Análise Da Variação Do Ar Aprisionado No Concreto Usinado Com Aplicação De Diferentes Proporções De Agregado Miúdo. Estudo De Caso: Areia Natural E Areia Artificial

0
257
DOI: ESTE ARTIGO AINDA NÃO POSSUI DOI SOLICITAR AGORA!
PDF

ARTIGO ORIGINAL

SARTORI, Marcia Roncani [1], SANTOS, Wagner De Sousa [2], ESTEVES, Jair Schwanck [3]

SARTORI, Marcia Roncani. SANTOS, Wagner De Sousa. ESTEVES, Jair Schwanck. Análise Da Variação Do Ar Aprisionado No Concreto Usinado Com Aplicação De Diferentes Proporções De Agregado Miúdo. Estudo De Caso: Areia Natural E Areia Artificial. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 06, Ed. 05, Vol. 15, pp. 73-104. Maio de 2021. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-civil/variacao-do-ar

RESUMO

No presente trabalho efetuou-se um estudo de análise do ar aprisionado gerado no concreto a partir da variação da proporção dos agregados miúdos – areia natural e areia artificial. De forma a demonstrar o quanto esta variação pode minimizar ou maximizar as bolhas de ar no concreto fresco. Foram realizados os ensaios de trabalhabilidade, teor de ar incorporado e resistência a compressão uniaxial em quatro dosagens experimentais, a fim de encontrar a proporção ideal para uma possível confecção do concreto teste em centrais dosadoras de concreto. Os resultados apontaram que o concreto elaborado com 80% de areia natural e 20% de areia artificial apresentou o melhor desempenho, indicando boa trabalhabilidade da mistura, boa compacidade, um teor de ar aprisionado aplicável e alta resistência à compressão. Este concreto é aplicável, porém para a fabricação em centrais dosadoras de concreto existe a necessidade de reduzir o consumo de cimento desta dosagem, devido ao alto custo de produção. Este trabalho contribui para estudos mais aprofundados em relação ao ar aprisionado nas misturas de concreto, com foco maior na geração de bolhas de ar geradas especialmente pelos agregados miúdos, onde foi possível obter resultados reais de ar aprisionado para as quatro proporções testadas, facilitando o estudo. Além de reunidas informações, que normalmente, são pouco citadas pelos autores.

Palavras-chave: Ar aprisionado no concreto, Agregado miúdo, Resistência à compressão, Dosagens experimentais.

INTRODUÇÃO

O concreto é o material estrutural mais amplamente usado no mundo atualmente, comumente composto da mistura de cimento Portland com areia, brita e água; é um material compósito que consiste de um meio aglomerante no qual estão aglutinadas partículas de diferentes naturezas. Sua grande versatilidade, aliada a fatores como resistência e durabilidade, são alguns dos determinantes que o fazem tão popular.

O concreto contém sempre, em sua massa, uma considerável quantidade de ar, podendo ser ele pelo uso de aditivos incorporadores de ar, pelo adensamento inadequado durante o período de mistura ou ainda, pelas características físicas dos agregados.

A qualidade do concreto depende da qualidade da pasta de cimento e do agregado e do vínculo entre os dois. Deste modo, este projeto visa verificar a quantidade de ar aprisionado gerado no concreto usinado a partir das características naturais dos agregados miúdos – areia natural e areia artificial – demonstrando o quanto a variação da proporção destes agregados em um traço pode minimizar ou maximizar as bolhas de ar; e com isso encontrar uma proporção ideal, de modo que a mesma atenda as solicitações mínimas de projetos estruturais quando se refere à resistência a compressão do concreto. Este estudo se difere dos aspectos normalmente abordados na literatura, onde os agregados miúdos são relacionados com os aditivos incorporadores de ar, de forma a demonstrar como eles interferem na geração das bolhas de ar ideais no concreto.

O método utilizado para a dosagem experimental é o da ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland), um método adaptado da ACI (American Concrete Institute) para concreto de consistência plástica à fluida, este método fornece uma primeira aproximação da quantidade de materiais necessários para um traço, devendo-se realizar uma mistura experimental. E para a medição do teor de ar, é utilizado o método pressométrico conforme a NBR NM 47:1995 Concreto – Determinação do teor de ar em concreto fresco.

O teste de resistência à compressão uniaxial é realizado com idades de 3, 7 e 28 dias. De acordo com Mehta e Monteiro (2008), a resistência à compressão é a propriedade mais valorizada pelos engenheiros e projetistas.

Trabalhabilidade, resistência à compressão, variação da água de amassamento, teor de ar e aspecto do concreto (consistência, coesão, exsudação, segregação) são os comportamentos analisados com maior exatidão em cada uma das dosagens desenvolvidas neste projeto.

FUNDAMENTAÇÃO

CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND

Concreto, no sentindo mais amplo, é qualquer produto ou massa produzido a partir do uso de um meio cimentante. Geralmente esse meio é o produto da reação entre o cimento hidráulico e a água. O concreto pode ser produzido com vários tipos de cimento e também conter pozolanas, como cinza volante, escória de alto-forno, sílica ativa, adições minerais, agregados de concreto reciclado, aditivos, polímeros e fibras. Além disso, esses concretos podem ser aquecidos, curados a vapor, autoclavados, tratados a vácuo, prensados, vibrados por impactos, extrusados e projetados. (NEVILLE E BROOKS, 2013, p. 2).

