UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
PAULO BENJAMIM MORAIS MARTINS
INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA AGREGADO MIÚDO NA TRABALHABILIDADE DO CONCRETO
Feira de Santana 2008
ii PAULO BENJAMIM MORAIS MARTINS
INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DO AGREGADO MIÚDO NA TRABALHABILIDADE DO CONCRETO
Esta monografia é a avaliação do trabalho de conclusão de curso realizado pela disciplina Projeto Final II do curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, outorgada pelo Departamento de Tecnologia e ministrada pela professora e coordenadora Eufrosina de Azevedo Cerqueira.
Orientador: Prof. Mestre em Estruturas Elvio Antonino Guimarães
Feira de Santana 2008
iii PAULO BENJAMIM MORAIS MARTINS
INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DO AGREGADO MIÚDO NA TRABALHABILIDADE DO CONCRETO
A presente monografia foi analisada e aprovada pelos membros em destaque, no intuito da aprovação do graduando no trabalho de conclusão de curso realizado pela disciplina de Projeto Final II do curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, outorgada pelo Departamento de Tecnologia.
Feira de Santana , 08 de setembro de 2008.
Prof. Mestre em Estruturas Elvio Antonino Guimarães Universidade Estadual de Feira de Santana
Prof. Mestre Antônio Freitas da Silva Filho Universidade Estadual de Feira de Santana
Prof. Especialista Sérgio Tranzillo França Universidade Estadual de Feira de Santana
iv
Dedico este trabalho à Deus, a toda minha família em especial, meus pais Paulo e Ana, meu irmão Léo e minha noiva Nívea.
v AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus; A minha família, em especial meus pais Paulo e Ana e meu irmão Léo, pelo apoio incondicional; A minha noiva Nívea pelo seu companheirismo e pela sua paciência; Aos meus amigos e colegas, em especial: Marcus, Valdeque, Roberto, Leonardo, Eduardo e Karine por contribuir direta ou indiretamente na realização deste trabalho; Ao Professor Élvio pelas orientações e conhecimento transmitido; A toda equipe do Labotec pela ajuda e auxílio na realização do programa experimental.
vi SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
ix
LISTA DE TABELAS
x
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
xi
RESUMO
xii
ABSTRACT
xiii
1 - INTRODUÇÃO
1
1.1 - JUSTIFICATIVA E ABRANGÊNCIA DO TEMA
3
1.2 - OBJETIVOS
3
1.2.1 - Objetivo geral
3
1.2.2 - Objetivos específicos
4
1.3 - ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO
4
1.4 - METODOLOGIA
5
2 - REVISÃO BIBLOGRÁFICA
7
2.1 - CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
7
2.2 - AGREGADOS
9
2.2.1 - Propriedades dos Agregados
11
2.2.1.1 - Massa especifica e peso unitário
11
2.2.1.2 - Absorção e Umidade Superficial
12
2.2.1.3 - Composição Granulométrica
13
2.2.1.4 - Forma e textura
15
2.2.1.5 - Resistência a compressão e módulo de elasticidade
16
2.2.1.6 - Substâncias Deletérias
16
2.2.1.7 - Estabilidade Dimensional
17
2.3 - CONCRETO FRESCO 2.3.1 - Propriedades 2.4 - TRABALHABILIDADE DO CONCRETO FRESCO 2.4.1 - Medidas de Trabalhabilidade
19 20 20 22
2.4.1.1 - Plasticidade
22
2.4.1.2 - Tensão de Cisalhamento
23
2.4.1.3 - Viscosidade
24
vii 2.4.1.4 - Consistência
25
2.4.2 - Fatores que influenciam a trabalhabilidade do concreto 2.4.2.1 - Teor de água/mistura seca
25
2.4.2.2 - Propriedade dos agregados
26
2.4.2.3 - Aditivos
29
2.4.2.4 - Tempo e temperatura
31
2.4.2.5 - Tipo de mistura
32
2.4.3 - Ensaios para a determinação da trabalhabilidade do concreto
3-
25
32
2.4.3.1 - Ensaio de abatimento do tronco de cone
32
2.4.3.2 - Ensaio Vebê
35
2.4.3.3 - Ensaio da Penetração de Bola
35
2.4.3.4 - Fator de compactação
36
PROGRAMA EXPERIMENTAL: MATERIAIS E MÉTODOS
37
3.1 - COLETA DAS AMOSTRAS DAS AREIAS
37
3.1.1 - Local da amostragem
37
3.1.2 - Número de coletas
38
3.1.3 - Armazenamento das amostras
38
3.2 - CARACTERIZAÇÃO
GRANULOMÉTRICA
DOS
MIÚDOS. 3.2.1 - Aparelhagem utilizada 3.2.1.1 - Peneiras utilizadas
AGREGADOS 38 39 39
3.2.2 - Preparação da amostra para ensaio
40
3.2.3 - Execução do ensaio
41
3.2.4 - Quantidade de areia avaliada
43
3.2.5 - Metodologia empregada
43
3.3 - ENSAIO DO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE 3.3.1 - Caracterização dos materiais
44 44
3.3.1.1 - Agregado
44
3.3.1.2 - Material aglomerante
45
3.3.1.3 - Traço utilizado
47
3.3.2 - Produção do concreto
47
3.3.2.1 - Pesagem do material
47
3.3.2.2 - Mistura dos materiais
48
3.3.3 - Realização do ensaio
49
viii 3.3.3.1 - Aparelhagem
49
3.3.3.2 - Procedimento de execução
49
3.4 - RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES
50
3.4.1 - Moldagem e cura dos corpos de prova
50
3.4.1.1 - Aparelhagem
51
3.4.1.2 - Procedimento de moldagem
51
3.4.1.3 - Processo de cura
53
3.4.2 - Ensaio de compressão axial
4-
53
3.4.2.1 - Aparelhagem
53
3.4.2.2 - Procedimento
54
APRESENTAÇÃO
E
DISCUSSÃO
DOS
EXPERIMENTAIS
RESULTADOS 57
4.1 - ESTUDO PRELIMINAR – ANÁLISE DA GRANULOMETRIA DAS AREIAS
57
4.2 - AVALIAÇÃO DO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE
72
4.3 - AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
73
5-
75
CONSIDERAÇÕES FINAIS
5.1 - CONCLUSÕES
75
5.2 - RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
76
REFERÊNCIAS
77
ix LISTA DE FIGURAS
Figura 1 -
Etapas do programa experimental
6
Figura 2 -
Agregados miúdos (VOTORAN, 2007)
9
Figura 3 -
Agregados graúdos (VOTORAN, 2007)
10
Figura 4 -
Influência da relação água/cimento e do teor de agregado
(ANDRADE, 1997 apud STURMER, 2007) Figura 5 -
Esquema
ilustrativo
do
experimento
18 de
Newton
para
determinação da viscosidade de fluidos (NAVARRO, 1997) Figura 6 -
a 24
Molde padrão para o ensaio de abatimento do tronco de cone
(SOLOTEST, 2007)
33
Figura 7 -
Ensaio do abatimento do tronco de cone
34
Figura 8 -
Aparelho para ensaio do Vebê (SOLOTEST, 2007)
35
Figura 9 -
Aparelho para o ensaio da bola de Kelly (SOLOTEST, 2007)
36
Figura 10 - Peneiras utilizadas no ensaio granulométrico
40
Figura 11 - Quarteador utilizado no ensaio
43
Figura 12 - Betoneira utilizada nos ensaios
48
Figura 13 - Moldes cilíndricos dos corpos-de-prova
51
Figura 14 - Máquina utilizada para a compressão axial
54
Figura 15 - Etapas do capeamento dos corpos-de-prova
55
Figura 16 - Etapas do ensaio de compressão axial
56
Figura 17 - Curva granulométrica da Areia A
62
Figura 18 - Curva granulométrica da Areia B
63
Figura 19 - Curva granulométrica da Areia C
64
Figura 20 - Curva granulométrica da Areia D
65
Figura 21 - Curva granulométrica da Areia E
66
Figura 22 - Curva granulométrica da Areia F
67
Figura 23 - Comparativo entre as areias analisadas
68
Figura 24 - Distribuição granulométrica das areias em relação aos limites granulométricos da faixa utilizável da NBR 7211/ 2005.
70
Figura 25 - Distribuição granulométrica das areias em relação aos limites granulométricos da faixa ótima da NBR 7211/ 2005.
71
x LISTA DE TABELAS
Tabela 1 -
Peneiras das séries normal e intermediária (NBR 7211, 2005) 14
Tabela 2 -
Características dos aditivos (ABCP, 2007)
30
Tabela 3 -
Peneiras utilizadas na caracterização granulométrica
39
Tabela 4 -
Massa Mínima por amostra de ensaio (NBR NM 248, 2003)
41
Tabela 5 -
Dados da granulometria do agregado graúdo utilizado
45
Tabela 6 -
Resultados do ensaio de finura
47
Tabela 7 -
Massa dos materiais utilizados
48
Tabela 8 -
Número de camadas para moldagem dos corpos-de-prova (NBR
5738, 2003) Tabela 9 -
52 Dados da granulometria da Areia A
58
Tabela 10 - Dados da granulometria da Areia B
58
Tabela 11 - Dados da granulometria da Areia C
59
Tabela 12 - Dados da granulometria da Areia D
59
Tabela 13 - Dados da granulometria da Areia E
60
Tabela 14 - Dados da granulometria da Areia F
60
Tabela 15 - Grandezas utilizadas na composição granulométrica
61
Tabela 16 - Classificação das faixas dos agregados miúdos segundo o módulo de finura (NBR 7211, 1983)
61
Tabela 17 - Limites granulométricos de agregado miúdo (NBR 7211, 1983) 62 Tabela 18 - Teor de material dos agregados miúdos passante pelas peneiras 300 µm e 0,075mm
68
Tabela 19 - Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo (NBR 7211, 2005)
69
Tabela 20 - Resultados do abatimento para as dosagens feitas com as areias C, E e F conforme Tabela 7
72
Tabela 21 - Resultados da resistência a compressão aos 28 dias para as dosagens feitas com as areias C, E e F conforme Tabela 7
74
xi
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
A%
Teor de água/materiais secos
a/c
Relação água/cimento
A
Areia A
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM
American Society for Testing and Materials
B
Areia B
C
Areia C
Dmáx
Diâmetro máximo do agregado
D
Areia D
E
Areia E
fck
Resistência a compressão aos 28 dias
F
Areia F
MF
Módulo de Finura
M1
Massa da amostra 1
M2
Massa da amostra 2
NBR
Norma Brasileira
NM
Norma Mercosul
UEFS
Universidade Estadual de Feira de Santana
τo
Limite de cisalhamento
xii
RESUMO
Para se obter um concreto endurecido de boa qualidade, é necessário que ele seja tratado cuidadosamente na fase plástica, uma vez que as deficiências geradas nesta fase resultarão em prejuízos para o concreto endurecido, comprometendo a sua durabilidade. Tem-se então a trabalhabilidade como uma propriedade significativa do concreto fresco, indicando a facilidade com que o concreto pode ser lançado e adensado sem segregação. A obtenção de um concreto com trabalhabilidade adequada, ao contrário do que se imagina, não depende unicamente da quantidade de água utilizada ou aditivo, mas também da seleção e proporção adequada dos materiais. Dentre os ensaios que indicam a trabalhabilidade, o abatimento do tronco de cone é o mais utilizado, por fornecer uma metodologia simples, de forma a controlar a uniformidade da produção do concreto determinando a fluidez e a consistência. Desta forma realizou-se um estudo com o objetivo de analisar a influência das propriedades do agregado miúdo na trabalhabilidade o concreto. As areias, provenientes da cidade de Feira de Santana e regiões circunvizinhas, foram analisadas granulometricamente, buscando identificar diferenças em suas curvas granulométricas, módulos de finura e teor de finos. Com cada areia selecionada foi produzido três concretos, mantendo constantes todos os outros elementos constituintes inclusive a relação água/cimento, onde foi determinado o abatimento pelo ensaio do abatimento do tronco de cone e posteriormente, a resistência à compressão. Os testes mostraram que, à medida que se utilizava agregados com baixo teor de finos foi-se obtendo abatimentos menores. Os resultados do trabalho permitiram concluir que para os componentes estudados quanto menor o teor de finos do agregado, para um mesmo traço, menor abatimento terá o concreto.
Palavras chave: agregado miúdo, concreto fresco, trabalhabilidade
xiii
ABSTRACT
A hardened concrete with good quality can be obtained using a careful treatment in the plastic phase. The imperfections formed in that phase provides damages in the hardened concrete and it can influence its durability. Workabilty is an important property in fresh concrete because this property shows the facility of casting and vibration without segregation. A concrete with suitable workability depends not only of the water content or additive, but also of the right selection and proportion of the materials. Slump test is the experimental study more applied to measure the workability because this test has a sample procedure and it is possible to control the production uniformity of concrete determining the fluency and consistence. A study was carried out aiming at analyzing the effect of fine aggregates properties on concrete workability. The sands were from Feira de Santana and adjacent regions. The granulometry were studied with the goal to identify the differences in granulometric curves, module of fineness and fine content. It was made three kinds of concrete with the selected sands. The quantity of other materials was the same, including the water/cement ratio. The slump was determined with the slump test and, later, the compressive strength test was made. According to the results and for those studied materials, the low content of fine aggregates provides a little slump of concrete using the same mixture composition. Key-words: fine aggregates, fresh concrete, workability.
1
1-
INTRODUÇÃO
A trabalhabilidade do concreto fresco determina a facilidade com a qual um concreto pode ser manipulado sem segregação. De todas as formas, um concreto que seja difícil de lançar e adensar não só aumentará o custo de manipulação como também terá resistência, durabilidade e aparência, inadequadas. De forma similar, misturas com elevada segregação e exsudação, são mais difíceis e mais caras na hora do acabamento e fornecerão concreto menos durável. Portanto trabalhabilidade pode afetar tanto o custo quanto à qualidade do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A trabalhabilidade de um concreto fresco pode ser influenciada por diversos fatores, como as características do cimento e dos agregados presentes na mistura, a presença de qualquer adição química e mineral, a sinergia entre os vários materiais constituintes etc. Assim, diversos fatores devem ser considerados e a situação é posteriormente complicada pelo fato de que existem interações entre eles, isto é, os fatores não são independentes um dos outros em seus efeitos (CASTRO & LIBORIO, 2003).
