Efeito do tamanho na resistência de estruturas de concreto

VERIFICAÇÃO DO EFEITO DE TAMANHO DO AGREGADO GRAÚDO E EFEITO DE ESCALA DE CORPOS DE PROVA DE CONCRETO

Felipe Cassiano Cunha Leite

RESUMO

“Este trabalho apresenta uma análise crítica da influência da dimensão do corpo-de-prova e do agregado no estudo do efeito escala e do efeito tamanho[...], pela comparação comportamental de concretos com a mesma classe de resistência à compressão axial, usando-se corpos-de-prova cilíndricos de três diferentes dimensões, porém geometricamente similares, a saber: 100 mm X 200 mm, 150 mm X 300 mm e 200 mm X 400 mm, bem como diferentes dimensões de agregado graúdo, com diâmetros característicos de 9,5 mm, 25,0 mm e 32,0 mm.”

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1. INTRODUÇÃO

Desde 1964, o consumo mundial de concreto gira em torno de 1 tonelada por habitante. Atualmente (2009), estima-se um consumo anual da ordem de 11 bilhões de toneladas ao ano, portanto, acima de 1 tonelada por habitante da terra, fazendo do concreto o segundo material mais consumido pelo homem, perdendo apenas para a água. Composto basicamente por cimento hidratado, agregado graúdo e agregado miúdo, o concreto expressa-se, fisicamente, como um material bifásico, sendo a pasta sua matriz, e o agregado graúdo a inclusão. Logicamente, a matriz e a inclusão apresentam comportamentos distintos quando solicitados. Além disso, há uma zona de transição entre elas, considerada uma terceira fase, e que influencia a resistência do concreto. Outras propriedades físicas e mecânicas do concreto variam de acordo com a composição e com o processo de hidratação ocorrido nos primeiros 28 dias de idade, evidenciado pelo endurecimento do concreto fresco, acompanhado pela perda de água de amassamento da pasta, resultando em retração. A perda dessa água gera poros internos e fissuras ocasionadas pela retração. Sendo assim, a ruptura de estruturas de concreto está ligada ao crescimento instável de zonas fissuradas (LENS, 2009).

[...]Com isso, surge a necessidade de se levar em consideração o efeito de escala no dimensionamento, já que a energia de fraturamento passa a ser uma propriedade intrínseca do material, fundamental no controle da resistência à flexão e ao cisalhamento dos membros estruturais (SILVA et al, 2006). ”

[...]modelo clássico do efeito tamanho, baseado na teoria estatística do tipo Weibull^[1] para resistência de materiais aleatórios, era inadequada para materiais quase quebradiços^[2], como o concreto (BAZANT & PLANAS, 1998).

1. EXEPERIMENTO

O experimento em questão foi realizado e apresentado por Coura et al (2008), e consiste na análise do comportamento de corpos de prova de concreto, com diferentes, porém proporcionais geometrias, à compressão axial.

1. Materiais e Método

Foram moldados quatro corpos de prova para cada dimensão de CP e cada um deles foi avaliado para as três graduações de agregado graúdo, perfazendo um total de 36 corpos de prova, sendo todos ensaiados aos 28 dias de idade.

[pic 1]

Foram proporcionados três traços de concreto fixando um teor de argamassa de 52% e relação água/cimento de 0,53, com o objetivo de manter a resistência aos 28 dias de 22 Mpa para todas as amostras. Os materiais utilizados foram: cimento CP II-E-32 (Holcim do Brasil S.A.), areia natural de rio, brita de gnaisse e água potável.

[pic 2]

1. Resultado

[pic 3]

Salienta-se que o coeficiente de variação (CV) é uma análise estatística preliminar, com o qual se avalia a variação dos resultados de um experimento. Esse procedimento é empregado quando se deseja comparar a variabilidade de várias amostras com medias diferentes ou quando as variáveis aleatórias têm dimensões diferentes. Em geral, o valor do CV ≤ 25% é considerado aceitável para as amostras ensaiadas. Analisando-se os dados da Tabela 2 verifica-se que todas as amostras têm um coeficiente de variação inferior a 25%, donde se conclui que os resultados obtidos são aceitáveis.

As Figuras 4 e 5 mostram as curvas que representam os resultados obtidos experimentalmente. Numa análise preliminar das curvas obtidas nos gráficos de resistência média à compressão (MPa) x dimensão do corpo-de-prova (mm) (Figura 4) constata-se uma tendência ao modelo de CARPINTERI (1995) enquanto que o modelo de BAZANT (1998), fica mais evidenciado para as curvas de resistência média à compressão (MPa) x graduação da brita (mm), conforme ilustrado na Figura 5.

Observa-se que o aumento do diâmetro da brita acarreta numa diminuição da curvatura da curva da resistência média à compressão com relação à dimensão do corpo de prova, conforme ilustrado na figura 4. Em contrapartida, há um aumento da curvatura da curva quando se estuda a relação entre resistência à compressão e a dimensão do agregado (Figura5).

Para se obter um estudo mais consistente, efetuou-se uma análise estatística do valor médio obtido para a resistência à compressão, verificando-se uma influência significativa da dimensão característica do corpo-de-prova (d) e da dimensão máxima do agregado (dmáx) sobre a resistência à compressão axial.

[pic 4]

[pic 5]

O que foi exposto nos leva a crer, que a contradição das leis propostas é a aparente falha na concepção do conceito da zona de transição na interface agregado - pasta de cimento. BARBOSA (2000) observa que a microestrutura da pasta de cimento hidratada na vizinhança das partículas de agregado graúdo, difere da microestrutura do restante da pasta de cimento, pois a relação água / cimento na interface é maior, ocorrendo ainda a presença de cristais grandes de Ca(OH)2 indicando que a porosidade na zona de interface é maior do que em qualquer outro ponto.

Constatou-se, portanto, que quanto maior o agregado, maior será a relação água/cimento local na zona de transição, e menor será a resistência do concreto à compressão.

1. DISCUSSÃO

“O estudo do efeito tamanho e do efeito escala na fratura de materiais heterogêneos tem sido uma importante área de pesquisa ao longo dos tempos. Existem diversos parâmetros que vem ser considerados na determinação do efeito tamanho, como o que se refere ao tamanho do agregado que afeta o efeito escala aparente dos materiais frágeis, porque influencia no processo de microfissuração, provocando o avanço das fissuras (COURA et al, 2008). ”