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Projeto de Pesquisa e Plano de Trabalho
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ESTUDO TEÓRICO EXPERIMENTAL DE
MATERIAIS ECOLOGICAMENTE CORRETOS EM
ESTRUTURAS DE CONCRETO QUE CONTEM
ARMADURAS MÍNIMAS
Proponente: Marcio dos Santos
Instituição: Universidade Estadual do Norte Fluminense - Darcy Ribeiro
Centro de Ciências Tecnológicas
Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
março 2014
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Índice
1. Identificação da proposta 3
2. Qualificação do principal problema a ser abordado 3
3. Objetivos e metas a serem alcançados 5
4. Metodologia a ser empregada 7
5. Principais contribuições científicas/tecnológicas da proposta 8
6. Cronograma físico 11
7. Identificação dos demais participantes do projeto 12
8. Indicação de colaborações e parcerias já estabelecidas com outros
centros de pesquisas na área
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9. Disponibilidade efetiva de infra-estrutura e apoio técnico para o
desenvolvimento do projeto
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Referências Bibliográficas 15
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1. Identificação da Proposta
O presente projeto propõe o Estudo do Comportamento de Vigas Realizadas
com Materiais Ecologicamente Corretos em Estruturas de Concreto, que
Contem Armaduras Transversal e Longitudinal Mínimas: Concretos
Realizados com a Instrudução da Cinza da Casca de Arroz e Concretos
Geopoliméricos (CG)
2. Qualificação do principal problema a ser abordado
O principal problema a ser abordado neste trabalho é avaliar o comportamento
de vigas de seção retangular realizadas com materiais ecologicamente
corretos, construídas com armaduras mínimas longitudinais e transversais.
Este projeto pretende usar a cinza da casca de arroz, em substituição parcial do
cimento Portland e usar concretos geopoliméricos em vigas que contem
armaduras mínimas transversais e longitudinais, segundo as prescrições de varias
normas e pesquisadores.
O uso da cinza de casca de arroz como fonte de sílica no cimento diminui a
resistência à compressão, aumenta a durabilidade do concreto e reduz a
porosidade, o que é extremamente importante em muitas aplicações, tais como
canais de irrigação, concretos resistentes à poluição e às intempéries, pisos
resistentes à abrasão, etc. Várias pesquisas mostram que o cimento pode ser
produzido a partir de cinza de casca de arroz com sucesso, devido ao seu baixo
custo em substituição à areia. Alguns pesquisas relizadas produziram cimento
com cinza de casca de arroz variando a porcentagem de cinza na formulação do
cimento entre 23-26%, concluindo que o melhor é 24,5%. Outras analisaram os
efeitos da cinza da casca de arroz no concreto e através de experimentos com
diferentes composições de cinza e constataram que é possível produzir um
concreto com alta resistência à compressão, porém menor comparada à obtida
com o uso de cimento. Muitos pesquisadores coincidem que o uso da cinza de
casca de arroz na obtenção de concreto e argamassa se mostra economicamente
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vantajoso, pela sua demanda inferior de água necessária para atingir uma dada
consistência. Pesquisas realizadas compararam o concreto feito com cimento
Portland e com o cimento contendo cinzas de casca de arroz, concluindo que
ambos apresentaram resistência à compressão semelhantes.
Algumas pesquisas mostraram que concretos fabricados com cimento Portland e
os realizados com adição de cinza da casca de arroz indicaram resultados
semelhantes com relação às propriedades de resistência à flexão e cisalhamento,
módulo de elasticidade e retração, porém o concreto com cinza mostrou excelente
resistência à penetração de cloretos. As cinzas propiciaram uma melhoria do
concreto frente ao ataque ácido.
A casca de arroz é um subproduto da indústria agrícola, gerado em grande volume
no processo de produção. A produção nacional, segundo dados da Cooperativa
Nacional de Abastecimento foi de aproximadamente 13.227,5 mil toneladas de
arroz em casca, na safra 2004/2005. A produção de 2005/2006 foi de 11.616,2 mil
toneladas. Nas safras 2003/2004 e 2005/2006, o estado do Rio Grande do Sul
produziu 6.205,2 e 6.729,7 mil toneladas, respectivamente.