O cimento, de acordo com Mehta e Monteiro (2008), é um material seco, finamente pulverizado, que por si só não é um aglomerante, mas desenvolve propriedade aglomerante em presença da água.

O agregado é um material granular (areia, pedregulho, pedrisco, rocha britada, escória de alto-forno ou resíduos de construção e de demolição); se o agregado tem partículas maiores que 4,75mm, ele é considerado agregado graúdo; se menores que 4,75mm e maiores que 0,075mm ele é considerado agregado miúdo. E quanto a sua origem e obtenção, Mehta e Monteiro (2008) destaca como:

  • Agregados minerais naturais: procedentes de jazidas naturais e devem ser lavados e classificados por peneiramento. Ex.: areia, pedregulho, pedra britada e seixo rolado.
  • Agregados artificiais: materiais termicamente processados ou produzidos a partir de rejeitos industriais, pode haver necessidade de serem lavados, e são classificados por peneiramento obtendo as diversas frações do material com pequenas dimensões. Ex.: folhelho expandidos, ardósia, cinzas volantes, escória de alto-forno e pó de pedra.

A areia artificial, ou também chamada de areia industrial ou britada – produzidas pela britagem de rochas – contêm grãos mais alongados, e produz um concreto mais áspero devido a sua textura. Já as areias naturais, provenientes de regiões marítimas ou leito de rio, geralmente tem a forma bem arredondada e textura superficial lisa, porém são mais porosas que as areias artificiais (MEHTA E MONTEIRO, 2008).

Também fazem parte da composição do concreto os aditivos e as adições, que são substâncias adicionadas ao concreto imediatamente antes ou durante a mistura, que tem por objetivo alterar algumas propriedades do concreto adequando-as às necessidades construtivas. A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT NBR 11768:2011 define que a quantidade dos aditivos não deve ser superior a 5% da massa de material cimentício contida no concreto. E a mesma norma classifica os aditivos como: redutores de água/plastificante; alta redução de água/superplastificante tipo I; alta redução de água/superplastificante tipo II; incorporador de ar; acelerador de pega; acelerador de resistência; retardador de pega.

São muitas as opções de aditivos existentes no mundo, mas dentre eles, o aditivo redutor de água/plastificante é o mais utilizado hoje em dia nas usinas de concreto/centrais dosadoras de concreto, e este fato é devido a sua redução estar entre 5 e 10% do volume total da água de amassamento, gerando uma economia de quase 10% de cimento em determinadas misturas, melhor trabalhabilidade, menor segregação e melhores condições de vibração e bombeamento, e ainda pode-se obter um ganho de até 10% na resistência à compressão do concreto. (ISAIA, 2011)

Ao se adicionar redutores de água à mistura, as partículas de cimento em hidratação tendem a se dispersar, liberando a água aprisionada entre os grãos de cimento, acarretando em uma maior fluidez do concreto (NEVILLE E BROOKS, 2013).

O AR APRISIONADO NO CONCRETO

Segundo Kosmatka (2003) as bolhas de ar incorporado não são como os vazios de ar aprisionado. Os vazios de ar aprisionado ocorrem em todos os concretos como resultado da mistura, transporte, adensamento, e são em grande parte uma função das características dos agregados. Já as bolhas de ar incorporado são adicionadas de forma intencional à mistura, através dos aditivos incorporadores de ar; E estes aditivos são, normalmente, incorporados a mistura, para que o concreto, quando exposto a condições de congelamento, resista aos ciclos de congelamento e degelo sem fissurar.

Mehta e Monteiro et al. (2008) relatam que bolhas de ar intencionalmente incorporadas a mistura tem dimensões pequenas, entre 100μm e 1mm de diâmetro, enquanto os vazios de ar aprisionados são maiores, ficando entre 1mm e 10mm. Estas bolhas “aninham-se” sob os agregados graúdos, principalmente quando estes apresentam formas lamelares, acarretando o rompimento da aderência pasta-agregado, e acarretando o enfraquecimento do concreto. (BAUER, 1994).

Mehta e Monteiro (2008), Bauer et al. (1994), cometam que os teores de ar aprisionado variam entre 1% e 3% do volume total do concreto, podendo chegar a 4% quando são produzidos em usinas de concreto. E conforme já citado, os vazios de ar aprisionado são, em grande parte, uma função das características dos agregados, e consequentemente influenciarão em algumas propriedades do concreto.

Características como a porosidade ou massa específica, composição granulométrica, forma e textura superficial do agregado determinam as propriedades do concreto no estado fresco. Já no estado endurecido, além da porosidade e da composição granulométrica, a composição mineralógica do agregado tem influência em várias propriedades do concreto, como, resistência, dureza, módulo de elasticidade e sanidade (MEHTA E MONTEIRO, 2008).

A composição granulométrica, em especial, tem grande influência nos vazios de ar encontrados no concreto, devido a forma, tamanho e textura do agregado, a Figura 1 pode demonstrar este efeito. E quanto maior for quantidade de vazios, maior será o consumo de pasta de cimento, consequentemente, aumentará o custo, aumentará o calor de hidratação, e possivelmente, aumentará a retração (BAUER, 1994).

