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ANÁLISE DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND UTILIZADO NA
PAVIMENTAÇÃO DA OBRA DO AEROPORTO INTERNACIONAL DA GRANDE
NATAL
Bruno B. de M. Leitão 1º Batalhão de Engenharia de Construção Yesus E. M. Vieira 1º Batalhão de Engenharia de Construção Filipe A. C. Nascimento Instituto Militar de Engenharia Luiz Antônio Vieira Carneiro I nstituto Militar de Engenharia
RESUMO O presente trabalho trata da produção de concreto simples para pavimentação do aeroporto de São Gonçalo do Amarante-RN, utilizando o método de dosagem experimental (curva de Bolomey) e sua aplicação em central dosadora de concreto. Para tanto, foram realizados estudos de dosagem, conforme o método utilizado, para elaboração de um concreto que atenda a resistência especificada de 5 MPa na tração na flexão, as características do equipamento empregado (acabadora de concreto) e as condições climáticas da região. Os materiais utilizados foram: o cimento CP II F 32, agregado miúdo, agregado graúdo, água e aditivo polifuncional. Os concretos produzidos em laboratório foram ensaiados à resistência à compressão e à tração na flexão em diferentes idades. Após a obtenção das curvas de dosagem, a produção destes concretos foi realizada na central dosadora e seu comportamento foi analisado. Por fim, foram realizadas correlações entre as resistências a tração na flexão- compressão axial e realizada a medição dos demais índices do concreto.
PALAVRAS-CHAVE: Dosagem Experimental, Módulo de Elasticidade, Tração na Flexão, Compressão Axial.
ABSTRACT This paper deals with the production of plain concrete paving of the airport of São Gonçalo do Amarante, RN, using the method of experimental dosage (Bolomey curve) and its application in central concrete batching. Therefore, studies were undertaken dosage, depending on the method used for preparation of a concrete that meets the specified strength of 5 MPa in traction in flexion, the characteristics of the equipment used (concrete pavers) and climatic conditions of the region. The materials used were: cement CP II F 32, fine aggregate, coarse aggregate and multifunctional additive. The concrete produced in the laboratory were tested for compressive strength and tensile strength in bending at different ages. After the curves dosage, the production of these was held in central concrete batching and their behavior was analyzed. Finally, there were correlations between the strength traction in flexion-axial compression and performed the measurement of other indices of concrete.
KEY WORDS: Experimental Dosage, Modulus of Elasticity, Traction in Flexion, Axial Compression.
1. INTRODUÇÃO
No município de São Gonçalo do Amarante/RN encontra-se em construção um novo complexo aeroportuário com pista de pouso, pistas de taxiamento e pátio de estacionamento de aeronaves. O projeto de pavimentação prevê a utilização do solo laterítico do local da obra como camada de sub-base do pavimento flexível. O referido solo apresenta características geotécnicas que atendem a todos os requisitos de projeto.
Para a camada de sub-base do pavimento rígido aeroportuário foi prevista uma camada de BGS – Brita graduada simples. Sobre a camada de BGS foram previstas placas de concreto.
As camadas de aterro da terraplenagem e sub-base recebem a energia de compactação Proctor Modificado (100%). A figura 1 elucida o acima exposto:
Figura 1. Esquema do pavimento rígido
O município de São Gonçalo do Amarante situa-se na mesorregião Leste Potiguar e na microrregião Macaíba, limitando-se com os municípios de Ceará-Mirim, Extremoz, Natal, Macaíba e Ielmo Marinho, abrangendo uma área de 261 km², conforme figura 2.
A sede do município tem uma altitude média de 15 m e apresenta coordenadas 05°47.34,8 de latitude sul e 35°19.44,4 de longitude oeste, distando da capital cerca de 16 km, sendo seu acesso, a partir de Natal-RN, efetuado através da rodovia pavimentada RN-160.