A consistência do concreto, uma importante medida da trabalhabilidade, está suscetível a influência de determinados fatores, e é através desses fatores que a trabalhabilidade é controlada, tais como: quantidade de água, teor de cimento, granulometria dos agregados e outras características físicas, aditivos e outros fatores que afetam a perda de abatimento. Fixando o teor de água e outras proporções da mistura, determina-se a trabalhabilidade pelo tamanho máximo do agregado, sua granulometria, forma e textura. Quanto maior a relação água/cimento, mais fina será a granulometria necessária para uma maior trabalhabilidade. O tamanho das partículas dos agregados, em especial, dos agregados miúdos, influenciam de forma efetiva na obtenção de uma determinada consistência do concreto (NEVILLE, 1997).
Uma miríade de procedimentos de ensaios para determinar a trabalhabilidade tem sido desenvolvida para pesquisa, dosagem e uso de campo. A grande maioria
2
desses métodos nunca tem encontrado qualquer uso além de um ou dois estudos iniciais. Com a exceção do extensamente usado ensaio de abatimento do tronco de cone, os poucos métodos que têm sido estudados extensivamente, geralmente não têm ganhado aceitação no meio. Até mesmo com o aumento em conhecimento da reologia do concreto, este ensaio permanece sendo, predominantemente, o método de ensaio usado para avaliar a trabalhabilidade (KOEHLER et al., 2003).
A obtenção de um concreto com trabalhabilidade adequada, ao contrário do que se imagina, não depende unicamente da quantidade de água utilizada. Nem sempre o acréscimo de água na mistura leva a uma maior trabalhabilidade, podendo, muitas vezes, levar à exsudação, à segregação, ou simplesmente, a um aumento do abatimento. A trabalhabilidade depende de uma seleção e proporção adequada dos materiais e muitas vezes do uso de adições e aditivos. Os teores de pasta, de argamassa e de agregados, em função da trabalhabilidade desejada, devem ser compatibilizados. Isto se consegue mediante o conhecimento das características de cada componente e de seu proporcionamento correto na mistura.
O foco de medida da trabalhabilidade mudou muitas vezes durante os anos. Quando o ensaio de abatimento do tronco de cone foi desenvolvido no princípio do século XX, os pesquisadores em concreto estavam começando a reconhecer a importância do teor de água na previsão da resistência do concreto. O ensaio de abatimento do tronco de cone dá uma indicação do teor de água, e assim a resistência do concreto endurecido. A possibilidade de se melhorar resistência do concreto controlando consistência representou um novo avanço para a indústria do concreto. O ensaio de abatimento do tronco de cone foi adotado rapidamente devido a sua simplicidade. Rapidamente, a indústria do concreto percebeu a incapacidade do ensaio de abatimento do tronco de cone para representar completamente a trabalhabilidade e, após de vários anos da introdução desse ensaio foram feitas várias tentativas para desenvolver ensaios melhores e mais completos (POWERS, 1968). Embora tenham sido desenvolvidos numerosos métodos de ensaio desde os anos vinte, desde que os pesquisadores estabeleceram o concreto como um fluido de Bingham, surgiu a avaliação da reologia do concreto fundamentada nas curvas de fluxo em termos de tensão de cisalhamento e taxa cisalhamento (TATTERSALL & BANFILL, 1983).
3
1.1 - JUSTIFICATIVA E ABRANGÊNCIA DO TEMA
Muitos são os intervenientes que afetam a qualidade do concreto de cimento Portland. O estudo do concreto no seu estado fresco é de vital importância para a garantia das suas propriedades no estado endurecido.
O esforço necessário para se manipular uma quantidade de concreto fresco com uma perda mínima de homogeneidade é determinado por uma propriedade de suma importância: a trabalhabilidade. É muito clara a sua importância, pois uma mistura que não pode ser lançada nem adensada com um mínimo de energia, não apresentará resistência, durabilidade e relação de custo-benefício, adequados.
Dentre os diversos fatores que afetam a trabalhabilidade é necessário compreender e registrar a partir de ensaios laboratoriais, a influência dos agregados, mais precisamente dos agregados miúdos, os quais podem atuar ativamente na consistência do concreto.
Portanto, apesar de não ser uma medida que abranja todos os aspectos da trabalhabilidade, o ensaio de Abatimento do Tronco de Cone é bastante usado, além de ser um ensaio de fácil execução, apresentando uma satisfatória medida da consistência de um concreto. Essa metodologia é bem aceita na construção civil, sendo bastante utilizada no controle da uniformidade da produção de concretos.
1.2 - OBJETIVOS
1.2.1 -
Objetivo geral
Identificar a influência das características granulométricas do agregado miúdo na trabalhabilidade do concreto fresco.
4
1.2.2 -
Objetivos específicos
Avaliar a influência da distribuição granulométrica dos agregados miúdos na trabalhabilidade.
Analisar a influência do teor de finos dos agregados miúdo na trabalhabilidade.
Avaliar a trabalhabilidade do concreto fresco através dos resultados do ensaio de abatimento do tronco de cone.
Verificar o enquadramento dos agregados miúdos utilizados no ensaio e extraídos em Feira de Santana e regiões circunvizinhas, nos padrões das Normas Brasileiras e seus efeitos na trabalhabilidade.
1.3 - ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO
Para atingir os objetivos propostos, este trabalho encontra-se estruturado em cinco capítulos, sendo o presente capítulo o primeiro deles, que possui caráter introdutório onde estão inseridos a importância do tema e seus objetivos.
No segundo capítulo, faz-se uma abordagem dos principais aspectos, tais como: uma breve introdução do concreto de cimento Portland, das características e propriedades dos agregados, das propriedades do concreto fresco e dos fatores que influenciam e os ensaios que determinam a trabalhabilidade do concreto fresco.
O programa experimental está descrito no capítulo três, onde se apresenta as variáveis e condições fixas estudadas, a caracterização dos materiais e as metodologias empregadas para a determinação da trabalhabilidade.
5
O quarto capítulo apresenta os resultados obtidos no programa experimental e suas discussões. Neste capítulo analisa-se a influência dos agregados miúdos para a determinação da trabalhabilidade do concreto.
No quinto e último capítulo, são apresentadas as conclusões finais do estudo em questão como também são sugeridos alguns temas para estudos futuros.
1.4 - METODOLOGIA
A metodologia adotada para o desenvolvimento deste trabalho seguirá as seguintes etapas: • Revisão bibliográfica dos assuntos pertinentes e relacionado ao tema; • Comparativo entre algumas areias encontradas em Feira de Santana e regiões circunvizinhas, com granulometrias diferentes, a fim de se verificar em laboratórios
suas
principais
características,
tais
como:
composição
granulométrica, módulo de finura e teor de finos. • Verificar a influência das propriedades do agregado miúdo na trabalhabilidade do concreto, a partir do ensaio de abatimento do tronco de cone.
As etapas a serem seguidas no programa experimental podem ser representadas na Figura 1.
6
Figura 1 -
Etapas do programa experimental
7
2-
REVISÃO BIBLOGRÁFICA
2.1 - CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
Cimento na acepção da palavra pode ser considerado todo material com propriedades adesivas e coesivas capaz de unir fragmentos de minerais entre si de modo a formar um todo compacto. Já no campo da construção, o significado do termo “cimento” se restringe aos materiais ligantes usados com pedra, areia, tijolos, blocos etc. Os constituintes principais deste tipo de cimento são os calcários, de modo que na engenharia civil e na construção se pensa em cimento calcário. Os cimentos que interessam no preparo do concreto têm a propriedade de endurecer mesmo dentro da água, devido às reações químicas com esse elemento, e, portanto, são denominados cimentos hidráulicos (NEVILLE, 1997).
A utilização do cimento é bem antiga, sendo utilizado pelos egípcios a partir do gesso impuro calcinado. Os gregos e romanos considerados responsáveis pela fabricação do primeiro concreto da história, utilizaram calcário calcinado e aprenderam posteriormente, a misturar cal e água, areia e pedra fragmentada, tijolos ou telhas em cacos. Os romanos produziam um tipo de concreto com cinza vulcânica (pozolana natural) e cal que permitia a moldagem e a soldagem de peças formadas por grandes blocos de pedra. Segundo NEVILLE (1997), a sílica ativa e a alumina das cinzas reagiam com a cal produzindo o que hoje é chamado de cimento pozolânica.
O engenheiro John Smeaton, por volta de 1756, procurava um aglomerante que endurecesse mesmo em presença de água, de modo a facilitar o trabalho de reconstrução do farol de Edystone, na Inglaterra. Em suas tentativas, verificou que uma mistura calcinada de calcário e argila tornava-se, depois de seca, tão resistente quanto as pedras utilizadas nas construções. Coube a John Aspdin, em 1824, patentear a descoberta, batizando-a de cimento Portland, numa referência à Portlandstone, tipo de pedra arenosa muito usada em construções na região de
8
Portland, Inglaterra. No pedido de patente constava que o calcário era moído com argila, em meio úmido, até se transformar-se em pó impalpável. A água era evaporada pela exposição ao sol ou por irradiação de calor através de cano com vapor. Os blocos da mistura seca eram calcinados em fornos e depois moídos bem finos.
O processo de fabricação do cimento portland consiste essencialmente em moer a matéria- prima, misturá-las intimamente nas proporções adequadas e queimar essa mistura num grande forno rotativo até uma temperatura de 1450 ºC. Nessa temperatura, o material sofre uma fusão incipiente formando pelotas, conhecidas como clínquer. O clínquer é resfriado e moído até um pó bem fino com a adição de um pouco de gesso, resultando o cimento Portland comercial largamente usado em todo Brasil (NEVILLE, 1997).
Concreto de Cimento Portland é o material resultante da mistura, em determinadas proporções, de um aglomerante - cimento Portland - com um agregado miúdo geralmente areia lavada -, um agregado graúdo - geralmente brita - e água. Pode-se ainda, se necessário, usar aditivos. É constituído principalmente de material calcário, como rocha calcária ou gesso, e alumina e sílica, encontrados como argilas ou xisto.
Concreto é uma mistura homogênea de cimento Portland com água e agregados, que depois de endurecida adquire estabilidade e resistência. Pode incorporar outros componentes, na busca da melhoria de qualidades específicas. A produção de um concreto que atenda adequadamente a todas as características necessárias só é possível
quando
se
utilizam
materiais
componentes
de
qualidade.
O
proporcionamento entre eles e os processos de mistura, transporte, lançamento e cura também são fundamentais.
Atualmente, a proporção em que o concreto é usado é muito diferente do que o era há 30 anos. Estima-se que o atual consumo mundial de concreto é da ordem de 5,5 bilhões de toneladas por ano. Apesar de não ser tão resistente nem tão tenaz quanto o aço, é o material mais largamente usado na engenharia. O concreto possui excelente resistência à água, ao contrário da madeira e do aço comum, possuindo
9
uma ótima capacidade de resistir à água, sem deterioração séria, sendo um material ideal para estruturas destinadas a controlar, estocar e transportar água.
2.2 - AGREGADOS
Segundo a definição da NBR 7225/1993, agregado é o material natural, de propriedades adequadas ou obtido por fragmentação artificial de pedra, de dimensão nominal máxima inferior a 100mm e de dimensão nominal mínima igual ou superior a 0,075mm. Inclui, portanto, agregado graúdo e agregado miúdo.
A NBR 7211/2005 fixa as características exigíveis na recepção e produção de agregados, miúdos e graúdos, de origem natural, encontrados fragmentados ou resultantes da britagem de rochas. Dessa forma, define agregado miúdo (Figura 2) como os agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150 µm. Define ainda agregado graúdo (Figura 3) os agregados cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira de 4,75 mm.
Figura 2 -
Agregados miúdos (VOTORAN, 2007).
10
Figura 3 -
Agregados graúdos (VOTORAN, 2007).
Como pelo menos três quartas partes do volume do concreto são ocupadas pelos agregados, não surpreende que a sua qualidade seja de considerável importância. O agregado não só pode influenciar a resistência do concreto, pois agregados com propriedades indesejáveis podem não apenas produzir um concreto pouco resistente, mas também podem comprometer a durabilidade e o desempenho estrutural do concreto (NEVILLE, 1997).
Agregado é todo material granular, sem forma e volume definidos, geralmente inerte de dimensões e propriedades adequadas para a engenharia. Os agregados conjuntamente com os aglomerados, especificamente o cimento, formam o principal material de construção; o concreto. Eles desempenham um importante papel nas argamassas e concretos, quer do ponto de vista econômico, quer do ponto de vista técnico, e exercem influência benéfica sobre algumas características importantes, como: retração, aumento da resistência ao desgaste, etc., sem prejudicar a resistência aos esforços mecânicos, pois os agregados de boa qualidade têm resistência superior à da pasta do aglomerante (PETRUCCI, 1982).
A influência do agregado na resistência do concreto geralmente não é levada em conta. Ela não é normalmente um fator determinante na resistência do concreto porque, à exceção dos agregados leves, a partícula do agregado é várias vezes mais resistente que a matriz e a zona de transição. Existem, contudo, outras características do agregado além da resistência, tais como o tamanho, forma e textura da superfície, granulometria (distribuição granulométrica e mineralógica), que reconhecidamente influem na resistência do concreto em vários níveis (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
11
A areia utilizada como agregado deve satisfazer aos requisitos estabelecidos pelas normas técnicas, como a resistência aos esforços mecânicos, o conteúdo máximo de substâncias nocivas, tais como torrões de argila, matérias carbonosas, material pulverulento e impurezas orgânicas. Outras características de qualidade devem ser investigadas em caso de areias de jazidas pouco conhecidas, como a resistência aos sulfatos de sódio e magnésio e a reatividade potencial, que se refere as reações de interação entre os álcalis do cimento e o agregado. Aspectos importantes a serem considerados são o módulo de finura, a área específica, a forma dos grãos e a composição granulométrica (HANAI, 1992 apud ARMANGE, 2005).