Figura 1 – Relação entre o tamanho do agregado, o consumo de cimento e o ar contido no concreto

Fonte: adaptado de Kosmatka (2003, tradução nossa, p. 138)

O tamanho do agregado graúdo tem um efeito pronunciado tanto no concreto com ar incorporado como no concreto com ar aprisionado. É possível perceber que há pouca mudança no teor de ar quando o tamanho máximo do agregado passa de 37,5mm (KOSMATKA, 2003).

O agregado miúdo contido na mistura também afeta o percentual de ar incorporado e ar aprisionado no concreto, como mostra a Figura 2.

Figura 2 – Relação entre a porcentagem de agregado miúdo e o ar contido no concreto

Fonte: adaptado de Kosmatka (2003, tradução nossa, p. 138)

É possível perceber que ao aumentar a quantidade de agregado miúdo, aumenta-se também a quantidade de ar aprisionado (KOSMATKA, 2003).

As partículas dos agregados que passam nas peneiras de 600 μm a 150 μm retêm mais ar do que partículas mais finas ou mais grossas que isso. Já as partículas que passam pela peneira de 150 μm resultarão em uma redução significativa do teor de ar. Agregados miúdos de diferentes fontes podem reter diferentes quantidades de ar, mesmo que tenham graduações idênticas, e isto pode acontecer devido as diferenças na forma e textura da superfície do agregado ou até contaminação por materiais orgânicos (KOSMATKA, 2003).

Prudêncio e Weidmann (2012), salientam que quando avaliadas composições contendo areia natural e areia de britagem/artificial a incorporação do ar será tanto maior quanto maior for o teor de areia natural. Porém as areias consideradas muito finas, podem provocar o efeito contrário, reduzindo o teor ar incorporado.

Como os agregados compõem cerca de 60% a 75% do volume total de concreto, a sua seleção é importante. Kosmatka (2003) destaca que os agregados devem conter partículas com força e resistência adequadas às condições de exposição e não devem conter materiais que causem a deterioração do concreto; como por exemplo, as substâncias deletérias (argilas em torrões, materiais pulverulentos, materiais carbonosos e materiais orgânicos), que aparecem como componentes minoritários no agregado miúdo e graúdo e podem afetar a trabalhabilidade, a pega, o endurecimento e a durabilidade do concreto.

Efeitos do ar aprisionado na resistência a compressão e trabalhabilidade do concreto

A resistência é a capacidade que um material tem de resistir a esforços sem se romper. Em materiais como o concreto a resistência à compressão uniaxial é a propriedade mais valorizada pelo controle de qualidade, e normalmente é aceita como um índice geral da resistência do concreto. Existem outros tipos de resistência, como resistência a tração, ao cisalhamento e biaxial, porém estas não serão abordadas neste projeto (NEVILLE E BROOKS, 2013).

Na maioria dos casos, a relação água/cimento determina a porosidade da matriz da pasta de cimento a um dado grau de hidratação, o que torna esta relação um fator muito importante do ponto de vista da resistência, porque quanto maior for a relação água/cimento maior será a quantidade de poros, acarretando na diminuição da resistência do sistema. O mesmo acontece quando vazios de ar são incorporados ao sistema por aditivos ou como resultado de um mau adensamento (ar aprisionado), que tem o efeito de aumentar a porosidade e diminuir a resistência do sistema (MEHTA E MONTEIRO, 2008).

Kosmatka (2003) relata que em concretos de média a alta resistência, cada percentual de aumento no ar aprisionado reduz a resistência à compressão em cerca de 2% a 9%. Na Figura 3 é possível verificar este efeito.

Figura 3 – Relação entre o teor ar e a resistência à compressão aos 28 dias para três teores de cimento

Fonte: adaptado de Kosmatka (2003, tradução nossa, p. 136)

Verifica-se na Figura 3 que a redução na resistência devido ao aumento do teor de ar é mais significativa em misturas com maior consumo de cimento do que em misturas com baixo consumo de cimento.

A relação água/cimento é um dos parâmetros mais importantes na realização das composições, pois ela interfere diretamente na resistência do concreto, como Duff Abrans (1918) afirmou, que quanto menor a relação água/cimento, maior será a resistência à compressão, sendo o inverso verdadeiro.

As bolhas de ar se formam durante a mistura dos materiais componentes do concreto. E os vazios encontrados no concreto endurecido resultam deste ar e da água não combinada, que é removida. Para cada tipo de compactação deve-se haver uma quantidade ótima de água para a mistura em estudo, com a qual, a soma do volume de vazios da água removida e das bolhas de ar, seja mínima. Com essa quantidade ótima de água, a máxima densidade do concreto será obtida, o que favorece para uma maior resistência mecânica do concreto, e uma maior impermeabilidade (BAUER, 1994).

