Influência da Forma do agregado graúdo nas propriedades mecânicas do concreto

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ARTIGO ORIGINAL

SILVA, Danillo de Almeida [1], GEYER, André Luiz Bortolacci [2]

SILVA, Danillo de Almeida. GEYER, André Luiz Bortolacci. Influência da Forma do agregado graúdo nas propriedades mecânicas do concreto. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 03, Ed. 12, Vol. 05, pp. 67- 82 Dezembro de 2018. ISSN:2448-0959

RESUMO

O presente trabalho faz uma analise da influência da forma do agregado graúdo nas propriedades do concreto, foi utilizado o método EPUSP-IPT como método de dosagem para a produção dos concretos, com forma cúbica, alongada, lamelar e alongada-lamelar, e, com base neste, foram estabelecidos traços teóricos para as resistências à compressão de 20, 30 e 50 MPa, e 5, 7 e 9, MPa para resistência a Tração por compressão diametral. Analisando o comportamento da forma dos agregados, percebe-se a influência que as mesmas exercem. Tudo isso visto nos esforços submetidos à compressão simples e tração por compressão diametral e suas relações entre desempenho x consumo de cimento. Para os ensaios à compressão simples, as formas lamelar e alongada-lamelar apresentaram os maiores consumos de cimento para as dadas resistências de 20, 30 e 50 MPa. A forma cúbica apresentou o menor consumo de cimento para uma resistência de 20 MPa e para resistência de 30 e 50 MPa, a forma alongada obteve os melhores desempenhos, seguida da forma cúbica com resultados aproximados. Para os ensaios a tração por compressão diametral, os concretos com agregados irregulares apresentaram os melhores resultados, para os menores consumos de cimento.

Palavra-Chave: Propriedade, influência da forma, agregado graúdo, concreto.

INTRODUÇÃO

Estudos realizados por (Sbrighi e Frazão, 1984) determinaram que para uma determinada trabalhabilidade, quanto maior o índice de forma cúbico do agregado graúdo, maior será a resistência à compressão do concreto. Contudo, para as mesmas idades e mesmas resistências a compressão do concreto, os concretos com elevados índices de forma cúbica obtiveram uma redução de até 40 kg de cimento por m³ de concreto, quando comparados com traços com formas lamelares.

Os resultados relacionados de índice de forma do agregado graúdo e resistência a compressão do concreto, mostram que valores de índice de forma (relação comprimento / espessura) abaixo do limite estabelecido pela NBR 7809 (ABNT, 1983) resultam em resistência à compressão maiores do concreto. Por outro lado, os resultados de índice de forma considerados reprovados, ou seja, valores superiores a 3,0 obtiveram resistência à compressão menores nos concretos (Junior, 2009).

Segundo, (Fowler, 2005). As partículas lamelares ou planas, orientadas na vertical podem causar uma fraqueza estrutural na compressão e também diminuir a resistência do concreto.

METODOLOGIA

2.1 MÉTODO DE CLASSIFICAÇÃO E SEPARAÇÃO DAS QUATRO FORMAS DO AGREGADO GRAÚDO BRITADO

A fim de caracterizar adequadamente a forma de um agregado graúdo, é necessário as informações de três dimensões da partícula, maior dimensão (comprimento), da dimensão intermediária (largura), e menor dimensão (espessura). A forma equidimicional são índices que são expressos em termos de três dimensões.

Figura 2.1 Forma equidimencional (forma cúbica)

Fonte: autor

A figura 2.1 apresenta a forma cúbica e suas respectivas demissões comprimento, largura e espessura.

Os métodos utilizados para caracterização da forma do agregado graúdo britado, para o proposto trabalho, tiveram como referência a NBR 7809 (ABNT, 2005) – Determinação do índice de forma pelo método do paquímetro, que determina parâmetros de aceitação para o agregado graúdo como forma ideal e forma inadequada, BS 812: Section 105.1 (BS,1989), que determina o índice de achatamento, BS 812: Section 105.2 (BS, 1990), que determina o índice de alongamento

Com base nas referidas normas, foram classificadas quatro formas para o agregado graúdo britado, tendo como referência a proporção de suas demissões, sendo considerado como forma ideal partículas com índice c/e < 1,8 mm e formas aceitáveis c/e >1,8 a < 3,0 mm e forma inadequada c/e > 3,0 mm.

