico normatizado, especialmente do material concreto. Oensaio de resistncia compresso um dos ensaios que assegura a confiabilidade da estrutura, pormpara a obteno de resultados mais prximos da realidade as faces dos corpos de prova devem possuirsuperfcies lisas, planas e paralelas, o que proporciona uma distribuio de carga uniforme em toda suaextenso. O tratamento das faces dos corpos de prova, no estado endurecido, com o intuito de garantir aortogonalidade para receber a carga axial indispensvel. Assim sendo, a pesquisa foi desenvolvida com oobjetivo de estabelecer entre os mtodos de regularizao da superfcie tradicionais: enxofre, elastmeropolicloroprene com flange metlico e a retfica; e outros dois mtodos alternativos: chapas de madeirite eao, quais atendem as normas tcnicas brasileiras. Foram confeccionados corpos de prova cilndricos de 10cm x 20 cm, com resistncia caracterstica a compresso de 30 MPa , rompidos aos 28 dias.Os mtodosalternativos utilizados foram comparados estatisticamente com os mtodos convencionais, contudo noobtiveram credibilidade devido a grande disperso dos resultados, comprovando no serem viveis. Oelastmero policloroprene com flange metlico apresentou menor desvio padro, sendo, portanto indicada asua utilizao para concretos desta natureza.

    Palavra-Chave: Capeamento, corpos-de-prova, resistncia compresso.

    AbstractThe construction industry is in rapid development, and to assess whether the definitions of the projects arebeing met requires a standardized control technology, especially the concrete material. The compressivestrength test is a test which ensures the reliability of the structure, but to obtain results closer to reality facesof the specimens shall have smooth surfaces, planar and parallel providing a uniform charge distributionthroughout. The treatment of surfaces of test samples in the hardened state, in order to ensure orthogonalityfor receiving the axial load is indispensable. Therefore, this study was developed with the goal of establishingbetween the regularization methods of traditional surface: sulfur, polychloroprene elastomer with metalflange and grinding, and two other alternative methods: plywood and steel plates, which meet technicalstandards in Brazil. Were prepared cylindrical specimens 10 cm x 20 cm, with characteristic resistance tocompression of 30 MPa at 28 days broken. Alternative methods used were statistically compared with the

    conventional methods, however credibility not obtained due to large dispersion of the results, proving not tobe viable. The metal flange with polychloroprene elastomer showed a lower standard deviation and thereforeindicated its use for such concrete.

    Keywords: Covering, sample, resistance to compression.

    mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
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    1 Introduo

    O concreto um dos principais insumos da construo civil, sendo colossal o atendimentode sua resistncia exigida por projeto. Atravs deste parmetro pode-se validar se aestrutura de concreto armado suporta a carga solicitada. O ao tem suas caractersticasgarantidas pelos seus respectivos fabricantes, porm o concreto depende de variveisintrnsecas que interferem na resistncia do mesmo, incluindo os usinados.

    Atravs do ensaio de resistncia a compresso axial, regido por meio da NBR 5738 e

    NBR 5739 (ABNT, 2007), so coletadas amostras para anlise dos requisitosestabelecidos ao concreto exigido por projeto. Os resultados do ensaio de compressodependem de variveis relativas geometria, dimenses e grau de adensamento docorpo-de-prova, assim como da planicidade, paralelismo e perpendicularidade em relaoao eixo das superfcies de carga dos corpos-de-prova (BEZERRA, 2007).

    O custo do concreto definido atravs do fck, slump e uso de adies ou aditivos.Tornando imprescindvel um controle tecnolgico que avalize os resultados, os quaisdevem ficar permanentemente disponveis s autoridades fiscais durante todo o tempo daobra e, aps a concluso, pelo tempo previsto na legislao. A resistncia compressotem a tendncia de ser proporcional dureza, e esta rege as propriedades de desgaste edurabilidade do concreto.

    A preciso da resistncia mecnica obtida por amostra depende dos mtodos decapeamento utilizados. Estes servem para garantir a ortogonalidade das faces dos corposde prova, juntamente com a distribuio uniforme do carregamento na execuo doensaio destrutivo. Existem trs sistemas de tratamento de faces dos cps: colados, nocolados (confinados ou no) e desgaste mecnico. Por meio destes se designam aexatido dos resultados atravs da gerao de faces perfeitamente planas. A planicidadeem questo correlacionada com o desempenho do ensaio. Assim, pequenasirregularidades na superfcie j so suficientes para provocar excentricidade pelo

    carregamento desuniforme e, consequentemente, uma diminuio da resistncia final,BEZERRA (2007) apud BARBOSA et al (2009).