Porém, as bolhas de ar contidas na mistura melhoram a trabalhabilidade e a compacidade da mesma, isto ocorre devido as bolhas de ar serem esféricas e se comportarem como agregado miúdo, com atrito superficial muito baixo e grande elasticidade. Elas tendem a aumentar a resistência da zona de transição na interface (especialmente em dosagens com consumos de água e cimento muito baixos), e, deste modo, melhoram a resistência do concreto. Isto acontece devido a possibilidade de redução da água de amassamento, que é compensada em parte pela presença dos vazios de ar. Porém isso já não acontece em misturas com alto consumo de cimento e água (baixa relação água/cimento; resistências mais elevadas), pois estas permitem apenas uma pequena redução na quantidade de água de amassamento, fazendo com que o ar aprisionado cause um efeito negativo na resistência característica do concreto (NEVILLE E BROOKS, 2013; KOSMATKA, 2003; BAUER, 1994; MEHTA E MONTEIRO et al., 2008).

A trabalhabilidade incorpora certas características do concreto no estado fresco, como a consistência e a coesão. Para Bauer (1994), a consistência é o componente físico mais importante na trabalhabilidade, pois determina a facilidade com que a mistura de concreto pode ser manipulada sem que haja segregação prejudicial. De acordo com Metha e Monteiro (2008), consistência é uma medida da umidade da mistura, a qual é comumente avaliada em termos de abatimento, isto é, quanto mais úmida for a mistura, maior será o abatimento (slump/consistência); e a coesão é a medida da facilidade de adensamento e acabamento, tendo em vista a uniformidade e a compacidade da mistura, e é geralmente avaliada de forma visual pela resistência à segregação e exsudação. Mehta e Monteiro (2008, p. 145), ainda destacam que, em geral, uma mistura de concreto mais coesa é capaz de reter mais ar do que uma mistura com consistência muito fluida ou muito seca.

Salienta-se que a compacidade está relacionada com a correta seleção da proporção e do tamanho dos materiais, de forma que os vazios maiores sejam preenchidos com partículas menores, cujos vazios serão novamente preenchidos com partículas ainda menores e assim sucessivamente.

METODOLOGIA

O cimento Portland CPII F 32, a areia natural, a areia artificial, a brita 1. (3/4”) (diâmetro máximo de 19mm), o aditivo redutor de água e a água, compõem os materiais utilizados neste projeto. A areia natural é proveniente de cavas a céu aberto e de origem quartzoza, a areia artificial e a brita 1. (3/4”) são provenientes da britagem de rochas de granito.

Os instrumentos utilizados para a coleta de dados foram uma betoneira de eixo inclinado, com capacidade de 50 litros, balanças de precisão (3kg e 0,5kg) para a pesagem do aditivo e do cimento, uma balança de capacidade de 50kg para a pesagem dos agregados, tanques de cura por imersão de corpos de prova com temperatura controlada (média de 24ºC), prensa hidráulica para o ensaio de compressão uniaxial e um aparelho de medição de ar incorporado.

Baseando-se no método experimental de dosagem da ABCP os traços foram desenvolvidos nas seguintes etapas; Primeiramente é definido o tipo de concreto desejado, o Fck (resistência característica à compressão do concreto) e o Fcj (resistência característica à compressão do concreto aos 28 dias),  em seguida é feita a fixação da relação água/cimento de acordo com o tipo de cimento utilizado, após determina-se a quantidade de água com base no abatimento desejado de acordo com o diâmetro máximo do agregado graúdo, para então determinar o consumo de agregado graúdo com base no módulo de finura pelo diâmetro máximo característico, e por fim o restante do volume se distribui para os agregados miúdos de acordo com a mescla de areia para uma zona mais próxima possível da ótima. O teor de argamassa foi definido conforme a Equação 1:

A verificação do teor de argamassa é feita com o auxílio de uma colher de pedreiro, que “cortando” a superfície do concreto verifica-se a compacidade, isto é, uma massa uniforme e sem vazios. E com a mesma colher é feito o erguimento de uma porção deste concreto onde é analisado o material graúdo, se ele estiver se desagregando da massa é um indicativo de falta de argamassa no material.

Foram elaborados quatro traços experimentais. O aditivo redutor de água foi utilizado em quantidade especificada pelo fornecedor, gerando uma economia de 10% da água de amassamento da mistura. Em todos os traços foram mantidas fixas as quantidades de cimento, relação água/cimento, teor de argamassa, água de amassamento e classe de consistência, variando somente a quantidade de agregado miúdo – areia natural e artificial – em 10%. Deste modo, iniciou-se o primeiro traço com 100% de areia natural.

São demonstrados abaixo, da Tabela 1 a 4, os traços realizados.

Tabela 1 – Dosagem experimental traço 1 com 100% de areia natural

Traço 1
Fck 30,0 Mpa / Fcj 36,6 Mpa / Slump 160 mm / A/C 0,55 / Teor de argamassa 52,2%
Materiais componentes Volume p/ 1000 L (Kg/m³) Volume p/

20 L (Kg)

Proporção dos materiais (%)
Cimento 360 7,059 100
Areia natural 794 15,562 100
Areia artificial 0 0 0
Brita 1. (3/4”) 1016 19,920 100
Água 198 3,882 100
Aditivo redutor 2,25 0,049 0,7

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 2 – Dosagem experimental traço 2 com 90% de areia natural

Traço 2
Fck 30,0 Mpa / Fcj 36,6 Mpa / Slump 160 mm / A/C 0,55 / Teor de argamassa 52,2%
Materiais componentes Volume p/ 1000 L (Kg/m³) Volume p/