A tabela 2.1 apresenta a interpretação da forma do agregado graúdo britado, com base nas normas e outras referências, e seguiu a seguinte ordem:

Tabela 2.1 Determinação do índice de forma

Forma Razão Índice
Cúbica c/e < e l/e < 1,8
Alongada c/e > e l/e < 1,8
Lamelar c/e > e l/e > 2,4
Along.-Lamelar c/e > e l/e > 3,0

 

Esta parte do programa experimental teve como propósito, classificar e separar as partículas e em quatro categorias, tendo como parâmetros a tabela 4.4, que analisa a proporção entre suas dimensões, comprimento, largura e espessura, e com base na classificação de sua forma analisar sua granulometria, massa específica, massa unitária e índice de forma.

2.2 ENSAIOS E PROCEDIMENTOS

Após a classificação e separação dos agregados em quatro categorias em: forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma alongada-lamelar, pelo Método proposto, as mesmas foram submetidas a ensaios para uma melhor compreensão de suas características como granulometria, massa específica, massa unitária, módulo de finura e índice de forma.

Na Tabela 2.2 são apresentados os resultados para a forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma along.-lamelar.

Tabela 2.2 Ensaios dos agregados.

Ensaios Cúbica Alongada Lamelar Along.Lamelar
Módulo de finura 7,58 7,44 7,33 7,10
DMC (mm) 25 25 25 25
Massa unitária (kg/dm³) 1,413 1,367 1,358 1,279
Massa específica (kg/dm³) 2,57 2,58 2,63 2,72
Índice de forma 1,52 2,10 2,71 6,07

Na figura 2.2 são apresentados os resultados dos ensaios em forma de gráficos para a forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma alongada-lamelar. Segundo os resultados, o índice de forma e massa específica aumenta com a irregularidade do agregado graúdo, e, a massa unitária, módulo de finura diminui com o aumento da irregularidade do agregado graúdo.

Pode-se avaliar que o processo de britagem influência nas propriedades físicas do agregado graúdo britado, tais como: massa especifica, massa unitária, modulo de finura e índice de forma.

Figura 2.1 Gráfico comparativo da forma do agregado.

Fonte: autor

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL

3.1 DOSAGEM

Todo o programa experimental dosagem, moldagem dos corpos-de-prova e ensaios mecânicos foram realizado no Laboratório de Materiais de Construção EEC/UFG. Foram moldados, para a realização dos ensaios experimentais, corpos-de-prova cilíndricos (10×20) para o ensaio de resistência à compressão, tração diametral, conforme a NBR 5739 (ABNT, 1980).

O propósito desta etapa experimental é elaborar o diagrama de dosagem dos concretos produzidos com forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma alongada lamelar, e, pelo Método de Dosagem EPUSP-IPT obter os traços teóricos para as resistências a compressão de 20, 30, 50 MPa e resistência a tração de 5, 7 e 9 MPa por serem as resistências mais usuais.

A Figura 3.1 apresenta o fluxograma do programa experimental.

Fonte: autor

Foram definidos, 12 traços divididos entre a forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma alongada-lamelar. Segue as informações da dosagem utilizada para os traços com agregados de forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma along.-lamelar. Para a produção dos traços, se fixou o Abatimento do Tronco de Cone de Abrams em 9 ±1cm, sem o uso de aditivo.

Foi definido em laboratório o teor de argamassa da forma cúbica (alfa em 0,52). Conforme o índice de forma do agregado aumenta e consequentemente a irregularidade do agregado graúdo, variou-se o teor de alfa em +0,01 para cada forma, para o traço de forma alongada estabelecemos o teor de argamassa (alfa em 0,53), forma lamelar (alfa em 0,54) e forma alongada-lamelar em (alfa em 0,55). Este procedimento foi necessário para se manter o mesmo acabamento nos concretos com diferentes agregados.

A tabela 3.1 apresenta a legenda utilizada nos traços para cada forma.

