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1. PEDRAS NATURAIS 1.1 Definição Do ponto de vista de geologia, denominam-se rochas todos os elementos constituintes da crosta terrestre, quaisquer que sejam sua origem, composição e estrutura. A ABNT define: "Rochas são materiais constituintes essenciais da crosta terrestre provenientes da solidificação do magma ou de rochas vulcânicas ou da consolidação de depósitos sedimentares, tendo ou não sofrido transformações metamórficas. Estes materiais apresentam elevada resistência mecânica, somente modificável por contatos com a água e ar em casos muito especiais. 1.2 Utilização Da rocha podem ser extraídos blocos, matacões, agregados e pedras de construção; nestas últimas encontram-se pedras de alvenaria, guias, paralelepípedos, lajotas e placas de revestimento. 1.3 Histórico Os materiais naturais são os mais antigos utilizados pelo homem pelo fato de poderem ser empregados sem grandes transformações em relação ao seu estado original. É estimado que em 3.000 AC as pedras já eram utilizadas em formas primitivas de construções. Ainda na idade antiga, destacam-se contruções vultuosas como as pirâmides do Egito erigidas com blocos de rochas calcárias. Na idade média, a pedra foi o material estrutural mais importante. A construção de suntuosos castelos medievais e grandes catedrais é uma prova disto. Posteriormente, com o aparecimento das estruturas metálicas no século XIX e o desenvolvimento do concreto armado no século XX, a pedra, como material estrutural, sofreu forte impacto principalmente por não ter uma resistência à tração da mesma ordem de grandeza de sua resistência à compressão. Os novos materiais, em contrapartida, por possuirem boa resistência à tração e compressão propiciaram uma verdadeira revolução nas formas e concepções arquitetônicas. Diante da situação criada, a pedra de construção passou a ter seu campo de aplicação bem definido e limitado: muros de arrimo, fundações pouco profundas, blocos de pavimentação descontínua e agregado componente do concreto de cimento portland ou da mistura betuminosa usada em pavimentação. Mais adiante, a pedra foi utilizada sob novas formas de aplicação, como por exemplo placas de revestimentos de paredes e pisos funcionando, neste caso, não como material suporte ou de base, mas como elemento de acabamento e proteção, devido à sua grande durabilidade e efeito estético inigualável pela cor e textura. Mas é ainda como material agregado que hoje o material ocupa novamente a primeira linha em importância dentre os materiais de construção.

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1.4 Classificação das Rochas 1.4.1 Classificação Geológica a - Rochas ígneas ou magmáticas: Formadas pela consolidação do material proveniente de uma fusão total ou parcial do magma. b - Rochas sedimentares: Formadas pela consolidação de sedimentos transportados e depositados pela água ou pelo vento. c - Rochas metamórficas: Formadas pela alteração gradual das rochas sedimentares ou das rochas ígneas pela ação de calor e altas pressões. 1.4.2 Classificação Tecnológica a - Rochas silicosas: São rochas em que predomina a sílica. Têm as maiores resistências mecânicas e maior durabilidade. b - Rochas calcárias: Predomina o CaCO3. São rochas de boa resistência mas de durabilidade considerada média. c- Rochas argilosas: Predomina a argila. Têm baixíssima resistência mecânica e baixíssima durabilidade. 1.4.3 Classificação combinada Rochas Silicosas: - Ígneas - Sedimentares - Metamórficas Rochas Calcárias: - Metamórficas - Sedimentares Rochas Argilosas: - Sedimentares 1.5 Características Físicas 1.5.1 Massa Específica É a relação entre massa e volume. Massa Específica Aparente ( d1 ): No volume considera-se o material sólido, os vazios permeáveis e impermeáveis. d1 = m / Vap

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Massa Específica Absoluta ( D ): Do volume, eliminam-se todos os espaços vazios. D = m / Vabs Porosidade ( P ): É a relação entre o volume de vazios e o volume aparente do material. P = Vv / Vap => (Vap - Vabs) / Vap => (m/d1 - m/D) / m/d1 P = 1 – d1/D Classificação quanto à porosidade: P < 1% = Rocha muito compacta 1% < P < 2,5% = Rocha com pequena porosidade 2,5% < P < 5% = Rocha com regular porosidade 5% < P < 10% = Rocha bastante porosa 10% < P < 20% = Rocha muito porosa P > 20% = Rocha fortemente porosa Compacidade ( C ): É a relação entre o volume de sólidos e o volume aparente da pedra. C = Vabs / Vap => m/D / m/d1 C = d1/D Permeabilidade: É a propriedade de se deixar atravessar por gases e líquidos. Higroscopicidade: É a propriedade de absorver água por capilaridade. Gelividade: Consiste na transformação em gelo, com consequente aumento de volume, da água infiltrada na pedra. Condutibilidade Térmica: Propriedade relacionada com a velocidade de transmissão de calor. Comparada com os metais, as pedras podem ser consideradas más condutoras de calor, apesar de não poderem ser consideradas bons isolantes térmicos. Comparando-se o desempenho de paredes construidas com diversos materiais de construção quanto ao isolamento térmico e considerando uma parede de 12cm de espessura de tijolo furado rebocada como referência: - Parede de 12cm tijolo furado rebocada = 100% - Parede de 12cm tijolo maciço rebocada = 77% - Parede de 2,5cm de madeira = 67% - Parede de 15cm de concreto = 62% - Parede de 20cm de pedra = 56% Dureza: A escala de dureza de Mohs tem pouca importância no estudo tecnológico das pedras. Praticamente avalia-se a dureza pela maior ou menor facilidade de se deixar serrar, classificando-se as pedras em: a - Brandas: Serradas facilmente por serra de dentes. Ex: Tufos vulcânicos.

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b - Semiduras: Dificilmente serradas por serra de dentes e facilmente pela serra lisa com areia ou esmeril. Ex: Calcários compactos. c - Duras: Só serradas pela serra lisa. Ex: mármores. d - Duríssimas: Dificilmente serradas pela serra lisa, facilmente com serras diamantadas ou com carborundum. Ex: granito. Esta propriedade é importante porque afeta a trabalhabilidade da pedra e está intimamente ligada ao seu custo. 1.6 Características Mecânicas 1.6.1 Resistência à compressão, tração, flexão e cisalhamento: As pedras em geral resistem bem à compressão e mal à tração. Certos fatores influem na resistência como orientação do esforço no caso de rochas estratificadas e umidade. A resistência à compressão é um dado interessante para poder-se avaliar indiretamente as outras propriedades. - Cisalhamento = 1/10 a 1/15 da resistência à compressão. - Tração = 1/20 a 1/40 da resistência à compressão. - Flexão = 1/10 a 1/15 da resistência à compressão. 1.6.2 Desgaste Existem duas maneiras de executar um ensaio de desgaste. Sua escolha está condicionada ao tipo de aplicação desejado da rocha: a - O material é atritado contra um disco horizontal que gira e usa-se um abrasivo, areia ou coríndon ( resistência à abrasão). Este ensaio e recomendado para pedras de revestimento de piso. b - Por desgaste recíproco (atrito) de pedaços de pedra. O ensaio mais conhecido é o de Abrasão Los Angeles e é recomendado para qualificação de agregados para uso em concretos asfálticos ou de cimento Portland. 1.7 Rochas mais comumente empregadas em construção civil 1.7.1 Granito Rocha ígnea muito dura de textura cristalina e de grãos finos ou médios. Tem fratura irregular ou concóide (conchoidal) e é muito comum na natureza. Compõem-se de quartzo, feldspato e mica. A cor predominante do granito depende principalmente do feldspato e

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pode ser rósea, marrom, amarelada, cinza ou azulada. Sua densidade varia de 2,5 a 3,0 e sua resistência à compressão é, em média, 150 MPa. O granito é exelente pedra de construção, desde que não se apresente alterado. Sua resistência mecânica e durabilidade estão entre as maiores em se tratando de pedras utilizadas em construção. Sua dureza, entretanto, dificulta o trabalho da pedra, sendo por isto vantajoso executar-se este trabalho próximo à extração porque a água da pedreira que permanece em seus interstícios e vazios facilita muito a ação das ferramentas. Esta propriedade também é responsável pelo enorme desgaste sofrido pelos britadores e peneiras empregados na produção de agregados. É muito indicado para calçamento, por resistir excepcionalmente bem ao choque e desgaste. Em todas as obras em que predomina os esforços de compressão é aconselhável o seu uso, tais como muros de arrimo, alvenarias e mesmo pontes em arco. Sua utilização principal é como agregado (base de pavimentos, concretos asfálticos e de cimento Portland). Atualmente tem sido muito utilizado como revestimento de pisos e paredes na forma polida por sua aparêcia estética (textura, coloração), resistência ao desgaste e durabilidade. 1.7.2 Gnaisses Rochas metamórficas que caracterizam-se pela xistosidade particular que constitui a estrutura gnáissica. Representam o último grau de alteração de rochas sedimentares e constituem o grupo do paragnaisses ou então provêm do metamorfismo dos granitos e são chamados ortognaisses. Apresentam o aspecto e características físicas e mecânicas semelhantes a dos granitos e portanto possuem praticamento os mesmos usos. 1.7.3 Calcários São rochas sedimentares compostas basicamente por carbonatos de cálcio associados, em certos casos, aos carbonatos de magnésio. Os calcários formados predominantemente por carbonato de cálcio são denominados "calcários calcíticos" e aqueles que apresentam quantidade expressiva de carbonato de magnésio são conhecidos por "calcários dolomíticos ou magnesianos". As pedras calcárias podem ser facilmente distinguidas das demais por três propriedades importantes: a - Calcinam-se pela ação do calor, liberando gás carbônico. CaCO3 + calor = CaO + CO2 b - Atacadas pelos ácidos, desprendem CO2 com efervecência. c - São facilmente riscadas pelo canivete (grau 3 na escala de Mohs). São utilizadas como revestimento, na produção de aglomerantes (cal e cimento Portland) e, em algumas regiões, como agregados.

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1.7.4 Mármores São rochas originadas do metamorfismo dos calcários. Apresentam as mesmas propriedades anteriormente descritas para o calcário. Sua principal utilização em construção civil e no revestimento de interiores sob forma de placas. Apresentam durabilidade e resistência à abrasão inferiores as do granito. 1.7.5 Basalto Rocha ígnea constituida à base de feldspato. Utilizado em calçamentos, é uma rocha de coloração cinza escuro que tem grande resistência e dureza. Como agregados apresentam algumas caracteríticas importantes: a primeira, a grande dureza que provoca desgastes importantes nos britadores (menos importantes dos que os observados nos granitos); a segunda, a forma dos grãos predominantemente lamelares. Em compensação, devido ao seu fraturamento natural, exige menos explosivos na exploração das pedreiras para a produção de agregados. Isto faz com que seu custo de produção seja geralmente inferior aos agregados graníticos. A sua massa específica é da ordem de 2,8 a 3,0 kg/dm3 e sua resistência à compressão pode alcançar valores da ordem de 200MPa. Pode ser empregado em forma de placas polidas para revestimento de pisos onde haja grande afluência de trânsito de pedestres, por sua grande resistência à abrasão. Em forma bruta (sem polimento), é usado como piso em placas esquartejadas para jardins e em torno de piscinas. 1.8 Exploração de Pedreiras Pedreira é a denominação dada a uma jazida de material pétreo explorada. 1.8.1 Critérios para escolha de uma pedreira a - Qualidade: Verificado por observação direta ou estudo petrográfico. b - Quantidade e custo para remoção da capa de solo: A quantidade pode ser determinada por sondagens e topografia (curvas de nível e levantamento de seções). c - Situação: - Local onde se acha a pedreira: Facilidade para a construção da praça de serviço; presença de água (refrigeração e seneamento do pessoal). - Acesso às vias de comunicação. - Distância ao centro consumidor. - Vizinhança de habitação. - Disponibilidade de pessoal técnico e operário na região. - Vulto dos trabalhos de regularização e drenagem. - Rede de energia elétrica e água encanada. 1.8.2 Exploração

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- Céu aberto. - Subterrânea. - Mista. 1.9 Classificação quanto às dimensões Bloco de rocha: É todo o pedaço de rocha com mais de 1m de diâmetro. Matacão: Pedaço de rocha cujo diâmetro está compreendido entre 1m e 25cm. Pedra: Pedaço de rocha com diâmetro entre 25 e 7,6cm. Pedregulho: Pedaço de rocha com diâmetro entre 7,6cm e 4,8mm. Areia: Diâmetro entre 4,8 e 0,05mm. Silte: Diâmetro entre 0,05 e 0,005mm. Argila: Diâmetro abaixo de 0,005mm.

