CONTROLE DA QUALIDADE DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND COM ENFOQUE EM MÉTODOS ESTATÍSTICOS

RESUMO

Neste trabalho foi discorrido sobre as características do concreto; os tipos de cimento Portland existentes no mercado, especificado para cada tipo de construção; a sua produção; assim como os fatores de aceitação do mesmo de acordo com as normas técnicas existentes. Para isso, foi realizado um estudo de caso em relação ao controle da qualidade de resistência à compressão do concreto em uma obra de condomínio residencial. Foram estabelecidos os lotes de amostra do concreto, dando ênfase nos cálculos referentes à resistência média à compressão inicial de dosagem, à carta do desvio padrão, à carta do coeficiente de variação das operações de ensaio e controle e ao cálculo dos estimadores de resistência, que tiveram como base a estatística descritiva, porém, de uma forma mais específica. Tais cálculos são cruciais para o estabelecimento da qualidade do concreto, sendo indispensável em qualquer construção.

Palavras-chave: Controle da Qualidade. Concreto. Cimento Portland. Resistência Média. Desvio Padrão. Coeficiente de Variação. Estimadores de Resistência.

1 INTRODUÇÃO

O cimento é o principal material usado na construção com base no método construtivo do concreto armado, que é o mais utilizado mundialmente. Tal método permitiu a evolução das construções garantindo segurança às obras, desde as mais simples até as faraônicas, devido os cálculos estruturais bem empregados.

Porém, para que se tenha a qualidade desejada, é necessário testes e estudos referentes às amostras dos cimentos, assim como os descritos nas Normas Técnicas que estabelece os parâmetros para realização desse estudo.

Assim, como objetivo geral deste ensaio, pretende-se discutir o controle da qualidade do concreto com base no conceito da resistência à compressão do mesmo em estruturas e edificações juntamente com o auxílio da estatística descritiva.

Sendo mais específico, têm-se como objetivos, fazer um levantamento bibliográfico para fundamentar a investigação; realizar um breve histórico sobre o uso do concreto; destacar a importância do uso do concreto na atualidade; identificar e caracterizar as principais características do concreto; descrever a importância do controle da qualidade do concreto; explanar e elencar as variáveis interligadas à qualidade do concreto, como a resistência; por fim, utilizar estatística descritiva para estabelecer o controle da qualidade do concreto, visando a economia durante uma possível obra, realizando cálculo de média, desvio padrão e estimadores de resistência, conforme as normas técnicas.

O assunto abordado neste trabalho é interessante, pois enfatiza o estudo do controle da qualidade do concreto por meio do uso de métodos estatísticos. Tal importância dar-se-á pelo fato de que na Construção Civil, existe um enorme consumo do concreto e o mesmo é um dos principais materiais utilizados mundialmente nas obras, porém, ele deve ser produzido na obra, de acordo com a necessidade da construção e o seu devido fim.

Por esse motivo, de ser produzido diariamente nas construções, deve haver um controle da sua qualidade, para saber se esse concreto que está sendo produzido está dentro dos padrões estabelecidos pelas normas, principalmente quanto à sua resistência à compressão característica.

Dessa problemática surge a importância de fazer uso de métodos utilizados pela estatística descritiva para auxiliar no controle da qualidade do concreto armado, como média, desvio padrão e outros. Tais métodos auxiliam no estudo da principal característica do concreto, que se refere à resistência à compressão. Sendo assim, com base nos métodos estatísticos, que foram utilizados e aprimorados, especificando-os para o uso no controle do concreto que tal estudo foi o escolhido para ser mais detalhado neste ensaio, comprovando sua importância.

Utilizaremos neste trabalho o livro de Manoel Henrique Campos Botelho e Osvaldemar Marchetti, intitulado “Concreto Armado: eu te amo”; que servirá como suporte para realizar o estudo principalmente do concreto armado em estruturas, detalhando suas características, aplicações e outros. Tal livro é de extrema importância, pois aborda conceitos fundamentais para a realização deste trabalho, que é o controle da qualidade do concreto, principalmente em estruturas de concreto armado, através da estatística descritiva.