    Portanto, a escolha do tipo de capeamento a ser utilizado est diretamente relacionada classe de concreto trabalhada, j que esta define a rigorosidade dos resultados. Taisprocedimentos e sistemas empregados devem seguir a sua relativa norma. Tendo comoobjetivo, custo/benefcio vivel proporcionando a obteno de resultados rpidos econcisos para correo de eventuais falhas no concreto a ser aplicado em alguma peaestrutural.

    A presente pesquisa prope estimar, qual mtodo possibilita a obteno de valores mais

    precisos a respeito da resistncia caracterstica compresso uniaxial do concreto comnatureza de 30 MPa. Analisar, ainda, a disperso dos resultados quando no seguidostais tratamentos de face, ou seja, utilizao de outros mtodos que no so normatizados.

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    Enxofre, elastmero policloroplene, retfica, chapa de ao e chapa de madeirite, para onivelamento da superfcie superior e inferior dos corpos-de-prova.

    2 Materiais Utilizados

    2.1 Cimento Portland

    O tipo de cimento escolhido nesta pesquisa o de maior comercializao na regio doAgreste de Pernambuco, CP II F 32 (saco de 50 kg), tendo suas caractersticas fsicas e

    qumicas fornecidas pelo fabricante na tabela 1.

    Tabela 1 - Caractersticas fsicas e qumicas do cimento utilizado.

    Determinao CP II F 32

    CaracterizaoFsica

    gua para consistncia normal (%) 28,80rea especfica Blaine (cm/g) 3780,00Massa especfica (g/cm) 3,10Densidade Aparente (g/cm) *NI

    FinuraResduo na peneira #200 (%) 2,60Resduo na peneira #325 (%) 11,30

    Tempo depega

    Incio (min) 255,00Fim (min) 320,00

    Resistncia

    compresso

    3 dias (Mpa) 26,407 dias (Mpa) 31,9028 dias (Mpa) 38,00

    CaracterizaoQumica(%)

    Composiopotencial do

    clnquer

    C3S *NIC2S *NIC3A *NIC4AF *NI

    Perda ao fogo 4,06Resduo insolvel 1,53Al2O3 4,53SiO2 18,52Fe2O3 2,11CaO 60,95MgO 3,26SO3 3,34CaO livre 0,89

    Equivalente alcalino em Na2O *NI

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    2.2 Agregados

    Os agregados utilizados nas amostras so provenientes de natureza mineralgicaquartzosa, comercializados na regio do Agreste de Pernambuco. Tanto para areiagrossa quanto para a brita 1, utilizados para a confeco do trao, foram especificadassuas caractersticas no estado seco e composio granulomtrica, tabela 2 e 3respectivamente. Ainda acrescido das curvas granulomtricas apresentadas na figura 1para anlise do material passante em cada peneira.

    Tabela 2 - Caractersticas da areia natural e brita 1.

    CaractersticasAreia

    GrossaBrita 1

    Massa especfica (g/cm) 2,60 2,67Mdulo de Finura 2,22 7,35Coeficiente de Uniformizao (C = d60/d10) 1,45 1,56

    Tabela 3 - Composio granulomtrica retida da areia e brita utilizadas.

    Peneiras(mm)

    Areia(% Retido)

    Brita 1(% Retido)

    25,00 0 019,00 0 1,1112,50 0 43,999,50 0 34,906,30 0,15 18,284,80 0,80 02,40 1,25 0

    1,20 7,80 00,60 29,10 00,30 36,30 00,15 17,70 0

    Fundo 6,40 1,71

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    2.3 Materiais utilizados nos Capeamentos

    Foram utilizados dois materiais normatizados de capeamento, enxofre puro e neopreneconfinado, ainda dois materiais alternativos para nivelamento das faces (Figura 2), sendoaplicadas chapas de ao e chapas de madeirite revestido com papel manteiga nasuperfcie dos cps.

    Tabela 4 - Materiais de capeamento utilizados.

    Tipo de Capeamento Espessura (mm)Chapa de Ao 20Enxofre Puro 2

    Madeirite Revestido com Papel Manteiga 20Neoprene 68 Shore A confinado 10

    Figura 1Curva granulomtrica da areia e brita.

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    Figura 2Chapa de ao esquerda e chapa de madeiriterevestido com a el mantei a direita.

    3 Metodologia

    A pesquisa enfoca, atravs da anlise da resistncia compresso uniaxial, a influnciaaferida ao tipo de capeamento utilizado, onde os resultados foram comparadosestatisticamente para definir o qual mais vivel para classe de cimento 30 MPa. Todosos ensaios realizados ocorreram no laboratrio da FAVIP/DeVry, localizado na cidade de

    Caruaru-PE.