A pesquisa para a utilização das cinzas de casca de arroz na indústria da
construção civil não é recente. Em 1973, Mehta já investigava o processo. Ele
verificou que dependendo das condições de queima era possível a obtenção de
uma cinza com alto teor de sílica no estado cristalino ou vítreo. No caso da sílica
vítrea se teria uma cinza altamente pozolânica, tendo as características
adequadas para a substituição parcial do cimento Portland. A principal vantagem
do uso da cinza de casca de arroz como uma mistura mineral no concreto é a
grande redução na permeabilidade do composto. A substituição de 35% de
cimento por cinza ocasiona o aumento da resistência à compressão, aceleração
do endurecimento e aumento da resistência ao ataque de ácido. Dessa forma,
verifica-se que a cinza de casca de arroz como adição ao concreto, contribui para
o desenvolvimento sustentável, pois além de aumentar o desempenho do
composto, reutiliza um recurso já explorado e leva a uma diminuição do consumo
de cimento, cuja produção cria sérios problemas ambientais.
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Várias pesquisas mostram que o concreto de cimento geopolimérico (CCG), ou
simplesmente concreto geopolimérico, apresenta características físicas e
mecânicas bem similares àquelas apresentadas pelos concretos de alto
desempenho (CAD), tais como: excelentes propriedades em relação à
durabilidade, elevada resistência química e mecânica e alta aderência com o aço,
mostrando o seu potencial de uso como aglomerante nas obras de engenharia.
Essas características induzem os elementos de concreto geopolimérico armado a
terem comportamento diferenciado em relação aos de concreto convencional
(concreto de cimento Portland - CCP), levando a modificações nos métodos de
cálculo.
Dessa forma é de grande importância que se pesquise sobre o concreto
geopolimérico armado e concretos com incorporação de cinza da casca de arroz.
É necessário que se obtenham mais informações sobre o comportamento aço-
concreto geopolimérico e aço-concreto com cinza da casca de arroz, para criar
dados científicos para a produção de referências em relação ao dimensionamento
dos elementos estruturais, a fim de garantir que no futuro sua aplicação na
construção civil seja realizada de forma confiável e eficaz.
Neste sentido, este projeto pretende dar um passo adiante e começar a utilizar
este produto em elementos de concreto armado, especificamente avaliar o
comportamento de vigas que por diferentes motivos levam armadura mínima, seja
de cisalhamento ou de flexão.
3 - Objetivos e metas a serem alcançados
O presente trabalho tem objetivos gerais e objetivos especificos:
Objetivos Gerais:
1. Começar os estudos de vigas de concreto armado com armadura transversal e
longituddinal aproximadamente a mínima, realizadas com cimentos
Geopoliméricos e com concretos com incorporação da cinza da casca de arros,
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2. Estudar a viabilidade de uso de concreto Geopoliméricos e concretos com
incorporação da cinza da casca de arros em vigas de concreto armado com
armadura transversal e longitudinal de aproximadamente a mínima;
3. Verificar e comparar o comportamento de vigas de concreto armado com
armadura transversal e longitudinal de aproximadamente a mínima, realizadas
com cimento Portland, concretos geopoliméricos e concretos com incorporação
da cinza da casca de arros.
Objetivos Específicos:
1. Avaliar a viabilidade do uso dos concreto Geopoliméricos e concretos com
incorporação da cinza da casca de arros em vigas com armadura transversal
aproximadamente a mínima, adotando os procedimentos estabelecidos pela
NBR 6118/2003 e outros códigos, de maneira que os resultados obtidos
possam ser comparados com aqueles descritos na literatura para concretos
com cimento Portland;
2. Verificar e comparar os padrões de fissuração e ductilidade das vigas
ensaiadas realizadas com Cimento Portland, geopoliméricos e concretos com
incorporação da cinza da casca de arros para avaliar a influência da resistência
do concreto no comportamento destes;
3. Recomendar métodos práticos para definir quais vigas apresentam armadura
transversais e longitudinais mínimas usando estes concretos;
4. Recomendar equações simples para definir a armadura transversal mínima em
vigas realizadas com estes concretos.