O Trabalho de Conclusão de Curso de André Vieira da Cunha, também será utilizado, apresentado ao curso de Engenharia Civil do UNIFOR, intitulado “Concreto de cimento Portland: abordagem da qualidade com ênfase em métodos estatísticos.”, tal trabalho introduz a ideia da qualidade do concreto armado com o auxílio dos métodos estatísticos, que será o foco deste ensaio.

O Boletim Técnico da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, intitulado: “Controle da qualidade do concreto” onde será de extrema importância para a análise da qualidade do concreto, além de realizar um estudo com base na característica do concreto, de resistência à compressão, com base nos métodos estatísticos. Além de muitas outras teses e artigos que abordaram sobre assunto, como as Normas Técnicas definidas pela ABNT, auxiliando-nos neste trabalho.

Utilizar-se-á neste ensaio principalmente a metodologia bibliográfica, com o intuito de se obter um conhecimento fundamentado acerca do tema retratado, utilizando então, diversas obras de diferentes autores. Além da metodologia bibliográfica, será utilizada também a metodologia dedutiva, já que as obras citadas serão utilizadas também para que os autores deste trabalho possam retirar suas próprias conclusões que serão expostas no mesmo, caracterizando assim, a metodologia dedutiva.

2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO CONCRETO

2.1 Histórico

De acordo com Botelho (2004), a pedra foi o material de construção utilizado primordialmente para construções de moradias, fortificações, templos onde as pessoas se recolhiam para adorar seus deuses e etc. Por muito tempo foi usada, já que era um bom material, resistia muito bem, porém, quando era usada como viga para vãos de médio porte, ela não suportava as forças e se rompia.

Como meio de aperfeiçoar tais construções, os romanos desenvolveram os arcos, em que nas pontes, por exemplo, as pedras eram sustentadas por esses arcos e não se rompiam. E para grandes vãos, utilizavam múltiplos arcos.

Após o domínio do uso da pedra, surgiu o cimento, onde alguns historiadores datam que as primeiras evidências de uso do cimento foram nas construções das Pirâmides do Egito, fabricado com o gesso calcinado. O Panteão e o Coliseu também foram construídos com base no cimento desenvolvido pelos romanos, que era mais sofisticado, porém, este era uma relíquia do Império e sua fórmula nunca foi encontrada, pois desapareceu junto com o colapso do Império.

Somente no século XVIII que novas fórmulas foram sendo desenvolvidos e vários cimentos aperfeiçoados, com base em testes e experiências, inclusive o cimento Portland que foi patenteado por Joseph Aspdin, em 1824, em que apresentava cor e propriedades de durabilidade e solidez das rochas britânicas da ilha de Portland.

O maior benefício do uso do cimento se dá pela incorporação de estruturas metálicas ao mesmo, desenvolvendo assim o concreto armado, que é o método construtivo mais utilizado mundialmente. Tal material estrutural possibilita construções desde as mais simples às mais complexas, como monumentos faraônicos, extensas pontes, prédios altíssimos chamados de arranha-céus, etc.

2.2 Tipos e propriedades do cimento Portland

Após o patenteamento do cimento Portland por Joseph Aspdin, o mesmo sofreu bastantes evoluções, em relação às suas propriedades (especialmente as físico-químicas). Assim, atualmente existem 11 tipos desse material que serão descritos à seguir.

A NBR 5732 (ABNT, 1991) intitulada “Cimento Portland comum” descreve dois tipos de cimento Portland, o Cimento Portland comum (CP-I) e Cimento Portland comum com adição (CP I-S). O primeiro é o tipo mais simples do concreto utilizado em construções em geral que não necessitam de condições especiais e nem se encontram em locais que não seja propício para o mesmo, como exposto à água, esgoto e etc. Já o segundo possui as mesmas características do cimento Portland comum (CP-I), porém ele possui uma adição de aproximadamente 5% de pozolana, possibilitando que seja um cimento menos permeável.