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2. AGREGADOS 2.1 Definição e aplicações Entende-se por agregado o material granular, sem forma e volume definidos, geralmente inerte, de dimensões e propriedades adequadas para uso em obras de engenharia. São agregados as rochas britadas, os fragmentos rolados no leito dos cursos d'água e os materiais encontrados em jazidas, provenientes de alterações de rochas (areias). Geralmente eram classificados como naturais, aqueles que já são encontrados na natureza sob a forma de agregados (Ex: areias e seixos) e artificiais os que necessitam de um trabalho de afeiçoamento pela ação do homem afim de chegar à situação de uso como agregado (Ex: britas e pós-de-pedra). Contudo, a NBR 7211:2005 classifica todos os tipos anteriormente citados como de origem natural guardando a designação artificiais aos obtidos por processos industriais e para aqueles originados a partir de materiais sintéticos tais como produtos ou rejeitos industriais (Ex: argila expandida e escória moída). O presente capítulo abordará apenas os agregados de origem natural de acordo com a definição da citada norma. Os agregados são utilizados em lastros de vias férreas, bases para calçamentos, entram na composição de material para revestimentos betuminosos, como material de drenagem e para filtros e, finalmente, como material granuloso e inerte na confecção de argamassas e concretos. Sem dúvida, é a sua utilização em concreto a considerada mais importante e foco das atenções deste documento. 2.1.1 Agregados obtidos de jazidas naturais A qualidade dos agregados obtidos de jazidas naturais está intimamente ligada à sua origem geológica. De acordo com esta origem, as jazidas classificam-se em: Residuais: São os depósitos encontrados nas proximidades da rocha matriz. Possuem, em geral, granulometria contínua mas também grande quantidade de impurezas. Eólicas: São depósitos de materiais finos, com granulometria fina e uniforme, porém com grande pureza. Os grãos possuem formato esférico. São formados pela ação do vento (dunas). Aluviais: São depósitos formados pela ação transportadora das águas podendo ser fluviais ou marítmos. Os marítmos, em geral, apresentam granulometria uniforme (fina ou grossa) enquanto que os fluviais são normalmente os melhores agregados encontrados na natureza por possuírem uma granulometria razoavelmente contínua e poucas impurezas. Geralmente possuem uma deficiência de grãos muito finos. Os agregados aluviais podem ser encontrados em diversos tipos de jazida, assim denominadas: Bancos: Quando a jazida se forma acima do leito do terreno. Minas: Quando formada em subterrâneo. Jazidas de rio: Podem formar-se nos leitos e nas margens de cursos d'água. Jazidas de mar: Praias e fundos do mar.

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Para facilitar a localização de uma jazida de rio (areia ou seixo), pode-se adotar as seguintes regras: a- Quando na sondagem se constata a presença de material fino, sabe-se que a juzante não deve haver areia ou pedregulho. b- Areia ou pedregulho no leito atual do rio indicam que há material análogo no vale, caso este se estenda em planície. c- Areia e pedregulho podem ser encontrados no ponto onde o rio se alarga, reduzindo sua velocidade. d- Quando um rio tem a capacidade de transportar areia e pedregulho desemboca em outro de menor velocidade, aí há depósito destes materiais. e- No caso de rios de baixa velocidade onde existam meandros, a existência de agregados no leito indica a existência de depósitos nas partes internas dos meandros. f- A existência de areia em rios está ligada ao tipo de rocha matriz que existe na região. Ex: granito: areia; basalto: argila. 2.1.2 Agregados naturais de britagem 2.1.2.1 Etapas de produção Agregados naturais de britagem são agregados obtidos através da redução de tamanho de pedras grandes, geralmente por trituração em equipamentos mecânicos (britadores). A sequência da operação de produção dos agregados naturais de britagem é, em geral: a- Extração da rocha: Produz-se blocos de grandes dimensões. b- Fragmentação secundária: Reduz-se o tamanho dos blocos a dimensões adequadas para o britamento primário, geralmente de mandíbula. Pode-se utilizar fogachos ou massas metálicas em queda nesta etapa. c- Transporte: Da pedreira, os fragmentos são transportados por meio de correias ou transporte rodoviário (mais oneroso) para o britador primário. d- Britador primário: Reduz o tamanho dos fragmentos. Geralmente são utilizados britadores de mandíbula (movimento alternado). Os britadores de mandíbula fragmentam a pedra, esmagando-a de encontro à superfície triturante fixa, por meio de superfície triturante de movimento alternado (mandíbula móvel).A pedra, sendo triturada, vai baixando pelo funil a cada afastamento da mandíbula móvel. Em geral, os britadors comuns são de duplo efeito. Estes possuem a vantagem de consumir menos mandíbulas. e- Transporte: Do britador primário, os fragmentos de rocha são levados ao britador secundário. f- Britador secundário: Leva os fragmentos à sua dimensão final. Normalmente são empregados britadores de movimento contínuo (girosféricos, de rolo ou martelo). Nos britadores girosféricos, a superfície triturante fixa é a superfície interna da cavidades cônica e a móvel é a parte externa do pinhão côncavo, que se afasta e se aproxima da cavidade cônica, devido a um excêntrico.

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Nos britadores de rolo, a britagem é feita por dois rolos separados de um pequeno intervalo que giram em sentidos contrários, podendo ter as superfícies lisas, corrugadas ou dentadas (uma ou as duas). Nos britadores de martelo, o material é jogado por pás móveis contra a superfície interna do britador, dando-se, no choque, o fracionamento. Atualmente, principalmente no caso de rochas basálticas, existe uma tendência ao uso dos britadores VSI, que se caracterizam por britar rocha contra rocha o que torna os grãos dos agregados mais regulares (menos lamelares) e aumentam a produção de material fino (abaixo de 4,8mm). Esses britadores apresentam um maior consumo de energia elétrica por tonelada de material britado mas seu uso é crescente principalmente nas plantas que produzem agregados miúdos para uso em concreto.

Figura 2.1: Britador do tipo VSI Barmac (Metso Minerals, 2004). g- Peneiramento: Separa os grãos em tamanhos diferentes, conforme exigências de norma ou comerciais. As peneiras empregadas na classificação da pedra britada podem ser: Cilíndricas rotativas: A peneira cilíndrica rotativa é constituida de chapas de aço perfuradas e enroladas em forma cilíndrica, com inclinação de 4 a 6 graus. O refugo sai pela parte de baixo e pode ser rebritado. A peneira é formada de várias seções, com diâmetro de furo crescente, da boca para a saída. Apresenta os seguintes inconvenientes: - Pequena fração da superfície é aproveitada: a área útil é de 1/10 da total; - Lenta: 10 a 25 r.p.m.: Não pode ter velocidade maior porque a força centrífuga prejudica a classificação, nem menor senão o material não escoa através do peneirador; - Custo e manutenção elevados devidos ao desgaste uma vez que as peneiras de diâmetro menor, e portanto as menos resistentes, recebem as maiores cargas; - Classificação deficiente; - Paradas frequentes para manutensão.

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Planas vibratórias: São mais modernas, com inclinação de aproximadamente 15 graus. São formadas de caixilhos superpostos. Apresentam as seguintes vantagens: - Pedras maiores não vão às peneiras mais fracas (menor desgaste); - Classificação rigorosa; - Pequeno espaço ocupado; - Fácil substituição das telas; - Maior aproveitamento da superfície; - Menor potência necessária. h- Lavagem: Operação executada quando existe uma quantidade excessiva de finos e principalmente quando a rocha matriz se encontra parcialmente alterada (presença de argila). i- Estocagem: Os agregados vão para depósitos a céu aberto ou para silos. 2.1.2.2 Produção de areia industrial

O processo de produção da areia industrial de maior utilização é bastante simples. A Figura 2.2 mostra uma vista geral de uma unidade de produção. A matéria prima utilizada é o material passante na peneira 4,8mm denominado comercialmente como pó-de-pedra. Em condições normais de produção da pedreira, este material, que é o resíduo da produção de britas, é estocado em pilhas e sua utilização principal é em pavimentação. No caso da produção da areia indrustrial, é coletado diretamente abaixo da peneira 4,8mm (ou conduzido primeiramente a uma peneira de menor abertura para peneiramento sob jato de água) e conduzido, através de uma calha, para um sistema de eliminação do excesso de material pulverulento, que geralmente ultrapassa 10% para rochas graníticas (Figura 2.3). O sistema é formado por um tanque dotado de uma roda d´água. Este tanque, que é alimentado continuamente com água, possui um extravasor que mantém o nível da água constante. A roda d´água possui câmaras cujo fundo é formado por telas de pequena abertura. O giro da roda d´água faz com que as câmaras captem porções do material imerso (Figura 2.4) que, ao elevarem-se acima do nível da água do tanque, permitem a drenagem através das peneiras (Figura 2.5). No líquido drenado é eliminada parte do pó. O material remanescente das câmaras é basculado sobre uma calha que conduz a uma pilha (Figuras 2.6a e 2.6b). Esta pilha é removida periodicamente e o material transferido para um depósito maior. A água contaminada com o material pulverulento que sai continuamente do extravasor é conduzida a um tanque de sedimentação (Figuras 2.7, 2.9 e 2.9 Figuras 2.7a, 2.7b e 2.7c). Na saída deste tanque, é feito o bombeamento da água reciclada para o sistema de lavagem do agregado.

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Figura 2.2 – Vista geral de uma unidade de produção de areia industrial

Figura 2.3 – Transportadora e chegada do pó-de-pedra no sistema de eliminação do

material pulverulento

Figura 2.4 – Câmaras da roda d’água captando porções do material imerso na água para

eliminação do material pulverulento

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Figura 2.5 – Drenagem do material com a elevação das câmaras da roda d’água.

(a) (b) Figura 2.6 – Material resultante do processo de lavação e drenagem do pó-de-pedra

(a) Transporte (b) Pilha de coleta.

(a) (b) (c)

Figura 2.7 – Coleta da água da lavação do pó-de-pedra (a) Extravasor (b)Chegada ao tanque de sedimentação (c) Tanque de sedimentação.

Esse processo de produção traz alguns problemas. O principal é a dificuldade de destinação da lama captada nos tanques de sedimentação. Além disso, é de baixa produtividade. Se os agregados assim produzidos forem depositados imediatamente em silos para a utilização posterior (ex: fábricas de pré-moldados e centrais de concreto) apresentam dificuldade de serem manipulados devido à sua angulosidade e umidade excessiva dificultando operações

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de pesagem. Algumas pedreiras já têm adotado outros sistemas que recolhem o material pulverulento a seco por meio de exaustores instalados na linha de britagem levando a uma maior produção e tornando mais fácil o uso do pó residual. 2.2 Propriedades 2.2.1 Considerações iniciais Os agregados possuem diversas características e propriedades cujo conhecimento e entendimento são fundamentais para a sua aplicação em concretos e argamassas. Dentre elas, pode-se destacar: composição granulométrica, massa específica, massa unitária, umidade, inchamento, impurezas, forma das partículas e reatividade. A seguir, serão estudadas cada uma destas características. 2.2.2 Composição granulométrica 2.2.2.1 Definições Denomina-se composição granulométrica de um agregado a proporção relativa, expressa em percentagem, dos diferentes tamanhos de grãos que constituem o material. Esta composição granulométrica tem uma grande influência nas propriedades futuras das argamassas e concretos confeccionados com este agregado. É determinada por peneiramento, através de peneiras com determinadas aberturas, constituindo uma série padrão. No Brasil são utilizadas peneiras com malhas de forma quadrada e uma sequência tal que o lado de cada abertura tenha sempre o dobro do lado da abertura da malha da peneira anterior, começando pela peneira 0,15mm. Estas são denominadas peneiras da série normal. Existem outras peneiras com aberturas diferentes das da série normal utilizadas para a caracterização de dimensões características máximas e mínimas das partículas. Estas constituem a série intermediária. A composição granulométrica de um agregado pode ser expressa pelo material que passa ou pelo que fica retido, por peneira ou acumulado. Dos ensaios de peneiramento determina-se os seguintes parâmetros: - Dimensão Máxima Característica: Corresponde à abertura de malha, em mm, da peneira da série normal ou intermediária, a qual corresponde uma percentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa. - Dimensão Mínima Característica: Corresponde à abertura de malha, em mm, da peneira da série normal ou intermediária, a qual corresponde uma percentagem retida acumulada igual ou imediatamente superior a 95% em massa. - Módulo de Finura: É o valor da soma das percentagens retidas acumuladas nas peneiras da série normal, dividido por 100.

