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:

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:

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.

Figura 1 Microcomputador (RasberryPi B+) 

Figura 2 Termômetros digitais 

Figura 3 Sensores 

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).

Figura 4 Colocação dos sensores 

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.

Tabela 1 Características dos agregados 

As proporções dos materiais componentes da dosagem encontram-se resumidas na Tabela 2.

Tabela 2 Dosagem do concreto usado nos ensaios 

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.

Figura 5 Tempo vs maturidade Sapata 10 

Figura 6 Resistência vs maturidade Sapata 3 

Figura 7 Resistência vs maturidade Sapata 10 

Figura 8 Resistência vs maturidade Sapata 7 

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.

Tabela 3 Resistências determinadas nas sapatas com corpos de prova de concreto a distintas idades 

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).