A NBR 11578 (ABNT, 1991) nomeada “Cimento Portland composto – Especificação” retrata três tipos desse cimento: o Cimento Portland composto com escória (CP II-E), o Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z) e o Cimento Portland composto com filer (CP II-F). O Cimento Portland composto com escória (CP II-E),é usado para construções em que existe uma necessidade maior de desprendimento de calor de forma lenta ou quando se necessita que resista à sulfetos. Sua composição é formada por 66 à 94% de clínquer e gesso e 6 a 34% de escória. Já o Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z) contém de 6 a 14% de pozolona, possibilitando uma maior permeabilidade e durabilidade ao concreto, sendo bastante utilizado em obras marítimas, em indústrias e em obras subterrâneas, por conter uma umidade bem maior. E o Cimento Portland composto com filer (CP II-F) contém aproximadamente 90 a 94% de clinquer e gesso e 6 a 10% de filer, é utilizado em argamassa de cimento, piso e concreto de cimento, solo-cimento, etc.

Já a NBR 5735 (ABNT, 1991) designada “Cimento Portland de alto-forno” descreve o Cimento Portland de alto-forno (CP III). Composto por 35 a 70% de escória, que lhes fornece uma alta permeabilidade, durabilidade, resistência à sulfatos. Ideal para ser utilizado em obras de grandes porte e que possui um agressividade maior, como em barragens, esgotos e etc.

A NBR 5736 (ABNT, 1991) denominada “Cimento Portland pozolânico” descreve o Cimento Portland Pozolânico (CP IV), que é composto de 15 a 30% de uma material pozolânico, garantindo uma maior permeabilidade, durabilidade e maior resistência mecânica à compressão.

A NBR 5733 (ABNT, 1991) intitulada “Cimento Portland de alta resistência inicial” descreve o Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI) que não possui adição de nenhum componente em sua composição, existe apenas uma dosagem diferente do calcário e argila, garantindo uma maior resistência inicial. Pode ser utilizado em obras de grandes e pequenos portes.

A NBR 5737 (ABNT, 1992) nomeada “Cimentos Portland resistentes a sulfatos” retrata o Cimento Portland Resistente a Sulfatos (RS), utilizado basicamente quando necessita-se de uma resistência maior aos sulfatos.

A NBR 13116 (ABNT, 1994) designada “Cimento Portland de baixo calor de hidratação – Especificação” retrata o Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC) que é um tipo de cimento que retardo a liberação do calor em grandes peças de concreto, evitando as fissuras causadas pela temperatura.

E por fim, tem-se a NBR 12989 (ABNT, 1993) denominada “Cimento Portland branco – Especificação” que descreve o Cimento Portland Branco (CPB), utilizado em diversos fins, tanto em partes estruturais quanto não estruturais, tendo como maior característica sua cor branca.

3 CONTROLE DA QUALIDADE DO CONCRETO

3.1 Controle da Resistência à Compressão

O controle da qualidade do concreto inicia-se quando o engenheiro projetista ou calculista determina à resistência à compressão do concreto necessária, com base em cálculos, mantendo uma margem segura de aceitação. Assim, é uma forma de manter uma segurança estrutural, já que, por meio dos cálculos foi determinado um valor para a resistência e na prática, deve-se adotar o mesmo valor ou um superior, visando a qualidade e segurança das estruturas, de acordo com Helene (1980).

“A resistência à compressão é uma propriedade bastante sensível, que é capaz de identificar as variações da qualidade do concreto.” (HELENE; TERZIAN, 1992 apud CUNHA, 2014). Então, para iniciar esse estudo, deve-se seguir as etapas estabelecidas pelas normas técnicas referentes ao assunto, como a Associação Brasileira de Normas Técnicas, que descreve passo a passo as etapas de obtenção da resistência à compressão.

