Portable and instant sensor for fresh concrete mix ratio measurement

• Grant number: 22/03358-2
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: April 01, 2022
• End date: December 31, 2022
• Field of knowledge: Engineering - Electrical Engineering - Electrical, Magnetic and Electronic Measurements, Instrumentation
• Principal Investigator: Marcos Roberto Fortulan
• Grantee: Gustavo de Abreu Braga
• CNAE: Fabricação de aparelhos e equipamentos de medida, teste e controle ; Manutenção e reparação de equipamentos eletrônicos e ópticos
• Associated research grant: 21/11298-7 - Portable and instant sensor for fresh concrete mix ratio measurement, AP.PIPE

Abstract

O mercado da Construção Civil, especificamente no Brasil, possui em grande potencial, seja no sentido decrescimento, seja no sentido de melhorias, inovações e controles. Observando-se a evolução das vendas de cimento, que nos últimos anos tem ultrapassado a marca de 60 milhões de toneladas comercializadas por ano, nossa equipe identificou uma oportunidade de contribuição por meio do uso de tecnologias originalmente desenvolvidas para o monitoramento de escoamentos industriais. Atualmente, não é oferecida comercialmente uma ferramenta capaz de fazer a medição instantânea do traço do concreto (proporção de cimento, água e agregado total) a partir da massa fresca da mistura, seja aquela preparada na obra, seja aquela adquirida pronta de terceiros, e é nesta lacuna que queremos atuar.Com base na tecnologia de Tomografia Wire-Mesh (TWM),estudada por equipes do LEMI (Laboratório de Escoamentos Multifásicos Industriais - EESC-USP) desde 2008, a proposta é desenvolver um equipamento capaz de determinar o traço do concreto por meio da medição das suas propriedades elétricas. O princípio de medição da TWM já se mostrou capaz de identificar a disposição espacial e proporções volumétricas dos componentes de misturas trifásicas em escoamentos industriais contendo água, óleo e gás, com alta resolução espacial e temporal. Esta pesquisa pretende utilizar o mesmo princípio desta tecnologia(medição da impedância elétrica) para a medição de uma mistura homogênea do concreto, com componentes de proporções variáveis, o que exigirá estudos adicionais para os quais os pesquisadores do LEMI têm a capacitação necessária.Dentro de uma mesma obra, concretos de diversos tipos de traços podem ser utilizados em função da sua aplicação, e o cumprimento da especificação do traço do concreto tem impacto direto na segurança, qualidade e custo da obra. Apesar de ser uma especificação de fácil descrição, garanti-la não é uma tarefa fácil para quem prepara a mistura diretamente na obra ou para quem a recebe pronta de terceiros. Esta ferramenta será um diferencial para profissionais que tenham real preocupação com a especificação do traço do concreto e que, muitas vezes, acabam superdimensionando suas estruturas de forma a compensar esta limitação. Também será um diferencial para empresas fabricantes de concreto que queiram entregar a garantia do traço como um valor para os seus clientes, considerando o mercado competitivo e vulnerável a adulterações a que estão expostas.Para realização dessa pesquisa, serão preparadas diversas amostras de massa fresca de concreto, que serão submetidas à medição da impedância elétrica. As proporções dos componentes serão baseadas em traços utilizados regularmente na Construção Civil e serão variadas de forma controlada e previamente determinada. Um estudo teórico e prático sobre diferentes tipos de sonda também será realizado de forma a determinar qual a melhor geometria, material e isolamento desta em função da sua praticidade de uso e exatidão de medição. De posse dos dados das medições, que conterão o espectro do valor de impedância, será analisado qual o melhor valor de frequência de excitação do sinal de forma a traçar correlações e modelos matemáticos entre a impedância elétrica e o traço do concreto.