    Para fins de clculo deve ser verificada a classe de agressividade a qual o concretotrabalhado pertence. Assim, atravs da relao gua/cimento em massa observada natabela 5 e sendo um cimento de 30 MPa, localiza - se na tabela 6 o tipo de classe deagressividade II para tais caractersticas, onde so definidas pela NBR 6118 (ABNT,2004).

    Tabela 5 - Trao utilizado.

    Materiais Trao em peso

    Cimento CP II F 32 1,000Areia grossa 1,709Brita 1 2,560gua 0,550

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    Figura 3Moldagem dos corposdeprova, verificaoda identifica o dos mesmos.

    Tabela 6 - Classe de agressividade do concreto (NBR 6118, 2004).

    O preparo do concreto ocorreu em uma betoneira eltrica com capacidade para 140 litros,em seguida os corpos-de-prova foram moldados manualmente, sendo confeccionados 28corpos - de - provas com dimenses de 10 cm x 20 cm. Onde foram distribudos 6amostras para cada mtodo de capeamento tradicional (enxofre, neoprene e retfica) e 5amostras para cada um dos dois mtodos alternativos (chapas de ao e madeirite). Aps24h os cps foram colocados em um tanque com gua, somente retirados no dia doensaio (aos 28 dias), todo procedimento seguiu as condies exigidas pela NBR 5738(ABNT, 2007).

    Os mtodos alternativos foram utilizados como comparao dos mtodos normatizados.As chapas de ao foram confeccionadas com dimetro de 9,8 cm e massa mdia de

    ConcretoClasse de agressividade

    Tipo I II III IV

    Relao gua/cimento em massaCA 0,65 0,60 0,55 0,45CP 0,60 0,55 0,50 0,45

    Classe da resistncia do concreto(ABNT NBR 8953)

    CA C20 C25 C30 C40CP C25 C30 C35 C41

    1 O concreto empregado na execuo das estruturas deve cumprir com os requisitos estabelecidos na ABNT 12655.

    2 CA corresponde componente e elementos estruturais de concreto armado.3 CP corresponde a componente e elementos estruturais de concreto pretendido.

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    Figura 4Resistncia compresso para cada sistema de tratamentode faces dos cps.

    aproximadamente 1,13 kg produzidos por um serralheiro, estes foram colocados sobre oscorposdeprova durante a moldagem e retirados aps a desmoldagem que aconteceu24 horas depois do trao rodado, assim foi seguida a norma para cura.

    Verificando que a chapa de ao possui um peso relativamente alto e com isto teria umaalterao nos valores do ensaio, foi pensando em um material que tivesse uma massainferior ao ao. Assim, foram produzidos com madeirite chapas com dimenses 10,0 cmde dimetro por um carpinteiro, onde a massa mdia destes consistiu em 0,071 kg, o quecorresponde a aproximadamente 6,3% da massa do ao. Para obter uma superfcie aindamais lisa para o acabamento das faces dos cps foram colocadas nas chapas de madeiritepapel manteiga. Retirados aps as 24 horas da moldagem.

    A partir do tratamento de planicidade para faces, os corpos de prova foram rompidos emuma prensa com capacidade de 2000 kN, com acionamento servo-controlada e escaladigital, sendo verificadas as caractersticas de resistncia mecnica compressosegundo a NBR 5738 (ABNT, 2007).

    4 Resultados

    Na figura 4 so verificados os valores do Fck de cada amostra, distribudos os resultadosnas sries do grfico de acordo com o sistema utilizado. Os normatizados: enxofre,

    desgaste mecnico e elastmero policloroprene confinado; e, os alternativos propostospela pesquisa: chapas de ao e chapas madeirite revestidas com papel manteiga.

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    A tabela 7 descrimina os resultados obtidos para cada sistema empregado no tratamentodas faces superior e inferior dos corpos-de-prova atravs do ensaio destrutivo deresistncia compresso realizada aos 28 dias. Contendo a resistncia mdia, o desviopadro e o coeficiente de variao.