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Tabela 2.1: Sequência de peneiras da série normal e intermediária (NBR 7211/2005)

Série Normal- Abertura (mm) Série Intermediária- Abertura (mm) 76 -- -- 63 -- 50 37,5 -- -- 31,5 -- 25 19 -- -- 12,5 9,5 -- -- 6,3 4,75 -- 2,36 -- 1,18 -- 0,6 -- 0,3 -- 0,15 --

Quanto à sua composição granulométrica, os agregados podem ser assim classificados segundo a NBR 7211:2005: Miúdos: Aqueles cujos grãos passam pela peneira ABNT 4,75mm e ficam retidos na peneira 0,15mm. Graúdos: Aqueles cujos grãos passam por uma peneira de malha quadrada com abertura nominal de 75mm e ficam retidos na peneira ABNT 4,75mm. Agregado total: Agregado resultante da britagem de rochas cujo beneficiamento resulta numa distribuição granulométrica constituída por agregados graúdos e miúdos ou por mistura intencional de agregados britados e areia natural ou britada. Associando a composição granulométrica à origem dos agregados, pode-se assim denominá-los: Areia natural: agregado miúdo proveniente de jazidas naturais. Areia de britagem: Agregado miúdo proveniente da britagem de rochas em pedreiras. É também comercialmente conhecida como areia industrial. Brita: Agregado graúdo proveniente de britagem de rochas em pedreiras. Seixo Rolado: Agregado graúdo proveniente de leitos de rio ou regiões adjacentes. São também conhecidos como pedregulhos. 2.2.2.2 Limites granulométricos do agregado miúdo para a utilização em concreto A granulometria, determinada segundo a NBR NM 248, deve atender aos limites estabelecidos na Tabela 2.2. Podem ser utilizados como agregado miúdo para concreto materiais com distribuição granulométrica diferente das zonas estabelecidas na Tabela 2.2, desde que estudos prévios de dosagem comprovem sua aplicabilidade. Tabela 2.2: Limites granulométricos de agregado miúdo (NBR 7211:2005)

Porcentagens Retidas Acumuladas

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Abertura Limites Inferiores Limites Superiores (mm) Zona utilizável Zona Ótima Zona Ótima Zona utilizável

9,5 0 0 0 0 6,3 0 0 0 7 4,75 0 0 5 10 2,36 0 10 20 25 1,18 5 20 30 50 0,6 15 35 55 70 0,3 50 65 85 95 0,15 85 90 95 100 Notas: 1. O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90 2. O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20 3. O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50

A questão relacionada com a curva granulométrica ideal dos agregados miúdos para concreto tem sido objeto de muita discussão e falta de consenso. Iste se reflete nas mudanças dos limites granulométricos recomendáveis no Brasil, ao longo das últimas décadas. A Tabela 2.3 apresenta os limites preconizados na versão anterior dessa norma, datada de 1983. Tabela 2.3: Limites granulométricos de agregado miúdo (NBR 7211/83)

Porcentagens Retidas Acumuladas

Abertura (mm) Zona 1 (muito fina)

Zona 2 (fina)

Zona 3 (Média)

Zona 4 (Grossa)

9,5 0 0 0 0 6,3 0 - 3 0 - 7 0 - 7 0 - 7 4,8 0 - 5 (A) 0 - 10 0 - 11 0 - 12 2,4 0 - 5 (A) 0 - 15(A) 0 - 25(A) 5(A) - 40 1,2 0 - 10 (A) 0 - 25(A) 10(A) - 45(A) 30(A) - 70 0,6 0 - 20 21 - 40 41 - 65 66 - 85 0,3 50 - 85(A) 60(A) - 88(A) 70(A) - 92 (A) 80(A) - 95 0,15 85(B) - 100 90 (B) - 100 90(B) - 100 90(B) - 100

(A) Pode haver uma tolerância de até um máximo de 5 unidades (%) em um só dos limites marcados com a letra A ou distribuidos em vários deles (B) Para agregado miúdo resultante de britamento, este limite poderá ser 80 Considerações: A NBR 7211/83, que estabelece os limites para as faixas granulométricas apresentadas na Tabela 2.3, apresenta algumas ressalvas. Dentre elas, cita que podem ser utilizadas areias cuja granulometria não se enquadre em qualquer uma das zonas indicadas, desde que sejam realizados estudos prévios de dosagem ou então a faixa granulométrica seja de uso consagrado em determinada região. Isto significa que a recomendação destas faixas tem um caráter mais de orientação do que de restrição. Outro aspecto que deve ser observado é que essa versão da norma brasileira não enfatiza a diferença nas características dos concretos quando se adota um agregado pertencente a uma ou outra faixa. Por exemplo, se for empregada uma areia da Zona 1 (muito fina), os

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concretos apresentarão uma maior demanda de água na mistura fresca para atingir uma determinada trabalhabilidade, podendo também apresentar segregação. Já se a areia escolhida for da Zona 4, a demanda de água será mais baixa mas as misturas ficarão mais ásperas,com baixa coesão e segregáveis. Assim sendo, recomendava-se que fossem utilizadas, quando possível, areias com composição granulométrica pertencentes a Zona 3, com módulo de finura entre 2,4 a 3,0. A antiga norma brasileira EB-4, em vigor no Brasil até 1983, e principalmente a norma americana ASTM C 33 apresentam recomendações de faixas de curvas granulométricas muito mais restritas do que aquelas propostas pela NBR 7211/83. A Tabela 2.4 apresenta estas faixas. Deve ser ressaltado o motivo da mudança de requisitos da norma brasileira ocorrido em 1983. A norma anterior buscava especificar faixas mais adequadas ao uso em concreto da época enquanto que a NBR 7211/83 buscava regularizar o uso já consagrado de areias de diferentes granulometrias que ocorria e ainda ocorre no país. Pela experiência atual, entretanto, pode-se afirmar com confiança que os agregados classificados pela EB-04 como pertencentes à Zona Ótima não são os mais adequados para os concretos convencionais atuais (muito grossos). Os enquadrados na Zona utilizável seriam mais adequados, pois os limites desta faixa granulométrica em muito se assemelham com os da Zona 3 da NBR 7211/83, como os da Zona Ótima da NBR 7211:2005 e com os da ASTM C 33. Tabela 2.4: Faixas granulométricas recomendadas pela EB-4 e ASTM C 33.

Porcentagens Retidas Acumuladas

EB-4

Abertura (mm) Zona Ótima Zona Utilizável ASTM C-33 9,5 0 0 0 4,8 3 - 5 0 - 3 0 - 5 2,4 29 - 43 15 - 29 0 - 20 1,2 49 - 64 23 - 49 15 - 50 0,6 68 - 83 42 - 68 40 - 75 0,3 83 - 94 73 - 83 70 - (90)* 0,15 93 - 98 88 - 93 90 - (98)**

* ,** : Estes valores podem passar para 95 e 100% quando o consumo de cimento for maior que 300kg/m3 ou 240kg/m3 com ar incorporado. Outro comentário que merece ênfase é que as prescrições da NBR 7211/83 foram visivelmente baseadas em uma outra norma que apresenta limites para faixas granulométricas para os agregados miúdos: BS 882: 1973 (Tabela 2.5), uma vez que esta foi publicada 10 anos antes. Lá, os limites granulométricos foram ampliados devido a predominância de areias finas no Reino Unido. Deve ser salientado que esta norma sofreu uma atualização em 1992 onde houve um aumento das restrições às faixas granulométricas recomendadas, em relação à versão anterior. Tabela 2.5: Faixas granulométricas recomendadas pela BS 882: 1973.

Porcentagens Retidas Acumuladas

Abertura (mm) Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 Faixa 4

18

9,5 0 0 0 0 4,75 0 - 10 0 - 10 0 - 10 0 - 5 2,36 5 - 40 0 - 25 0 - 15 0 - 5 1,18 30 - 70 10 - 45 0 - 25 0 - 10 0,6 64 - 85 41 - 65 21 - 40 0 - 20 0,3 80 - 95 70 - 92 60 - 88 50 - 85 0,15 90* - 100 90* - 100 90* - 100 85* - 100

* Para agregados artificiais provenientes de britagem de rocha, o limite pode ser diminuido em até 20%. De um modo geral, pode-se afirmar que é possível utilizar-se areias fora das faixas recomendadas pela NBR 7211:2005. Entretando, durante o processo de dosagem do concreto, esta deficiência em granulometria deve ser compensada na definição da relação entre o agregado graúdo e miúdo que deve ser tanto maior quanto mais fino o agregado miúdo. Além disso, o uso de agregados miúdos mais grosseiros produz misturas ásperas e é necessário um teor elevado de areia para se conseguir maior trabalhabilidade. Esta areia é mais apropriada para misturas ricas ou para uso em concretos de baixa trabalhabilidade. O uso de areias muito finas geralmente implica num aumento da demanda de água nos concretos e argamassas mas pode-se reduzir o teor de argamassa nos concretos o que, de certa forma, diminui o problema. Este assunto será tratado com mais profundidade no Capítulo 4. 2.2.2.2.1 Composição de agregados miúdos Como foi visto no ítem anterior, areias das mais diversas granulometrias podem ser utilizadas para concreto. Deve ser lembrado que a definição do agregado miúdo deve ser baseada em critério econômico, ou seja, muitas vezes é preferível utilizar uma areia com uma granulometria menos favorável mas mais barata do que trazer uma areia de melhor granulometria de uma jazida distante, pois o custo de transporte passa a ser determinante da escolha. Entretanto, volta-se a enfatizar que existem certos limites ou faixas granulométricas em que se consegue melhores resultados em termos de dosagem, quer sob o ponto de vista técnico ou econômico. Devido a isto, sempre que possível, é interessante que se façam composições de agregados miúdos de modo a obter uma mistura com características granulométricas o mais próximo possível das especificações da Zona Ótima (NBR 7211:2005) ou ASTM C 33. Isto quer dizer que as vezes é possível conseguir-se um bom agregado miúdo a partir de uma mistura de dois materiais inadequados ou menos adequados (um fino e um grosso). A seguir é apresentado um procedimento gráfico para a determinação da composição entre dois agregados. Procedimento: De posse do resultado da análise granulométrica do dois agregados miúdos com os quais deseja-se compor a mistura, e da faixa de referência, deve-se traçar as curvas granulométricas (% retidas acumuladas) num gráfico como o apresentado nas Figura 2.8 e 2.9.

19

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4,752,361,180,60,30,15

Abertura de peneiras (mm)

% r

etid

a ac

um

ula

da

Zona Ótima

ASTM C-33

Figura 2.8: Faixas granulométricas recomendadas para composição de agregados miúdos pela NBR 7211:2005 e ASTM C 33. Após a plotagem das curvas, o que se procurará fazer num procedimento gráfico é compor uma mistura cujo resultado se enquadre dentro de qualquer uma das faixas acima expostas. Deve-se então executar o seguinte procedimento: - Sobre as linhas verticais correspondentes a abertura das diversas peneiras, dividir o segmento de reta que une os pontos de interseção das curvas granulométricas plotadas dos agregados em 5 ou 10 partes; - Unir os pontos obtidos das divisões sobre os segmentos de reta de forma que cada curva obtida represente misturas entre os agregados, num variação de 10 em 10% ou 20 em 20%. - Detectar visualmente qual das curvas melhor se enquadra na faixa granulométrica usada como referência. A % de mistura dos dois agregados miúdos será aquela que gerou esta curva. A seguir é apresentado um exemplo prático para ilustrar a metodologia proposta. Exemplo: Compor uma mistura entre duas areias de modo a se obter um agregado miúdo mais adequado para o uso em concreto. Usar como referência a curva da NBR 7211:2005.

AREIA A

AREIA B

# massa ret. (g)

% retida % retida acumul.

# massa ret. (g)

% retida % retida acumul.

9,5 0 0 0 9,5 0 0 0 6,3 0 0 0 6,3 50 10 10 4,8 0 0 0 4,8 20 4 14 2,4 0 0 0 2,4 80 16 30 1,2 28 7 7 1,2 100 20 50 0,6 92 23 30 0,6 110 22 72 0,3 100 25 55 0,3 115 23 95

0,15 100 25 80 0,15 25 5 100 F 80 20 100 F 0 0 100

Soma 400 100 Soma 500 100

20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

9,56,34,752,361,180,60,30,15

Abertura de peneiras (mm)

% r

etid

as a

cum

ula

das Zona Ótima

Areia A

Areia B

80% A - 20% B

60% A - 40% B

40% A - 60% B

20% A - 80% B

Figura 2.9: Diagrama da composição dos agregados. Como pode ser visto, nenhuma composição se enquadraria totalmente na faixa granulométrica recomendada. Uma mistura aceitável seria então 40% da areia A e 60% da areia B uma vez que se obteria uma curva granulometrica aproximadamente centrada, sendo ligeiramente mais fina do que o desejável na peneira 0,15 e ligeiramente mais grossa nas peneiras 4,75 e 6,3. Obs: No caso de não existir nenhuma composição que caia inteiramente na faixa granulométrica recomendada, deve-se escolher aquela que se enquadre pelo menos na faixa correspondente as meneiras de menor diâmetro (0,15 e 0,3) e que fuja o menos possível na faixa correspondente as peneiras de maior abertura. Utilizando-se esse critério, uma mistura de 50% da areia A e 50% da areia B seria a mais indicada. 2.2.2.3 Limites granulométricos para o agregado graúdo A amostra representativa de um lote de agregado graúdo, coletada de acordo com as NM 26:2000 e NM 27:2000, deve satisfazer os limites prescritos na Tabela 2.6. A designação das faixas e os limites impostos na Tabela 2.6 substituiram os constantes na Tabela 2.7 e ainda causam confusão em termos comerciais. Ainda é comum se especificar os agregados graúdos pela sua graduação (Brita 0, brita 1, etc). Pode-se observar nos valores da Tabela 2.7 que os limites granulométricos das diferentes graduações sugerem granulometrias uniformes ou seja, que numa determinada peneira, o valor desejável é zero e na próxima (ou subsequente), 100%. Por exemplo, uma brita 1 ideal deveria apresentar 0% retido na peneira 19mm e 100% na peneira 9,5mm. Neste caso, a faixa especificada, 0 – 10 % na peneira 19mm indica o nível de tolerância por contaminação de grãos maiores que ocorre normalmente nas pedreiras por deficiências no processo de peneiramento. Do mesmo modo, na peneira 9,5mm, a faixa 80 – 100% indica que o nível de contaminação por grãos menores, decorrente de peneiramento incipiente (excesso de material sobre a peneira) é de no máximo 20%. A atual designação mantém

21

esse mesmo enfoque, apenas trabalhando com dimensões características mínimas e máximas. Tabela 2.6: Limites granulométricos de agregado graúdo (NBR 7211:2005)

% Ret. Acum.