3.2 Cartas de Controle

De acordo com Helene e Terzian (1992) apud Cunha (2014), o método de Cartas de Controle é um método auxiliar, que por meio da estatística estabelece o controle da qualidade do concreto, onde a NBR 12655 (ABNT, 2006) retrata todas as etapas necessárias para obtenção da qualidade do concreto por meios estatísticos. Por este método, é possível, não só estabelecer o controle da qualidade do concreto, como também, realizar comparativos entre os valores já encontrados, realizar estimativas de novos resultados, controlar o andamento do processo e etc. Este será o método utilizado no estudo de caso apresentado.

4 ESTUDO DE CASO DO CIMENTO PORTLAND

Os resultados dos experimentos relacionados à compressão em corpos de prova de concreto de cimento Portland presentes em Pereira (2008) apud Cunha (2014) serão utilizados como base para demonstrar o estudo do Cimento Portland, onde tal abordagem foi realizada em uma obra, durante a construção de um edifício residencial.

Assim, para realizar tal estudo foi definido etapas sucessivas para se obter o controle da qualidade com auxílio dos métodos estatísticos conforme descreve o fluxograma abaixo.

Fonte: CUNHA, André Vieira da. Concreto de cimento Portland: abordagem da qualidade com ênfase em métodos estatísticos. 2014.

Assim, inicialmente, será definido os lotes, identificar os resultados nos ensaios à compressão, em seguida aplicar os métodos estatísticos referentes à NBR 12655 (ABNT, 2006) e por fim, realizar os estudos, elaborando as cartas de desvio padrão, do coeficiente de variação de ensaio e controle e realizar o cálculo dos estimadores de resistência.

4.1 Definição dos Lotes

Os lotes foram divididos em 5, conforme mostra a tabela abaixo, que mostra a quantidade de exemplares de cada lote e o volume de concreto de cada amostra, com aproximadamente 80 m³ em cada. Esses valores iniciais que servirão de base para os cálculos futuros.

4.2 Resistência média à compressão inicial de dosagem

A resistência média à compressão inicial é calculada de acordo com a NBR 12655 (ABNT, 2006), por meio da equação a baixo:

A variável é um valor fixo e corresponde à, então, a resistência média à compressão só depende da variável , desvio padrão de dosagem, que depende das condições de preparo do concreto. Tais condições de preparo do concreto é relacionada ao desvio padrão de dosagem conforme a Tabela apresentada pela NBR 12655 (ABNT, 2006).

Condição de Preparo do Concreto	Desvio-padrão Mpa
A	4,0
B	5,5
C	7,0

Fonte: NBR 12655 (ABNT, 2006)

Cada condição de preparo, A, B e C é retratada pela NBR 12655 (ABNT, 2006) e possui características específicas para cada tipo de preparo do concreto, por tanto, a mais adequada e por isso escolhida por Pereira (2008) apud Cunha (2014) foi a Condição A, com desvio padrão de dosagem de 4,0 Mpa e a utilizada foi a que constava no projeto inicial, correspondente à 30 Mpa.

Então, como calculado, a resistência média à compressão foi de 36,6 Mpa. O mesmo foi realizado de forma individual para cada lote, como expressa a tabela abaixo.

Lote	Intervalo de exemplares	(Mpa)	(Mpa)	(Mpa)
1	1-22	35,63	30,00	36,60
2	23-44	36,59
3	45-66	37,17
4	67-88	37,25
5	89-112	41,36

Fonte: Adaptado Cunha (2014).

Dessa forma, pode-se observar que todos os lotes estão próximo da resistência média apresentada, exceto o lote 5 que obteve um valor maior em relação à média inicial de dosagem equivalente à 36,60 Mpa. Tal resultado levou Cunha (2014) levantar hipóteses que houve uma mudança na produção das amostras referentes ao lote 5.

4.3 Carta do Desvio Padrão

O desvio padrão do processo de produção é calculado conforme a NBR 12655 (ABNT, 2006), por meio da fórmula:

O desvio padrão de dosagem foi apresentado na carta do desvio padrão com intuito de realizar uma comparação entre os desvios. Cada lote foi avaliado separadamente, podendo ser observado na Tabela abaixo.