    Tabela 7 - Resultados do ensaio de resistncia compresso uniaxial

    A avaliao da eficincia das operaes de ensaio so feitas atravs dos conceitosatribudos ao coeficiente de variao (CVe), conforme nveis determinados na Tabela 8,validando ou no de acordo com nveis de aceitao. (NBR 5739, 2007)

    Tabela 8 - Avaliao do ensaio atravs do coeficiente de variao dos resultados (NBR 5739/2007).Coeficiente de Variao (CVe)

    Nvel 1 Nvel 2 Nvel 3 Nvel 4 Nvel 5

    (Exelente) (Muito bom) (Bom) (Razovel) (Deficiente)

    CVe 3,0 3,0 < CVe 4,0 4,0 < CVe 5,0 5,0 < CVe 6,0 CVe > 6,0

    Atravs da Tabela 8 observa se a eficincia dos ensaios realizados com os tratamentosde face dos corpos de prova, onde existe uma escala do nvel de qualidade de acordocom a disperso dos resultados obtidos, sendo proveniente principalmente do manuseiona operao do ensaio.

    Tipo deCimento

    Tipo dePreparo para

    as Faces

    Ensaio de Resistncia Compresso

    Fcm aos 28dias (Mpa)

    Desvio Padro(Mpa)

    Coeficiente deVariao (%)

    CP II F 32

    Ao 20,98 10,25 48,86Enxofre 32,92 3,09 9,39Madeirite 26,80 4,00 14,93Neoprene 34,06 1,21 3,55Reftica 32,67 1,73 5,30

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    Tabela 9Nvel desempenho do ensaio de acordo com NBR 5739/2007.Nvel de Desempenho para os Tipos de Tratamento de Face

    Tipo de CimentoTipo de Preparopara as Faces

    Coeficiente deVariao (%)

    Nvel deDesemprenho

    do Ensaio

    CP II F 32

    Ao 48,86Nvel 5

    (Deficiente)

    Enxofre 9,39Nvel 5

    (Deficiente)

    Madeirite 14,93 Nvel 5(Deficiente)

    Neoprene 3,55Nvel 2

    (Muito bom)

    Reftica 5,3Nvel 4

    (Razovel)

    Na tabela 9 so verificados os nveis desempenho dos ensaios de cada tipo de preparopara face dos corpos de prova, analisando a excentricidade dos mesmos. Classificando

    segundo a NBR 5739, o melhor desempenho foi com a utilizao da neoprene e o piorresultado com a utilizao da chapa de ao.

    Tem se que outros processos de capeamento em corpos de prova de concreto podem seradotados, desde que os resultados da resistncia compresso sejam avaliadospreviamente atravs de uma anlise estatstica e comparativa com os mtodos decapeamento mais tradicionais. (BEZERRA, 2007).

    Para os mtodos alternativos observase um coeficiente de variao muito elevadocomparado com os tradicionais, sendo inviveis para sua utilizao. Portanto, estesmtodos no garantem confiabilidade nos resultados. A chapa de ao obteve um

    coeficiente de variao de 48,86%, constatouse uma grande excentricidade nas facesdos cps ocasionado devido disposio da chapa ser determinada atravs dacoordenao motora de quem os coloca.

    O elastmero policloroprene confinado por flange metlico obteve o melhor resultado,com coeficiente de variao de 3,55%. O benefcio a substituio do capeamento deenxofre, que nos resultados ficou como terceira opo de menor variao, onde estepossui a desvantagem do capeamento com argamassa de enxofre liberar gs sulfdricodurante a fuso do enxofre em p quando contaminado com materiais orgnicos, comoparafina ou leo. Em concentraes elevadas letal (BEZERRA, 2007)

    O desgaste mecnico pela ao da retfica alcanou um bom resultado, tendo variao5,30%, comparado com o elastmero policloroprene de flange metlico este teve

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    Figura 5Amostras com elastmero policloroprene confinado comflange metlico esquerda e argamassa de enxofre direita.

    aproximadamente 98,2% de compatibilidade nos resultados. Sendo vivel sua utilizao,mantendo os cuidados com as dimenses.

    Quando houver grandes disperses nos resultados das amostragens, necessrioinvestigar o tipo de ruptura, podendo ser proveniente da moldagem ou tratamento dasfaces dos corpos de prova, assim pode se identificar e sanar o problema

    A figura 6 e 7 representa as principais rupturas dos corpos de prova ensaiados, compresena da ruptura cisalhante e cnica com cisalhamento, sendo esquematizados deacordo com a NBR 5739/2007, a qual classifica a ruptura e define a nomenclatura atravsde um anexo na mesma.

    Figura 6 Ruptura tipo cisalhante (NBR5739/2007)

    Figura 7 Ruptura tipo cnica e cisalhante (NBR5739/2007)

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    Os corpos de prova com maior desvio padro possuem ruptura caracterstica no topo desuas faces, os quais foram verificados ao romper os corpos de prova com o tratamentocom chapa de ao e madeirite. Sendo, a ruptura equivalente tenso mxima quesuporta cada amostragem. Vale salientar que os corpo de prova que no possuemfissuras externas no significa que suporta uma carga superior a aplicada, pois a fissurasapresentaram se internamente neste caso.