As metas a serem alcançadas são:
1. Realizar um “estado da arte” da aplicação de concreto Geopoliméricos e
concretos com incorporação da cinza da casca de arros em estruturas;
2. Mostrar a viabilidade de uso dos concreto geopoliméricos e concretos com
incorporação da cinza da casca de arros em vigas de concreto armada quando
estas necessitam somente armadura transversal e longitudinal mínima;
3. Realizar ensaios de vigas de seção retangular, realizadas com cimento
Portland, concreto Geopoliméricos e concretos com incorporação da cinza da
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casca de arros, com armadura transversal e longitudinal de aproximadamente
a mínima, valores estes recomendados por diferentes códigos para concretos
de cimento Portland;
4. Mostrar as diferenças no comportamento de vigas quando realizadas com
cimentos Portland dos concreto Geopoliméricos e concretos com incorporação
da cinza da casca de arros;
5. Apresentar métodos práticos simples para definir a ductilidade “ideal” de vigas
que possuem armadura transversal e longitudinal mínima quando sejam
usados estes concretos;
6. Apresentar equações simples para determinar a quantidade de armadura
transversal e longitudinal mínima necessária em vigas de seção retangular
quando usados estes concretos;
7. Fazer uma contribuição nas pesquisas neste campo, para quando seja incluído
nas normas de dimensionamento estrutural de elementos de concreto armado
e protendido o uso de concreto Geopoliméricos e concretos com incorporação
da cinza da casca de arros, existam estudos teóricos –pratico sobre este tema.
8. Realizar duas teses de mestrado nesta área,
9. Realizar duas publicações em periódicos de alto prestigio na área;
10. Participar em dois congressos nacionais e dois internacionais relacionados à
área.
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4 - Metodologia a ser empregada
Para a realização deste projeto serão usadas as instalações do laboratório de
Engenharia Civil (LECIV) da Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF).
A realização do projeto será da seguinte forma:
1. O estudo teórico sobre o assunto será realizado pela orientação dos
professores Sergio Luis González Garcia, Dylmar Penteado Dias e
Guilherme Chagas Cordeiro, com a participação de alunos de mestrado na
área de estruturas;
2. O professor Dylmar Pentado Dias terá a responsabilidade de conduzir as
pesquisas relacionadas ao concreto Geopoliméricos, todo o relacionado com a
elaboração dos traços a serem usados e cuidados para a elaboração deste tipo
de concreto;
3. O professor Guilherme Chagas Cordeiro terá a responsabilidade de conduzir
as pesquisas relacionadas ao concreto com incorporação da cinza da casca da
arroz, todo o relacionado com a elaboração dos traços a serem usados e
cuidados para a elaboração deste tipo de concreto;
4. Todo o relacionado com a elaboração do programa experimental será
responsabilidade do Professor Sergio Luis González Garcia;
5. A execução e ensaios das vigas será realizada no LECIV-UENF;
6. O Programa experimental consta de 30 vigas de seção transversal retangular
de 10x20cm, relação vão de cisalhamento/altura efetiva (a/d=3,0), com
resistencia á compressão do concreto de aproximadamente 60MPa, divididas
em dois grupos: O primeiro formado por quinze vigas que analizará a armadura
longitudinal mínima e segundo grupo formado tembém por quinze vigas que
analizará a armadura de cisalhamento mínima;
O primeiro grupo será subdividido em três subgrupos de cinco vigas, um para
cada tipo de concreto (Concreto com cimento Portland, Concreto geopolimérico
e Concretos com incorporação da cinza da casca de arroz), e o segundo grupo
também será da mesma forma. O segundo grupo terá para cada subgrupo uma
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viga de referencia que não terá armadura transversal entre o apoio e a carga,
todas serão simplesmente apoiadas e carregadas com duas cargas simétricas;
7. Como resultado dos ensaios serão monitorados os seguintes aspectos;
deformação da armadura longitudinal no centro do vão, deformação da
armadura transversal em pelo menos três ou quatro estribos a cada lado da
carga, flecha no centro do vão, giro da viga em ambos extremos, padrão de
fissuração, assim como a posição das fissuras para cada estágio de
carregamento, definição do cortante de fissuração, momento de fissuração e
último para cada uma das vigas ensaiadas;
8. Após ter realizado os ensaios das vigas, serão analisados os resultados,
aplicando diferentes metodologias existentes para a definição de armadura
transversal e longitudinal mínima segundo o comportamento destas vigas;
9. Serão comparadas as vigas construídas com cimentos Portland e as
construidas com concreto Geopoliméricos e as construídas com incorporação
da cinza da casca de arroz, em quanto a comportamento, deformação do
concreto, aço longitudinal, transversal, abertura de fissura, etc;
10. Será confirmada ou não, a possibilidade de usar as mesmas equações de
taxas de armadura transversal e longitudinal, definidas nos códigos para
concretos realizados com cimento Portland, nos concretos Geopoliméricose
aqueles com incorporação da cinza da casca do arroz, do contrario
recomendar outras equações para este fim.