Tabela 3.1 Legenda.

 Legenda
Cúbica C
Alongada A
Lamelar L
Along.-lamelar AL

3.2 PRODUÇÃO DOS CONCRETOS

As confecções dos concretos seguiram a seguinte sequencia na colocação dos materiais na betoneira: brita II + areia + 30% de água → 30s betoneira ligada + cimento e adicionar água aos poucos até a consistência desejada, a trabalhabilidade foi avaliada pelo Abatimento do Tronco de Cone de Abrams que foi fixado em 9 ±1 cm.

Fonte: autor

A figura 3.2 apresenta a mistura dos materiais na betoneira. A figura 3.3 apresenta o ensaio de abatimento do tronco de cone de Abrams, para a trabalhabilidade desejada. Após a avaliação da trabalhabilidade pelo abatimento do tronco de cone de Abrams, que se manteve dentro do esperado, partimos para a moldagem dos CPs de 10×20 cm e posterior cura em câmara úmida.

Figura 3.4 Moldagem CPs. Figura 3.5 Cura Câmara úmida.

Fonte: autor

A figura 3.4 apresenta a moldagem dos CPs 10×20 cm. A figura 3.5 apresenta cura dos CPs na câmara úmida. Após a moldagem dos CPs, foram encaminhados para cura na para câmara úmida e posterior ensaios. Foram realizados ensaios de compressão simples e tração diametral dos traços produzidos com agregados de forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma alongada-lamelar.

Figura 3.6 Ensaio Compressão. Figura 3.7 Ensaio Tração Diametral.

Fonte: autor

A figura 3.6 apresenta ensaio à compressão dos CPs. A figura 3.7 apresenta ensaio à tração dos CPs. Foram realizados os mesmos procedimentos para produção dos concretos com forma alongada, forma lamelar e forma alongada-lamelar.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 CONCRETO FRESCO

Os ensaios do concreto fresco seguiram os padrões da norma, Determinação da Consistência pelo abatimento do tronco de cone de Abrams: NBR 7223 (ABNT, 1982).

Os resultados de abatimento do tronco de cone foram obtidos pela dosagem do concreto sem o uso de aditivo. Foi utilizado apenas água para a regulagem da trabalhabilidade do concreto, até que conduzissem abatimento do tronco de cone de Abrams em 9 ±1 cm.

O abatimento do tronco de cone de Abrams em 9 ±1 cm foi estabelecido com objetivo de alcançar uma determinada trabalhabilidade adequada e compatível com os concretos utilizados no mercado.

Nas tabelas 4.1, 4.2 e 4.3 se apresentam os resultados referentes a teor de argamassa, relação água/cimento e abatimento de tronco cone.

Tabela 4.1Abatimento de tronco de cone de Abrams C-I, A-I, L-I e AL-I.

TRAÇO I Alfa a/c slump
C-I 0,52 0,426 10 cm
A-I 0,53 0,445 10 cm
L-I 0.54 0,458 10 cm
AL-I 0,55 0,468 10 cm

Tabela 4.2 Abatimento de tronco de cone de Abrams C-II, A-II, L-II e AL-II.

TRAÇO II Alfa a/c slump
C-II 0,52 0,544 10 cm
A-II 0,53 0,556 10 cm
L-II 0.54 0,580 10 cm
AL-II 0,55 0,598 10 cm

Tabela 4.3 Abatimento de tronco de cone de Abrams C-III, A-III, L-III e AL-III.

TRAÇO III Alfa a/c slump
C-III 0,52 0,657 9 cm
A-III 0,53 0,714 9 cm
L-III 0.54 0,735 9 cm
AL-III 0,55 0,785 9 cm

 

O abatimento de tronco de cone de Abrams permaneceu dentro do esperado.

4.2 RESULTADO DA DOSAGEM – CONCRETO ENDURECIDO

Os diagramas de dosagem apresentam os resultados dos experimentos laboratoriais que correlacionam a resistência à compressão (fcj) – relação água/cimento (a/c) – traço (m) – consumo de cimento (C).

Com base nos resultados obtidos foram feitos diagramas de dosagem, tanto para resistência à compressão e tração de acordo com método EPUSP-IPT.

