Post on 17-Apr-2015
Agregados para concreto
Prof. Netúlio Alarcón Fioratti
Materiais de Construção Civil
Agregados para concreto
Generalidades
Geologia e petrografia
Definição e classificação
Formas de obtenção
Propriedades
• No início do século XX, com o desenvolvimento dos primeiros estudos sobre concreto de cimento portland, acreditava-se somente na função de enchimento (70 a 80% do volume) e barateamento do custo (da ordem de 20% do custo).
• Acreditava-se na inércia do material. Por ser barato e abundante, tornava-se fácil acreditar em seu papel secundário.
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• Depois do anos 50, quando algumas obras de grande vulto tiveram que ser reconstruídas quase que totalmente passou-se a verificar que muitas propriedades dos concretos estão intimamente ligadas aos agregados.
• Inicialmente considerava-se somente a resistência mecânica, numa segunda fase, relacionada com a descoberta das reações álcali-agregado as propriedades dos agregados passaram a ser devidamente estudadas.
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• Nos últimos anos, a crescente evolução dos traços e dos concretos de altos desempenhos tornou cada vez mais necessária a pesquisa das propriedades dos agregados.
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• A crosta terrestre pode ser dividida:– Substrato rochoso.– Terrenos sedimentares.
• Essas duas partes são constituídas essencialmente de minerais, embora quase sempre estão mescladas com matéria orgânica.
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• As rochas, conforme sua gênese podem ser classificadas como:– Ígneas.
– Sedimentares (origem da degradação físico/química de outras rochas aglutinadas por cimentos naturais).
– Metamórficas (origem nas modificações decorrentes da variação de temperatura e/ou pressão em rochas pré-existentes).
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• Um conceito básico de ciência dos materiais:– “A microestrutura de qualquer material
está diretamente relacionada às suas propriedades”.
– Por exemplo:
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Arranjo da microestrutura
Compacidade
Absorção
• Rochas ígneas apresentam melhores condições devido sua composição mineralógica, textura e estrutura, pois tendem a produzir microestruturas mais densas e compactas.
• Exemplos típicos:– Granitos e basaltos (com exceção para os
basaltos com estrutura vesicular).Geo
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• Rochas metamórficas também possuem grande potencial mas a estrutura orientada, como nos xistos, pode limitar o uso.
• Exemplos típicos:– Gnaisse e quartzito.
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• Rochas sedimentares apresentam a menor aptidão por serem sempre muito porosas, possuírem menor resistência mecânica e, em alguns casos, estrutura em forma de camada, o que dificulta o desempenho na forma granular.
• Exemplos típicos:– Arenitos e argilitos.Geo
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fiaTabela 1: Algumas características em função da origem dos agregados.
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Figura 1: Testemunhos extraídos de jazida de origem sedimentar.
Figura 2: Testemunhos extraídos de jazida de origem não sedimentar.
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Figura 3: Comparação da estrutura interna do material.
• A definição mais aceita para agregado é:
“Material granular, sem forma ou volume definidos, de dimensões e propriedades adequadas às obras de engenharia, em particular ao fabrico de concretos e argamassas de cimento Portland.”
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• Quanto à origem:
– Naturais: encontrados na natureza já preparados para o uso sem outro beneficiamento que não seja lavagem ou classificação granulométrica.
Exemplo: areia de rio, pedregulho, seixo rolado, areia de cava, etc.
– Britados: submetidos a processo de cominuição, geralmente por britagem, para que possam se adequar ao uso.
Exemplo: pedra britada (brita), pedrisco, pedregulho britado, etc.D
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– Artificiais: derivados de processos industriais.Exemplo: argila expandida e pelotizada,
vermiculita expandida, etc.
– Reciclados: podem ser resíduos industriais granulares que tenham propriedades adequadas ou proveniente do beneficiamento de entulho de construção e demolição selecionado para esta aplicação.
Exemplo: escória de alto forno, entulho de construção e demolição, etc.
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• Quanto à dimensão dos grãos:
– Agregado graúdo (passante na #152mm e retido na #4,75mm).
– Agregado miúdo (passante na #4,75mm e retido na #0,075mm).
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• Quanto à massa unitária:
– Agregados naturais: tem massa unitária entre 1500 e 1700 kg/m³ e produzem concretos com aproximadamente 2400 kg/m³.
– Agregados definidos como leves e pesados podem ser usados para a produção dos chamados respectivamente de concretos leves e pesados
– Agregados leves: os produzidos a partir da expansão térmica da argila, escória, vermiculita, ardósia e resíduo mineral de esgoto.