20 L (Kg)

Proporção dos materiais (%)
Cimento 360 7,059 100
Areia natural 794 14,005 90
Areia artificial 80 1,574 10
Brita 1. (3/4”) 1016 19,920 100
Água 198 3,882 100
Aditivo redutor 2,25 0,049 0,7

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 3 – Dosagem experimental traço 3 com 80% de areia natural

Traço 3
Fck 30,0 Mpa / Fcj 36,6 Mpa / Slump 160 mm / A/C 0,55 / Teor de argamassa 52,2%
Materiais componentes Volume p/ 1000 L (Kg/m³) Volume p/

20 L (Kg)

Proporção dos materiais (%)
Cimento 360 7,059 100
Areia natural 794 12,449 80
Areia artificial 161 3,148 20
Brita 1. (3/4”) 1016 19,920 100
Água 198 3,882 100
Aditivo redutor 2,25 0,049 0,7

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 4 – Dosagem experimental traço 4 com 70% de areia natural

Traço 4
Fck 30,0 Mpa / Fcj 36,6 Mpa / Slump 160 mm / A/C 0,55 / Teor de argamassa 52,2%
Materiais componentes Volume p/ 1000 L (Kg/m³) Volume p/

20 L (Kg)

Proporção dos materiais (%)
Cimento 360 7,059 100
Areia natural 794 10,893 70
Areia artificial 241 4,772 30
Brita 1. (3/4”) 1016 19,920 100
Água 198 3,882 100
Aditivo redutor 2,25 0,049 0,7

Fonte: Autoria própria (2018)

Os traços descritos acima foram baseados na resistência característica à compressão de 30,0 Mpa (Fck) – classe C30 do grupo I, concretos de média resistência (Figura 4) – com resistência à compressão esperada aos 28 dias (Fcj) de 36,6 Mpa, um abatimento de 160 mm – classe de consistência S100 (Figura 5) –, relação água/cimento 0,55 que foi definida através da curva de Abrams (Figura 6), teor de argamassa de 52,2% e aditivo redutor de água em 0,7% do consumo de cimento.

As Figuras 4 e 5 abaixo se referem as classes de resistência dos concretos estruturais e as classes de consistência do concreto no estado fresco.

Figura 4 – Classes de resistência de concretos estruturais

Fonte: ABNT NBR 8953 (2015)

Figura 5 – Classes de consistência do concreto no estado fresco

Fonte: ABNT NBR 8953 (2015)

A Figura 6 se refere a curva de Abrams para determinação da relação água/cimento em função das resistências do concreto e do cimento aos 28 dias de idade.

Figura 6 – Curva de Abrams para determinação da relação água/cimento

Fonte: Parâmetros de Dosagem do Concreto. ABCP, ET-47 (1995)

Os quatro traços foram rodados no mesmo dia garantindo as mesmas condições de temperatura e umidade. A secagem dos agregados ocorreu ao ar livre. Trabalhou-se com umidade zero dos agregados. E foram separados cimento e aditivo do mesmo lote, para evitar qualquer tipo de variação nos resultados.

Para todos os traços a sequência de colocação dos materiais na betoneira ocorreu da seguinte forma: 100% agregado graúdo, 100% cimento, 100% agregado miúdo, mistura a seco por 30 segundos, 80% da água, 100% do aditivo e o restante da água, se necessário até obtenção do abatimento desejado.

O volume de concreto executado em cada betonada foi de 20 litros. Foram moldados seis corpos de prova por betonada/traço, com o objetivo de realizar o ensaio de compressão uniaxial de dois corpos de prova aos 3 dias, dois aos 7 dias e dois aos 28 dias de idade. O tempo de mistura foi de 8 e 15 minutos, ao chegar nos dois tempos, a betoneira é desligada para a execução do ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test), se o abatimento esperado é atingido realiza-se a medição do teor de ar do concreto e em seguida a moldagem dos corpos de prova, caso contrário, é feito um ajuste de água para atingir o abatimento desejado, deste modo, o concreto é misturado por mais 1 minuto, e então pode-se realizar a medição do teor de ar e executar a moldagem dos corpos de prova. A mistura é realizada em dois tempos para simular o trajeto de um caminhão betoneira da central dosadora de concreto até a obra, podendo assim avaliar a perda de abatimento do concreto e corrigir a água do traço, quando necessário.

Após dois dias, tempo necessário para a cura inicial, o concreto passa para o estado endurecido, e o corpo de prova é desformado e deslocado para os tanques de cura; esta cura é feita por imersão em água com hidróxido de cálcio na temperatura média de 24ºC.

Após três dias efetuou-se a retirada dos primeiros pares de corpos de prova, sendo um par de cada traço, para então efetuar o ensaio à compressão; seguiu-se o mesmo processo após 7 e 28 dias. Foi adotado como parâmetro o maior resultado obtido entre os pares, conforme define a ABNT NBR 7212 (2012).

Este estudo limitou-se a realizar os ensaios de trabalhabilidade, teor de ar, resistência à compressão, e caracterização dos agregados graúdos e miúdos. Todos os ensaios foram realizados no laboratório técnico de uma prestadora de serviços de concretagem da região de Florianópolis/SC.