5-Principais contribuições científicas/tecnológicas da proposta
Este projeto terá as seguintes contribuições científicas / tecnológica e impacto em
sua área:
Introduzirá o estudo da taxa de armadura transversal e longitudinal mínima
em vigas de concreto armado, usando concretos Geopoliméricos e as
construídas com incorporação da cinza da casca de arroz (material de baixo
impacto ambiental e futuro promissório);
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Mostrará para o mercado da construção civil as potencialidades de uso dos
concretos Geopoliméricos e concretos realizados com incorporação da cinza
da casca de arroz em relação ao cimento Portland, quando usado em
elementos estruturais;
Será um precedente nas pesquisas nesta área, para que futuramente os
códigos ou normas possam prescrever os procedimentos a serem usados
para o dimensionamento de estruturas de concreto armado usando concretos
Geopoliméricos e concretos com incorporação da cinza da casca de arroz;
Ajudará a divulgar a viabilidade de usar concretos Geopoliméricos e
concretos com incorporação da cinza da casca de arroz; na construção civil;
Mostrará as diferencias existentes no comportamento de vigas com armadura
mínima usando concretos Geopoliméricos e de aqueles concretos com
incorporação da cinza da casca de arroz, de aquelas quando é usado o
cimento Portland;
Definirá de forma simples como calcular a taxa de armadura transversal e
longitudinal mínima em vigas construídas com cimento Geopolimérico e as
construídas com concretos com incorporação da cinza da casca de arroz.
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6 - Cronograma físico
Para o período de 24 meses será obedecido o seguinte cronograma para as
atividades a serem desenvolvidas:
6.1a. Revisão Bibliográfica
Período: do 1o ao 24o mês
a1. Nesta etapa será realizada uma revisão dos artigos publicados em
periódicos especializados na área. Cabe salientar em relação à taxa de
armadura transversal mínima em vigas de concreto com cimento Portland
já se encontra bastante adiantada, visto que foi tema de minha tese de
doutorado, faltará simplesmente pesquisar os últimos trabalhos realizados
neste sentido. A revisão bibliográfica será feita principalmente para taxa
de armadura longitudinal mínima. Já referente a pesquisas na área de
aplicações de concreto Geopoliméricos e concreto com incorporação da
cinza da casca de arroz, se realizará uma pesquisa detalhada dos
principais trabalhos apresentados em revistas e congressos.
6.1b. Estudo Teórico Sobre Armadura Transversal e Longitudinal Mínima.
Período: do 1o ao 12o mês.
b1. Estudo paramétrico dos principais fatores que influenciam o cortante de
fissuração diagonal e momento de fissuração em vigas realizadas com
concreto Geopoliméricos e concretos com incorporação da cinza da casca
de arroz;
b2. Estudo de modelos para a definição de armadura transversal e longitudinal
mínima em vigas de concreto com cimento Geopoliméricos e concretos
com incorporação da cinza da casca de arroz;
6.1c. Realização de Ensaios.
Período: do 13o ao 24o mês.
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c1. Ensaios de vigas de concreto armado, realizadas com cimentos cimento
Portland, concreto Geopolimérico e concretos com incorporação da cinza
da casca de arroz;
c2. Processamento e análise dos resultados dos ensaios;
c3. Definição de equações mais precisas para a definição de armadura
transversal e longitudinal mínima em vigas de diferentes tipos de concreto
O quadro 1, apresenta a distribuição da excussão do plano de trabalho durante os
três anos de trabalho em seis semestres.