2.2.1 -
Propriedades dos Agregados
2.2.1.1 -
Massa especifica e massa unitária.
Para o material sob a forma de agregado miúdo deve-se levar em consideração o conceito de duas espécies de massa específica: a massa específica real e a massa específica aparente. A massa específica real dos grãos é a massa da unidade de volume, excluindo deste os vazios permeáveis e os vazios entre os grãos; sua determinação é feita através do picnômetro, da balança hidrostática e frasco de Chapman. Já a massa específica aparente é o peso da unidade de volume, incluindo neste os vazios, permeáveis ou impermeáveis, contidos nos grãos (PETRUCCI, 1982).
O conhecimento da massa unitária do agregado é de grande importância, pois é por meio dela que se fazem as transformações dos traços em peso para volumes e viceversa, bem como é um dado interessante para o cálculo do consumo do material empregado por m³ de concreto. Portanto, é o massa de certo volume de agregado, incluindo o vazio entre os grãos (BAUER, 1995).
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2.2.1.2 -
Absorção e Umidade Superficial
Os agregados podem apresentar vários estados de umidade. Quando todos os poros permeáveis estão preenchidos e não há um filme de água na superfície, o agregado é dito estar na condição saturada superfície seca (SSS); quando o agregado está saturado e também há umidade livre na superfície, o agregado está na condição úmida ou saturada (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
Portanto, a absorção pode ser entendida como o aumento da massa do agregado, devido ao preenchimento dos seus poros por água, e a umidade superficial como a quantidade de água em excesso, além da requerida para a condição saturada superfície seca.
O conhecimento do teor de umidade é de extraordinária importância no estudo dos agregados miúdos. Como os agregados miúdos são entregues em obra mais ou menos úmidos, isto obriga a determinações periódicas de seu teor de umidade, para corrigir a quantidade de água que deverá ser empregada na confecção das argamassas e concretos, levando em conta á água carregada pelo agregado, bem como o reajuste das quantidades do material, quer medido em peso, quer medido em volume, sendo neste caso a medida influenciada pelo fenômeno do inchamento (PETRUCCI, 1982).
A presença de umidade no agregado necessita de correção das proporções reais da mistura: a massa de água adicionada à mistura deve ser diminuída da umidade livre do agregado e a massa do agregado úmido deve ser aumentada de igual quantidade. No caso da areia, existe um segundo efeito da presença da umidade: o inchamento. É o aumento de volume de uma dada massa de areia devido às películas de água deslocando as partículas tendendo a separá-las. Embora não altere a quantificação dos materiais em massa, na quantificação em volume, o inchamento resulta uma menor massa de areia ocupando o mesmo volume em uma caixa de medida (padiola). Por essa razão a mistura se apresenta com falta de agregado miúdo, aparentemente com excesso de pedra, e o concreto pode tender a segregação. Também fica reduzido o volume do concreto (NEVILLE, 1997).
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O coeficiente de inchamento serve para medir o inchamento sofrido por uma massa de agregado. Esse coeficiente é dado pela relação entre o volume final úmido e o volume inicial seco. A umidade crítica é aquela a partir da qual o coeficiente de inchamento é considerado constante (HELENE & TERZIAN, 1992).
2.2.1.3 -
Composição Granulométrica
Composição granulométrica é a distribuição das partículas dos materiais granulares entre várias dimensões, e é usualmente expressa em termos de porcentagens acumuladas maiores ou menores do que cada uma das aberturas de uma série de peneiras, ou de porcentagens entre certos intervalos de abertura das peneiras (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A composição granulométrica, isto é, a proporção relativa expressa em forma de porcentagem (%) em que se encontram os grãos de certos agregados, tem importante influência sobre a qualidade dos concretos, agindo na compacidade e resistência (HELENE & TERZIAN, 1992).
Segundo a NBR 7211/2005, a dimensão máxima característica do agregado é a grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado, correspondente à abertura de malha quadrada, em milímetros, da peneira listada na Tabela 1, à qual corresponde uma porcentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa.
A dimensão máxima do agregado é, convenientemente, designada pela dimensão da abertura da peneira, na qual ficam retidos 15 por cento ou menos das partículas do agregado. Em geral, quanto maior a dimensão máxima do agregado, menor será a área superficial por unidade de volume, que tem de ser coberta pela pasta de cimento, para uma dada relação água/cimento (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A NBR 7211/2005 ainda traz a definição do módulo de finura como a soma das porcentagens retidas acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série
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normal, dividida por 100. As peneiras tanto da série normal quanto da intermediária são identificadas na Tabela 1.
Tabela 1 -
Peneiras das séries normal e intermediária (NBR 7211, 2005) Série Normal
Série Intermediária
75 mm
-
-
64 mm
-
50 mm
37,5 mm
-
-
32 mm
-
25 mm
19 mm
-
-
12,5 mm
9,5 mm
-
-
6,3 mm
4,75 mm
-
2,36 mm
-
1,18 mm
-
600 µm
-
300 µm
-
150 µm
-
A areia, conforme sua distribuição granulométrica e seu módulo de finura (MF), de acordo com a NBR 7211/1983, pode ser classificada como: •
muito finas – 1,35 < MF < 2,25;
•
finas – 1,71 < MF < 2,78;
•
médias – 2,11 < MF < 3,28;
•
grossas – 2,71 < MF < 4,02.
O resultado de uma análise granulométrica pode ser interpretado muito mais facilmente quando representado graficamente. Com a curva granulométrica é possível ver, num simples relance, se a granulometria da amostra se enquadra em
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uma especificação, ou se é muito grossa ou muito fina, ou deficiente em um determinado tamanho. Nas curvas granulométricas normalmente usadas, as ordenadas representam as porcentagens acumuladas passantes e as abscissas, as aberturas das peneiras em escala logarítmica. Como as aberturas das peneiras, em uma série padrão, estão em uma razão constante 1:2, um gráfico logarítmico mostra estas aberturas com espaçamentos iguais (NEVILLE, 1997).
2.2.1.4 -
Forma e textura
A forma e a textura das partículas dos agregados influenciam mais as propriedades no concreto fresco do que no endurecido; comparadas às partículas lisas e arredondadas, as partículas de textura áspera, angulosas e alongadas requerem mais pasta de cimento para produzir misturas trabalháveis e, portanto, aumentam o custo do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A forma diz respeito às características geométricas, tais como arredondada, angulosa ou achatada. Partículas formadas por atrito tendem a ser arredondadas, pela perda de vértices e arestas, como por exemplo, areias de depósitos eólicos, assim como areias e pedregulhos de zonas marítimas ou leitos de rio. Agregados de rochas intrusivas britadas, como calcários estratificados e folhelho, possuem vértices e arestas bem definidos e são chamados de angulosos. Aquelas partículas cuja espessura é relativamente pequena em relação a outras dimensões, são chamadas de
lamelares
ou
achatadas,
enquanto
aquelas
cujo
comprimento
é
consideravelmente maior do que as outras duas dimensões são chamadas de alongada (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
No caso do agregado miúdo, sua forma e textura superficial têm um efeito significativo sobre a demanda de água de amassamento da mistura, enquanto a lamelaridade e a forma do agregado graúdo geralmente têm um efeito apreciável sobre a trabalhabilidade do concreto (NEVILLE, 1997).
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Há evidências de que, pelo menos nas primeiras idades, a resistência do concreto, particularmente a resistência à flexão, pode ser afetada pela textura do agregado; uma textura mais áspera parece favorecer a formação de uma aderência mecânica forte entre a pasta de cimento e o agregado. Em idades mais avançadas, com o desenvolvimento de uma forte aderência química entre a pasta e o agregado, esse efeito pode não ser tão importante (MAIA, 2008).
2.2.1.5 -
Resistência a compressão e módulo de elasticidade
A resistência à compressão e o módulo de elasticidade dos agregados são propriedades inter-relacionadas, que são influenciadas pela porosidade. Os agregados naturais comumente usados para a produção de concreto normal são geralmente densos e resistentes; portanto, raramente são fatores limitantes da resistência e propriedades elásticas do concreto endurecido (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
Andrade (1997) apud Sturmer (2007) acredita que para concretos em geral, o modulo de elasticidade do agregado está ligado à retração por secagem. Quanto menor o módulo de elasticidade do agregado, maiores deformações devidas à retração o concreto apresentará. Por conseqüência, se houver alguma restrição impedindo a descarga das tensões geradas a partir dessa deformação, o concreto estará mais susceptível à fissuração. Concretos com menor módulo de elasticidade também apresentarão maior fluência. Dessa forma as tensões advindas da variação térmica serão minimizadas.
2.2.1.6 -
Substâncias Deletérias
Substâncias deletérias são aquelas que estão presentes como constituintes minoritários, tanto nos agregados graúdos quanto nos miúdos, mas que são capazes de prejudicar a trabalhabilidade, a pega e endurecimento e as características da
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durabilidade do concreto. Tanto para agregados miúdos quanto graúdos, a ASTM C 33 exige que “agregado para uso em concreto, que será submetido à imersão em água, exposição prolongada à atmosfera úmida, ou contato com solo úmido, não deve conter quaisquer materiais que sejam potencialmente reativos com os álcalis do cimento, em quantidade suficiente para causar expansão; a menos que tais materiais estejam presentes em quantidades desprezíveis, o agregado pode ser usado com um cimento contendo menos de 0,6% de álcalis ou com a adição de um material que tenha mostrado evitar a expansão nociva da reação álcali-agregado (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
Segundo NEVILLE (1997), há três grandes categorias de substâncias deletérias que podem ser encontradas nos agregados: impurezas que interferem com o processo de hidratação do cimento; películas que impedem a aderência efetiva entre o agregado e a pasta de cimento hidratada, e algumas partículas que são fracas ou não sãs. Todo o agregado ou parte dele também pode ser prejudicial devido a reações químicas com a pasta de cimento.
2.2.1.7 -
Estabilidade Dimensional
As deformações no concreto, que freqüentemente levam à fissuração, ocorrem como resultado da resposta do material à carga externa e ao meio ambiente. Quanto o concreto recém-endurecido (seja carregado ou sem carga) é exposto à temperatura e à umidade do ambiente, ele geralmente sofre contração térmica (deformação de contração associada ao resfriamento) e retração por secagem (deformação de retração associada com a perda de umidade). Um dos parâmetros importantes que influenciam tanto a retração por secagem quanto a contração térmica é o agregado (METHA & MONTEIRO, 1994).
Para Mehta & Monteiro (1994) o consumo de cimento e água no concreto não possui influência direta na retração por secagem. Isso porque o aumento no volume da pasta de cimento significa um decréscimo da fração de agregado, que por sua vez, propicia um aumento nas deformações relativas à retração. Para ele, a
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granulometria, dimensão máxima, forma e textura do agregado também são consideradas fatores que influenciam a retração por secagem e a fluência. O módulo de deformação do agregado tem significativa importância; as outras características do agregado influenciam indiretamente , através do seu efeito no conteúdo de agregado do concreto ou na capacidade de adensamento da mistura.
Ao analisar-se dois concretos, sendo que ambos possuem a mesma resistência e contém o mesmo tamanho de agregado, porém, o primeiro possui maior quantidade de agregado (menor trabalhabilidade) e o segundo possui menos quantidade de agregado (maior trabalhabilidade). Verificou-se que o primeiro apresentou menor retração mantendo-se a relação água/cimento constante (ANDRADE, 1997 apud STURMER, 2007). A influência da relação água/cimento e do teor de agregado pode ser reunida na Figura 4. Segundo Andrade (1997) apud Sturmer (2007), para um mesmo fator água/cimento, a retração aumenta agressivamente quando o volume em percentagem de agregado diminui.
Figura 4 -
Influência da relação água/cimento e do teor de agregado (ANDRADE, 1997 apud STURMER, 2007).
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2.3 - CONCRETO FRESCO
Entende-se como concreto fresco, o concreto no estado plástico, antes do endurecimento. Ainda que suas propriedades no estado fresco sejam de maior interesse para a aplicação, sabe-se que elas estão relacionadas e têm grande implicação nas propriedades do concreto endurecido. Algumas propriedades do concreto endurecido dependem fundamentalmente de suas características enquanto no estado fresco.
Segundo BAUER (1995), o concreto fresco é constituído dos agregados miúdo e graúdo envolvidos por pasta de cimento e espaços cheios de ar. A pasta por sua vez, é composta essencialmente de uma solução aquosa e grãos de cimento. O conjunto pasta e espaços cheios de ar é moderadamente chamado de matriz. Os valores da resistência e de outras propriedades do concreto endurecido são limitados pela composição da matriz, particularmente pelo seu teor de cimento. Essa composição pode ser expressa pela relação vazios/cimento ou pelo seu inverso, considerando-se como vazios o volume de ar e água da matriz. Na maioria dos casos, os vazios são ocupados principalmente por água, o que torna possível estabelecer a composição da matriz em termos de fator água/cimento.
O concreto fresco é uma mistura de multicomponentes constituída por cimento, água, agregado miúdo e graúdo e adições químicas e minerais, tais como o aditivo superplastificante e a sílica ativa. Quando a água é adicionada à mistura de sólidos, ele se transforma em uma mistura de concreto fresco que, com o decorrer do tempo, endurece e se torna um material resistente devido às reações de hidratação do cimento que acontecem no concreto (CASTRO & LIBÓRIO, 2003).