O ensaio de compressão uniaxial foi realizado conforme a ABNT NBR 5739 (2007) em corpos de prova cilíndricos de dimensão 10 x 20 cm (diâmetro x altura). Também foram analisados, com base nesta norma, os tipos de rupturas.

Os ensaios de granulometria, massa específica, material pulverulento, impureza orgânica e absorção de água, foram realizados conforme as normas de referência para caracterização dos agregados graúdos e miúdos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A seguir são apresentados os resultados referentes aos ensaios de caracterização dos agregados graúdos e miúdos, de trabalhabilidade, teor de ar aprisionado, e resistência a compressão uniaxial.

Os ensaios de caracterização dos agregados foram realizados conforme as normas de referência. E os resultados obtidos seguem a partir da Tabela 5.

Tabela 5 – Granulometria do agregado graúdo, conforme a ABNT NBR NM 248 (2003)

Análise granulométrica Brita 1. (3/4”)
Abertura das peneiras (mm) Massa (g) %

Retida

% Acumulada
31,5
25
19 55 1,1 1,1
12,5 2408 48,2 49,3
9,5 1874 37,5 86,7
6,3 540 10,8 97,5
4,75 35 0,7 98,2
2,36 98,2
Fundo 88 1,8 100
Total 5000,00
Módulo de Finura 6,75
Diâmetro máximo 19 mm

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 6 – Características físicas do agregado graúdo

Brita 1. (3/4”)
Ensaio Resultado Norma de referência
Massa específica (kg/dm³) 2,65 NBR NM 53 (2009)
Massa unitária (kg/dm³) 1,35 NBR NM 45 (2006)
Material pulverulento (%) 0,30 NBR NM 46 (2003)
Absorção de água (%) 0,90 NBR NM 53 (2009)
Módulo de finura (mm) 6,75 NBR NM 248 (2003)

Fonte: Autoria própria (2018)

Gráfico 1 – Limites da distribuição granulométrica para o agregado miúdo de acordo com a NBR 7211 (2015)

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 7 – Granulometria do agregado miúdo, conforme a ABNT NBR NM 248 (2003)

Análise granulométrica Areia Natural
Abertura das peneiras (mm) Massa (g) %

Retida

% Acumulada
6,3
4,75
2,36 2 0,2 0,2
1,2 48 4,8 5,0
0,6 328 32,8 37,8
0,3 356 35,6 73,4
0,15 212 21,2 94,6
Fundo 54 5,4 100
Total 1000,00
Módulo de Finura 2,11
Diâmetro máximo 1,2 mm

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 8 – Características físicas do agregado miúdo

  Areia Natural  
Ensaio Resultado Norma de referência
Massa específica (kg/dm³) 2,63 NBR NM 53 (2009)
Material pulverulento (%) 0,6 NBR NM 46 (2003)
Impureza orgânica Mais clara NBR NM 49 (2001)
Módulo de finura (mm) 2,11 NBR NM 248 (2003)

Fonte: Autoria própria (2018)

Gráfico 2 – Limites da distribuição granulométrica para o agregado miúdo de acordo com a NBR 7211 (2015)

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 9 – Granulometria do agregado miúdo, conforme a ABNT NBR NM 248 (2003)

Análise granulométrica Areia Artificial
Abertura das peneiras (mm) Massa (g) %

Retida

% Acumulada
6,3
4,75
2,36 177 17,7 17,7
1,2 240 24 41,7
0,6 204 20,4 62,1
0,3 153 15,3 77,4
0,15 99 9,9 87,3
Fundo 127 12,7 100
Total 1000,00
Módulo de Finura 2,86
Diâmetro máximo 4,8 mm

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 10 – Características físicas do agregado miúdo

  Areia Artificial  
Ensaio Resultado Norma de referência
Massa específica (kg/dm³) 2,66 NBR NM 53 (2009)
Material pulverulento (%) 5,8 NBR NM 46 (2003)
Impureza orgânica Mais clara NBR NM 49 (2001)
Módulo de finura (mm) 2,86 NBR NM 248 (2003)

Fonte: Autoria própria (2018)

Gráfico 3 – Limites da distribuição granulométrica para o agregado miúdo de acordo com a NBR 7211 (2015)

Fonte: Autoria própria (2018)

A seguir é apresentado os resultados do ensaio de trabalhabilidade.

O ensaio de trabalhabilidade foi realizado de acordo com a ABNT NBR NM 67 (1998) onde o slump requerido é de 16 cm, isto é, o limite de descarga deste concreto é de 16 cm. Segue os resultados encontrados na Tabela 11.

Tabela 11 – Resultados encontrados para o ensaio de abatimento (slump test)

Slump test (cm)
Tempo de mistura (min) Traço 1

 

Traço 2 Traço 3 Traço 4

 

08 14,5 16,0 17,0 16,0
15 14,0 15,0 15,0 16,0
Ajuste para o Slump de 16,0 (cm)
16 16,0 16,0 16,0 16,0
Água de amassamento real (kg/m³)
Final 196 189 189 185

Fonte: Autoria própria (2018)

Segundo Mehta e Monteiro (2008), a diminuição do abatimento é um fenômeno normal e ocorre quando a água livre de uma mistura de concreto é consumida pelas reações de hidratação, tanto do cimento como dos agregados, e também por evaporação.