O município possui um clima do tipo tropical chuvoso com verão seco e estação chuvosa adiantando-se para o outono, precipitação pluviométrica média anual de 1.177,4 mm, período chuvoso de fevereiro a setembro, temperatura média anual em torno de 27,0ºC e umidade relativa média anual de 76% (IDEMA, 1999).
Quanto à pedologia os solos predominantes são: Latossolo Vermelho-amarelo Distrófico, Solos Aluviais Eutróficos e Solos Indiscriminados de Mangues.
O município de São Gonçalo do Amarante, conforme figura 3, encontra-se inserido geologicamente na Província da Borborema, sendo constituído pelos litotipos do Complexo Presidente Juscelino (A23 j), da Formação Seridó (NP3 ss) da Suíte Natal (NP3 2n), dos sedimentos do Grupo Barreiras (ENb) e pelos depósitos Colúvio-eluviais (NQc), de Pântanos (Qpm) e Aluvionares (Q2a), como pode ser observado no Mapa geológico (IDEMA, 1999).
As seguintes aeronaves merecem destaque, seja pela sua freqüência de operações ou pela magnitude da carga: A380, B747-400, B777-300 e B767-300. Os ACN destas aeronaves, para esta categoria de subleito, são de 68, 62, 68, e 56, respectivamente.
Portanto, a notificação do PCN ( Pavement Calssification Number ) deste pavimento pelo seu valor de projeto atende satisfatoriamente a todas aeronaves do mix de tráfego considerado, não existindo nenhuma restrição de cunho estrutural para a adoção do valor de
No que se refere ao concreto empregado como pavimento, a diversidade dos materiais, as características individuais das obras e as variedades das especificações são alguns exemplos que dificultam a generalização de um método de dosagem no meio técnico da engenharia. Quanto aos métodos de dosagem, Camargo (1977) justifica as dificuldades em se adotar um método, principalmente em função das condições de preparo (misturas trabalháveis, sistemas de lançamento e adensamento) e a garantia de obtenção de suas propriedades mecânicas no estado endurecido.
É consenso entre os pesquisadores a dificuldade em se atender todas as características do concreto através de um único método de dosagem. Assim, apresenta-se a seguir, uma avaliação sucinta dos principais parâmetros comuns aos métodos mais utilizados no Brasil, a saber:
- O cálculo da resistência de dosagem;
- Determinação da relação água/cimento em função da resistência à compressão do concreto nas idades de interesse;
- Determinação da relação água/cimento em função da durabilidade do concreto.
Nas especificações da obra do Novo Aeroporto Internacional da Grande Natal, o pavimento rígido, constituinte do pátio de estacionamento de aeronaves, deve possuir tensões mínimas de ruptura para projeto aos 28 dias de 34 MPa e 5 MPa nos ensaios de compressão axial (ABNT – NBR 5739/94) e tração na flexão (ABNT – NBR 12142/92). O controle estatístico da obra é realizado por amostragem parcial, todos representando uma área concretada inferior a 2.500 m2 e volume inferior a 500 m3, de acordo com a norma ABNT – NBR 7583/86. Aplica-se, portanto, para a estimativa das resistências características, as seguintes equações: fck ,est = fcj − t × s (Equação 1)
fctM ,est = fctM ,j − t × s (Equação 2) Onde: fck,est: Resistência característica estimada do concreto à compressão; fcj: Resistência média do concreto da amostra à compressão, na idade de j dias; s: Desvio-padrão da resistência média da amostra; fctM,est: Resistência característica estimada do concreto à tração na flexão; fctM,j: Resistência média do concreto da amostra à tração na flexão, na idade de j dias; t: parâmetro estatístico (T-Student), que depende do tamanho da amostra (n-1 graus de liberdade), definido, na norma, no nível de confiança de 80%.