Tendo em vista a qualidade do concreto endurecido, as propriedades desejáveis para o concreto fresco são as que asseguram a obtenção de mistura de fácil transporte, lançamento e adensamento, sem segregação, e que, depois do endurecimento, se apresenta homogênea, com o mínimo de vazios (BAUER, 1995).
20
2.3.1 -
Propriedades
As propriedades do concreto diferem conforme o seu estado, se fresco ou endurecido. O concreto fresco deve ter trabalhabilidade, homogeneidade, coesão e segregação de água. No estado endurecido, deve apresentar resistência à compressão, à tração e à abrasão, impermeabilidade, elasticidade e durabilidade.
A trabalhabilidade define a maior ou menor facilidade de lançamento do concreto e sua aptidão de adensar-se em função das condições locais. A homogeneidade, por sua vez, garante a manutenção das características do concreto em toda a massa, durante seu manuseio, sem variações acentuadas. A coesão é a propriedade que mantém a composição nas etapas de transporte, lançamento e adensamento, já que o concreto é composto de materiais com características físicas muito diferentes, e há uma tendência de separação deles (segregação). A segregação de água garante a eliminação rápida, e desejável, do excesso de água do amassamento. Esse excesso de água tem função transitória, apenas para o início da concretagem. Depois de endurecido o concreto, a resistência mecânica é uma das propriedades mais importantes, que abrange a resistência à compressão e a resistência à abrasão. A impermeabilidade define a resistência do concreto à penetração de água e agentes agressivos. E a elasticidade determina o comportamento elástico do concreto face à atuação de forças externas. É medida pelo módulo de elasticidade, que poderá ter diversas variações em função da atuação dos esforços e suas naturezas. Por fim, a durabilidade se confirma quando o concreto mantém suas propriedades fundamentais ao longo do tempo.
2.4 - TRABALHABILIDADE DO CONCRETO FRESCO
A importância da trabalhabilidade em tecnologia do concreto é obvia. Ela é uma das propriedades básicas que devem ser atendidas. Independente da sofisticação usadas nos procedimentos de dosagem e outras considerações, tais como custo,
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uma mistura de concreto que não possa ser lançada facilmente ou adensada em sua totalidade provavelmente não fornecerá as características de resistência e trabalhabilidade esperadas (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
A trabalhabilidade deve ser definida como uma propriedade física inerente ao concreto sem referência às circunstâncias de um tipo particular de construção e que determina a facilidade de lançamento e adensamento do concreto, com ausência de segregação. A forma de adensamento do concreto deve ser considerada. Seja o adensamento feito por apiloamento ou por vibração, o processo consiste essencialmente na eliminação do ar aprisionado até se chegar a uma configuração mais próxima do que é possível se conseguir para a mistura. Assim, a energia é usada para anular o atrito entre as partículas que constituem o concreto, bem como entre elas e as superfícies da fôrma e da armadura. Essas forças podem ser denominadas atrito interno e atrito superficial, respectivamente. Além disso, parte da energia aplicada é usada para vibrar as fôrmas ou para abalar e, na verdade, vibrar as partes do concreto que já tenham sido plenamente adensadas. Assim, o trabalho aplicado tem uma parte “desperdiçada” e uma parte “útil”. Como o atrito interno é uma propriedade intrínseca da mistura, a trabalhabilidade pode ser definida como a quantidade de trabalho interno útil necessário para produzir adensamento prévio (NEVILLE, 1997).
Trabalhabilidade determina a facilidade com a qual um concreto pode ser manipulado sem segregação nociva. De todas as formas, um concreto que seja difícil de lançar e adensar não só aumentará o custo de manipulação como também terá resistência, durabilidade e aparência, inadequadas. De forma similar, misturas com elevada segregação e exsudação, apresentarão maior dificuldade no acabamento, um custo mais elevado e proporcionarão um concreto menos durável. Portanto, trabalhabilidade pode afetar tanto o custo quanto à qualidade do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
Apesar de ser a mais importante característica do concreto fresco, a trabalhabilidade é de difícil conceituação, visto envolver ou englobar uma série de outras propriedades, não havendo, ainda, completa concordância sobre quais sejam essas propriedades (PETRUCCI, 1982).
22
TATTERSALL (1991) afirma: “Há três razões práticas importantes pelas quais é altamente desejável conhecer as propriedades que envolvem a trabalhabilidade dos concretos, sejam elas o estudo de dosagem, o processamento e o controle da mistura”.
2.4.1 -
Medidas de Trabalhabilidade
2.4.1.1 -
Plasticidade
Plasticidade é a propriedade do concreto fresco identificada pela facilidade com que este é moldado sem se romper. Depende fundamentalmente da consistência e do grau de coesão entre os componentes do concreto. Quando não há coesão os elementos se separam, isto é, ocorre a segregação.
Segundo BAUER (1995), a segregação pode ser entendida como a separação dos constituintes da mistura, impedindo a obtenção de um concreto com características de uniformidade razoáveis. È na diferença dos tamanhos dos grãos do agregado e na massa específica dos constituintes que se encontram as causas primárias da segregação, mas seu aparecimento pode ser controlado pela escolha conveniente da granulometria e pelo cuidado em todas as operações que culminam com o adensamento.
Quanto às dimensões dos agregados, observa-se que os miúdos exercem influência preponderante sobre a plasticidade do concreto, por possuírem elevada área específica. Quantidades excessivas de areia aumentam demasiadamente a coesão da mistura e dificultam o lançamento e adensamento do concreto nas fôrmas, além de também aumentarem o consumo de cimento e, conseqüentemente, o custo final do concreto produzido. Quanto maior for o consumo de areia, maior será o consumo de cimento, pelo fato de que a pasta é o agente lubrificante entre as partículas de areia. Dessa forma, qualquer alteração do seu teor na mistura provocará modificações significativas no consumo de água e, conseqüentemente, no de
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cimento. Como o cimento é o material de custo mais elevado na mistura, qualquer alteração no consumo de areia incide diretamente no custo do concreto. A forma e a textura superficial das partículas da areia têm grande influência na plasticidade do concreto. Esta será prejudicada na medida em que mais angulosas, rugosas ou alongadas forem às partículas de areia (ARAÚJO et al., 2001).
2.4.1.2 -
Tensão de Cisalhamento
“A reologia (do grego rhein, escorrer) é a ciência que estuda a deformação e o escoamento da matéria” (SOBRAL, 1997). Tal definição traz um desafio aos tecnologistas de concreto, qual seja a expressão da trabalhabilidade das misturas, visto que esta reúne uma série de outras propriedades. A trabalhabilidade é determinada por ensaios que simulam a ação de fatores internos e externos (intrínsecos e extrínsecos) à mistura e que as afetam.
Os aspectos do concreto fresco dependem fundamentalmente de fenômenos de superfície devido às partículas finas e de fenômenos de massa, devidos às partículas grossas (LEGRAND, 1975 apud REZENDE & DJANIKIAN, 1998).
O modelo reológico de Bingham determina para o concreto fresco, o comportamento de um fluido viscoso. O fluido binghamiano é caracterizado pela existência de uma tensão limite de cisalhamento, abaixo da qual, seu comportamento se assemelha ao de um sólido mais ou menos elástico (REZENDE & DJANIKIAN, 1998).
Pode-se analisar o concreto fresco como um corpo heterogêneo constituído por uma mistura de argamassa muito fina, dentro de qual se movem e se atritam partículas de diferentes tamanhos. Esta argamassa muito fina apresenta um comportamento de Bingham, o que significa, sobretudo que possui um limite de cisalhamento. O limite de cisalhamento τo torna difícil a moldagem e precisa ser ultrapassado, para que a pasta possa fluir. Sua ação também se manifesta na redução da subida do ar, tornando difícil o adensamento. Dessa forma, pode-se dizer que as dificuldades de moldagem e adensamento são função do limite de cisalhamento da argamassa fina.
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Por outro lado, valores de τo mais altos impedem a queda das partículas grossas, reduzindo o perigo da segregação e da exsudação (SOBRAL, 1977).
2.4.1.3 -
Viscosidade
Nos fluidos podem ocorrer formas de deformação semelhantes às que ocorrem nos sólidos. Todavia, diferentemente dos sólidos, nos fluidos todas as deformações envolvem algum tipo de escoamento o que torna seus efeitos totalmente irreversíveis, salvo nos casos dos fluidos viscoelásticos onde parte da deformação pode ser recuperada. Apesar do estágio elongacional de deformação não ser raro, o tipo mais comum de deformação nos fluidos é por cisalhamento simples, o qual gera um escoamento caracterizado pelo movimento relativo das camadas ou moléculas do fluido devido à ação da força externa. Para esta categoria de material, o esforço principal pode ser seu próprio peso (NAVARRO, 1997).
A Figura 5 apresenta uma representação da deformação por cisalhamento simples, representação esta utilizada por Newton para a elaboração de sua lei para a viscosidade (NAVARRO, 1997).
Figura 5 -
Esquema ilustrativo do experimento de Newton para a
determinação da viscosidade de fluidos (NAVARRO, 1997).
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2.4.1.4 -
Consistência
Consistência é o maior ou menor grau de fluidez da mistura fresca, relacionando-se portanto, com a mobilidade da massa. O principal fator que influi na consistência é, sem dúvida, o teor água/materiais secos (A%) (ARAÚJO et al., 2001).
Segundo a NBR 6118/2003, a consistência do concreto deve estar de acordo com as dimensões da peça a ser concretada, com a distribuição da armadura no seu interior e com os processos de lançamento e adensamento utilizados.
A consistência é um dos principais fatores que influenciam na trabalhabilidade do concreto. Muito se confunde a consistência com a trabalhabilidade. O termo consistência está relacionado com as características inerentes ao próprio concreto e está mais relacionado com a mobilidade da massa e a coesão entre seus componentes.
A trabalhabilidade depende, além da consistência do concreto, de características da obra e dos métodos adotados para o transporte, lançamento e adensamento do concreto. Um concreto com um abatimento de 60 mm foi considerado excelente e de fácil trabalhabilidade quando aplicado em um determinado piso. Este mesmo concreto, aplicado em um pilar densamente armado, foi um tremendo desastre, ou seja, a consistência era a mesma (60 mm), mas ficou impossível de se trabalhar.
2.4.2 -
Fatores que influenciam a trabalhabilidade do concreto
2.4.2.1 -
Teor de água/mistura seca
Segundo BAUER (1995), o teor de água/mistura seca é o principal fator que influi na consistência, expresso em porcentagem do peso de água em relação ao peso da
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mistura de cimento e agregados, e é através dele que se verifica a influência, obviamente indireta, do fator água/cimento na consistência.
Para uma mesma granulometria e consumo de cimento, o acréscimo gradual de água vai tornando a mistura mais plástica. Quando a quantidade de água excede um certo limite, a pasta torna-se tão fluida que se segrega da mistura. Neste estado, os grãos de agregado passam a atritar-se diretamente uns sobre os outros, o que resulta em perda da fluidez e conseqüentemente da trabalhabilidade.
2.4.2.2 -
Propriedade dos agregados
Um dos parâmetros-chave que influenciam a trabalhabilidade de uma mistura de concreto fresco é a característica dos agregados empregados na produção dos concretos. A quantidade total de agregados presente no traço, as proporções relativas de agregados miúdo e graúdo, a respectiva granulometria, a forma e a textura superficial das partículas são os principais fatores relacionados aos agregados que afetam o abatimento do concreto (CASTRO & LIBORIO, 2003).
As propriedades de um concreto fresco dependem das propriedades e da quantidade da matriz e dos agregados. Por exemplo, o decréscimo da quantidade da matriz, reduz o grau de dispersão das partículas de agregados, assim aumenta a interferência entre as partículas, que por seu turno enrijece o concreto fresco. Aumentar a quantidade da matriz torna a consistência do concreto mais fluida. Quando a quantidade da matriz é reduzida abaixo de certo nível, para evitar a separação da maioria das partículas de agregado, o concreto se torna áspero e com tendência a segregação. Assim, na prática, é impossível moldá-lo e consolidá-lo adequadamente. Mesmo que a quantidade de pasta seja suficientemente grande, teoricamente, para preencher os vazios entre as partículas de agregado (POPVICS, 1982).
O tamanho das partículas do agregado influencia na água necessária para uma dada consistência. Além disso, areias muito finas ou areias angulosas necessitarão
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de mais água para uma dada consistência; alternativamente, elas produzirão misturas ásperas e pouco trabalháveis com uma quantidade de água que poderia ser adequada para uma areia mais grossa ou de grãos bem arredondados. Como regra prática, para uma consistência similar, o concreto precisa de 2 a 3% a mais de areia por volume absoluto e de 5,9 a 8,9 kg a mais de água por metro cúbico quando for usada areia artificial ao invés de areia natural (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
De um modo geral, os agregados graúdos e miúdos devem ser uniformemente graduados, não devendo existir predominância de determinada fração entre outra. Granulometrias descontínuas, em que as frações intermediárias tenham sido eliminadas, devem ser analisadas de acordo com as condições de aplicação, antes de serem adotadas. Quanto à forma do grão, é sabido que os arredondados possibilitam mais plasticidade para o mesmo teor de água/ mistura seca, do que os angulares, lamelares ou aciculares (SOBRAL, 1977).
No caso do agregado miúdo, sua forma e textura superficial têm um efeito significativo sobre a demanda de água de amassamento da mistura, enquanto a lamelaridade e a forma do agregado graúdo geralmente têm um efeito apreciável sobre a trabalhabilidade do concreto (NEVILLE, 1997).
Ao fixar o teor de água/ mistura seca e ao modificar a granulometria, ou seja, a relação agregado miúdo/ agregado graúdo, é esperado uma mudança na consistência do concreto. Se houver uma redução na superfície específica do agregado, o concreto tornar-se-á mais plástico; menos plástico em caso contrário. Determinada granulometria pode proporcionar consistência adequada ao concreto para um teor de água/ mistura seca e o fator água/ cimento correspondente, o que não pode ser verificado quando não se varia um desses componentes (SOBRAL, 1977).