Lotes
1	2,27	4
2	1,93	4
3	1,51	4
4	1,94	4
5	2,67	4

Fonte: Adaptado Cunha (2014).

O desvio padrão pode ser utilizado para verificar as possíveis margens de erro, em que cada lote apresenta. De acordo com os resultados obtidos, pode-se visualizar que todos os lotes mantiveram-se na margem, com pouco desvio, mostrando a homogeneidade do processo de produção.

4.4 Carta do coeficiente de variação das operações de ensaio e controle

Para o cálculo do coeficiente de variação das operações de ensaio e controle, é necessário que se calcule o desvio padrão referente às operações de ensaio e controle. Tais valores são encontrados por meio das fórmulas abaixo, segundo Helene (1986) apud Cunha (2014).

Onde:

= desvio-padrão das operações de ensaio e controle;

= número de exemplares considerados compostos de p corpos de prova cada;

A = diferença entre o máximo e mínimo dos resultados dos corpos de prova que representam um mesmo exemplar (x máx – x mín);

d₂ = coeficiente dependente do número de p corpos de prova que representam um mesmo exemplar (para p=2, d2=1,128);

= coeficiente de variação devido às operações de controle e ensaio (%);

= média do total de ensaios a j dias de idade (MPa).

Assim, foi calculado o valor do coeficiente de variação de ensaio e controle para cada lote e apresentado na tabela abaixo.

Lote	(%)
1	2,34
2	1,90
3	3,99
4	4,97
5	3,80

Fonte: Cunha (2014).

Após encontrar os valores do coeficiente de variação de ensaio e controle, é realizada uma comparação com valores bases, expressos na tabela abaixo, em que indicam a classificação do referentes aos controles em canteiros de obras.

	Excelente	Muito Bom	Bom	Razoável	Deficiente
Valor do Coeficiente de variação -	<3,0 %	3,0 a 4,0 %	4,0 a 5,0 %	5,0 a 6,0 %	> 6,0 %

Fonte: Adaptado Helene e Terzian(1992) apud Cunha (2014).

Após compará-los, é possível observar que os lotes 1, 2 e 3, foram classificados como “Excelentes” e os demais como “Muito Bom” e “Bom”, demonstrando que os resultados obtidos foram bons, ou seja, não tiveram uma má classificação. Tal avaliação auxilia imediatamente o controle da qualidade do concreto, visto que, imediatamente pode-se perceber uma deficiência no lote, levando à um controle melhor e uma correção instantânea.

4.5 Cálculo dos estimadores de resistência

Os estimadores de resistência correspondem aos cálculos referentes à aceitação ou não do concreto. São descritos pela NBR 12655 (ABNT, 2006), onde subdivide em controle por amostragem parcial e controle por amostragem total.

Por amostragem parcial, a NBR 12655 (ABNT, 2006) diz que o valor da resistência característica à compressão ( ) para os lotes com exemplares entre 6 e 20, são descritos pela equação:

Onde:

= n/2. Desprezando o valor mais alto de n, se for ímpar;

= valores das resistências dos exemplares, em ordem crescente.

Fonte: NBR 12655 (ABNT, 2006).

Porém, de acordo com NBR 12655 (ABNT, 2006), deve-se ter cuidado para que o valor de não seja um valor menor que , onde é uma constante descrita na Tabela abaixo, que varia de acordo com o número de exemplares (n) e a condição de preparo do concreto.

Fonte: NBR 12655 (ABNT, 2006).

Já para lotes com 20 ou mais exemplares, segundo a NBR 12655 (ABNT, 2006), utiliza-se a equação:

Onde:

= resistência média dos exemplares do lote

=desvio padrão da amostra de n elementos.

Os estimadores de resistência por amostragem total, também são presentes na NBR 12655 (ABNT, 2006), em que consiste no ensaio de exemplares à cada amassada de concreto. De acordo com a norma, o valor estimado de resistência característica:

Para n≤20, = ;
Para n>20, =

Onde:

i= 0,05n.