2. METODOLOGIA.
A definição do traço a ser utilizado no concreto que constitui o pavimento baseou-se em duas etapas. Na primeira, realizou-se um estudo de dosagens experimentais, com diferentes relações a/c, de maneira a obter um resultado que atendesse a resistência especificada de 5 MPa na tração na flexão. Nessa fase também foram analisados os seguintes elementos: tipo de cimento, proporção entre agregados graúdos, diâmetro máximo, granulometria dos materiais, forma, durabilidade e reatividade dos agregados. Na segunda etapa, após a definição da relação a/c, o traço foi ajustado para as características dos equipamentos envolvidos no processo (acabadora e usina) e as condições climáticas da região.
Segue abaixo a seqüência utilizada para o cálculo:
- Cálculo da resistência de dosagem:
fcj = fck + 1,65Sd (Equação 3) onde: Sd: Desvio-padrão de dosagem, em MPa. fcj = 40 + 1,65x(2,0) fcj = 43,3MPa
- Definição da relação água/cimento:
At= (Rc x 1,583)/((a/c)^(-1) – 0,5) (Equação 4) 37 = (43,3 x 1,583)/((a/c) ^(-1) – 0,5) a/c = 0, onde: Rc: Resistência do concreto; At: Atividade do cimento.
- Com os dados obtidos em laboratório, adotou-se a relação água/ materiais secos (A%) igual a 7,80, e, sendo “m” a relação agregados secos/cimento obtém-se:
A% = (a/c x 100)/(1+m) (Equação 5) 7,80 = (0,43x100)/(1+m) m = 4,
- Utilizando o Teor de argamassa Targ= 43, tem-se:
Targ = (1 + a)/(1 +m) (Equação 6) 43% = (1 + a)/(1 + 4,51) a = 1,
m = a + b 4,51 = 1,37 + b b = 3,
b = b1 + b
características (ABNT NBR 6118/07 e ABNT – NBR 7583/86), que utilizam a distribuição normal padronizada unicaudal com significância de 5% e a de T-Student unicaudal com significância de 20%. Os valores-P variaram na faixa de 66,8% a 14,0%, que evidenciaram a distribuição normal de todos os lotes, com um nível de confiança de 95%, não rejeitando a hipótese de normalidade.
Em seguida, foram aplicados os conceitos da estatística básica para o cálculo das médias e desvios-padrão dos lotes, referentes aos dados das resistências à compressão simples e à tração na flexão.
2.1 Características geotécnicas e mecânicas Os estudos foram realizados sobre 2.102 exemplares (4.204 corpos de prova) rompidos aos 28 dias em ambos os ensaios de resistência à compressão axial e resistência à tração na flexão, totalizando 30 lotes formados no período de 02/11/2012 a 11/06/2013. Para efeito desse estudo, os lotes 1 e 2 foram retirados devido à diferença de idades de ruptura nos ensaios, mantendo-se o foco apenas aos 28 dias.
2.2 Caracterização dos materiais O concreto do pavimento deverá atender os seguintes requisitos:
- Resistência característica à tração na flexão de 5,0 MPa, aos 28 dias (NBR 12142);
- Consumo mínimo de cimento de 320,00 kg/m3;
- Relação a/c ≤ 0,5 litros/kg;
- Dimensão máxima característica do agregado no concreto não deverá exceder 1/3 da espessura da placa do pavimento ou 50mm, obedecido o menor valor;
- Teor de ar incorporado ˂ 0,5%, conforme NBR 11686;
- Exsudação ≤ 1,5%, conforme NBR NM 102;
- Teor de argamassa de 45%;
- Abatimento de 70 ± 10 mm, conforme NBR NM 47.
3. RESULTADOS DOS ENSAIOS
A figura 5 representa os valores individuais encontrados, juntamente com a média de cada lote, a média geral de todas as amostras e a referência da resistência de projeto.
Figura 5: Comparação entre valores individuais de resistência, resistência de projeto e as médias de cada lote e médias gerais das amostras.
Quanto ao desvio-padrão, Helene & Terzian (1992) sugeriram a utilização da formulação abaixo, para que, após a estabilização do processo de produção do concreto, fosse possível a adoção de um parâmetro mais condizente com a realidade da obra, sempre que houver mais de 30 exemplares.