    A resistncia compresso funo de uma diversidade de fatores, podendo-se citar ascaractersticas dos agregados, cimento e aditivos utilizados, alm de fatores ligados mistura e preparao do concreto. H ainda fatores que no interferem na resistncia realdas estruturas como: moldagem, capeamento e ruptura dos corpos de prova, incluindo osequipamentos utilizados (BAUER, 2010)

    A amostragem do concreto que est sendo trabalho a representao do comportamentodo mesmo na estrutura destinada, assim, seus resultados especificam o quanto suportade carga e se tal pea estrutural est com a resistncia projetada. Portanto, o corpo de

    prova deve representar fielmente as condies executivas da obra (NBR 15575, 2013).

    5 Concluso

    A resistncia compresso uniaxial pode sofrer diversos tipos de interferncia, porm ofator que acentua a disperso dos resultados o tipo de tratamento proporcionado aocorpo de prova. Ou seja, ao mtodo efetivo para obteno de faces planas e ortogonaisao eixo da carga aplicada pela prensa. Quanto menor a excentricidade da superfciemaior a tendncia da carga de ser distribuda uniformemente.

    Figura 8 Ruptura no topo e/ou na base docapeamento (NBR 5739, 2007).

    Figura 9 Ruptura similar a Figura 8 comfraturas prximas ao topo (NBR 5739, 2007).

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    A escolha do tipo capeamento a ser utilizado deve seguir as caractersticas do concretoem questo. Sendo escolhido por tratamentos normatizados, onde esta pesquisa norteia aimportncia da utilizao devida. Visto que, um falso tratamento das faces geramresultados invlidos a realidade, pondo em risco a estrutura a qual foi destinada oconcreto.

    A comparao do tratamento da superfcie com chapa de ao so cerca de 53,02% dovalor com elastmero policloroprene confinado, visto que no atende as condiesnormativas para utilizao e substituio dos tratamento tradicionais. Assim, como omadeirite que teve em torno de 88,20% da variao do neoprene. Tais mtodos

    proporcionariam maior rapidez, porm so reprovados devido a grande disperso dosresultados e menores resistncias estimadas, no garantindo uma planicidade nas faces.

    Os mtodos tradicionais mantiveram bons resultados quanto a suas condies devariao dos valores. Porm, nesta pesquisa os resultados obtidos demonstraram que omelhor tratamento das superfcies aquela realizada com o neoprene, o qual possuimenor desvio padro e consequentemente menor coeficiente de variao. Este mtodogarante uma maior segurana para o operador e agilidade para execuo do ensaio deresistncia a compresso. Contudo, deve ser verificada a vida til do material, o qual temprazo de utilizao de cerca de 1000 vezes ou ao primeiro desgaste nas bordas, est

    qualidade influencia diretamente nos resultados.Ainda visto que o tipo de ruptura dos corpos de prova ao serem ensaiados, proporcionauma determinao prvia dos resultados. Assim, atravs da forma das fissuras pode sedescrever o comportamento de moldagem e preparo das faces. Portanto, na ocorrnciade fissuras apenas no topo das faces pode ser um indicio de problemas na moldagem.

    Os resultados do ensaio de resistncia compresso so fundamentais para o controletecnolgico das obras, e acima de tudo para assegurar o desempenho da estrutura.Esses dados que possuem um custo em torno de R$ 11,60 por corpo de prova emPernambuco, possuem um valor significativo no custo de uma obra. Finca evidente a

    necessidade de entrega de uma cpia destes resultados ao proprietrio do imvel, paraque em caso futuro precise dos valores, no seja necessrio fazer a extrao detestemunhos.

    Portanto, so os resultados de resistncia compresso que dir a confiabilidade daestrutura, sendo ainda relacionado com a vida til da mesma. necessrio que os dadosobtidos aproximem se o mximo possvel da realidade da estrutura, o que mostra aimportncia do tipo de capeamento escolhido.

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    Referncias

    ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 5738: Concreto Procedimento para Moldagem e Cura de Corpos-de-prova. Rio de Janeiro, 2008.

    ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 5739: ConcretoEnsaio deCompresso de Corpos-de-prova Cilndricos. Rio de Janeiro, 2007.

    ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 12655: Concreto deCimento Portland Preparo Controle e Recebimento - Procedimento. Rio de Janeiro,

    2006.

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