Porcentagem, em massa, retida acumulada Zona granulométrica - d/D1

# (mm) 4,75/12,5 9,5/25 19/31,5 25/50 37,5/75 75 - - - - 0 - 5 63 - - - - 5 – 30 50 - - - 0 - 5 75 – 100

37,5 - - - 5 – 30 90 – 100 31,5 - - 0 - 5 75 – 100 95 – 100 25 - 0 - 5 5 – 252 87 – 100 - 19 - 2 – 152 652 – 95 95 – 100 -

12,5 0 - 5 402 - 652 92 – 100 - - 9,5 2 – 152 802 – 100 95 – 100 - - 6,3 402 - 652 92 – 100 - - - 4,75 802 – 100 95 – 100 - - - 2,36 95 – 100 - - - - 1) Zona granulométrica correspondente à menor (d) e à maior (D)

dimensões do agregado graúdo. 2) Em cada zona granulométrica deve ser aceita uma variação de no

máximo cinco unidades percentuais em apenas um dos limites marcados com 2. Essa variação pode também estar distribuída em vários desses limites.

Tabela 2.7: Limites granulométricos de agregado graúdo (NBR 7211/83)

% Ret. Acum.

Graduação

# (mm) 0 1 2 3 4 5* 76 - - - - 0 - 64 - - - - 0 – 30 - 50 - - - 0 75 – 100 - 38 - - - 0 – 30 90 – 100 - 32 - - 0 75 – 100 95 – 100 - 25 - 0 0 – 25 87 – 100 - - 19 - 0 – 10 75 – 100 95 – 100 - -

12,5 0 - 90 – 100 - - - 9,5 0 – 10 80 – 100 95 – 100 - - - 6,3 - 92 – 100 - - - - 4,8 80 – 100 95 – 100 - - - - 2,4 95 – 100 - - - - -

* Valores devem ser acordados entre fornecedor e cliente 2.2.2.3.1 Composição de agregados graúdos

22

Em alguns tipos de obra, é recomendável a composição de dois ou mais agregados graúdos. Isto é particularmente interessante em concretos massa destinados a obras de grandes volumes, onde a dimensão máxima característica destes agregados é de 76mm ou até mais. Neste caso, existem faixas granulométricas recomendadas e processos de composição de agregados que levam a misturas que se enquadram nestas faixas. Em concretos estruturais convencionais, objeto desta publicação, a dimensão máxima característica dos agregados graúdos dificilmente ultrapassa 25mm. Neste caso, é comum apenas, em certas situações, compor-se misturas de agregados de graduação 0, 1 e 2 (ou 4,75/12,5; 9,5/25 e 19/31,5). O critério mais utilizado é o da máxima massa unitária compactada, ou seja, a mistura ideal entre os dois agregados será aquela que proporcionar um menor volume de vazios intergranulares a ser preenchido posteriormente por argamassa no concreto. Este procedimento é recomendado no método de dosagem da ABCP e será melhor explicado posteriormente. 2.2.3 Análise granulométrica de um agregado total (ou mescla) Quando o agregado em estudo é uma mescla (mistura de agregado graúdo e miúdo) a análise granulométrica deve ser procedida em separado (fração miúda e fração graúda). Procedimento: Primeiramente procede-se o peneiramento do agregado na sequência de peneiras destinadas aos agregados graúdos. Se, neste ensaio ficar retida na peneira 4,8mm uma percentagem retida acumulada maior que 15% ou menor que 85%, deve-se fazer as seguintes considerações: - Adotar como peso da fração graúda o somatório dos pesos retidos nas peneiras com abertura maior ou igual a 4,8mm. Sobre este peso se calculará as porcentagens retidas e retidas acumuladas e se determinará as dimensões máximas e mínimas características e módulo de finura. - Do material passante na peneira 4,8mm, se extrairá uma amostra representativa de aproximadamente 0,5kg (superior a 0,3kg) e com ela se efetuará o estudo de granulometria da fração miúda. O relatório final do ensaio deverá apresentar: - % da fração graúda do agregado total, suas dimensões máxima e mínima características e módulo de finura; - % da fração miúda do agregado total, suas dimensões máxima e mínima características e módulo de finura. 2.2.3 Umidade dos agregados O conhecimento do teor de umidade é de suma importância no estudo dos agregados, principalmente dos miúdos devido ao fenômeno do inchamento. Além disso, a água contida na superfície dos grãos de um agregado influencia na quantidade de água que precisa ser adicionada em um concreto para proporcionar a trabalhabilidade adequada e a resistência estabelecida no processo de dosagem. O teor de umidade é definido como a razão entre a massa de água contida numa amostra e a massa desta amostra seca. O resultado normalmente é expresso em porcentagem. De acordo com o teor de umidade, pode-se considerar o agregado nos seguintes estados:

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Figura 2.9: Diferentes condições de umidade dos agregados - Seco em estufa: Toda a umidade, externa ou interna, foi eliminada por um aquecimento a 100oC; - Seco ao ar: Quando não apresenta umidade superficial, tendo porém umidade interna sem, todavia, estar saturado; - Saturado Superfície Seca: Quando a superfície não apresenta água livre estando, porém, preenchidos de água os vazios permeáveis das partículas dos agregados; - Saturado: Quando apresenta água livre na superfície. O teor de umidade no estado saturado superfície seca é denominado absorção. Essa absorção pode definida como a diferença entre a umidade total e umidade superficial de um agregado. É geralmente muito baixa podendo atingir, em casos excepcionais, a 2%. A determinação da umidade pode ser feita pelos seguintes meios: a) Secagem em estufa b) Secagem por aquecimento ao fogo c) Frasco de Chapman d) Picnômetro e) Aparelhos especiais (Ex: Speedy moisture tester) f) Microondas g) Sensores elétricos Uma descrição sucinta destes métodos está apresentada no item 2.3.5. 2.2.4 Massa específica A NM 52:2002 apresenta definições de vários parâmetros relativos a massa específica dos agregados: Massa específica (d3): É a relação a massa de um agregado seco e seu volume (volume de seus grãos excluindo os poros permeáveis); Massa específica aparente do agregado seco (d1): É a relação a massa de um agregado seco e seu volume (volume de seus grãos incluindo os poros permeáveis);

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Massa específica aparente do agregado saturado superfície seca (ds): É a relação a massa de um agregado saturado superfície seca e seu volume (volume de seus grãos incluindo os poros permeáveis); Massa específica relativa: É aquela relacionada à massa específica da água. É uma grandeza adimencional. Seria o que em Física se denomina densidade. Em tecnologia do concreto, é a massa específica aparente do agregado seco (d1) o parâmetro de maior importância. Seu valor é utilizado no cálculo do consumo de materiais em concretos e argamassas. Segundo esta propriedade, os agregados podem ser assim classificados: Leves: Aqueles que possuem a massa específica aparente menor que 2kg/dm3. Ex: Pedra-pome, vermiculita e argila expandida. Normais: Aqueles cuja massa específica esteja na faixa de 2 a 3kg/dm3. Ex: Areias quartzozas, seixos, britas de granito. Pesados: Aqueles com massa específica acima de 3kg/dm3. Ex: Minérios de barita, limonita e magnetita. O procedimento para a determinação da massa específica está descrito no item 2.3.2. 2.2.5 Massa unitária: É a massa por unidade de volume unitário, incluindo neste o volume aparente dos grãos e dos vazios intergranulares. A massa unitária tem grande importância na tecnologia pois é por meio dela que pode-se converter as composições das argamassas e concretos dadas em massa para volume e vice-versa. O teor de umidade influencia grandemente a massa unitária dos agregados miúdos devido ao fenômeno do inchamento, que será abordado no ítem 2.2.6. A massa unitária no estado solto de uma areia média está em torno de 1,5kg/dm3, em estado seco. As areias finas têm massas unitárias da ordem de 1,4kg/dm3. O procedimento para sua determinação é descrito no item 2.3.3. 2.2.6 Inchamento Uma areia, quando usada em obra, apresenta-se geralmente úmida. Os teores de umidade normalmente encontrados giram em torno de 4 a 8%. A experiência mostra que a água livre aderente aos grãos provoca um afastamento entre eles, do que resulta o inchamento do conjunto. Esse inchamento depende da composição granulométrica e do grau de umidade do agregado, sendo maior para as areias finas que apresentam maior superfície específica. O inchamento das areias aumenta com o acréscimo de umidade até que esta atinja 4 a 7%. Nesta faixa (que é a que normalmente se encontra nas areias em obra) se dá o inchamento máximo. Depois destes teores, o inchamento decresce lentamente (saturação). A curva da Figura 2.4 é a representação gráfica do fenômeno de inchamento para uma areia de graduação média, onde na abscissa estão marcados os teores de umidade e na

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ordenada os coeficientes de inchamento ( i ), definido como sendo a relação entre os volumes unitários úmido e seco de uma mesma massa de areia. A construção desta curva é feita variando-se o teor de umidade de uma amostra e calculando o coeficiente de inchamento respectivo. Um descrição do ensaio é apresentada no item 2.3.6. Através deste gráfico, surgiu a idéia de caracterizar-se uma areia, do ponto de vista de seu inchamento, por dois índices: a umidade crítica e o coeficiente médio de inchamento, assim definidos: - Umidade Crítica: É o teor de umidade acima do qual o inchamento permanece praticamente constante. A umidade crítica é obtida pela seguinte construção gráfica: a) Traça-se uma tangente à curva paralela ao eixo das abcissas. b) Traça-se uma nova tangente à curva, paralela à corda que une a origem ao ponto de tangência da reta anterior. c) A umidade correspondente ao ponto de interseção das duas tangentes é a umidade crítica. A média dos coeficientes de inchamento no ponto correspondente à umidade crítica e coeficiente máximo observado, é definido como coeficiente médio de inchamento.

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Umidade (%)

Inc

ha

me

nto

Figura 2.10: Curva de inchamento da areia Como já foi citado, o valor da umidade crítica representa o ponto a partir do qual o inchamento permanece praticamente constante, ou seja, se a umidade do agregado miúdo na obra estiver acima deste valor, não haverá variações significativas no seu volume. Deste modo, no caso de proporcionamentos dos agregados em volume, é possível projetar e utilizar uma padiola com volume constante, utilizando-se como valor de inchamento o coeficiente médio de inchamento. Se a umidade estiver abaixo da umidade crítica têm-se duas opções: Conceber uma padiola com possibilidade de alteração de volume (regulagem de altura) em função da umidade medida no dia da concretagem ou, o que é mais prático, manter o agregado acima da umidade crítica através de molhagem. 2.2.7 Substâncias nocivas 2.2.7.1 Agregados miúdos

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A NBR 7211:2005 fixa os teores máximos de subtâncias nocivas em: a) Torrões de argila e materiais friáveis, determinado segundo a NBR 7218 .....1,5% b) Materiais carbonosos, determinado de acordo com a ASTM C123: - Em concretos cuja aparência é importante ..................................................0,5% - Nos demais concretos .................................................................................1,0% c) Material pulverulento, determinado de acordo com a NBR NM 46: - Em concretos submetidos a desgaste superficial ........................................3,0% - Nos demais concretos .................................................................................5,0%

Nota: Estes limites podem ser aumentados para 10 e 12% em massa respectivamente, quando o material que passa na peneira 0,075mm for constituido totalmente de grãos gerados durante o britamento de rocha.

Torrões de Argila: São assim denominados todas as partículas de agregado desegregáveis sob pressão dos dedos (torrões friáveis). Sua presença é bastante nociva para a resistência de concretos e argamassas pois constituem-se em material de pouca resistência e, em certos casos, expansívos. Materiais Carbonosos: São partículas de carvão, linhito, madeira e material vegetal sólida presentes no agregado. Sua determinação é feita por processo de separação por decantação do agregado em um líquido de massa específica igual a 2kg/dm3 (cloreto de zinco ou tetrabromoetano). As partículas de baixa densidade são consideradas inconvenientes pois são inclusões de baixa resistência. Além de afetarem a resistência, prejudicam o concreto quando submetido à abrasão. As partículas de carvão e linhita podem intumescer e desegregar o concreto, bem como perturbar o endurecimento do cimento. Material Pulverulento: Em geral, as areias contém uma pequena percentagem de material fino, constituido de silte e argila e, portanto, passando na peneira de 0,075mm. Os finos, de um modo geral, quando presentes em grande quantidade, aumentam a exigência de água dos concretos para uma mesma consistência. Os finos de certas argilas em particular, além disso propiciam maiores alterações de volume nos concretos, intensificando sua retração e reduzindo sua resistência. O efeito da presença de argila em um agregado que se destina a ser utilizado em concreto depende também do modo como ela está distribuida. Para a resistência do concreto, ela é muito mais nociva quando se encontra formando uma fina película que cobre os grãos de areia, do que quando se acha uniformemente distribuida em toda a massa. No primeiro caso, a aderência entre a pasta e areia fica reduzida, enquanto no segundo é algumas vezes até favorável. A argila pode ser eliminada por lavagem mas esta operação pode trazer alguns inconvenientes. Se, de um lado, a água pode eliminar esta impureza, aumentando a resistência da argamassa ou concreto, por outro podem ser arrastados os grãos mais finos da areia, aumentado o índice de vazios da areia o que resultará em perda de trabalhabilidade destes materiais. O porque da norma ser mais tolerante com os agregados oriundos de britagem reside no fato de que os agregados miúdos de britagem são constituídos por grãos angulosos e a presença de finos ajuda a reduzir o atrito entre as partículas melhorando a trabalhabilidade do concreto. Além disso, estes grãos geralmente não são tão finos quanto os de natureza argilosa, comuns nos agregados naturais, que são, em muitos casos até expansivos. Além destas impurezas, existem outras que devem ser levadas em consideração:

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Impurezas Orgânicas: A matéria orgânica é a impureza mais frequente nas areias. São detritos de origem vegetal na maior parte que, geralmente sob a forma de partículas minúsculas, mas em grande quantidade, chegam a escurecer o agregado miúdo. A cor escura da areia geralmente é indício de matéria orgânica (é uma regra mas há exceções), a menos que se trate de agregado resultante de rocha escura, como é o caso do basalto. As impurezas orgânicas da areia, normalmente formadas por partículas de húmus, exercem uma ação prejudicial sobre a pega e endurecimento das argamassas e concretos. Uma parte de húmus, que é ácida, neutraliza a água alcalina da argamassa e a parte restante envolve os grãos de areia, formando uma película sobre eles, impedindo desta forma, uma perfeita aderência entre o cimento e as partículas de agregado. Por estas razões, as argamassas e concretos preparados com a areias que contenham uma proporção de matéria orgânica têm baixa resistência. Esta influência será tanto maior quanto mais pobre for a mistura e menor a idade. O ensaio colorimétrico, de acordo com a NBR NM 49, indica a existência ou não de impurezas orgânicas nas areias em quantidades significativas. Em caso afirmativo, segundo a própria NBR 7211:2005, a areia será considerada suspeita, devendo os possíveis efeitos danosos da matéria orgânica serem comprovados pelo ensaio de qualidade (NBR 7221). O ensaio de qualidade consiste em se preparar duas argamassas, uma com a areia suspeita e outra com areia conhecida e satisfatória, de mesma granulometria (composta em laboratório). Moldam-se 3 séries de corpos-de-prova para cada argamassa com traço 1:3:0,48 (ou consistência normal) e rompe-se a 3, 7 e 28 dias. Se o decréscimo de resistência apresentado for muito pequeno (abaixo de 10%) a areia poderá ser empregada. Por outro lado, se este decréscimo for maior, poderão ser adotados os seguintes procedimentos: a) Colocar a areia em lugar seco e exposta ao ar livre, já que, desta forma , neutraliza-se parte da acidez. b) Lavar a areia com água de cal. c) Substituir 5% do cimento por igual proporção em peso de cal. Obs: - A lavagem da areia (água pura) não tem eficácia porque os ácidos do húmus são pouco solúveis e aderem fortemente aos grãos; - O concreto executado com areias impuras, deve ser mantido úmido durante longo tempo, pois seu endurecimento é mais lento. Outras Substâncias: Cloretos: Os cloretos, quando em presença excessiva, podem ocasionar certos problemas. Os revestimentos de argamassa feitos com agregados contendo cloretos são higroscópicos, gerando o aparecimento de eflorescências e manchas de umidade. No caso de concretos armados e protendidos, podem acelerar o fenômeno de corrosão da armadura. Por isso certos aceleradores de pega à base de cloreto de cálcio têm seu uso proibido para concretos protendidos. Sulfatos: Os sulfatos podem acelerar e em certos casos retardar a pega de um cimento Portland. Dão origem a expansões no concreto pela formação de etringita (trisulfoaluminato de cálcio) secundária também conhecida como sal de Candlot.

28

A norma brasileira NBR 7211:2005 traz limites específicos para a presença destas substâncias nos agregados. O teor de cloretos (Cl-) em relação à massa de agregados, determinado pela NBR 9917 ou NBR 14832, não deve ser superior aos seguintes valores: 0,2%: agregados destinados a concretos simples; 0,1%: agregados destinados a concretos armados; 0,01%: agregados destinados a concretos protendidos. A NBR 7211:2005 faz ainda uma ressalva. Agregados que excedam os limites estabelecidos para cloretos podem ser utilizados em concreto, desde que o teor trazido ao concreto por todos os seus componentes (água, agregados, cimento, adições e aditivos químicos), verificado por ensaio realizado pelo método da NBR 14832 (deteminação no concreto) ou ASTM C 1218, não exceda os seguintes limites, dados em porcentagem sobre a massa do cimento: Concreto protendido: 0,06% Concreto armado exporto a cloretos nas condições de serviço da estrutura: 0,15% Concreto armado em condições de exposição não severas (seco ou protegido da umidade nas condições de serviço da estrutura): 0,40% Outros tipos de construção em concreto armado: 0,30%. No caso dos sulfatos (SO4

2-), a NBR 7211:2005 limita o teor, determinado pela NBR 9917, em 0,1% em relação à massa do agregado miúdo. Também ressalta que agregados que excedam o limite estabelecido podem ser utilizados em concreto, desde que o teor total trazido ao concreto por todos os seus componentes (água, agregados, cimento, adições e aditivos químicos), verificado por ensaio realizado pelo método da NBR 5737, não exceda a 0,2% ou que fique comprovado o uso de concreto de cimento Portland resistente a sulfatos conforme a NBR 5737.

2.2.7.2 Agregados graúdos As quantidades de substâncias nocivas não devem exceder os seguintes limites máximos em percentagem da massa do material: a) Torrões de argila e partículas friáveis, determinados de acordo com a NBR 7218: - Em concretos cuja aparencia seja importante .......................................1,0% - Em concretos submetidos à desgaste superficial ..................................2,0% - Nos demais concretos ...........................................................................3,0% b) Materiais pulverulentos, determinados de acordo com a NBR NM 46 ......1,0% c) Materiais carbonosos, determinados de acordo com a ASTM C 123: - Em concretos onde a aparência é importante .......................................0,5% - Nos demais concretos ...........................................................................1,0% A limitação quanto à quantidade de torrões de argila e de materiais carbonosos está associada à formação de pontos de fraqueza dentro do concreto e de prejuizos na estética do material, quando aparente. No caso do material pulverulento, o limite é inferior ao permitido para agregados miúdos. Isto se deve à menor área específica dos agregados graúdos o que faz com que uma quantidade relativamente pequena de material pulverulento seja suficiente para prejudicar a sua aderência à pasta de cimento. A NBR 7211:2005 permite que o limite de material pulverulento pode ser majorado para 2% quando os

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agragados graúdos forem obtidos de rochas com absorção de água inferior a 1%. Também , para o caso de agregado total, o limite de material fino pode ser de até 6,5%, desde que seja possível comprovar, por apreciação petrográfica, que os grãos constituintes não interferem nas propriedades do concreto. São exemplos de materiais inadequados os materiais micáceos, ferruginosos e argilo-minerais expansivos. 2.2.8 Forma dos grãos A forma geométrica dos grãos que compõem os agregados tem grande importância na trabalhabilidade dos concretos. Até o presente momento, as normas só contemplam a avaliação dessa propriedade para os agregados graúdos, devido a predominância do uso de agregados miúdos de jazidas naturais. Entretanto, com o uso crescente das areias de britagem, a determinação dessa propriedade para os agregados miúdos passa a ser extremamente relevante, apesar do pouco conhecimento disponível na literatura. Os grãos dos agregados podem ser arredondados, como os dos seixos, ou de forma angular e de arestas vivas com faces mais ou menos planas , como os da pedra britada. Grãos de formato semelhante a uma agulha ou a um disco dão concretos menos trabalháveis e requerem mais pasta de cimento. Hoje existem máquinas que arredondam os grãos angulosos e o custo desta operação, que é repassado ao preço do produto, é compensado pela menor quantidade de pasta de cimento e/ou relação água/cimento mais baixa que é possível empregar. Sob este aspecto, a melhor forma para os agregados graúdos é a que se aproxima da esfera, para o seixo, e a do cubo, com as três dimensões espaciais de mesma ordem de grandeza, para as britas. Convenciona-se denominar: Comprimento (C): a distância entre dois planos paralelos que possam conter o agregado em sua maior dimensão. Largura (L): o diâmetro da menor abertura circular, através da qual o agregado possa passar. Espessura (E): a distância mínima entre dois planos paralelos que possam conter o agregado. Quanto às dimensões os grãos classificam-se em normais ou lamelares: Normais: Quando todas as dimensões têm a mesma ordem de grandeza: C / L < 2 e L / E < 2 De acordo com a aparência, os grão são denominados: cúbicos, esféricos ou tetraédricos. Lamelares: Quando há grande variação na ordem de grandeza de uma ou mais dimensões. - Alongados: Comprimento muito maior que as outras dimensões que são de mesma ordem de grandeza: C / L > 2 e L / E < 2 - Discóides ou quadráticos: A espessura é muito menor que as outras dimensões, que por sua vez se equivalem: C / L < 2 e L / E > 2

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- Planos ou forma de placas: Quando as três dimensões diferem muito entre si: C / L > 2 e L / E > 2 Quanto às arestas, cantos e faces, os grãos podem ser normais ou irregulares. Os normais se dividem em: - Angulosos: Com arestas vivas, cantos angulosos e faces planas. - Arredondados: Com cantos arredondados, faces convexas e sem arestas. Os grãos irregulares dividem-se em: - Grão conchoidal: Apresentando uma ou mais faces côncavas. - Grão defeituoso: Apresentando partes com seções delgadas ou enfraquecidas em relação à forma geral do agregado. 2.2.8.1 Coeficiente Volumétrico dos agregados graúdos A norma francesa AFNOR P-18-301 define um coeficiente que caracteriza a forma dos grãos: c = Vap / ( d3/6) Este coeficiente representa a razão entre o volume de um grão e o da esfera que o circunscreve. Para caracterizar um agregado, o coeficiente volumétrico médio de uma amostra de 250g perfeitamente representativa dequele agregado é definido por: Cm = Vap / ( L3/6) Onde: Vap = Volume aparente da amostra (determinado em balança hidrostática) L = Maior dimensão do grão (medida com um paquímetro) A norma AFNOR fixa os seguintes valores mínimos de coeficiente volumétrico médio dos agregados graúdos, para diferentes tipos de concretos: a) Concretos estruturais armados e de baixa permeabilidade (barragens, reservatórios e obras marítmas: 0,20 b) Concretos pouco ou não armados (blocos e maciços de fundação: 0,15 A norma NBR 7211:2005 especifica que os agregados para concreto tenham, em média, uma relação entre o comprimento e a espessura do grão inferior a 3, quando determinada segundo a NBR 7809:83. Resumidamente, essa norma diz que devem ser ensaiados 200 grãos divididos em grupos separados em ensaio de peneiramento. O número de grãos por grupo é proporcional à porcentagem retida na respectiva peneira e devem ser obtidos aleatoriamente. O índice de forma será a média da relação comprimento/espessura obtida em cada um dos grãos. 2.2.8.2 Coeficiente Volumétrico dos agregados miúdos

31

A determinação do coeficiente volumétrico dos agregados miúdos da forma estabelecida para os graúdos é inviável tecnicamente pela impossibilidade de medições diretas de suas dimensões. Contudo, estudos recentes, utilizando-se o conceito de forma dos grãos da norma AFNOR e técnicas de medições em imagens digitais, têm mostrado que é possível avaliar essa propriedade dos agregados miúdos. 2.2.9 Abrasão Los Angeles A abrasão Los Angeles, determinada segundo a NBR 6465, deverá ser inferior a 50% em massa do material. Esta propriedade é uma medida indireta da capacidade de manutenção da granulometria do agregado durante o processo de mistura do concreto, mostrando quão friável é o material. No caso de agregados destinados a concretos de alta resistência, é importante que este valor seja o menor possível. O procedimento de ensaio está descrito no item 2.3.8. 2.3 Ensaios de caracterização dos agregados 2.3.1 Formação das amostras A determinação das propriedades físicas dos agregados deve ser procedida em amostras. Esta amostra deve ser representativa de um lote, ou seja, deve possuir todas as características do mesmo, principalmente sob o ponto de vista de granulometria. Para tanto, para a formação da amostra, deve-se coletar materiais em diversos pontos do depósito ou silo, agrupá-los e homegeneizá-los. As NBR NN 26:2001 e NBR NM 27:2001 descrevem detalhadamente os procedimentos para formação das amostras, cujas principais etapas são: Quarteamento: Forma-se um cone com o material previamente homegeneizado e depois achata-se até obter um tronco de cone com a maior base possível. Divide-se o tronco de cone em 4 partes aproximadamente iguais segundo 2 eixos ortogonais. Toma-se então duas partes opostas, homogeniza-se e repete-se a operação sucessivamente até se obter a amostra desejada. As Tabelas 2.8 e 2.9 apresentam as quantidades mínimas de amostras para a caracterização dos agregados e para estudos de dosagem de concreto.

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Tabela 2.8: Quantidade de amostras a serem coletadas para ensaios físicos e químicos

Tamanho nominal do agregado

Número mínimo de amostras parciais

Quantidade total da amostra de campo (mínimo

Em massa (kg) Em volume (dm3) ≤ 9,5mm

3

25 40 > 9,5mm ≤ 19mm 25 40 > 19mm ≤ 37,5mm 50 75 > 37,5mm ≤ 75mm 100 150 > 75mm ≤ 125mm 150 225

Obs: amostras parciais são parcelas de agregado obtidas de uma só vez do lote de agregado, em um determinado plano ou local, obedecendo a um plano de amostragem

Tabela 2.9: Quantidade de amostras a serem coletadas para estudos em concreto (dosagem

e comprovação de resistência

Tipo de agregado Emprego Massa total da amostra de campo mínima (kg)

Agregado Miúdo

Apenas um agregado 200 Dois ou mais agregados 150 (por unidade)

Agregado Graúdo

Apenas um tipo de graduação 300 Duas ou mais graduações 200 (por unidade)

Obs: Quando se deseja fazer os ensaios de caracterização, as quantidade indicadas devem ser acrescidas daquelas apresentadas na tabela 2.8 O material nas quantidades mínimas estabelecidas na Tabela 2.8 e 2.9 deve ser transportado para o laboratório bem acondicionado evitando sua descaracterização. Em laboratório, no caso do agregado graúdo, é feito um quarteamento até obter-se o tamanho de amostra para ensaio desejado. Quanto ao agregado miúdo, a amostra vinda do campo passa por um separador de amostras. 2.3.2 Composição granulométrica A determinação da composição granulométrica é feita através de procedimento da NBR NM 248:2001. A coleta da amostra deve ser feita de acordo com a NM 26. Da amostra remetida ao laboratório, depois de umidecida para evitar segregação e cuidadosamente misturada, formar duas amostras para o ensaio de acordo com a NM 27. A massa mínima por amostra de ensaio é indicada na Tabela 2.10.