(Equação 7) onde: si =desvio-padrão obtido da amostra i; ni = número de exemplares de cada amostra;
Os limites inferior e superior do desvio-padrão também foram propostos segundo a equação 8, para que houvesse uma barreira de advertência para melhor controle da produção. Eles correspondem a 90% de probabilidade de ocorrência, considerando a distribuição normal padronizada.
(Equação 8) Onde n = número de exemplares do lote.
Seguindo a metodologia, a figura 5 ilustra a situação dos desvios das resistências. Devido aos diferentes traços utilizados, observa-se uma grande dispersão dos resultados dos lotes. Especialmente, os lotes 16 e 29 ultrapassaram os limites superiores de ambas as resistências, porém ainda não é possível a abstração de uma relação de variabilidade entre os parâmetros, pois não há um padrão de proporcionalidade direta ou inversa.
30,
32,
35,
37,
40,
42,
45,
47,
50,
52,
55,
(^85135185235285335385435485535585635685735785835885935985) 1.
Resistência (MPa)
Nr Exemplar
Resistência à Compressão Axial
COMPRESSÃO AXIAL Resistência Média do Lote Resistência Média de Todos os Lotes Resistência Característica de Projeto
4,50^ 4,
5, 5, 5, 5,75^ 6,
6, 6, 6,75^ 7,
7, 7, 7,75^ 8,
8, 8,
(^85135185235285335385435485535585635685735785835885935985) 1.
Resistência (MPa)
Nr Exemplar
Resistência à Tração na Flexão
TRAÇÃO NA FLEXÃO Resistência Média do Lote Resistência Média de Todos os Lotes Resistência Característica de Projeto
Lote Traço Nr Exemplares 9 CSP 10 39 10 CSP 10 32 11 CSP 10 e 11 39 12 CSP 10 33 13 CSP 10 32 14 CSP 10 39 15 CSP 10 32 16 CSP 10 39 18 CSP 10 32 20 CSP 10 32 25 CSP 10 39 26 CSP 10 32 28 CSP 10 40 30 CSP 10 32 Tabela 3: Lotes isolados para análise.
Apenas o lote 11 possuía 8 de seus 39 exemplares moldados com o traço CSP 11. Fica evidente que o método aplicado conseguiu retirar da análise os lotes cujos comportamentos foram distintos dos demais do traço CSP 10. Assim, com os dados de fc,m e fck,est provenientes do ensaio de resistência à compressão simples, procurou-se inferir os valores de fctM,est ou de fctM. Uma matriz de correlação foi montada com esses quatro parâmetros, juntamente com as relações de razão entre eles, para a busca das melhores variáveis independentes. A tabela 4 ilustra os valores de correlação encontrados.
fck,est fctM,est fctM fc,m fc,m/fck,est fc,m/fctM fc,m/fctM,est fck,est/fctM fck,est/fctM,est fctM/fctM,est fck,est 1 fctM,est - 0,12 1, fctM - 0,02 0,97 1, fc,m 0,68 - 0,39 - 0,28 1, fc,m/fck,est - 0,34 - 0,35 - 0,33 0,46 1, fc,m/fctM 0,21 - 0,97 - 0,97 0,50 0,39 1, fc,m/fctM,est 0,27 - 0,98 - 0,91 0,56 0,39 0,97 1, fck,est/fctM 0,29 - 0,96 - 0,96 0,43 0,20 0,98 0,95 1, fck,est/fctM,est 0,34 - 0,97 - 0,91 0,51 0,23 0,96 0,99 0,97 1, fctM/fctM,est 0,36 - 0,55 - 0,32 0,52 0,22 0,44 0,64 0,41 0,63 1, Tabela 4: Valores de correlação encontrados.
Observa-se que os valores de correlação em destaque na tabela são relativamente altos e envolvem três variáveis: fc,m e fck,est que podem ser obtidos pelo ensaio e fctM,est. Realizando uma uma regressão linear múltipla com essas variáveis, obtém-se os seguintes resultados da tabela 5.