Como a resistência do concreto plenamente adensado, com uma determinada relação
água/cimento,
é
independente
da
granulometria
do
agregado,
a
granulometria é importante, em primeira aproximação, até o ponto em que tem influência sobre a trabalhabilidade. No entanto, como é necessário o adensamento pleno do concreto para se obter a resistência correspondente a certa relação
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água/cimento, e isso somente é possível com uma mistura suficientemente trabalhável, torna-se necessário produzir uma mistura que possa ser adensada até ao máximo de densidade com uma quantidade razoável de energia (NEVILLE, 1997).
Segundo NEVILLE (1997), para uma mistura ser satisfatoriamente coesiva e trabalhável, ela deve conter uma quantidade suficiente de material passante na peneira 300µm. Como as partículas de cimento são parte desse material, uma mistura mais rica necessita menos agregado miúdo do que uma mais pobre. Se a granulometria de um agregado miúdo for deficiente em partículas mais finas, o aumento da relação agregado miúdo/agregado graúdo pode não se mostrar uma solução satisfatória, pois pode resultar um excesso de tamanhos médios e possivelmente uma mistura áspera.
Com o aumento da proporção de brita, a superfície total dos grãos diminui, o que contribui para um melhor envolvimento dos grãos pela pasta e uma redução do atrito interno da mistura; conseqüentemente o concreto fica mais plástico. Se a quantidade de brita aumentar excessivamente, a falta de argamassa criará vazios na mistura permitindo o atrito direto das britas, resultando em grande perda da plasticidade com dificuldades para o adensamento.
Os agregados miúdos exercem influência preponderante sobre a plasticidade do concreto, por possuírem elevada área específica. Dessa forma, qualquer alteração do seu teor na mistura provocará modificações significativas no consumo de água e, conseqüentemente, no de cimento. Como o cimento é o material de custo mais elevado na mistura, qualquer alteração no consumo de areia incide diretamente no custo do concreto. As areias mais finas requerem mais água, por terem maiores áreas específicas. Por sua vez, pelo fato de serem mais finas, os seus teores requeridos pelo concreto de igual plasticidade será menor, compensando dessa maneira o efeito negativo da finura da areia. As areias muito grossas, quando utilizadas em concretos cuja dimensão máxima do agregado é pequena (9,5 mm), resultam em misturas muito ásperas e pouco coesivas, devido ao fenômeno de interferência entre partículas.
29
Agregados com maiores dimensões máximas características requerem menor teor de areia para determinada plasticidade e, portanto, menor consumo de água. Por conseguinte, pode-se explicar a diminuição da área específica do agregado graúdo, que requer menos pasta para cobrir seus grãos e manter sua capacidade lubrificante entre as partículas do agregado graúdo. Isso leva a crer na vantagem da adoção da maior dimensão máxima característica, que possibilitaria maior economia de cimento, embora para Dmáx > 38 mm a perda de resistência do concreto devido à menor área de aderência entre a pasta e o agregado inviabilizasse essa vantagem (ARAÚJO et al., 2001).
2.4.2.3 -
Aditivos
O uso de aditivos nos concretos é cada vez mais comum, pois com eles é possível modificar algumas características do material, viabilizar algumas aplicações especiais e até melhorar seu desempenho.
Concretos plásticos, preparados com agregados satisfatórios, suficiente cimento e correta quantidade de água para permitir determinada consistência, não necessitam de aditivos. No entanto, os aditivos são úteis nos concretos pobres e ásperos (SOBRAL, 1977).
O concreto dosado em central utiliza aditivos, que são produtos químicos adicionados durante o preparo do concreto, em proporções inferiores a 5% em relação a massa do cimento. Tem a finalidade de modificar algumas propriedades do concreto conferir a ele qualidades para melhorar o seu comportamento. De acordo com sua finalidade, podem ser aplicados no concreto fresco ou endurecido. Existem diversos tipos de aditivos, com características e funções diferentes, os quais são indicados na Tabela 2.
30
Tabela 2 Tipos
Efeitos
Retarda o início de pega para dosagens elevadas do aditivo, aumentando o risco de segregação
de
Aumenta o tempo de início de pega
Mantém a trabalhabilidade a temperaturas elevadas, retarda a elevação do calor de hidratação e amplia os tempos de aplicação
Pode promover exsudação e pode aumentar a retração plástica do concreto
de
Pega mais rápida e uma resistência inicial mais elevada
Ganho de resistência em baixas temperaturas e redução do tempo de desfôrma
Possível fissuração devido ao calor de hidratação risco de corrosão de armaduras
e
Efeito combinado do plastificante e retardador de pega
Reduz a perda de consistência em climas quentes e úmidos
Aumento da exsudação e retração plástica e do risco de segregação
e
Efeito combinado do plastificante e acelerador de pega
Reduz a quantidade de água e permite ganho mais rápido de resistência
Risco de corrosão de armadura
de
Incorpora pequenas bolhas de ar no concreto
Aumenta a durabilidade ao congelamento do concreto sem elevar o consumo de cimento e o conseqüente aumento do calor de hidratação; reduz o teor de água e a permeabilidade do concreto
Necessita um controle mais cuidadoso da porcentagem de ar incorporado e do tempo de mistura
Elevado aumento do índice de consistência, o que possibilita a redução de, no mínimo, 12% da água de amassamento
Eficiente redutor de água, proporcionando ganhos de resistência para determinada trabalhabilidade, e reduz o consumo de cimento
Riscos de segregação da mistura. O efeito do fluidificante é num tempo menor do que o plastificante, podendo elevar a perda de consistência
pega
Plastificante retardador Plastificante acelerador
Incorporador
Desvantagens
Maior trabalhabilidade e menor consumo de cimento para uma determinada resistência e trabalhabilidade
pega
Acelerador
Vantagens
Aumenta o índice de consistência possibilita a redução de pelo menos 6% da água de amassamento
Plastificante
Retardador
Características dos aditivos (ABCP, 2007).
ar
Superplastificante
31
Em concretos frescos que mostram uma tendência à exsudação e à segregação, é sabido que a incorporação de partículas finamente divididas geralmente melhora a trabalhabilidade por reduzir o tamanho e o volume de vazios. Quanto mais fino o aditivo mineral, menor a quantidade que será necessária para aumentar a coesão e, consequentemente, a trabalhabilidade de um concreto recentemente misturado. O tamanho pequeno e a estrutura vítrea das cinzas volantes e escórias tornam possível reduzir a quantidade de água requerida para uma dada consistência. A diminuição na segregação e exsudação pelo emprego de aditivo mineral tem importância considerável quando o concreto e lançado por bombeamento. Os benefícios sobre a coesão e o acabamento são particularmente importantes em concretos magros ou os de agregado deficiente em finos (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
2.4.2.4 -
Tempo e temperatura
As misturas recém-preparadas de concreto enrijecem com o tempo. Esse enrijecimento não deve ser confundido com a pega do cimento, pois resulta da absorção de parte da água pelo agregado, da evaporação de outra parte, sobretudo se o concreto estiver exposto ao sol e ao vento, e, ainda, da perda de água utilizada nas reações químicas de hidratação iniciais (BAUER, 1995).
A variação da trabalhabilidade com o tempo depende da condição de umidade do agregado (para um dado teor total de água); a perda é maior com agregado seco devido à absorção de água pelo agregado. Os aditivos redutores de água, embora retardem o enrijecimento inicial do concreto, muitas vezes resulta certo aumento de velocidade de perda de abatimento. Ela também é consideravelmente influenciada pela temperatura ambiente, embora, a rigor, deve haver preocupação com a temperatura do próprio concreto. A perda de abatimento de misturas rijas é menos influenciada pela temperatura porque elas são menos influenciadas por variações no teor de água (NEVILLE, 1997).
32
A consistência de uma mistura é, também, afetada pela temperatura ambiente, que modifica a temperatura do próprio concreto. Este fato determina variações nas quantidade de água necessária à mistura, para uma mesma consistência (SOBRAL, 1977).
2.4.2.5 -
Tipo de mistura
A mistura é o processo que vai procurar a homogeneidade de todos os componentes do concreto. Cada partícula do cimento deve estar em contato com a água, formando uma pasta homogênea e que envolva totalmente os agregados. Para a obtenção de uma boa mistura é necessário buscar a homogeneidade (a composição deve ser a mesma em todos os pontos da mistura) e a integridade (todas as partículas de água deve estar em contato com todas as partículas sólidas).
Cada processo de mistura, transporte, lançamento e adensamento exigem que a trabalhabilidade do concreto fique dentro de determinados limites, para que não haja segregação e possa ser realizada uma conveniente compactação. Uma mistura mecanizada ou manual, um transporte em bomba ou carro-de-mão, um lançamento com pás ou calhas, um adensamento manual ou vibratório, a vácuo ou centrifugado, exigem trabalhabilidades diferentes (SOBRAL, 1977).
2.4.3 -
Ensaios para a determinação da trabalhabilidade do concreto
2.4.3.1 -
Ensaio de abatimento do tronco de cone
O ensaio de abatimento é um ensaio bastante usado em canteiros de obra em todo mundo. Embora não represente uma boa avaliação da trabalhabilidade do concreto, mas é muito útil na detecção de variações de uniformidade de uma mistura de proporções nominais dadas (NEVILLE, 1997).
33
O equipamento para o ensaio de abatimento do tronco de cone consiste de uma haste de socamento e de um tronco de cone de 300 mm de altura, 100 mm de diâmetro no topo e 200 mm de diâmetro na base (Figura 6).
O tronco de cone é preenchido com concreto, e depois vagarosamente suspenso. O concreto sem suporte abate-se por seu próprio peso. A diminuição da altura do tronco de cone é chamada de abatimento do concreto. Esse ensaio não é adequado para medir a consistência do concreto muito fluídos ou muito secos e não é uma boa medida de trabalhabilidade ou das características de fluidez do concreto. A principal função desse ensaio é fornecer um método simples e conveniente para controlar a uniformidade da produção de concreto de diferentes betonadas. Por exemplo, uma variação fora do normal no resultado do abatimento pode significar uma mudança imprevista nas proporções da mistura (traço), granulometria do agregado ou teor de água do concreto (MEHTA & MONTEIRO, 1994).
Figura 6 -
Molde padrão para o ensaio de abatimento do tronco de cone (SOLOTEST, 2007).
Segundo a NM 67/1996, devem-se compactar cada camada com 25 golpes da haste de socamento. Distribuir uniformemente os golpes sobre a seção de cada camada. Para a compactação da camada inferior, é necessário inclinar levemente a haste e efetuar cerca de metade dos golpes em forma de espiral ate o centro. Compactar a camada inferior em toda a sua espessura. Compactar a segunda camada e a camada superior, cada uma através de toda sua espessura e de forma que os
34
golpes apenas penetrem na camada anterior. No preenchimento e na compactação da camada superior, acumular o concreto sobre o molde, antes de iniciar o adensamento. Se durante a operação de compactação, a superfície do concreto ficar abaixo da borda do molde, adicionar mais concreto para manter um excesso sobre a superfície do molde durante toda a operação da camada superior, rasar a superfície do concreto com uma desempenadeira e com movimentos rolantes da haste de compactação.
A Figura 7 mostra como o ensaio é realizado. O valor do abatimento é a medida do adensamento do concreto logo após a retirada do molde cônico.
Figura 7 -
Ensaio do abatimento do tronco de cone
O ensaio de abatimento tem seu campo limitado a determinados tipos de concreto, não sendo aplicável a concretos muito secos e a concretos pobres em agregados finos. O ensaio de abatimento mede, em realidade, a consistência, sendo normalmente empregado para garantir a constância da relação água/cimento (PETRUCCI, 1982).
35
2.4.3.2 -
Ensaio Vebê
O ensaio Vebê foi estudado por V. Bahrner, na Suécia, e consta da medida do tempo, em segundos (graus Vebê), necessário para que se verifique a completa remoldagem de um tronco de cone moldado em forma idêntica à do ensaio de abatimento, sob condições normalizadas (Figura 8). A remoldagem é considerada completa quando a nata de cimento ocupar toda a superfície sob uma placa de vidro, que, apoiando-se inicialmente no topo do tronco de cone de concreto, acompanha sua transformação em cilindro. Esse fato pode ser observado visualmente e ocorre quando todas as cavidades na superfície desaparecerem (SOBRAL, 1977).
Figura 8 -
2.4.3.3 -
Aparelho para ensaio do Vebê (SOLOTEST, 2007)
Ensaio da Penetração de Bola
Este é um ensaio simples de campo que consiste em determinar a profundidade a que um hemisfério com 152mm de diâmetro, com massa igual a 13,6kg, penetra o concreto fresco sob ação de seu próprio peso. É um ensaio mais simples e rápido e pode ser aplicado na forma em que o concreto se encontra. Não existe uma correlação simples entre a penetração e o abatimento, pois nenhum dos ensaios
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mede propriedades básicas do concreto, mas apenas a resposta a condições específicas. Na prática, o ensaio da bola é principalmente usado para acusar variações da mistura, como aquelas devido à variação da umidade do agregado (NEVILLE, 1997). A Figura 9 mostra o esquema do aparelho utilizado no ensaio, idealizado por J. W. Kelly, conhecido como bola de Kelly.
Figura 9 -
Aparelho para o ensaio da bola de Kelly (SOLOTEST, 2007)
2.4.3.4 -
Fator de compactação
O ensaio fator de compactação é medido pela relação entre os pesos específicos, ou seja entre o peso específico observado no ensaio e o peso específico da mesma amostra de concreto, quando completamente compactado (SOBRAL, 1977).
37
3-
PROGRAMA EXPERIMENTAL: MATERIAIS E MÉTODOS
O programa experimental desta pesquisa foi elaborado de forma a definir e obter os critérios que determinassem a influência do agregado miúdo na trabalhabilidade do concreto.
Com o intuito de encontrar tais faixas de abatimento a partir do abatimento do tronco de cone (NM 67/1996), houve a necessidade de encontrar e analisar areias de localidades distintas, e, para tanto, a definição das variáveis que influenciam nas características da trabalhabilidade do concreto.