Nos diagramas foram estabelecidos traços teóricos para as resistências a compressão de 20, 30 e 50 MPa e resistência a tração de 5MPa, 7MPa e 9MPa para a forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma along.-lamelar.

Na figura 4.1 apresenta o diagrama comparativo para resistência à compressão aos 28 dias, dos agregados de forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma along.-lamelar.

Figura 4.1 Diagrama comparativo das dosagens para compressão.

Na figura 4.2 apresenta o diagrama comparativo para resistência à tração aos 28 dias dos, agregados de forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma along.-lamelar

Figura 4.2 Diagrama comparativo das dosagens para tração.

Fonte: autor

4.2.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Neste item é apresentado o comportamento para diferentes classes de concreto, utilizando traço teórico, para as resistências estimadas de 20, 30 e 50 MPa, produzidos com agregado graúdo com forma cúbica, forma alongada, forma lamelar e forma alongada-lamelar.

Na figura 4.3 se pode visualizar o comportamento, quanto ao consumo de cimento dos concretos avaliados.

Figura 4.3 Consumo de cimento x forma do agregado x resistência à compressão.

Fonte: autor

Para resistência de 20 MPa, a forma cúbica com índice de forma em 1,52 (c/e) obteve o menor consumo de cimento com 327kg/m³, seguida da forma alonga com índice de forma em 2,10 (e/c) e consumo de cimento 338kg/m³, seguida da forma lamelar com índice de forma em 2,71 (c/e) e consumo de cimento 356kg/m³ e com o maior consumo de cimento a forma along.-lamelar com índice de forma em 6,07 (c/e) e consumo de cimento 403kg/m³.

Para a resistência de 30 MPa, a forma alongada obteve o menor consumo de cimento com 418kg/m³ seguido a forma cúbica com consumo de cimento em 431kg/³, seguida da forma lamelar com consumo de cimento em 461kg/m³ e com maior consumo de cimento a forma along.-lamelar com 497kg/m³.

Para uma resistência mais elevada de 50 MPa, a forma alongada obteve o menor consumo de cimento com 564kg/m³, seguida da formas cúbicas com consumo de cimento em 585kg/m³, seguida da forma along.-lamelar com consumo de cimento em 664kg/m³ e com o maior consumo de cimento a forma lamelar com 673kg/m³.

A forma equidimencional tem como características alta quantidade de arestas que apresentam maior aderência entre pasta de cimento/agregado e consequentemente maior compacidade. Segundo, (Neville, 1997) a influência da forma e da textura é mais significativa em concretos com maiores resistência.

Figura 4.4 Detalhe esquemático forma cúbica.

Fonte: autor

Segundo, (Metha e Monteiro, 2008) a água de exsudação interna tende a se acumular em torno das partículas irregulares. Nessas regiões, a zona de transição na interface pasta-agregado tende a ser fraca e com grande tendência à microfissuração. Estas interpretações podem ser observadas nos resultados do concreto produzido com formas lamelares e alongada-lamelar, no qual o alto índice de irregularidade e o alto consumo de cimento é presente.

Figura 4.5 Detalhe esquemático forma along.-lamelar.

4.2.2 Tração por compressão diametral

Fonte: autor

Na figura 4.6 apresenta a influência da forma do agregado graúdo no consumo de cimento para a resistência a tração

Figura 4.6 Consumo de cimento x forma do agregado x resistência à tração.

Fonte: autor

Para a resistência de 5 MPa, a forma alongada com índice de forma em 2,10 (c/e), apresentou o menor consumo de cimento em 227kg/m³, seguida da forma cúbica e lamelar que apresentaram o mesmo consumo de cimento em 246kg/m³ e com o maior consumo de cimento a forma along.-lamelar com índice de forma 6,07 (c/e) e consumo de cimento em 301kg/m³.

Para uma resistência de 7 MPa, a forma lamelar apresentou o menor consumo de cimento em 3kg/m³, seguida da forma alongada com consumo de cimento em 313kg/m³, forma cúbica com consumo de cimento em 314kg/m³ e forma along.-lamelar com consumo de cimento em 353kg/m³.