Assim, já com todos os critérios de cálculos estabelecidos pela NBR 12655 (ABNT, 2006), será aplicados tais conceitos, aos lotes em estudo, tendo como resultados, os valores expressos na tabela abaixo. Onde, corresponde aos estimadores de resistência referentes à equação: , já que n está entre 6 e 20; corresponde ao segundo critério estabelecido, onde e , que refere-se ao controle total da amostra. Assim, foi construída a Tabela abaixo, com os valores correspondentes aos estimadores de resistência.

Lote
1	32,55	32,77	33,44
2	32,54	33,40	34,08
3	34,14	33,94	34,63
4	35,95	35,23	35,95
5	37,13	36,24	36,61

Fonte: Cunha (2014).

Após realizar os cálculos referentes aos estimadores de resistência, a NBR 12655 (ABNT, 2006) estabelece um critério de aceitação do concreto, onde:

Assim, todos os valores de foram aceitos, já que o foi definido no projeto, correspondente à 30 Mpa. Porém, o lote 5 obteve uma resistência à compressão muito elevada em relação aos demais, o que demonstra que o mesmo teve alguma mudança no processo de produção e que necessita correção.

5 CONCLUSÃO

O cimento é o material mais popular utilizado nas construções, desde as mais simples às mais complexas. Junto com ferragens, é capaz de construir obras em diversos segmentos, por meio do concreto armado, que garante segurança, tendo como base cálculos estruturais bem elaborados.

Tendo em vista sua grande utilização, é necessário que se tenha um concreto de qualidade para a obra desejada. Para isso, as normas técnicas criadas pela ABNT garantem parâmetros, com base na estatística descritiva, que proporcionam métodos para classificação do concreto de acordo com sua boa ou má qualidade.

Dentre outros cálculos, as normas técnicas permitem o cálculo da resistência média à compressão inicial, o desvio padrão, o coeficiente de variação das operações de ensaio e controle, estimadores de resistência e além do mais, estabelece critério de aceitação do concreto em cada cálculo realizado.

Por tanto, com base no estudo realizado, foi possível perceber que entre dezenas de amostras de cimento, separados em lotes, todos se enquadraram nos critérios de aceitação do cimento, exceto o lote 5. Tal lote foi estimado desde os primeiros cálculos como defeituoso, e o estimador de resistência comprovou tal estimativa, onde o principal problema seria algum referente à etapa de produção do mesmo, necessitando assim, de correção. Tal correção, realizada de forma imediata, traria economia para a obra em estudo, visto que tratava-se de uma grande concretagem.

REFERÊNCIAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5732: Cimento Portland comum. ABNT, 1991.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5733: Cimento Portland de alta resistência inicial. ABNT, 1991.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5735: Cimento Portland de alto-forno. ABNT, 1991.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5736: Cimento Portland pozolânico. ABNT, 1991.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5737: Cimentos Portland resistentes a sulfatos. ABNT, 1992.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11578: Cimento Portland composto. ABNT, 1991.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12655: Concreto de Cimento Portland: Preparo, Controle, Recebimento- Procedimento. ABNT, 2006.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12989: Cimento Portland branco: Especificação. ABNT, 1993.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13116: Cimento Portland de baixo calor de hidratação: Especificação. ABNT, 1994.

BOTELHO, Manoel Henrique Campos; MARCHETTI, Osvaldemar. Concreto Armado: eu te amo. Edgard Blucher, 2004.

CUNHA, André Vieira da. Concreto de cimento Portland: abordagem da qualidade com ênfase em métodos estatísticos. 2014. Disponível em: <http://bibliotecadigital. uniformg.edu.br:21015/jspui/bitstream/123456789/257/1/TCCAndre%20Vieira%20da%20Cunha.pdf.> Acesso em: 22 ago. 2015.

HELENE, Paulo R. L. Controle de qualidade do concreto. São Paulo, Universidade de São Paulo, Escola Politécnica, 1980. Disponível em: <http://www.pcc.poli.usp.br/files/text/publications/BT_00003.pdf>. Acesso em: 20 ago. 2015.