Nos itens subseqüentes serão descritas de forma pormenorizada as etapas deste programa experimental, ou seja, metodologia, projeto experimental, características e definição dos materiais utilizados e métodos de avaliação da trabalhabilidade do concreto em função das diferentes amostras de areia.
3.1 - COLETA DAS AMOSTRAS DAS AREIAS
O principal critério para a coleta das amostras das areias foi a escolha visual das amostras, com a preocupação nas características granulométricas das areias e na quantidade de finos que possuem. A disponibilidade para a possível utilização em maior quantidade, nas outras fases da etapa experimental também foi de grande relevância para a escolha da amostra.
3.1.1 -
Local da amostragem
As amostras do agregado miúdo, objeto de estudo desta pesquisa foram obtidas em Feira de Santana e regiões circunvizinhas. A partir dos ensaios das primeiras
38
amostras, houve a necessidade de se utilizar outras areias tanto com granulometria mais fina quanto mais grossa, para efeito de ampliar as variáveis em estudo. As amostras de areias supostamente mais finas e mais grossas utilizadas foram, uma de Alagoinhas e outra areia de local de extração não identificado, disponibilizada pelo laboratório de Materiais de Construção da Universidade Estadual de Feira de Santana.
3.1.2 -
Número de coletas
Assim como o programa experimental foi dividido em duas etapas, a coleta das amostras foi realizada também em duas etapas: a primeira foi a coleta de 6 amostras, sem nenhum critério técnico, a fim de se obter características granulométricas diferentes; a segunda, a coleta das amostras das areias (3 amostras), as quais tiveram diferenças nas curvas granulométricas, para serem utilizadas na fabricação do concreto e conseqüentemente, no ensaio do abatimento do tronco de cone.
3.1.3 -
Armazenamento das amostras
As areias utilizadas na produção do concreto foram armazenadas em reservatórios plásticos, localizados na área de dosagem do laboratório de tecnologia da UEFS, após serem secadas em estufa.
3.2 - CARACTERIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS MIÚDOS.
A análise granulométrica das amostras de areia foi realizada segundo a NBR NM 248/2003 que prescreve o método para a determinação da composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos, destinados ao preparo do concreto.
39
3.2.1 -
Aparelhagem utilizada
A aparelhagem utilizada foi a seguinte:
• Balança com resolução de 0,1% da massa da amostra de ensaio; • Estufa para secagem; • Peneiras da série normal e a peneira 0,075 mm, tampa e fundo; • Bandejas; • Escova ou pincel de cerdas macias;
3.2.1.1 -
Peneiras utilizadas
As peneiras da série normal e intermediária utilizadas para a determinação da granulometria das areias estão apresentadas na Tabela 3 e na Figura 10. Tabela 3 -
Peneiras utilizadas na caracterização granulométrica
Série Normal
Outras Peneiras
4,75 mm 2,36 mm 1,18 mm 600 µm 300 µm 150 µm 0,075 mm
40
Figura 10 -
3.2.2 -
Peneiras utilizadas no ensaio granulométrico
Preparação da amostra para ensaio
Para a análise granulométrica, a quantidade coletada foi determinada segundo a NBR NM 248/2003, segundo a Tabela 4 abaixo:
41
Tabela 4 -
Massa Mínima por amostra de ensaio (NBR NM 248, 2003).
Dimensão máxima
Massa mínima da amostra
característica do agregado
de ensaio (kg)
(mm) < 4,75
0,3
9,50
1,0
12,5
2,0
19,0
5,0
25,0
10,0
37,5
15,0
50,0
20,0
63,0
35,0
75,0
60,0
90,0
100,0
100,0
150,0
125,0
300,0
Para a produção do concreto e conseqüentemente a verificação do abatimento, a quantidade das amostras coletadas foi determinada a partir dos cálculos da determinação do traço e do volume de concreto necessário para preencher o tronco de cone.
3.2.3 -
Execução do ensaio
Para a execução do ensaio foi obedecida às seguintes etapas:
a) As amostras de ensaio foram secadas em estufa (105 – 110)°C, resfriadas à temperatura ambiente, determinando suas massas (M1 e M2). Foi tomada a amostra (M1) e reservada a outra (M2);
42
b) As peneiras foram encaixadas previamente limpas, de modo a formar um conjunto único de peneiras, com abertura de malha em ordem crescente da base para o topo. Foi providenciado um fundo de peneiras adequado para o conjunto;
c) A amostra (M1) ou porções dela foi colocada sobre a peneira superior do conjunto, de modo a evitar a formação de camada espessa de material sobre qualquer uma das peneiras, pois o acúmulo de material sobre uma peneira impede o igual acesso de todos os grãos à tela, durante sua agitação, como também pode provocar a deformação permanente da tela.
d) Como não foi possível a agitação mecânica do conjunto, a amostra foi toda classificada manualmente em uma peneira para depois passar à seguinte. Cada peneira foi agitada com a amostra ou porção desta, por tempo não inferior a 2 min.
e) A peneira superior do conjunto foi destacada e agitada manualmente a (com tampa e fundo falso) até que, após 1 minuto de agitação contínua, a massa de material passante pela peneira seja inferior a 1,0% da massa do material retirado. A agitação da peneira deve ser feita em movimentos laterais e circulares alternados, tanto no plano horizontal quanto no vertical e no inclinado.
f) Em seguida, foi determinada a massa total de material retido em cada uma das peneiras e no fundo do conjunto. O somatório de todas as massas não deve diferir mais de 0,3% da massa seca da amostra, inicialmente introduzida no conjunto de peneiras;
j) Foi procedido ao peneiramento da amostra (M2), conforme descrito nos outros itens.
43
3.2.4 -
Quantidade de areia avaliada
De acordo com a NBR NM 248/2003 foram formadas duas amostras de areia para cada amostra de campo (A, B, C, D, E e F), contendo cada uma, uma massa mínima de 0,300 kg.
As amostras foram obtidas pelo método do quarteamento, conforme apresenta a NBR 9941/1987. A Figura 11 abaixo apresenta o quarteador utilizado nos ensaios.
Figura 11 -
3.2.5 -
Quarteador utilizado no ensaio
Metodologia empregada
Após serem obtidas as amostras de laboratório, elas foram colocadas na estufa, sob uma temperatura de 105 a 110 °C até atingir a secag em ideal. Suas massas foram medidas e efetuou-se então o peneiramento de cada amostra, separadamente, de forma manual, com as peneiras de 4,75 mm até 0,075mm. Segundo os procedimentos indicados pela NBR NM 248/2003, foram medidas as massas das frações retidas e acumuladas em cada peneira e obtidas as porcentagens que esses valores representaram. Também se efetuou o cálculo da dimensão máxima característica e do módulo de finura para cada amostra.
44
Assim os valores finais para a análise granulométrica do agregado foram obtidos tirando-se as médias dos valores de cada par de amostras, e melhor explicitado com o traçado das curvas granulométricas das respectivas areias, a fim de escolher as amostras que tivessem uma maior distinção em relação as suas curvas.
3.3 - ENSAIO DO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE
O ensaio de abatimento do tronco de cone seguiu as recomendações da NM 67:1996 – “Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone”.
3.3.1 -
Caracterização dos materiais
Para a produção do concreto utilizou-se os seguintes materiais:
3.3.1.1 -
Agregado
Os agregados miúdos utilizados para a produção do concreto, como já explicado, foram as areias selecionadas após a análise granulométrica. Portanto, para cada uma das areias selecionadas, será produzido um concreto.
O agregado graúdo utilizado em todos os concretos possuía um Dmáx de 19 mm, por se tratar de um material utilizado tradicionalmente, e devido a fácil disponibilidade de obtenção. O agregado graúdo foi caracterizado seguindo o mesmo procedimento da caracterização do agregado miúdo, utilizando da peneira 25mm até a 150 µm.
A Tabela 5 traz os resultados obtidos na caracterização granulométrica do agregado graúdo:
45
Tabela 5 Peneiras (mm)
Dados da granulometria do agregado graúdo utilizado
Material retido (g)
Percentual retido (%)
Percentual
Percentual
retido
passante
acumulado (%)
acumulado (%)
25,0
0,0
0,0
0
100
19,0
25,4
1,7
2
98
9,5
1360,7
90,7
92
8
4,75
112,6
7,6
100
0
2,36
0,0
0,0
100
0
1,18
0,0
0,0
100
0
0,60
0,0
0,0
100
0
0,30
0,0
0,0
100
0
0,15
0,0
0,0
100
0
Fundo
0,0
0,0
100
0
Total
1499,5
Dados
Módulo Finura
3.3.1.2 -
694 6,94
Dmáx
19mm
Material aglomerante
Durante toda a pesquisa o cimento utilizado foi o CPIII 40-RS, por se tratar de um material de fácil disponibilidade no mercado.
Para a caracterização do cimento, foi realizado o ensaio de finura conforme os procedimentos da MB- 3432- Cimento Portland- Determinação da finura por meio da peneira 75µm (nº 200).
A execução do ensaio foi através do procedimento manual, e foram utilizados os seguintes aparelhos: • Balança GEHAKA nº 4881, com resolução de 0,01g. • Peneira com fundo e tampa LM nº 74, com malha metálica de 75µm.
46 • Pincel com cerdas de náilon. • Bastão de tubo de PVC. • Flanela limpa e seca. • Cronômetro. • Vidro relógio. Para a execução do ensaio foi pesado 50 g do cimento a ser analisado. Esse material foi colocado na peneira de malha 075 µm com seu respectivo fundo. Iniciouse então, o processo de peneiramento contínuo do cimento, permitindo que todo o material se espalhasse por igual na tela da peneira para facilitar o peneiramento. Esse processo foi realizado durante 3,5 minutos, e através de movimentos na direção horizontal, sendo a peneira constantemente girada de forma que todo o material fosse peneirado por igual.
Em seguida, colocou-se a tampa no conjunto e procedeu-se um peneiramento contínuo, estando à peneira ligeiramente inclinada, dando-se golpes com o bastão para retirar as partículas aderidas à tela, em seguida retirou-se o fundo do conjunto e passou o pincel na superfície inferior da peneira, encaixando o fundo após a limpeza deste com a flanela. Retirou a tampa e iniciou o peneiramento com movimentos suaves de vai e vem horizontal durante 15 minutos. No fim desse período a tampa foi novamente colocada e o material passante desprezado.
Todos os procedimentos descritos acima foram repetidos até que o peso do cimento que passou na peneira registrou um valor inferior a 0,05 g.
Por fim o resíduo retido na peneira foi transferido para o vidro-relógio a fim de ser pesado.
Realizados todos os procedimentos de execução do ensaio, foram obtidos os seguintes resultados na Tabela 6 abaixo:
47
Tabela 6 Cimento CPIII 40-RS
3.3.1.3 -
Resultados do ensaio de finura
Massa Inicial M (g)
Massa Final R (g)
50
0,76
Finura F(%) = [(R/M)]x100
0,2
Traço utilizado
Os procedimentos adotados para a determinação do traço a ser utilizado no experimento teve como base os dados usualmente utilizados em práticas laboratoriais.
Procurou-se utilizar um traço intermediário de 1:5. Os valores de α (teor de argamassa seca) e da relação a/c (água/cimento), foram pré-determinados, por também serem valores normalmente utilizados em práticas experimentais, 0,55 e 0,60 respectivamente.
3.3.2 -
Produção do concreto
A produção do concreto seguiu as seguintes etapas:
3.3.2.1 -
Pesagem do material
A produção do concreto parte da pesagem do material. Após a determinação do traço, procurou utilizar uma quantidade de material suficiente para o preenchimento do tronco de cone para a determinação do abatimento, e posteriormente a moldagem de 2 corpos de prova por traço. A quantidade em massa de cada
48
componente utilizado para a produção do concreto está representada na Tabela 7 abaixo.
Tabela 7 Material
3.3.2.2 -
Massa dos materiais utilizados Massa (kg)
Cimento
4,0
Areia
9,2
Brita
10,8
Água
2,4
Mistura dos materiais
Para a mistura dos componentes necessários à produção do concreto, foi utilizada uma betoneira de 120l da marca Metalim (ver Figura 12), devido ao volume de concreto ser pequeno, em relação a capacidade de uma betoneira de 320l normalmente utilizada na produção de concreto, além de que evita a segregação das partículas na mistura.
Figura 12 -
Betoneira utilizada nos ensaios
Antes de colocar qualquer material na betoneira, utiliza-se uma porção dos materiais para a imprimar a superfície interna da betoneira, quando do primeiro uso.
49
Realizada a imprimação da betoneira, procede-se o lançamento dos materiais no interior da betoneira na seguinte ordem: agregado graúdo, metade da quantidade de água da mistura, cimento, mais um quarto de água, agregado miúdo e por fim, mais um quarto de água.
3.3.3 -
Realização do ensaio
3.3.3.1 -
Aparelhagem
• Molde para o corpo-de-prova de ensaio, feito de metal não facilmente atacável pela pasta de cimento com espessura igual ou superiora 1,5 mm. O molde deve ter a forma de um tronco de cone oco, com as seguintes dimensões internas:
o diâmetro da base inferior: 200 mm ± 2 mm, o diâmetro da base superior: 100 mm ± 2 mm, o altura: 300 mm ± 2 mm. • A haste de compactação é de seção circular, reta, feita de aço, comprimento de 600 mm e extremidades arredondadas. • A placa da base para apoio do molde deve ser metálica, plana, quadrada, com dimensões não inferiores a 500 mm e espessura igual ou superior a 3 mm.
3.3.3.2 -
Procedimento de execução
Na elaboração do ensaio, o cone foi molhado internamente e colocado sobre uma chapa metálica, também molhada. Uma vez assentado firmemente sobre a chapa, enche-se o cone com concreto em três camadas de iguais alturas. Cada uma
50
dessas camadas foi “socada” com 25 golpes, com a haste de compactação, distribuídos uniformemente sobre a seção de cada camada.