Tabela da Anova
Fatores G.L. Soma de QuadradosQuadrado MédioEstat. FP-valor
fck,est 1 637,4574487 637,4574487 2E+07 1,3981E-
fc,m 1 0,663742228 0,663742228 19135 3,53E-
fck,est/fctM,est 1 2,199404069 2,199404069 63405 4,8638E-
Residuals 11 0,000381568 3,4688E- Resíduos
Mínimo 1Q Média Mediana 3Q Máximo
-0,006752 -0,002373 -0,0005837 -0,000009362 0,001 0,
Coeficientes
Preditor Estimativa Desvio Padrão Estat. T P-valor fck,est -0,178325743 0,003581058 -49,79694619 3E-
fc,m 0,171392327 0,003588722 47,75859297 4E-
fck,est/fctM,est 1,040757181 0,004133203 251,8040438 5E-
Desvio Padrão dos ResíduosGraus de LiberdadeR^2 R^2 Ajustado
0,005889654 11 0,999999404 0, Tabela 5: Regressão linear múltipla.
Os P-valores estão bem comportados (menores que 5%) e o coeficiente de correlação (R2) também aponta para um bom modelo de regressão. A regressão de fctM,est, em função de fck,est e fc,m, pode ser descrita de acordo com a formulação abaixo.
fctM ,est =
fc ,m −1,0408 fck ,est 0,1714 fc ,m −0,1783 fck ,est^ (Equação 9)
Ressalta-se que o modelo apresentado é válido apenas para os lotes que pertençam à mesma população que os analisados e que possuam valores dentro dos seguintes intervalos:
36,05 MPa < fck,est < 38,20 MPa; e 37,82 MPa < fc,m < 39,81 MPa.
Comparando os dados calculados com os obtidos dos lotes, verifica-se as seguintes diferenças da tabela 6:
Lote fck,est fc,m fct,est_calc fct,est Diferença Dif % 9 37,76 39,35 4,70 5,57 -0,87 -15,6% 10 37,22 38,92 5,51 5,38 0,13 2,4% 11 37,05 39,03 5,70 5,50 0,20 3,7% 12 37,17 38,80 5,34 5,76 -0,42 -7,2% 13 37,87 39,22 6,22 6,03 0,19 3,1% 14 38,20 39,55 6,18 6,31 -0,13 -2,0% 15 38,10 39,81 5,43 5,24 0,19 3,7% 16 37,20 39,79 5,77 5,47 0,30 5,5%
Figura 7. Plataforma do programa (INFINITY)
Figura 8. Cabine da central Bandit B
EXECUÇÃO DO PAVIMENTO DE CONCRETO
O projeto prevê a execução de um pátio de concreto simples com barras de transferência e
ligação. Antes de se iniciar o serviço, realiza-se a limpeza e remoção dos materiais soltos e
em contato com a sub-base (BGS). Em seguida, aplica-se a lona plástica, em torno da qual são
fixadas as formas metálicas, permitindo assim a implantação das barras de transferência e
ligação. Após o umedecimento das formas com desmoldante, inicia-se o lançamento e
adensamento do concreto, promovendo-se em seguida o acabamento e a texturização do
concreto. A próxima atividade é o espargimento de agente de cura química, seguido pela serragem do concreto, conforme plano de corte (1º corte). Tendo-se concluído todas essas
etapas, inicia-se a cura úmida do concreto durante no mínimo de 7 dias. Serragem, limpeza e
selagem da junta. As figuras 9 a 17 destacam a sequência executiva.
Figura 9. Peneiramento da areia (^) Figura 10. Usinagem do concreto
Figura 11. Colocação de lona plástica e fixação de formas metálicas
Figura 12. Fixação de barras de transferência e de ligação
Figura 13. Lançamento do concreto Figura^14.^ Texturização
Figura 15. Espargimento de agente de cura química Figura 16. Cura úmida
Figura 17. Serragem