A areia natural tende a absorver mais água do traço que a areia artificial, devido a areia natural ser mais porosa, – conforme já citado por Mehta e Monteiro (2008) na fundamentação teórica deste artigo – explicando a quantidade de água que sobra nos traços à medida que a proporção de areia artificial aumenta. Porém o material fino contido na areia artificial também absorve água, o que explica a perda de abatimento nas dosagens; que são consideradas normais. No Traço 4 esta perda não ocorreu, o que indica que a quantidade de água utilizada foi ideal para a hidratação dos materiais no tempo de mistura indicado; porém o tronco de cone quase seccionou, indicando a necessidade de aumentar um pouco o teor de argamassa. Neste ponto já foi possível perceber que para a execução de um 5º traço seria necessário a alteração do teor de argamassa para evitar que o concreto ficasse com um aspecto britado e com segregação. Se o teor de argamassa for mantido, as principais características da trabalhabilidade (consistência e coesão), não serão atendidas, e a manipulação da massa de concreto será prejudicada, podendo vir causar a deterioração do concreto no estado endurecido.

A coesão é avaliada de forma visual pela resistência à segregação e exsudação; a segregação já é possível verificar durante o ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test); já para a exsudação é necessário um ensaio específico descrito em norma, porém é possível verificar um pouco desta característica durante o tempo em que os corpos de prova estão na forma, onde ele fica por dois dias antes de ser desformado e colocado no tanque de cura. Nos traços desenvolvidos para este artigo não houve segregação ou exsudação.

A Figura 7 monstra o ensaio de abatimento do tronco de cone nos quatro traços.

Figura 7 – Ensaio de abatimento do tronco de cone (slump test)

Fonte: Autoria própria (2018)

No traço 1 é possível visualizar a uma boa compacidade, coesão, no traço 2 e 3 isso ainda se mantem, no traço 4 o concreto já fica com um aspecto mais áspero, e os agregados graúdos se destacam mais, o que indica o limite de trabalhabilidade para o teor de argamassa em questão.

A seguir serão mostrados os resultados do teor de ar aprisionado encontrados para cada traço (Tabela 12).

A trabalhabilidade e o teor de ar estão relacionados, pois um mau adensamento pode resultar em uma maior quantidade de bolhas de ar no concreto, e este mal adensamento pode ser devido à dificuldade de manipular a mistura, e devido ao tempo de mistura em que o concreto foi submetido.

Tabela 12 – Resultados encontrados para o ensaio do teor de ar aprisionado no concreto fresco

Teor de ar aprisionado (%)
Tempo de mistura (min) Traço 1 Traço 2 Traço 3 Traço 4
15 3,8 3,0 2,5 2,5

Fonte: Autoria própria (2018)

De acordo com a NBR NM 47 (1995), o teor de ar é o volume de ar aprisionado ou incorporado ao concreto, expresso em porcentagem do volume total de concreto fresco adensado. A determinação do teor de ar foi feita de acordo com a norma em questão.

De maneira geral é possível verificar que o ar vai reduzindo conforme a areia artificial é adicionada, a areia artificial é composta por mais finos, ou material pulverulento, o que dá maior compacidade a mistura, eliminando os vazios de ar e reduzindo a quantidade de água de amassamento da mistura. Mas em excesso pode se tornar um substancia deletéria, prejudicando a resistência final do concreto.

A Figura 8 mostra o aparelho utilizado para medir o teor de ar no concreto fresco pelo método pressométrico.

Figura 8 – Aparelho para medição do teor de ar no concreto fresco, método pressométrico

Fonte: Autoria própria (2018)

Todos os teores de ar aprisionado encontrados se encaixam nos limites descritos pelos autores, entre 1% e 4%, tornando viável a utilização prática das dosagens testadas.

O fato de a areia natural ser proveniente de cavas a céu aberto, leito de rio, também pode justificar em parte a incorporação do ar ser maior quando esta é utilizada em maior quantidade, pois nestes rios podem conter matérias orgânicas e detergentes.

É possível verificar que as areias utilizadas neste artigo se encaixam nas granulometrias citadas por Kosmatka (2003) na fundamentação teórica deste artigo, onde ele destaca que as partículas dos agregados que passam nas peneiras de 600 μm a 150 μm retêm mais ar do que partículas mais finas ou mais grossas que isso (granulometria areia natural). E que as partículas que passam pela peneira de 150 μm resultarão em uma redução significativa do teor de ar (o material fino da areia artificial se encaixa neste quesito).

No concreto endurecido, conforme a idade, o diâmetro dos vazios de ar tende a diminuir um pouco, e isto é devido a cristalização da pasta de cimento. Na Figura 9 é possível observar este acontecimento; no corpo de prova da esquerda a ruptura aconteceu aos 3 dias, e no da direita aos 7 dias, os dois são da mesma dosagem, referente ao traço 2. Também se percebe que a cor muda de um para outro, e isso é devido ao tempo de cura.

Figura 9 – Vazios de ar no concreto endurecido, rompido aos 3 e 7 dias

Fonte: Autoria própria (2018)

O teor de ar tem relação direta com a resistência do concreto, pois as bolhas de ar tem o efeito de aumentar a porosidade da pasta e diminuir a resistência do sistema.

Os resultados apresentados para o teor de ar aprisionado e abatimento, serviram de embasamento para a análise da resistência a compressão do concreto.