A camada inferior foi compactada em toda a sua espessura. A segunda camada e a camada superior foram compactadas, cada uma através de toda sua espessura e de forma que os golpes apenas penetrassem na camada anterior. No preenchimento e na compactação da camada superior, acumulou-se concreto sobre o molde. Após o adensamento, o excesso de concreto sobre a superfície do molde foi rasado com uma desempenadeira e com movimentos rolantes da haste de compactação.
Em seguida, após a limpeza da placa de base, foi retirado o molde do concreto levantando-o cuidadosamente na direção vertical. A operação de retirada do molde foi realizada entre 5 s e 10 s, com um movimento constante para cima, sem submeter o concreto a movimentos de torção lateral.
3.4 - RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO SIMPLES
Para a moldagem e cura dos corpos de prova e a determinação da resistência característica aos 28 dias, foram seguidas as orientações da NBR 5738/2003 – “Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos e prismáticos de concreto” e da NBR 5739/1994 – “Ensaios de compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto”, respectivamente.
3.4.1 -
Moldagem e cura dos corpos de prova
Foram moldados dois corpos-de-prova para cada traço. Para a moldagem e cura dos corpos-de-prova foram analisados os seguintes pontos:
51
3.4.1.1 -
Aparelhagem
• Moldes cilíndricos, com diâmetro e altura de 10 e 20cm, respectivamente (Figura 13).
Figura 13 -
Moldes cilíndricos dos corpos-de-prova
• Haste de adensamento de aço, cilíndrica, com superfície lisa, de (16,0 ± 0,2) mm de diâmetro e comprimento de 600 mm, com dois extremos em forma semi-esférica, com diâmetro igual ao da haste.
3.4.1.2 -
Procedimento de Moldagem
Antes da moldagem dos corpos-de-prova, os moldes e suas bases foram convenientemente revestidos internamente com uma fina camada de óleo mineral. A superfície de apoio dos moldes deve ser rígida, horizontal, livre de vibrações e outras perturbações que possam modificar a forma e as propriedades do concreto dos corpos-de-prova durante sua moldagem e início de pega.
Após a introdução do concreto, a concha foi deslocada ao redor da borda do molde, de forma a assegurar uma distribuição simétrica e, imediatamente, com a haste em movimento circular, o concreto foi nivelado antes de iniciar seu adensamento.
52
O concreto foi introduzido no molde em camadas de volume aproximadamente igual. Cada camada foi adensada utilizando a haste, que deve penetrar no concreto com seu extremo em forma de semi-esfera, sendo que os 12 golpes aplicados por camada foi definido segundo a Tabela 8.
Tabela 8 -
Número de Camadas para moldagem dos corpos-de-prova (NBR 5738, 2003).
Como o adensamento foi realizado coma haste, a primeira camada foi atravessada em toda a sua espessura, evitando-se golpear a base do molde. Os golpes foram distribuídos uniformemente em toda a seção transversal do molde. Quando a haste de adensamento criou vazios na massa de concreto, foi realizado um leve batimento na face externa do molde, até o fechamento destes.
A última camada foi moldada com quantidade em excesso de concreto, de forma que quando foi adensada, completasse todo o volume do molde e que fosse possível proceder o rasamento da superfície com a borda do molde, empregando para isso uma régua metálica ou uma colher de pedreiro adequada, eliminando o seu excesso.
53
3.4.1.3 -
Processo de cura
Após a moldagem, os moldes foram colocados sobre uma superfície horizontal rígida, livre de vibrações e de qualquer outra causa que pudesse perturbar o concreto. Durante as primeiras 24h, todos os corpos-de-prova foram armazenados em local protegido de intempéries, sendo devidamente cobertos com material não reativo e não absorvente, com a finalidade de evitar perda de água do concreto.
Por fim, os corpos-de-prova foram desmoldados e identificados, e em seguida, submersos em água até o momento do ensaio de compressão axial.
3.4.2 -
Ensaio de Compressão Axial
O ensaio de compressão axial seguiu os seguintes procedimentos (NBR 5739, 1980):
3.4.2.1 -
Aparelhagem
Para o ensaio de compressão dos corpos-de-prova foi utilizada a máquina servohidráulica microprocessada para ensaios HD 200T (ver Figura 14).
54
Figura 14 -
3.4.2.2 -
Máquina utilizada para a compressão axial
Procedimento
Até a idade de ruptura, 28 dias, os corpos-de-prova foram mantidos submersos em água. Para a regularização da superfície dos corpos de prova cilíndricos, foi realizado o capeamento à quente com uma mistura de enxofre e caulim (ver Figura 15).
55
Figura 15 -
Etapas do capeamento dos corpos-de-prova
As faces dos pratos de carga e do corpo-de-prova foram limpas e secas antes do corpo-de-prova ser colocado em posição de ensaio. O corpo-de-prova foi cuidadosamente centralizado no prato inferior, com auxílio do(s) círculo(s) concêntrico(s) de referência. A escala de força utilizada para promover a ruptura do corpo-de-prova, foi prédeterminada pelos técnicos do laboratório, sendo que esta carga compreendida no intervalo de 10% a 90% do fundo de escala.
A carga de ensaio foi aplicada continuamente e sem choques, com velocidade de carregamento entre 0,3 MPa/s e 0,8 MPa/s.
A resistência à compressão foi obtida, dividindo-se a carga da ruptura pela área da seção transversal do corpo-de-prova, onde o resultado foi expresso com aproximação de 0,1 MPa.
56
Algumas etapas do ensaio de compressão axial podem ser verificadas na Figura 16 abaixo:
Figura 16 -
Etapas do ensaio de compressão axial
57
4-
APRESENTAÇÃO
E
DISCUSSÃO
DOS
RESULTADOS
EXPERIMENTAIS
No presente capítulo são apresentados os resultados referentes ao estudo preliminar para a seleção dos agregados miúdos, os do abatimento do tronco de cone para as dosagens escolhidas e a discussão sobre a influência da granulometria na trabalhabilidade do concreto.
4.1 - ESTUDO PRELIMINAR – ANÁLISE DA GRANULOMETRIA DAS AREIAS
Nesta apresentação dos resultados, estão representadas as curvas granulométricas, com as porcentagens retidas acumuladas das amostras das areias extraídas para análise, com o intuito de avaliar as características granulométricas, basicamente o teor de finos, a fim de selecionar as areias adequadas ao estudo proposto.
As tabelas abaixo representam os dados obtidos na análise granulométrica: A Tabela 9 mostra os dados da granulometria da areia A; a Tabela 10 mostra os dados da granulometria da areia B, a Tabela 11 mostra os dados da granulometria da areia C; a Tabela 12 mostra os dados da granulometria da areia D; a Tabela 13 mostra os dados da granulometria da areia E e a Tabela 14 mostra os dados da granulometria da areia F.
58
Tabela 9 -
Dados da granulometria da Areia A Percentual
Peneiras
Material retido
Percentual
Percentual retido
(mm)
(g)
retido (%)
acumulado (%)
4,75
0,8
0,2
0
100
2,36
10,4
2,1
2
98
1,18
51,8
10,4
13
87
0,60
100,2
20,0
33
67
0,30
141,8
28,4
61
39
0,15
135,1
27,0
88
12
0,075
44,5
8,9
97
3
Fundo
15,4
3,1
100
0
Total
500,0
passante acumulado (%)
197
Tabela 10 - Dados da granulometria da Areia B Percentual
Peneiras
Material retido
Percentual
Percentual retido
(mm)
(g)
retido (%)
acumulado (%)
4,75
0,4
0,1
0
100
2,36
10,5
2,1
2
98
1,18
39,0
7,8
10
90
0,60
80,3
16,1
26
74
0,30
220,4
44,1
70
30
0,15
105,0
21,0
91
9
0,075
32,4
6,5
98
2
Fundo
12,0
2,4
100
0
Total
500,0
199
passante acumulado (%)
59
Tabela 11 - Dados da granulometria da Areia C Percentual
Percentual
retido
passante
acumulado (%)
acumulado (%)
4,1
4
96
84,1
15,0
19
81
1,18
114,3
20,4
39
61
0,60
139,0
24,8
64
36
0,30
120,0
21,4
86
14
0,15
55,0
9,8
95
5
0,075
17,0
3,0
98
2
Fundo
8,5
1,5
100
0
Total
560,9
Peneiras
Material retido
Percentual
(mm)
(g)
retido (%)
4,75
23,1
2,36
307
Tabela 12 - Dados da granulometria da Areia D Percentual
Peneiras
Material retido
Percentual
Percentual retido
(mm)
(g)
retido (%)
acumulado (%)
4,75
12,7
2,5
2
98
2,36
20,1
4,0
7
93
1,18
78,0
15,6
22
78
0,60
172,2
34,4
57
43
0,30
141,7
28,3
85
15
0,15
52,0
10,4
95
5
0,075
16,8
3,4
99
1
Fundo
6,5
1,3
100
0
Total
500,0
268
passante acumulado (%)
60
Tabela 13 - Dados da granulometria da Areia E Percentual
Percentual
retido
passante
acumulado (%)
acumulado (%)
0,3
0
100
2,8
0,4
1
99
1,18
11,2
1,6
2
98
0,60
118,1
16,4
19
81
0,30
424,0
59,0
78
22
0,15
129,1
18,0
96
4
0,075
20,8
2,9
99
1
Fundo
9,9
1,4
100
0
Total
718,2
Peneiras
Material retido
Percentual
(mm)
(g)
retido (%)
4,75
2,3
2,36
196
Tabela 14 - Dados da granulometria da Areia F Percentual
Percentual
retido
passante
acumulado (%)
acumulado (%)
6,8
7
93
69,7
11,7
18
82
1,18
162,9
27,2
46
54
0,60
217,9
36,4
82
18
0,30
83,0
13,9
96
4
0,15
17,8
3,0
99
1
0,075
4,4
0,7
100
0
Fundo
1,7
0,3
100
0
Total
597,9
Peneiras
Material retido
Percentual
(mm)
(g)
retido (%)
4,75
40,5
2,36
348
61
A Tabela 15 abaixo apresenta os módulos de finura e o diâmetro máximo (Dmáx) das respectivas áreas extraídas para o ensaio granulométrico:
Tabela 15 - Grandezas utilizadas na composição granulométrica Areia
Módulo de Finura (MF)
Dmáx (mm)
A
1,97
2,36
B
1,99
2,36
C
3,07
4,75
D
2,68
4,75
E
1,96
1,18
F
3,48
4,75
A Tabela 16 representa as faixas dos agregados miúdos em relação ao seu módulo de finura, segundo a NBR 7211/1983.
Tabela 16 - Classificação das faixas dos agregados miúdos segundo o módulo de finura (NBR 7211, 1983). MUITO FINA
FAIXA 01
1,35 a 2,25
FINA
FAIXA 02
1,71 a 2,85
MÉDIA
FAIXA 03
2,11 a 3,38
GROSSA
FAIXA 04
2,71 a 4,02
AREIA DE PRAIA
----
1,39
62
A Tabela 17 abaixo representa os limites granulométricos para o enquadramento do agregado miúdo na sua respectiva zona.
Tabela 17 - Limites granulométricos de agregado miúdo (NBR 7211, 1983).
A Figura 17 representa a curva granulométrica da Areia A, comparada aos limites granulométricos da NBR 7211/1983.
Figura 17 -
Curva granulométrica da Areia A
63
Comparando seu módulo de finura encontrado na Tabela 15 com os valores das faixas dos agregados miúdos segundo a NBR 7211/1983 (ver Tabela 16), observase que seu módulo de finura está incluído em duas faixas: areia muito fina e areia fina. Analisando o traçado com os limites granulométricos da zona fina, nota-se que a areia A apresentou uma distribuição dos grãos mais próxima da areia fina. Portanto, fazendo um comparativo entre sua curva granulométrica e o seu módulo de finura, chegou-se a classificação da areia A, como uma areia fina.
A Figura 18 representa a curva granulométrica da Areia B comparada aos limites granulométricos da NBR 7211/1983. .
Figura 18 -
Curva granulométrica da Areia B
Comparando seu módulo de finura encontrado na Tabela 15 com os valores das faixas dos agregados miúdos segundo a NBR 7211/1983 (ver Tabela 16), observase que seu módulo de finura está incluído em duas faixas: areia muito fina e areia fina. Analisando o traçado com os limites granulométricos da zona fina, nota-se que a areia B apresentou uma distribuição dos grãos mais próxima da areia fina. Portanto, fazendo um comparativo entre sua curva granulométrica e o seu módulo de finura, chegou-se a classificação da areia B, como uma areia fina.
64
A Figura 19 representa a curva granulométrica da Areia C comparada aos limites granulométricos da NBR 7211/1983.
Figura 19 -
Curva granulométrica da Areia C
Comparando seu módulo de finura encontrado na Tabela 15 com os valores das faixas dos agregados miúdos segundo a NBR 7211/1983 (ver Tabela 16), observase que seu módulo de finura está incluído em duas faixas: areia média e areia grossa. Analisando o traçado com os limites granulométricos da zona grossa, notase que a areia C apresentou uma distribuição dos grãos mais próxima da areia grossa. Portanto, fazendo um comparativo entre sua curva granulométrica e o seu módulo de finura, chegou-se a classificação da areia C, como uma areia grossa.
65
A Figura 20 representa a curva granulométrica da Areia D comparada aos limites granulométricos da NBR 7211/1983.
Figura 20 -
Curva granulométrica da Areia D
Comparando seu módulo de finura encontrado na Tabela 15 com os valores das faixas dos agregados miúdos segundo a NBR 7211/1983 (ver Tabela 16), observase que seu módulo de finura está incluído em duas faixas: areia média e areia grossa. Analisando o traçado com os limites granulométricos da zona média, nota-se que a areia D apresentou uma distribuição dos grãos mais próxima da areia média. Portanto, fazendo um comparativo entre sua curva granulométrica e o seu módulo de finura, chegou-se a classificação da areia D, como uma areia fina.