– Agregados pesados: barita, hematita e limonita.
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Figura 4: Agregado natural.
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Figura 5: Agregado britado.
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Figura 6: Agregado reciclado de indústria plástica.
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Figura 7: Agregado artificial (argila calcinada).
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Figura 8: Agregado miúdo reciclado de cerâmica.
• Agregados naturais:
– O processo se inicia com a prospecção da jazida que visa localizar, identificar e avaliar (volume e qualidade dos materiais) essas jazidas que podem ser areeiros ou cascalheiras. Elas podem ocorrer nos leitos dos rios ou serem localizadas como camadas das formações superficiais do solo.
– Ainda há a alternativa da explotação de dunas superficiais de formação básica por areia eólica. Possui grãos arredondados de superfície polida, o que auxilia na trabalhabilidade do concreto.
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• Agregados britados:
– Produzidos em pedreiras desenvolvidas a partir do afloramento de rochas. A prospecção não só determina volumes e qualidade, mas também determina o melhor método de exploração.
– Em geral são usados desmontes por explosivos, seguido por britagem e seleção granulométrica por peneiramento.F
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• Agregados artificiais:
– Produzidos a partir de operações industriais que envolvem geralmente aglomeração de partículas sólidas que por tratamento térmico resultam nos agregados expandidos.
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• Agregados reciclados:
– Geralmente provém da britagem de entulho pré selecionado, contendo principalmente fragmentos de argamassa, concreto e elementos cerâmicos.
– Ainda podem ser material granular originado de rejeitos de alguns processos industriais que após ensaios são considerados adequados.F
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• Resistências mecânicas
– Compressão:Em concretos convencionais geralmente a matriz do concreto possui resistência inferior à dos agregados.
• Nos concretos de altas resistências, os grãos dos agregados pode apresentar resistência insuficiente, necessitando cuidados especiais na escolha dos agregados.
• Se o agregado for de origem sedimentar, sua resistência deve ser previamente verificada, mesmo para concretos comuns.
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– Tração e choque: durante a betonagem os maiores grãos podem sofrer choques consideráveis, que no geral não superam a resistência do agregado.
• Em caso de suspeita de fragilidade, pode-se avaliar o desgaste do agregado durante a betonagem.
– Abrasão: em algumas aplicações a resistência à abrasão deve ser considerada, como em pistas de aeroportos, vertedouros de barragens e pistas rodoviárias.
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• Fragilidade (esmagamento)
– No geral não há necessidade de avaliar esta propriedade. Caso haja suspeita de déficit de resistência, pode-se avaliá-la pelo ensaio de esmagamento.
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• Forma dos grãos
– Influi no concreto ao alterar-lhe a trabalhabilidade, em conseqüência altera as condicionantes de bombeamento, lançamento e adensamento.
– O cascalho apresenta grãos cubóides, de superfícies lisas enquanto os agregados industrializados tem forma de grãos que dependem da natureza da rocha máter e, para uma mesma rocha, do tipo de britador final da linha de britagem, grãos estes de arestas vivas e superfícies rugosas.
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– Grãos irregulares têm maior superfície específica que os cubóides e tem o inconveniente de poderem ficar presos com mais facilidades nas barras das armaduras.
– Portanto, para uma mesma trabalhabilidade, o concreto feito com grãos irregulares necessitará de mais finos e mais água de amassamento, logo, deverá se mais dispendioso (maior consumo de cimento) para que não haja detrimento da resistência.
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– Por outro lado, devido a sua forma e textura superficial, os concretos confeccionados com agregados irregulares apresentam maior aderência da argamassa aos grãos, aumentando assim sua resistência final.
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• Impurezas
– Orgânicas: podem interferir nas reações de hidratação do cimento (húmus) além de serem prejudiciais pela inserção de fragmentos de baixa resistência mecânica e provocar manchas superficiais.
– Argilas e materiais friáveis: alteram a distribuição granulométrica do agregado e introduzem material de alta absorção.
– Material pulverulento: passantes na #200, podem ser solúvel em água, podem afetar a trabalhabilidade aumentando a quantidade de água e provocar fissurações.
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– Impurezas salinas: pode provocar alterações na hidratação do cimento, surgimento de eflorescências, provocar expansões e principalmente, acelerara a corrosão da armadura.
– Minerais álcali-reativos: são formas de sílica com diversos graus de cristalinidade que podem reagir com álcalis do cimento (ou de outra fonte como água ou aditivo) de forma expansiva, facilmente reconhecidos através de apreciação petrográfica.