Para a resistência de 9 MPa, a forma lamelar apresentou o menor consumo de cimento em 348kg/m³, seguida da forma cúbica com consumo de cimento em 387kg/m³, forma along.-lamelar com consumo de cimento em 402kg/m³ e forma alongada com consumo de cimento em 413kg/m³.

Segunda, (Fabro, 2011), partículas angulosas têm maior área superficial. A forma angular e uma superfície rugosa, como a maioria das partículas britadas, proporcionam concretos com maiores resistências do que partículas arredondadas e lisas.

A justificativa para isto é a maior aderência mecânica desenvolvida entre a pasta matriz e as partículas angulares e rugosas.

Figura 4.7 Detalhe compressão diametral.

Fonte: autor

5. CONCLUSÃO

5.1 CONCRETO FRESCO

Após a análise dos resultados dos ensaios de Abatimento de tronco de cone de Abrams, com uma mesma consistência, para todas as dosagens. Pode-se observar que quanto maior o índice de irregularidade do agregado espessura/comprimento maior foi à necessidade de água para a mesma trabalhablididade.

As formas irregulares funcionam como barreiras dificultando a mobilidade da pasta de cimento, devido ao seu alto índice de área superficial característica da forma alongada-lamelar forma indesejada para o concreto, com índice de >3,0 c/e que em porcentagem superior a 50% de uma amostragem podem provocar queda de qualidade do concreto, como no caso do concreto de forma along.-lamelar com 100% dos agregados graúdos com índice de 6,07 c/e.

5.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Quanto à Resistência à compressão os concretos com formas alongada e cúbica obtiveram as maiores resistência com um menor consumo de cimento. A forma cúbica e forma alongada apresentam os menores índices de forma, ficando o mais próximo da forma equidimencional apresentando maior quantidade de arestas e vértices que ocasionam melhor aderência devido ao intertravamento mecânico entre pasta e agregado.

5.3 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

Quanto à resistência à tração por compressão diametral os concretos com agregados lamelares e alongada lamelar apresentaram melhores desempenho para uma dada resistência. Estre processo ocorreu pelo fato das partículas irregulares serem planas e chatas, e apresentarem maior área superficial e consequentemente maior área de aderência entre pasta e agregado.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Silva, D. A., Estudo da influência do índice de forma do graúdo nas propriedades mecânicas do concreto. Dissertação de (Mestrado) – Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharia Civil, 2012

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7809: AGREGADO GRAÚDO – Determinação do Índice de Forma Pelo Método do Paquímetro. Rio de Janeiro, 2005.

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BS 812. Testing aggregates, Part 105. (Methods for Determination of Particle Size and Shaper), British Standard, 1990. Section 105.2 – Elongation índex of coarse aggregate.

BS 812. Testing aggregates, Part 1. (Methods for sampling), British Standard, 1975.

FABRO F.; GAVA G. P. GRIGOLI H. B.; MENEGHETTI L. C. Influência da forma dos agregados miúdos nas propriedades do concreto. Revista Ibracon Estruturas e Materiais, v. 4, (Junho, 2011) p. 191-212.

Nunes, M. F., Marques, E. P. Agregados para a construção civil. In: Materiais de construção civil e princípios da ciência e eng. de materiais. 2007, v. 1, pg. 481 – 524.

MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. 3ª ed. São Paulo: Pini, 2008.

NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. 2ª ed. São Paulo: Pini. 1997.

PARAGUASSU, A. B; FRAZÃO, E. B. Materiais Rochosos para Construção. In: Antonio Manoel dos Santos Oliveira; Sérgio Nertan Alves de Brito (Org.) Geologia de Engenharia. São Paulo: Associação Brasileira de Geologia de Eng. Ambiental, v. único, 1998. p. 331-342.

[1] Mestrando em Engenharia Civil da Escola de Engenharia Civil da. Universidade Federal de Goiás (UFG).

[2] Professor Doutor, Departamento de Construção Civil da Escola de Engenharia Civil / Universidade Federal de Goiás (UFG).

Enviado: Março, 2018

Aprovado: Dezembro, 2018

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