Segue na Tabela 13 os resultados de resistência à compressão do concreto nas idades de 3, 7 e 28 dias. Os tipos de rupturas obtidos nos corpos de prova foram: Tipo A – Cônica/Ampulheta e Tipo E – Cisalhada; conforme mostrado na Figura 10.

Figura 10 – Ruptura corpos de prova, de acordo com a ABNT NBR 5739 (2018)

Fonte: Autoria própria (2018)

Tabela 13 – Resultados de resistência à compressão uniaxial do concreto

Resistência à compressão (MPa)
Dosagens experimentais Idade corpo de prova (em dias)
3 dias 7 dias 28 dias
Traço 1 31,03 40,75 44,00
Traço 2 33,41 42,65 47,92
Traço 3 33,20 43,70 47,93
Traço 4 34,60 43,60 47,31

Fonte: Autoria própria (2018)

Gráfico 4 – Resultados de resistência à compressão uniaxial do concreto

Fonte: Autoria própria (2018)

Os resultados apresentados na Tabela 13 mostram que aos 3 dias o concreto já havia atingido a resistência mínima de 30,0 MPa em todos os traços. Esta condição era esperada devido ao alto consumo de cimento. O traço que obteve o melhor desempenho, foi o 3, no entanto, ele não foi o traço com a menor relação água/cimento, mas foi o que obteve uma melhor compacidade dos materiais, acarretando na maior resistência final. O traço 4 obteve a menor relação água/cimento, o que segundo Duff Abrams (1918) quanto menor a relação água/cimento, maior será a resistência à compressão. Porém é possível que houve falta de argamassa na mistura, gerando segregação; e o material fino contido na areia artificial pode ter se tornado deletério para o concreto, reduzindo a resistência.

O traço 1 obteve bom aspecto de argamassa e boa coesão, porém foi o resultado com o maior teor de ar, o que causou fragilidade ao concreto diminuindo a resistência do sistema. O traço 2 obteve bom aspecto de argamassa e bons resultados de resistência à compressão, assim como o traço 3, no entanto a quantidade de ar aprisionado foi maior, acarretando em resultados inferiores ao terceiro traço.

CONCLUSÃO

Conforme resultados práticos deste artigo, o traço com melhor desempenho foi o terceiro, com 80% de areia natural e 20% de areia artificial; o mesmo traço obteve o menor teor de ar aprisionado no concreto. Tornando-o ideal. Constatou-se também que o emprego da areia artificial no traço 4 resulta numa diminuição da trabalhabilidade da mistura. Fato este, devido a existência de uma quantidade maior de material pulverulento nesta areia em relação a areia natural, acarretando na diminuição da resistência do concreto.

A quantidade de ar aprisionado encontrado nos traços pode ser inclusa no cálculo da dosagem, onde o volume absoluto considerado no concreto será menor que 1000 litros (1m³), por exemplo, com uma porcentagem de 2 de ar aprisionado, retira-se 20 litros do volume absoluto, e então o cálculo será realizado para 980 litros. Esta ação pode reduzir o consumo de cimento, e gerar um valor econômico mais atrativo.

REFERÊNCIAS

ABRAMS, D. A. Design of Concrete Mixtures. Chicago, Structural Materials research Laboratory, 1918.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 45: Agregados – Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro, 2006.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 46: Agregados – Determinação do material fino que passa através da peneira 75 um, por lavagem. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 47: Concreto – Determinação do teor de ar em concreto fresco – Método pressométrico. Rio de Janeiro, 2002.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 49: Agregado miúdo – Determinação de impurezas orgânicas. Rio de Janeiro, 2001.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52: Agregado miúdo – Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 53: Agregado graúdo – Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro, 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 67: Concreto – Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, 1998.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248: Agregados – Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2016.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739: Concreto – Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2018.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211: Agregados para concreto – Especificação. Rio de Janeiro, 2009.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7212: Execução de concreto dosado em central — Procedimento. Rio de Janeiro, 2012.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8953: Concreto para fins estruturais – Classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência. Rio de Janeiro, 2015.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11768: Aditivos químicos para concreto de cimento Portland – Requisitos. Rio de Janeiro, 2011.

BAUER, L. A. F. Materiais de Construção 1. 5 ed., Rio de Janeiro, 1994.

ISAIA, G. C. Concreto: Ciência e Tecnologia. Vol. I e II. São Paulo, 2011.

KOSMATKA, STEVEN H.; KERKHOFF, BEATRIX; AND PANARESE, WILLIAM C.; Design and Control of Concrete Mixtures, EB001, 14th edition, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, USA, 2002, 358 pages.

MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: Microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo, 2008.

NEVILLE, A. M.; BROOKS, J. J. Tecnologia do concreto. 2 ed. Porto Alegre, 2013.

PRUDÊNCIO, JR. L. R.; WEINMANN, D. F. Tecnologia do Concreto de Cimento Portland. Florianópolis, 2012.

[1] Bacharel Em Engenharia Civil.

[2] Doutor Em Engenharia Mecânica.

[3] Engenheiro Civil.

Enviado: Fevereiro, 2021.

Aprovado: Maio, 2021.

DEIXE UMA RESPOSTA

Please enter your comment!
Please enter your name here