66
A Figura 21 representa a curva granulométrica da Areia E comparada aos limites granulométricos da NBR 7211/1983.
Figura 21 -
Curva granulométrica da Areia E
Comparando seu módulo de finura encontrado na Tabela 15 com os valores das faixas dos agregados miúdos segundo a NBR 7211/1983 (ver Tabela 16), observase que seu módulo de finura está incluído em duas faixas: areia muito fina e areia fina. Analisando o traçado com os limites granulométricos da zona fina, nota-se que a areia E apresentou uma distribuição dos grãos mais próxima da areia fina. Portanto, fazendo um comparativo entre sua curva granulométrica e o seu módulo de finura, chegou-se a classificação da areia E, como uma areia fina.
67
A Figura 22 representa a curva granulométrica da Areia F comparada aos limites granulométricos da NBR 7211/1983.
Figura 22 -
Curva granulométrica da Areia F
Comparando seu módulo de finura encontrado na Tabela 15 com os valores das faixas dos agregados miúdos segundo a NBR 7211/1983 (ver Tabela 16), observase que seu módulo de finura está incluído em uma única faixa: areia grossa. Analisando o traçado com os limites granulométricos da zona grossa, nota-se que a areia F apresentou uma distribuição dos grãos entre as zonas média e grossa. Apesar do traçado da curva não esclarecer em qual zona ela está classificada, seu módulo de finura estava incluído na faixa grossa, chegando-se a classificação da areia F, como uma areia grossa.
A Figura 23 abaixo representa um comparativo da distribuição granulométrica dos agregados miúdos utilizados na pesquisa. É notável a diferença no traçado das curvas. A areia E, por exemplo, apresenta um percentual de material retido acumulado nas peneiras menos espessas (150 µm e 300 µm) maior do que a Areia F. A quantidade de material das areias com uma granulometria mais fina que ultrapassa a malha da peneira 300 µm é bem maior do que comparado com as areias mais grossas.
68
Figura 23 -
Comparativo entre as areias analisadas
A Tabela 18 abaixo representa os valores correspondentes ao material passante pela peneira 300 µm e o material passante pela peneira 0,075 mm. O material passante pela peneira 300 µm, teor de finos, foi um dos fatores que influenciaram na escolha das areias a serem utilizadas na segunda etapa do programa experimental.
Tabela 18 - Teor de material dos agregados miúdos passante pelas peneiras 300 µm e 0,075 mm Material Passante pela Material Passante pela Areia peneira 0,075mm (%) peneira 300µm (%) A
39
3,1
B
30
2,4
C
14
1,5
D
15
1,3
E
22
1,4
F
4
0,3
69
A Tabela 19 abaixo representa os limites granulométricos do agregado miúdo de acordo com a NBR 7211/2005.
Tabela 19 - Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo (NBR 7211, 2005).
Com a revisão da NBR 7211 em 2005, foi determinado uma classificação das zonas, devido aos limites da distribuição granulométricos do agregado miúdo, em zona utilizável e zona ótima, diferentemente da versão antiga NBR 7211/1983, a qual determinava quatro zonas para a classificação das areias muito fina, fina, média e grossa.
70
A Figura 24 abaixo representa a distribuição granulométrica das areias de acordo com a NBR 7211//2005, inseridas entre os limites da zona utilizável.
Figura 24 -
Distribuição granulométrica das areias em relação aos limites
granulométricos da faixa utilizável da NBR 7211/ 2005.
A partir da Figura 24, conclui-se que todas as areias utilizadas apresentavam uma distribuição granulométrica inserida entre os limites da zona utilizável. As areias E e F apresentaram pontos fora dos limites inferior e superior respectivamente. O gráfico traçado apenas representou a distribuição dos grãos das areias em relação a norma revisada NBR 7211/2005, não representando efeito na seleção das areias para a segunda parte do programa experimental, visto que, o módulo de finura, o traçado das curvas granulométricas de cada areia e o teor de finos foram fatores determinantes para essa escolha.
71
A Figura 25 abaixo representa a distribuição granulométrica das areias de acordo com a NBR 7211//2005, inseridas entre os limites da zona ótima.
Figura 25 -
Distribuição granulométrica das areias em relação aos limites
granulométricos da faixa ótima da NBR 7211/2005.
A partir da Figura 25, conclui-se que todas as areias utilizadas apresentavam uma distribuição granulométrica fora dos limites da zona ótima. O gráfico traçado apenas representou a distribuição dos grãos das areias em relação a norma revisada NBR 7211/2005, não representando efeito na seleção das areias para a segunda parte do programa experimental, visto que, o módulo de finura, o traçado das curvas granulométricas e o teor de finos foram fatores determinantes para essa escolha.
Após a análise das tabelas com os valores obtidos no ensaio de todas as areias, e do gráfico comparativo, optou-se, por conveniência da metodologia aplicada, excluir algumas amostras, pois o objetivo principal dessa análise granulométrica era verificar e encontrar algumas distinções nas características granulométricas para assim poder, na próxima etapa experimental, utilizá-las.
72
Depois de verificada cada uma das areias nas faixas da norma NBR 7211/1983, concluiu-se que as areias A, B e E além de possuírem uma curva granulométrica bem próxima, se enquadraram na zona da areia fina. Como a areia E, apresentou uma quantidade de finos maior do que a A e a B, sendo que o teor de finos corresponde o item de grande relevância no trabalho, decidiu-se utilizá-la e conseqüentemente, excluir as outras duas.
Em relação às areias C, D e F, cujos módulos de finura se encaixam mais próximas à zona grossa, apesar do traçado da curva D indicar ela como uma areia média achou-se mais conveniente e também a fim de reduzir a quantidade de amostras, utilizar as areias C e F, excluindo a areia D.
Segundo a atualização da NBR 7211 em 2005, a qual classifica a areia, a partir dos limites granulométricos do agregado miúdo, e dos gráficos a cima, conclui-se que as areias escolhidas (C, E e F) possuem sua distribuição granulométrica inserida na zona utilizável da norma, e com pontos da curva fora da zona ótima.
4.2 - AVALIAÇÃO DO ABATIMENTO DO TRONCO DE CONE
A Tabela 20 abaixo representa os resultados obtidos na execução do ensaio do abatimento do tronco de cone com base na NBR NM 67/1996:
Areia
Tabela 20 - Resultados do abatimento para as dosagens feitas com as areias C, E e F conforme Tabela 7 Coef. Abatimento Abatimento Abatimento Desvio Média De 01 (mm) 02 (mm) 03 (mm) padrão variação
Areia C
132
138
134
135
0,31
2,27
Areia E
119
122
128
123
0,46
3,73
Areia F
148
145
151
148
0,30
2,03
73
Analisando os resultados encontrados observa-se a influência da granulometria dos agregados na trabalhabilidade do concreto. Como o cimento, o agregado graúdo e a relação água/cimento se mantiveram a mesma para todos os traços, havendo apenas a variação do agregado miúdo, verifica-se a influência do agregado miúdo nos resultados do abatimento do concreto.
Considerando para análise, valor médio dos abatimentos, o concreto que utilizou a areia E, apresentou um valor menor do que o da areia C, e este, menor que o da areia F. O que se explica a influência de teor de finos desses agregados na trabalhabilidade do concreto, visto que, como foi fixada a relação água/cimento, o concreto que utilizou a areia E, necessitaria de mais água para se obter um abatimento mais próxima das areias C e F.
Segundo a NBR 7211/1983, para agregado miúdo, teores ótimos passantes na peneira 300 µm entre 6% e 17%, podem atingir 27%, e para a peneira 150 µm, entre 2% e 7%, permitindo atingir 22%.
As areias C e F apresentaram teores passantes na peneira 300 µm, de 14,4 e 4,0 % respectivamente. Já a areia E analisada, apresentou um teor passante de 22,3 %, acima do valor ótimo. Como, excesso de material fino, reduz o valor do abatimento do concreto, os valores dos abatimentos dos concretos que utilizaram as areias F, C e E apresentaram uma distinção, devido aos seus diferentes teores de material passante pela peneira 300 µm.
4.3 - AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
A Tabela 21 mostra os resultados das resistências dos concretos produzidos, utilizando as areias selecionadas. A areia E, por apresentar uma descontinuidade na sua distribuição granulométrica, teve uma quantidade menor de vazios (sabendo que se utilizou em todos os traços o mesmo agregado graúdo e a mesma relação água/cimento) preenchidos pela pasta de cimento do que as areias C e F, resultando numa menor resistência média final do concreto. As areias C e F, por apresentarem
74
uma distribuição mais contínua teve uma maior quantidade de vazios preenchidos, resultando numa maior resistência aos 28 dias.
Tabela 21 - Resultados da resistência a compressão aos 28 dias para as dosagens feitas com as areias C, E e F conforme Tabela 7 Coef. Resistência Resistência Resistência Desvio Areia Média De padrão 01 (MPa) 02 (MPa) 03 (cm) variação Areia C
22,5
21,1
22,8
22,1
0,89
4,00
Areia E
19,3
16,8
18,3
18,1
1,25
6,87
Areia F
22,6
26,5
23,5
24,2
2,03
8,40
75
5-
CONSIDERAÇÕES FINAIS
5.1 - CONCLUSÕES
A qualidade final de uma estrutura de concreto armado depende tanto do controle de suas propriedades no estado fresco como no seu estado endurecido.
Outros aspectos devem ser levados em consideração quando se deseja obter concretos de qualidade; entre eles o controle das propriedades do concreto fresco, pois estes são fundamentais à execução das estruturas e às propriedades da estrutura
de
concreto
endurecido,
principalmente
quando
se
fala
em
trabalhabilidade. Desta forma a realização desta pesquisa experimental teve como principal conclusão a de que foi possível constatar a influência dos agregados miúdos, mas precisamente do seu teor de finos, na trabalhabilidade do concreto. Para a caracterização do agregado miúdo, deve-se levar em consideração o módulo de finura, o diâmetro máximo, o traçado de sua curva granulométrica em relação a faixa da norma que a areia está inserida e conseqüentemente, a quantidade de grãos finos existente. Os valores do módulo de finura se repetem em diferentes faixas; o traçado das curvas granulométricas pode apresentar trechos mais próximos de uma faixa correspondente a uma areia fina, por exemplo, e no outro trecho, próximo de uma areia grossa; o diâmetro máximo, por si só, não classifica a areia quanto a sua granulometria. A análise conjunta desses parâmetros possibilitou a diferenciação das areias e sua provável classificação. Na produção do concreto, considerando o mesmo traço, só variando o tipo agregado miúdo e mantendo a mesma proporção, e executando o ensaio do abatimento do tronco de cone, constatou-se que o abatimento decrescia conforme fosse utilizando agregados miúdos com maior teor de finos.
76 Portanto, agregados com alto teor de finos, necessitam de maior quantidade de água para um mesmo abatimento de tronco de cone, e conseqüentemente, para manter a relação água/cimento, de uma maior quantidade de cimento, encarecendo o custo do concreto.
Apesar das possíveis imperfeições na moldagem dos corpos-de-prova, as quais interferem na resistência final do concreto, percebeu-se que mantendo o mesmo agregado graúdo e a relação água/cimento, e variando a granulometria do agregado miúdo, ocorreram diferentes valores da resistência a compressão final.
No concreto, agregados miúdos com descontinuidade na sua distribuição granulométrica, no caso da areia E que teve um maior teor de finos, necessitam de mais pasta de cimento para preencherem os vazios existentes entre eles e os agregados graúdos utilizados. Logo, percebeu-se que para um mesmo traço, uma areia com descontinuidade granulométrica, provocou uma maior quantidade de vazios, onde a pasta de cimento utilizada foi insuficiente para preenchê-los, do que areias com uma maior continuidade. Vazios influenciam negativamente nos valores finais das resistências dos concretos, necessitando de uma maior quantidade de pasta de cimento, ou seja, encarecendo o custo de produção.
5.2 - RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Com base nos estudos realizado, propõe-se a continuação da pesquisa por meio dos tópicos listados a seguir: • verificar outras propriedades do agregado miúdo que influenciem na trabalhabilidade do concreto; • caracterizar a trabalhabilidade do concreto a partir de outros ensaios; • fazer um estudo semelhante ao desenvolvido nesta tese, utilizando uma quantidade maior de amostras.
77
REFERÊNCIAS:
ARAÚJO, F. E. ; GOMES, V. ; WEBER, S. L. ; PRUDÊNCIO JÚNIOR, L. R. . Influência da sequência de mistura dos materiais na betoneira na resistência do concreto de alto desempenho. In: 43 Congresso Brasileiro de Concreto, 2001, Foz do Iguaçu. 43 Congresso Brasileiro de Concreto, 2001. v. 1. p. 21-33.
ARMANGE, L. C. Utilização de areia de fundição residual para uso em argamassa. Joinville, 2007. 41p. Dissertação (Mestrado) – Programa de PósGraduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Universidade do Estado de Santa Catarina.
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS
TÉCNICAS.
Agregados
–
determinação da composição granulométrica: NBR NM 248. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS
TÉCNICAS.
Agregados
–
determinação da absorção de água em agregados miúdos: NBR 9777. Rio de Janeiro, 1987.
ASSOCIAÇÃO
BRASILEIRA
DE
NORMAS
TÉCNICAS.
Agregados
–
determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de Chapman: NBR 9776. Rio de Janeiro, 1987.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado para concreto: NBR 7211. Rio de Janeiro, 1983.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregado para concreto: NBR 7211. Rio de Janeiro, 2005.
78
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone: NM 67, 1996.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova : NBR 5739. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Materiais de pedra e agregados naturais: NBR 7225. Rio de Janeiro, 1993.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos de concreto: NBR 5738. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto armado: NBR 6118. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Redução de amostra de campo de agregados para ensaio de laboratório: NBR 9941. Rio de Janeiro, 1987.
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