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Tabela 2.10: Massa mínima por amostra de ensaio

Dimensão máxima característica do agregado (mm)

Massa mínima da amostra de ensaio

(kg) <4,75 0,3*

9,5 1 12,5 2 19 5 25 10

37,5 15 50 20 63 35 75 60 90 100 100 150 125 300

* Após secagem Deve-se, entretanto, observar a massa máxima que, durante o ensaio, pode estar depositada sobre a malha de cada peneira (Tabela 2.11). Por exemplo, areias com granulometria extremamente uniforme devem ser ensaiadas com amostras muito próximas da mínima estabelecida na Tabela 2.10 para poderem atender a condição definida na Tabela 2.11. Tabela 2.11: Máxima quantidade de material sobre as peneiras

Abertura da peneira (mm)

Máxima quantidade de material sobre a

tela (kg) 50 3,6

37,5 2,7 25 1,8 19 1,4

12,5 0,89 9,5 0,67 4,75 0,33

<4,75 0,20 Procedimento: - Secar as duas amostras de ensaio em estufa (105 - 110oC), esfriar a temperatura ambiente e determinar suas massas (M1 e M2). Tomar a amostra M1 e reservar a outra. - Encaixar as peneiras da série normal e intermediária, previamente limpas, numa sequência crescente de aberturas da base para o topo do conjunto. Sob a peneira inferior (0,15mm) encaixar o fundo. - Colocar a amostra sobre o conjunto de peneiras tampando, a seguir, a peneira superior.

34

- Promover a agitação mecânica do conjunto por um tempo razoável para permitir a separação e classificação prévia dos diferentes tamanhos do grão de amostra. - Destacar e agitar manualmente cada peneira, iniciando pela de maior abertura, até se atinja constância de peso nas frações retidas em cada peneira. Remover o material retido em cada peneira para uma bandeja identificada. Escovar a tela em ambos os lados para limpar a peneira. O material removido pelo lado interno é considerado como retido (juntar na bandeja) e o desprendido na parte inferior como passante (juntar com o material retido da peneira imediatamente inferior). O material passante durante esta etapa deve ser incluído na peneira imediatamente inferior antes do inicio de peneiramento desta. A tolerância admitida é de 1% em relação à massa do material retido na peneira verificada em duas pesagens sucessivas. - Determinar 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% de M1. - Repetir todo o procedimento para a amostra com M2. Cálculos: Para cada uma das amostras de ensaio M1 e M2, calcular a porcentagem retida, em massa, em cada peneira, com aproximação de 0,1%. As amostras devem apresentar necessariamente a mesma dimensão máxima característica e, nas demais peneiras, os valores de porcentagem retida individualmente não devem diferir em mais de 4%. Caso isto ocorra, repetir o peneiramento para outras amostras de ensaio até atingir esta exigência. As porcentagens médias retidas acumuladas devem ser calculadas, para cada peneira, com aproximação de 1%. O módulo de finura deve ser determinado com aproximação de 0,01. Obs: No caso do agregado miúdo ensaiado possuir visivelmente uma quantidade significativa de pó, antes de se realizar o ensaio de granulometria, deve ser procedido o ensaio de material pulverulento conforme procedimento detalhado no item 2.3.7 b. Com a massa msf , deve ser feito o ensaio de granulometria mas, para efeito de cálculo, a massa do agregado a ser adotada é m. A diferença entre m e msf deve ser somada ao valor obtido no “fundo’. Exemplo prático: Análise granulométrica de um agregado miúdo Peneiras Massa

retida

Porcentagens Massa retida

Porcentagens

Média % acumulada

(mm) (g) Retida Acumulada (g) Retida Acumulada

9,5 --- 6,3 4 0,8 0,8 4 1,0 1,0 1 4,8 5,5 1,1 1,9 4,8 1,2 2,2 2 2,4 40,5 8,1 10,0 32 8,0 10,2 10 1,2 78 15,6 25,6 60,8 15,2 25,4 26 0,6 112,5 22,5 48,1 92 23,0 48,4 48 0,3 134,5 26,9 75,0 103,6 25,9 74,3 75

0,15 91 18,2 93,2 73,6 18,4 92,7 93 Fundo 34 6,8 100 29,2 7,3 100 100 Soma 500 100 400 100

Dimensão Máxima Característica: 4,8mm Dimensão Mínima Característica: < 0,15mm

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Módulo de Finura: 2,54 Classificação NBR 7211:2005 (Não se enquadra em nenhuma das faixas normalizadas) – Zona ótima na maioria das peneiras com excessão da 4,75 e 6,3. Exemplo prático: Análise granulométrica de um agregado graúdo Peneiras Massa

retida

Porcentagens Massa retida

Porcentagens

Média % acumulada

(mm) (g) Retida Acumulada (g) Retida Acumulada

50 --- 37,5 200 1,3 1,3 200 1,0 1,0 1 31,5 500 3,1 4,4 600 3,0 4,0 4 25 1500 9,4 13,8 2000 10,0 14,0 14 19 12500 78,0 91,8 15200 76,0 90,0 91

12,5 800 5 96,8 1200 6,0 96,0 96 9,5 200 1,3 98,1 200 1,0 97,0 98 6,3 50 0,3 98,4 100 0,5 97,5 98 4,8 50 0,3 98,7 100 0,5 98,0 98

Fundo 200 1,3 100 400 2,0 100 100 Soma 16000 100 20000 100

Dimensão Máxima Característica: 32mm Dimensão Mínima Característica: 12,5mm Módulo de Finura: 7,88 (os valores referentes as peneiras 0,15 a 2,4 foram considerados como 100%. Classificação pela NBR 7211:2005: Seria uma brita 19/31,5 apesar do 1% na peneira 37,5. 2.3.3 Massa específica Como já foi abordado no item 2.2.4, a NM 52:2002 apresenta definições de vários parâmetros relativos a massa específica dos agregados. A seguir, será apresentado o procedimento preconizado pela referida norma para determinação das diversas massas específicas definidas naquele item.

a- Agregados miúdos: - Colocar uma amostra de aproximadamente 1 kg em uma bandeja e

submergir em água por 24 horas (244oC); - Retirar a amostra da água e estende-la sobre uma superfície plana,

submetendo-a à ação de uma suave corrente de ar, revolvendo a amostra com freqüência para assegurar uma secagem uniforme. Prosseguir a secagem até que os grãos de agregado miúdo não fiquem fortemente aderidos entre si;

- Colocar o agregado no molde tronco cônico (metálico, de 403mm de diâmetro superior, 903mm de diâmetro inferior e 753mm de altura, com espessura mínima de 1mm) sem comprimi-lo. Compactar sua superfície suavemente com 25 golpes da haste de socamento (metálica, com 34015 gramas de massa, tendo a superfície de compactação circular plana de 253mm de diâmetro) e então levantar verticalmente o molde. Se ainda houver umidade superficial, o agregado conserva a forma do molde.

- Nesse caso, continuar a secagem, revolvendo a amostra constantemente e fazer ensaios a intervalos freqüentes de tempo até que o cone de agregado

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miúdo desmorone ao retirar o molde. Neste momento, o agregado terá chegado à condição de saturado superfície seca.

- Pesar 500g de amostra na condição saturada superfície seca (ms). - Colocar a amostra no frasco padronizado (picnômetro de boca larga de

500ml de capacidade volumétrica) e pesar (m1). - Encher o frasco com água até próxima da marca de 500ml. Remover bolhas

por agitação e colocar o frasco em banho mantido à temperatura constante (212oC preferencialmente).

- Após uma hora, completar com água até a marca de 500ml e determinar a massa do conjunto (m2).

- Retirar o agregado do frasco e seca-lo a 1055oC. Esfriar até a temperatura ambiente em dessecador e pesar (m).

- Massa específica aparente do agregado seco (d1):

VaV

md1

a

12 mmVa

m= massa seca V = volume do frasco Va= água adicionada ao frasco para completar volume a=massa específica da água na temperatura do banho

- Massa específica aparente do agregado saturado superfície seca (d2):

VaV

md s

2

a

12 mmVa

ms= massa saturada superfície seca V = volume do frasco Va= água adicionada ao frasco para completar volume a=massa específica da água na temperatura do banho

- Massa específica (d3):

a

s1 mm

)VaV(

md

a

12 mmVa

m= massa seca ms= massa saturada superfície seca V = volume do frasco Va= água adicionada ao frasco para completar volume a=massa específica da água na temperatura do banho

Comentários sobre o procedimento: Filosoficamente, o procedimento apresentado pela NM: 52:2002 é correto. Entretanto, a forma para se obter o agregado saturado superfície seca é, no mínimo, questionável, principalmente em se tratando de agregados de britagem, onde a angulosidade dos grãos interfere sobremaneira no ensaio do cone. Alternativas que vêm sendo utilizadas há muitos anos com sucesso para a determinação da massa específica aparente, que é o parâmetro e real interesse na tecnologia do concreto, são os ensaios do picnômetro e do frasco de Chapman, conforme os procedimento abaixo apresentados. Processo do picnômetro: Picnômetro é um recipiente de vidro que possui uma rolha esmerilhada com um tubo capilar. Quando repleto por um líquido, obtem-se um volume bem definido e preciso.

37

Princípio:

Figura 2.12: Cálculo do volume da amostra através do picnômetro Procedimento: - Pesa-se o picnômetro com água (Pag); - Retira-se um pouco da água do picnômetro e pesa-se (mA); -Coloca-se uma pequena quantidade de amostra com o auxílio de um funil e pesa-se (mB); -Remove-se o ar aderido nas partículas do agregado por agitação ou, preferencialmente, com o auxílio de uma bomba de vácuo e completa-se o restante do espaço com água; - Pesa-se o picnômetro com amostra e água (Pag+a) - Massa específica aparente do agregado seco (d1):

))mP(P(

md

aagag1

AB mmm

m= massa seca Pag= massa do picnômetro com água Pag+a= massa do picnômetro com água mais amostra

No caso de desejar-se calcular d2 e d3, seria possível também utilizar-se deste procedimento. No caso de d2, seria necessário determinar ms. Poderia-se utilizar a seguinte expressão:

))mP(P(

md

aagag

s2

100

100Amms

A))mP(P(

md

aagag3

suphhA

ms=massa saturada superfície seca m= massa seca Pag= massa do picnômetro com água Pag+a= massa do picnômetro com água mais amostra A= absorção h=umidade total do agregado hsup=umidade superficial do agregado

Processo do frasco de Chapman: O frasco de Chapman é um frasco semelhante à uma proveta graduada que possui uma escala com sensibilidade de 1ml na sua parte superior.

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Por possuir uma geometria especial (Figura 2.13), permite que se possa trabalhar com amostras de 500 gramas.

Figura 2.13: Frasco de Chapman O procedimento do ensaio pode ser assim resumido: - Pesar 500 gramas de areia seca em estufa; - Colocar água no frasco até que atinja a marca de 200 ml, situada no trecho entre os dois alargamentos do tubo; - Com o auxílio de um funil, colocar a amostra no frasco, agitando-o periodicamente para eliminação das bolhas de ar aderidas nas partículas; - Realizar a leitura correspondente ao nível da água na escala do frasco (L); - Calcular a massa específica aparente do agregado (d1), expressa em g/cm3, através da seguinte expressão:

200L

500d1

b- Agregados Graúdos:

A determinação da massa específica dos agregados graúdos pode ser feita de várias formas, de acordo com a precisão necessária. Um método expedito, de baixa precisão, mas útil em muitos casos é o do frasco graduado. Processo do frasco graduado: Coloca-se uma certa quantidade de água em uma proveta graduada e faz-se uma leitura inicial (Li). Determina-se a massa de uma certa porção da amostra (m) e coloca-se esta porção na proveta. Faz-se então a leitura final (Lf).

d = m / (Lf - Li) Este procedimento é indicado para cálculos rápidos. A precisão é pequena pois depende da sensibilidade de leitura da proveta utilizada e, portanto, não tem sentido a diferenciação entre os diversos tipos de massa específica citados (d1, d2 ou d3). Processo da balança hidrostática: Este é o método preconizado pela norma NBR NM 53:2002. O princípio deste ensaio baseia-se na lei de Arquimedes: "Todo corpo imerso num

39

fluido está sujeito a uma força de baixo para cima igual ao peso do líquido por ele deslocado". Figura 2.14: Lei de Arquimedes O valor do empuxo pode ser determinado pela diferença entre a massa de uma amostra em condições normais (m) e sua massa imersa (ma). Se o fluido em questão for a água (densidade igual a 1) o valor desta força em kgf será numericamente igual ao volume da amostra (em dm3).

d = m / (m- ma) Procedimento de ensaio: Para a realização do ensaio, a amostra deve possuir uma massa mínima definida na Tabela 2.12. Tabela 2.12: Massa mínima por amostra de ensaio de massa específica e absorção