Quadro 1. Cronograma de execução do projeto
Etapas 10 20 30 40 50 60
6.1a
6.1b
6.1c
Relatório
Final
7 - Identificação dos demais participantes do projeto
Este projeto será realizado no laboratório de Engenharia Civil (LECIV) do CCT
a) Nome: Sergio Luis González Garcia
Titulo de mais alto nível: Doutor em ciências – Engenharia Civil
Função: Orientador do Mestrando
Descrição sucinta das atividades a serem desenvolvidas no projeto:
Pesquisador, responsável pelo desenvolvimento teórico e experimental do
trabalho proposto - Laboratório de Engenharia Civil (LECIV)-UENF;
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b) Dylmar Pentado Dias
Titulo de mais alto nível: Doutor em ciências – Engenharia Civil
Função: Coolaborador
Descrição sucinta das atividades a serem desenvolvidas no projeto:
Pesquisador responsável pela elaboração dos concretos Geopoliméricos-
Laboratório de Engenharia Civil (LECIV)-UENF;
c) Guilherme Chagas Cordeiro
Titulo de mais alto nível: Doutor em ciências – Engenharia Civil
Função: Coolaborador
Descrição sucinta das atividades a serem desenvolvidas no projeto:
Pesquisador responsável pela elaboração dos concretos com incorporação
de cinza da casca de arroz-Laboratório de Engenharia Civil (LECIV)-UENF;
d) Alunos de iniciação científica
e) Técnicos do laboratório de estrutura.
8 - Indicação de colaborações ou parcerias já estabelecidas com
outros centros de pesquisas na área
O principal convenio estabelecido para o desenvolvimento deste projetos está no:
a- Projeto de Cooperação Acadêmica - CAPES - Coordenação de
Programas Especiais EDITAL PROCAD 2005
Título: Experimentação e Modelagem Numérica de Materiais e
Estruturas de Baixo Impacto Ambiental
Equipes: Programa de Engenharia Civil da Coordenação dos
Programas de Pós-Graduação em Engenharia Civil da
Universidade Federal do Rio de Janeiro (PEC-COPPE/UFRJ);
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da
Universidade Estadual do Norte Fluminense (PPGEC-UENF);
Mestrado de Engenharia Ambiental e Urbana da Universidade
Federal da Bahia (MEAU-UFBA); Programa de Pós-Graduação
em Engenharia Civil e Ambiental da Universidade Estadual de
Feira de Santana (PPGECEA-UEFS).
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9 – Disponibilidade efetiva de infra-estrutura e de apoio técnico
para o desenvolvimento do projeto
O Laboratório de engenharia civil da UENF conta com espaço para execução
dos ensaios, um sistema de Adquisição de dados para a realização de ensaios,
pórtico autoportante com capacidade de 200t, com duas células de carga de
100t, e recursos humanos necessarios para a realização dos ensaios;
Recentemente nosso programa de Pós-graduação consiguiou aprovar através
do Edital Pró-Equipamentos no.01/2007 da CAPES a compra de uma máquina
universal de ensaios, servo-hidráulica, modelo UH-500kNi, da marca Shimadzu.
Este equipamento é capaz de fomentar ensaios mecânicos de diferentes
naturezas, desde a determinação de resistência a compressão simples de
materiais cimentícios e cerâmicos até a determinação da compressibilidade de
materiais de enrocamento e rochas brandas. Valor do projeto é de R$
125000,00;
Alem dissto, recentemente foi aprovado ante Faperj, através do edital no
03/2008 da Fundação Carlos Chagas de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio
de Janeiro destinado ao Apoio às Universidades Estaduais UERJ, UENF e
UEZO – 2008 de 06 de março de 2008, verba para a reforma deste espaço e a
construção de um laboratório adequado a ensaios mecânicos de estruturas de
médio e grande porte. Neste laboratório pretende-se, inclusive, construir uma
laje de reação para a instalação de equipamentos com um valor estiamdo em
R$250.000,00;
A equipe que compõe o projeto tem qualificação suficiente para a execução dos
trabalhos teórico - expeimentais a serem realizados.
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Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone: NBR NM 67.
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Amostragem: NBR NM 26. Rio de Janeiro.
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Determinação dos módulos estáticos de elasticidade e de deformação e da curva
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