• Para ocorrência dessas reações existe a necessidade da disponibilidade de sílica reativa e álcalis em determinadas proporções na presença de umidade.P
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– Resíduos industriais: são óleos, graxas, solventes, etc. Podem formar uma película em torno dos grãos, prejudicando a aderência com a pasta de cimento.
• Quando da contaminação de lençol freático ou cursos de água, esses elementos podem contaminar jazidas de areia, o que acaba prejudicando a hidratação do cimento, alterando o tempo de pega e o desenvolvimento das resistências mecânicas dos concretos confeccionados com esta areia.
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atas Tabela 2: Quantidades máximas de impurezas.
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Tabela 3: Quantidades máximas de impurezas.
• Resistência aos sulfatos
– Visa avaliar o comportamento do agregado perante ciclos gelo-degelo. Apesar da não ocorrência desta situação no Brasil, encontraram outros usos para este tipo de avaliação.
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• Massa específica absoluta
– Tem reflexo direto na massa específica do concreto, já que o agregado contribui com 80% da massa deste, e dos três componentes principais é o único que tem densidades variáveis.
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• Massa específica aparente
– O agregado com distribuição granulométrica que apresenta menor índice de vazios é aquele com a maior massa específica aparente.
• É comum utilizar-se de dois agregados graúdos afim de se obter menor índice de vazios (maior massa específica aparente).
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• Compacidade, porosidade e índice de vazios
– A resistência à compressão, a permeabilidade e a durabilidade do concreto melhoram quando aumenta a compacidade dos agregados, com isto diminui o índice de vazios requerendo menos pasta, tornando o concreto menos dispendioso.P
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• Aderência
– Os grãos de agregado de superfície rugosa apresentam maior resistência ao descolamento da argamassa do que os grãos de superfície lisa.
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• Módulo de finura e superfície específica
– Quanto menor o módulo de finura, ou maior a superfície específica, tanto mais água será necessária para manter a trabalhabilidade e mais cimento para manter o fator A/C (maior quantidade de pasta).
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• Teor de umidade
– Quando da dosagem do concreto é necessário levar em conta o teor de umidade do agregado miúdo que, de um modo geral, em concretos comuns leva da ordem de 15% da água de amassamento.
– No agregado graúdo, exceto se encharcado por água de chuva, o teor de umidade é praticamente nulo.P
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• Absorção
– A água absorvida pelos grãos dos agregados é função da maior ou menor porosidade desses grãos. Depois de misturado o concreto essa água é retirada da de amassamento, alterando assim o fator A/C, se esta não tiver sido considerada na dosagem.
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• Inchamento
– É o aumento de volume de uma determinada massa de agregado causada pela absorção de água.
• É de fundamental importância na dosagem dos materiais em volume, pois conforme a umidade obtém-se diferentes massas de agregados para um mesmo volume.
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• Resistência ao fogo
– Em caso de incêndio o comportamento do concreto depende em grande parte do comportamento do agregado.
– Agregados calcários se comportam bem quando expostos ao calor devido seu baixo coeficiente de dilatação e ao fato de o calcário apresentar reações endotérmicas.P
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– O basalto, assim como a argila expandida e a escória não se alteram com o calor.
– No geral, concretos com alto fator A/C comportam-se muito melhor em caso de incêndio do que os de baixo fator.
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• Isolamento termo-acústico
– Maior densidade do concreto implica em maior condutibilidade térmica e maior redução acústica.
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• Composição granulométrica– Ensaio de granulometria.
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• Composição granulométrica
– Em geral, areias muito grossas podem produzir misturas de concreto:
• ásperas,• não trabalháveis, • mais suscetíveis ao desgaste,• sujeitas à maior exsudação e• de grande permeabilidade.
– Aumentando o consumo de cimento reduz-se estes inconvenientes, mas favorece a retração e aumenta o custo.
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– Enquanto areias muito finas:
• aumentam o consumo de água (portanto o consumo de cimento para um mesmo A/C),
• são anti-econômicas e• existe a possibilidade deste material
impalpável criar uma película sobre os grãos de agregado graúdo, reduzindo assim a aderência massa/agregado.
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– Assim sendo, uma distribuição granulométrica equilibrada produzirá misturas de concretos mais trabalháveis e econômicas.
– Além do fato de proporcionar uma estrutura mais fechada, diminuindo o volume de vazios e, por conseguinte:
• aumentam as resistências mecânicas e• diminuem os espaços por onde podem
penetrar agente agressores tanto da armadura quanto do próprio concreto.P
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Obrigado pela atenção!