Dimensão máxima característica do agregado (mm)

Massa mínima da amostra de ensaio

(kg) 12,5 2 19 3 25 4

37,5 5 50 8 63 12 75 18 90 25 100 40 112 50 125 75 150 125

* Após secagem - Lavar completamente o agregado para remover o pó ou outro material da superfície;

Empuxo

Peso

40

- Secar a amostra de ensaio a 1055oC e deixar esfriar em temperatura ambiente durante 1 a 3 horas; - Pesar uma amostra (m) de acordo com a massa mínima; - Submergir o agregado em água por 24 horas (244oC); - Retirar a amostra da água e envolver em um pano até que toda a água visível seja eliminada, ainda que a superfície se apresente úmida. Enxugar cada grão durante a operação. Pesar ms; - Tarar a balança com o recipiente que conterá a amostra quando imersa na água. Esse recipiente deverá ser feito de tela com 3,35mm de abertura e possuir um volume de 4 a 7 dm3; - Colocar a amostra no recipiente imerso e fazer a pesagem imersa (ma) -Massa específica aparente do agregado graúdo seco (d1):

as1 mm

md

m= massa seca ms = massa saturada superfície seca ma= massa imersa

-Massa específica aparente do agregado graúdo saturado superfície seca (d2):

as

s2 mm

md

ms = massa saturada superfície seca

ma= massa imersa -Massa específica do agregado graúdo seco (d3):

a3 mm

md

m= massa seca

ma= massa imersa Este método de determinação tem grande precisão e é o recomendado para medida de laboratório. Fazendo as devidas adaptações, poderia também ser utilizado para a determinação das massas especificas de agregados miúdos (o recipiente destinado a conter o agregado dentro d´água deve ser estanque). 2.3.4 Determinação da umidade e absorção dos agregados Conceitualmente, umidade é a relação entre a massa de água que contem uma amostra de agregado e a massa desse agregado no estado seco:

100.m

mh

ag m= massa seca da amostra mag= massa da água

Determinação da umidade total: a- Processo da secagem em estufa: Colhida uma amostra e após levada a laboratório, deve-se executar o seguinte procedimento: - Pesagem da amostra no estado úmido (mh); - Secagem em estufa a uma temperatura de 105oC e 110oC até constância de peso;

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- Pesagem da amostra no estado seco (m). h = (mh - m) / m Este método apresenta boa precisão mas é muito demorado para determinações de campo e exige equipamento caro (estufa) o que só o recomenda para trabalhos de laboratório. b- Processo de secagem rápida (ao fogo ou microondas): Este método é utilizado quando se necessita de determinações rápidas em campo. - Colhe-se uma amostra representativa do material (aproximadamente 500g) e pesa-se (mh); - Coloca-se o material numa frigideira ao fogo ou em um recipiente de vidro num microondas, até que toda a água se evapore; - Pesa-se a amostra seca (m). h = (mh - ms) / m c- Speedy moisture tester: Este equipamento é composto por uma garrafa metálica com uma tampa provida de um manômetro. O teste consiste em colocar a umidade do agregado em contato com carbureto de cálcio gerando um gás dentro da garrafa. O gás formado provoca um aumento de pressão interna na garrafa que é registrada no manômetro da tampa. A pressão lida no manometro está associada a um determinado grau de umidade uma vez que a amostra colocada tem massa padronizada (5, 10 ou 20g). Procedimento: - Pesar uma amostra na balança do próprio aparelho; - Colocar a amostra na garrafa, juntamente com 2 ampolas de carbureto de cálcio; - Colocar duas esferas de aço que servem para romper as ampolas; - Fechar a garrafa e agitar o conjunto até que se observe uma estabilização na leitura da pressão no manômetro; - Verificar na tabela de calibração do aparelho que umidade corresponde a pressão observada. Determinação da umidade superficial: a- Processo do frasco de Chapman: Para a execução do ensaio, é necessário que se conheça a massa específica aparente do agregado. Esta massa específica pode ser determinada pelo próprio frasco de Chapman segundo procedimento descrito no item 2.3.3 a. Procedimento: - Pesar 500g da amostra (estado úmido); - Preencher o frasco com 200mL de água (marca inferior do frasco); - Colocar a amostra e fazer a leitura final correspondente ao volume amostra mais água (L);

hsup = { 100 [d1 (L - 200) - 500]}/ [ d1 ( 700 - L )] Dedução de expressão: Vs + Vag = L - 200 ms/d1 + hsup.ms/100 = L - 200

42

100 mh/[(100+ hsup).d1] + hsup /100.100.mh/( hsup +100) = L - 200 (multiplicando por d1.(100+ hsup)) 100mh + hsup.mh.d1 = 100.d1.L + d1. hsup.L - 2000.d1 - 200. hsup.d1 hsup.(mh.d1 – d1.L + 200.d1) = 100.d1.L - 20000.d1 - 100.mh (como mh = 500g)

hsup = { 100 [d1 (L - 200) - 500]}/ [ d1( 700 - L )] b- Processo do picnômetro: Para a execução do ensaio, também é necessário que se conheça a massa específica aparente do agregado. Esta massa específica pode ser determinada pelo próprio picnômetro segundo procedimento descrito no item 2.3.3 a. Procedimento: - Pesa-se o picnômetro com água (Pag); - Retira-se um pouco da água do picnômetro e pesa-se (mA); -Coloca-se uma pequena quantidade de amostra úmida com o auxílio de um funil e pesa-se (mC); -Remove-se o ar aderido nas partículas do agregado por agitação ou, preferencialmente, com o auxílio de uma bomba de vácuo e completa-se o restante do espaço com água; - Pesa-se o picnômetro com amostra e água (Pag+a) - Determinação da umidade superficial (hsup)

)Km.(d

)mK.d.(100h

h1

h1sup

ACh mmm )mP(PK haagag

mh= massa úmida Pag= massa do picnômetro com água Pag+a= massa do picnômetro com água mais amostra d1=massa específica aparente

Dedução de expressão: Vs + Vag = Pag – (Pag+a – mh) Substituindo a expressão Pag – (Pag+a – mh) por K: ms/d1 + hsup.ms/100 = K 100 mh/[(100+ hsup).d1] + hsup /100.100.mh/( hsup +100) = K (multiplicando por d1.(100+ hsup)) 100mh + hsup.mh.d1 = 100.d1.K + d1. hsup.K hsup.(mh.d1 – d1.K) = 100.d1.K - 100.mh

hsup = 100 (d1.K - mh) / [ d1.(mh. – K)] Absorção: A determinação da absorção de um agregado miúdo (A) pode ser feita segundo o procedimento apresentado no item 2.3.3 a, usando-se a expressão:

mmA s Entretanto, este procedimento pode levar a valores questionáveis como já explicado. Uma maneira simples e mais precisa de determinar este parâmetro seria tomar uma amostra de

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areia úmida saturada perfeitamente homogeneizada e determinar-se a umidade total pela estufa e superficial pelo picnômetro ou frasco de Chapman. Nesse caso, a absorção do agregado poderia ser assim determinada:

suphhA

2.3.5 Massa unitária : Massa unitária é a relação entre a massa de um agregado no estado seco e seu volume compreendendo o volume aparente e o volume de vazios intergranulares (Vunit). Na prática, é a relação entre a massa de um agregado seco e o volume de um recipiente que o contem.

= m / Vunit

É comum, no caso de agregados miúdos, também se determinar a relação entre a massa úmida e o volume do recipiente. Essa relação é conhecida como massa unitária úmida (h):

h = mh / Vunit Procedimento para determinação (NBR 7251/82): Utiliza-se um recipiente paralelepipédico de volume não inferior aos valores constantes na Tabela 2.13. O enchimento do recipiente de volume Vrec deve ser feito com uma altura de lançamento não superior a 10cm da borda. Este procedimento tenta simular as condições de obra. Enche-se o recipiente em demasia e com uma régua metálica faz-se a rasadura da superfície eliminando-se o excesso (no caso do agregado miúdo). No caso do agregado graúdo, faz-se uma compensação entre as partes que se sobressaem do recipiente com as que ficam abaixo da borda. Sequência do ensaio: - Pesa-se o recipiente vazio (mrec); - Pesa-se o recipiente com agregado seco (mra) = (mra - mrec) / Vrec A Tabela 2.13 apresenta os requisitos de dimensão para o recipiente utilizado no ensaio.

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Tabela 2.13: Requisitos de dimensão para o recipiente utilizado no ensaio da massa unitária

máximo do agregado (mm)

Dimensões Mínimas do Recipiente

Volume (dm³)

Diâmetro Interior (mm)

Altura Interior (mm)

d 37,5 10 220 268

37,5 < d 50 15 260 282

50< d 75 30 360 294

* O ensaio deverá ser executado no mínimo 3 vezes, sendo que o resultado individual de cada ensaio não deve apresentar desvio maior que 1% em relação à média; ** Entre duas determinações ou entre a determinação de dois operadores distintos, não deve haver, respectivamente, variação superior a 40kg/m³ e diferença maior que 125kg/m³.

2.3.6 Inchamento das areias Por definição, o coeficiente de inchamento é definido como sendo a relação entre o volume unitário de uma amostra no estado úmido e seu volume unitário no estado seco

i = Vunith / Vunit como:

= m / Vunit ==> h = mh / Vunith = m / Vunit então:

i = (mh / h) / (m / ) sendo mh = m (h + 100) / 100 Desta forma, o inchamento de uma areia pode ser calculado pela seguinte expressão:

i = / h (h + 100) / 100 A nível de ensaio, como utiliza-se uma caixa de volume constante para determinação de e h, e denominando a massa úmida que cabe na caixa de mh1, a expressão acima pode ser simplificada para: / h = (m/Vunit) / (mh1/Vunith) (como Vunith = Vunit) / h = m /mh1 i = m/mh1. (h + 100) / 100

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Execução do ensaio: 1- Preencher a caixa padronizada (Volume = Vc e Massa = Mc) com agregado seco, segundo procedimento descrito para determinação da massa unitária. 2- Determinar a massa do conjunto (Mc+a). 3- Determinar a massa da amostra (m): m = (Mc+a) - (Mc). 4- Calcular a massa de água necessária para obter-se 1% de umidade (m/100). 5- Colocar a amostra do agregado numa caixa metálica de grandes dimensões, adicionar a água e homegeneizar o conjunto. 6- Preencher a caixa padronizada com o agregado úmido, proceder a rasadura. O material excedente deve retornar a caixa maior. Pesar a caixa contendo a amostra úmida (Mc+ah) 7- Determinar a massa da amostra úmida (mh1): mh1 = (Mc+ah) - (Mc). 8- Cálcular o coeficiente de inchamento (i) pela fórmula acima. 9- Repetir os procedimentos 4 a 8 para teores de umidade crescentes de 1 em 1% até que o valor do coeficiente de inchamento apresente uma diminuição em duas determinações consecutivas. 10- Traçar o gráfico de inchamento determinando a umidade crítica e coeficiente de inchamento médio. Exemplo numérico:

Umidade (%)

Água adicionada (mL)

Massa Úmida (kg)

i

0 11,25 1,00 1 112,5 10,53 1,08 2 112,5 9,56 1,20 3 112,5 8,92 1,30 4 112,5 8,52 1,37 5 112,5 8,46 1,40 6 112,5 8,48 1,41 7 112,5 8,50 1,42 8 112,5 8,62 1,41

46

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Umidade (%)

Inc

ha

me

nto

Do procedimento gráfico descrito anteriormente obteve-se: - Umidade crítica: 5,1% - Coeficiente de inchamento médio: 1,41 2.3.7 Impurezas a- Matéria Orgânica: A determinação do teor de matéria orgânica de um agregado miúdo deve ser feita através do procedimento da norma NBR NM 49:2001. Procedimento: Coletada uma amostra representativa do agregado de acordo com a NBR NM 26:2001, formar uma amostra de ensaio superior a 200g, sempre que possível com o material úmido a fim de evitar a segregação da fração pulverulenta. Soluções químicas empregadas no ensaio: - Solução de hidróxido de sódio a 3%: Hidróxido de sódio: 30g Água destilada: 970g - Solução de ácido tânico a 2%: Ácido tânico: 2g Álcool: 10mL Água destilada: 90mL. Num frasco erlenmeyer adicionar 200g de agregado miúdo seco ao ar e 100mL da solução de hidróxido de sódio. Agitar vigorosamente e deixar em repouso durante 24 horas. Simultaneamente, preparar uma solução padrão, adicionando a 3mL da solução de ácido

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tânico, 97mL da solução de hidróxido de sódio. Agitar e deixar em repouso durante 24 horas. Após este período, transferir esta solução para um tubo de ensaio e, a seguir, realizar a filtragem da solução que contém a amostra de agregado, usando um papel filtro qualitativo. Transferir o material filtrado para um tubo de ensaio de mesmo diâmetro que o utilizado para armazenar a solução padrão. Executar a comparação das cores das duas soluções: - Se a solução padrão tiver cor equivalente a da solução da amostra, o teor de matéria orgânica será de 300ppm. - Se a solução da amostra for mais escura: teor de matéria orgânica > 300ppm. - Se a solução da amostra for mais clara: teor de matéria orgânica < 300ppm. Obs: Atualmente existe no mercado um equipamento normalizado pela ASTM (colorímetro) que simula cores de soluções contendo 100, 200, 300, 400 e 500 ppm de matéria orgânica que dispensa a etapa de preparação da solução padrão. b- Material pulverulento: A determinação do material pulverulento (passante na peneira 0,075mm) é procedido da seguinte forma: - Coletar uma amostra representativa do agregado de acordo com a NBR NM 26:2001 e formar uma amostra de ensaio ligeiramente superior a apresentada na Tabela 2.14, sempre que possível com o material úmido a fim de evitar a segregação da fração pulverulenta. Tabela 2.14: Massa mínima da amostra para ensaio de material pulverulento

Dimensão máxima característica do agregado (mm)

Massa mínima da amostra de ensaio

(g) 2,36 100 4,75 500 9,5 1000 19 2500

37,5 5000

* Após secagem - Secar a amostra em estufa (105 a 110oC); - Determinar a massa seca do agregado (m); - Colocar o material num recipiente e adicionar água em abundância, misturando a amostra nesta água frequentemente. Verter a solução (água suja com pó) sobre um conjunto de peneiras superpostas (#1,2 e # 0,075mm). Colocar nova porção de água e repetir a operação de lavagem tantas vezes quantas forem necessárias para que se obtenha uma solução praticamente limpa; - Coletar o material restante no recipiente e retido nas duas peneiras para uma bandeja metálica e secar em estufa até constância de massa (msf).

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Figura 2.15: Ensaio de material pulverulento O material pulverulento da amostra (Mp) será determinado pela seguinte expressão: Mp = (m - msf) / m x100 2.3.8 Abrasão Los Angeles Procedimento de Ensaio: - Toma-se uma amostra cuja quantidade é definida em função do tamanho dos grãos (Mn); - Coloca-se a amostra no tambor previamente limpo do equipamento em conjunto com a

carga abrasiva (esferas metálicas; - Faz-se o tambor girar com a velocidade de 30 a 33 r.p.m até completar 500 rotações; - Retira-se todo o material do tambor, separa-se as esferas da carga abrasiva, limpa-se as

mesmas com uma escova e faz-se passar a amostra nas peneiras 2,38mm e 1,68mm rejeitando o material que passa nesta última;

- Lave-se o material retido nas próprias peneiras, reune-se o mesmo e a seguir seca-se em estufa entre 105 e 110oC durante no mínimo 3 horas;

- Pesa-se o material seco (m'n); A abrasão Los Angeles será dada pela fórmula: An = ( Mn - m'n ) / ( Mn) x 100 2.4 Exercícios para aplicação prática dos conceitos e parâmetros relacionados aos

agregados.

a- Um caminhão transporta uma carga de 20m3 de areia. Sabendo-se que a umidade da areia é 5%, sua massa unitária é 1,50kg/dm3, seu coeficiente de inchamento é 1,30, calcular a massa de agregado transportada.

Solução: Vunith=20m3 como i= Vunith/ Vunit

Vunit= 20/1,30 = 15,385m3 ou 15.385dm3.

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= m/ Vunit então m= 15.385 x 1,50 = 23.077kg m = mh.(h+100)/100 mh= 23.077 x 1,05 = mh= 24.230,8 kg.

b- Em uma obra está sendo utilizado o seguinte proporcionamento para a produção de concreto: 1 saco de 50kg de cimento; 2 padiolas de areia de 35x45x27cm; 3 padiolas de brita de 35x45x22cm; 20 litros de água. São conhecidos:

cimento areia brita Massa específica aparente (kg/dm3) 3,10 2,62 2,65 Massa unitária (kg/dm3) - 1,55 1,40 Coeficiente de inchamento - 1,32 - Umidade total (%) - 6 0 Absorção (%) 1,0 0,5

Solução: Areia: Vunith= 2 x 35 x 45 x 27 = 85 050cm3 = 85,05dm3 Vunit= Vunith/i = 85,05/1,32 = 64,43dm3 m= . Vunit = 1,55 x 64,43 = 99,87kg Massa de água na areia (mag): h = (mag/m).100 mag = 99,87 x 0,05 = 4,99kg Brita: Vunith= 3 x 35 x 45 x 22 = 103 950cm3 = 103,95dm3

m= . Vunit = 1,40 x 103,95 = 145,53kg

Proporção em massa (kg) Traço em massa (kg) Cimento 50 1 Areia 99,87 2 Brita 145,53 2,91 água 20+4,99=24,99 0,50

Quantidade de concreto por betonada: A quantidade de concreto produzida será a soma dos volumes aparentes de todos os materiais constituintes menos o volume de água absorvida nos poros dos agregados.

Massa (kg) d1 (kg/dm3) Vapar (dm3) Vag absorvida Cimento 50 3,1 16,129 Areia 99,87 2,62 38,118 0,01x99,87=0,999 Brita 145,53 2,65 54,914 0,005x144,53=0,723água 24,99 1 24,99 = 134,154 = 1,722

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Volume de concreto por betonada: 134,154 – 1,722 = 132,432 dm3 Para produzir 20m3 = 20.000/132,432 = 151 betonadas

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3. AGLOMERANTES 3.1 Introdução Aglomerantes são produtos empregados na construção civil para fixar ou aglomerar materiais entre sí. Apresentam-se geralmente sob a forma pulverulenta e a maioria, quando misturada com água tem a capacidade de aglutinar e formar suspensões coloidais, endurecendo por simples secagem e/ou em consequência de reações químicas, aderindo à superfície com as quais foram postos em contato. São empregados, via de regra, como pastas ou com agregados inertes (areia e pedra), na confecção de argamassas e concretos utilizados para revestimentos de pisos e paredes, obtenção e/ou união de elementos de construção civil (tijolos, blocos, azulejos, lajotas), construção de elementos e componentes estruturais e estabilização de solos. Muitos são os materiais que têm propriedades aglomerantes, porém, para uso em construção civil, é essencial que as matérias primas para a sua obtenção sejam abundantes na natureza e se encontrem em condições de aproveitamento econômico. As matérias-primas que atendem atualmente a estas exigências são a argila, a gipsita, o calcário, o dolomito, - que se encontram em grandes depósitos nas regiões próximas aos centros consumidores, os resíduos das centrais termoelétricas que são as cinzas volantes (cinzas de carvão mineral) e os sub-produtos da indústria siderúrgica como a escória de alto forno. 3.2 Classificação Os aglomerantes podem ser inicialmente classificados conforme o processo que leva ao seu endurecimento. São denominados quimicamente inertes aqueles cujo endurecimento não produz qualquer alteração química ou mineralógica em sua constituição. Um exemplo são as misturas argilosas, cujo processo de endurecimento ao ambiente é decorrente exclusivamente da evaporação da água de amassamento, que não têm grande interesse para a construção civil, devido às baixas resistências mecânicas obtidas e à própria reversibilidade do processo. O cimento asfáltico é um outro exemplo desse tipo de aglomerante. Por outro lado, existem os aglomerantes quimicamente ativos, como as cales, gessos e cimentos, cujo endurecimento nas condições ambientes de temperatura e pressão é decorrente de uma reação química. Apresentam maior interesse e têm grande campo de aplicação, pois são capazes de atingirem altas resistências físico mecânicas e manterem-se estáveis nessa condição. Os aglomerantes quimicamente ativos dividem-se em: Aglomerantes aéreos: São empregados somente ao ar, pois não resistem satisfatoriamente quando imersos em água. Aglomerantes hidráulicos: Podem ser empregados ao ar ou na água, pois resistem satisfatoriamente mesmo imersos na água.

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3.3 Aglomerantes Aéreos 3.3.1 Gesso: Também chamado de gesso de estucador, gesso Paris ou gesso de pega rápida, é um aglomerante natural resultante da queima do sulfato de cálcio di-hidratado (gipsita). As jazidas de gipsita normalmente contém uma certa quantidade de impurezas. A exploração de uma jazida é economicamente viável quando o teor de Ca SO4.2H2O é superior a 70%. As jazidas nacionais possuem teores acima de 90%. Os Estados nacionais maiores produtores estão nas regiões Norte e Nordeste. Atualmente o maior produtor é o Estado de Pernambuco e as maiores reservas estão no Pará. A reação que dá origem ao gesso é:

CaSO4.2H2O + Calor ---> CaSO4.1/2H2O + 3/2H2O Gipsita Gesso A temperatura de cozimento é da ordem de 160oC. A 250oC, o gesso se transforma numa anidrita solúvel que é um material ávido por água e que se transforma rapidamente em um hemi-hidrato quando em contato com água. De 400 a 600oC a anidrita se torna insolúvel (não dá pega - inerte). De 900 a 1200oC obtém-se o gesso de pega lenta. Fases de Fabricação: - Extração (a céu aberto ou subterrânea); - Britagem; - Queima; - Moagem. Propriedades: - Início de pega com 2 a 3 minutos e fim de pega com 15 a 20 minutos; - Ataca o aço. Portanto usa-se de preferência ferramentas de latão para trabalhar o gesso. Para a armação de peças de gesso, deve-se usar armaduras galvanizadas; - Adere mal à madeira; - Devido à sua solubilidade, o gesso não deve ser usado em exteriores; - O gesso é isolante do tipo médio, semelhante a madeira seca e ao tijolo. Proteje bem estruturas de madeira ou aço contra o fogo. Uma espessura de 3cm de argamassa de gesso protege uma estrutura de madeira durante 45 minutos a uma temperatura de 1000oC. - A resistência do gesso é inversamente proporcional à relação água/aglomerante, dificilmente ultrapassando a 10MPa. - O gesso é muito utilizado em moldagem devido sua pequena retratibilidade. Atualmente tem sua utilização mais importante em construção civil como materia prima para a produção de placas de forro para cozinhas e banheiros. Também é utilizado para a execução de acabamentos de encontros de parede e teto. 3.3.2 Cimento Sorel ou Magnésia Sorel

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Foi descoberto pelo engenheiro francês Sorel no século passado. Apesar de praticamente não ser utilizado no Brasil, seu emprego é bastante comum na Europa devido às suas propriedades. Consiste na reação de magnésia sólida (MgO) com o cloreto de magnésia (MgCl2) em solução aquosa. A dosagem recomendada pelas normas alemãs DIN é:

MgO / MgCl2 = 2 a 3,5. Com este aglomerante podemos fazer uma espécie de concreto denominado xilolita que é o produto da mistura da magnésia Sorel com material de enchimento que poderá ser resíduos de cortiça, resíduos de couro, restos de madeira, lã celulósica, asbesto, areia, talco, pó de pedra, etc. Quando são utilizadas matérias orgânicas, tem-se uma xilolita com menor resistência mas com melhor propriedade de isolamento e quando o material de enchimento é inorgânico, a resistência mecânica do material é aumentada mas diminuem as qualidades de isolamento térmico e acústico. As normas DIN estabelecem que a matéria prima deve chegar isolada na obra e a mistura deve ser feita colocando-se na betoneira primeiramente os agregados com o MgO e misturando-se até perfeita homegeinização. Após é adicionado o cloreto de magnésia em solução aquosa. 3.3.3 Cal Aérea É um aglomerante natural sendo que a matéria prima utilizada é o calcário. A temperatura de cozimento é da ordem de 900oC. A reação química básica que dá origem ao aglomerante é: CaCO3 + Calor -----> CaO + CO2 (Calcinação) Calcário Cal virgem CaO + H2O -------> Ca(OH)2 (Extinção) Pedra porosa Pó Reação de endurecimento: Ca(OH)2 + CO2 ====> CaCO3 + H2O (Carbonatação) Para ser caracterizada como uma cal aérea, o índice de hidraulicidade (r) deve ser inferior a 0,1. Este índice é definido como:

r = (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3) / CaO Este calcário pode estar associado ao MgCO3 em proporções variáveis. Quanto à sua constituição as cales aéreas se dividem em: - Magnesianas: Quando o teor de MgO é superior a 20%. - Cálcicas: Quando o teor de MgO é inferior a 20%. Obs: A NBR 6473 define que o teor de CaO + MgO deve ser superior a 88%.

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Quanto ao rendimento, as cales podem ser classificadas em: - Gordas: São aquelas cujo rendimento é superior a 82% ou seja, quando 1m3 de cal virgem dá mais de 1,82m3 de pasta (550kg de cal para obter 1m3 de pasta). - Magras: São aquelas cujo rendimento é inferior a 82%. O conceito de rendimento é função da definição de consistência da pasta. Trata-se de uma consistência arbitrária, usualmente determinada pelo abatimento de um cilindro de 5cm de diâmetro e 10cm de altura, que se deforma para 8,7cm pela remoção do molde. Cal de variedade cálcica oferece melhores rendimentos que cal magnesiana. A hidratação da cal virgem dá origem à: - Cal extinta: É o produto resultante da adição de grande quantidade de água à cal virgem dando como produto resultante uma pasta. - Cal hidratada: É o produto obtido pela adição de água à cal virgem. Entretanto, a quantidade de água é apenas aquela necessária para a formação do Ca(OH)2 que é um pó seco. Este processo é feito em fábrica. Velocidade de extinção: A hidratação ou extinção da cal virgem é uma operação importantíssima que deve ser cuidadosamente controlada pois é dela que vai depender o desempenho da cal como aglomerante. As cales virgens apresentam diferentes comportamentos quando em presença de água, segundo tenham ou não predominância de magnésio. O MgCO3 decompõe-se a cerca de 402oC e o CaCO3 somente com cerca de 898oC à pressão atmosférica. Assim, quando se inicia a decomposição do CaCO3, o MgO já formado está há algum tempo exposto à temperaturas mais elevadas e isto acarreta a sinterização (semi-fusão) do MgO, denominada coalescência do cristal, que diminui sua afinidade com água, dificultando posteriormente sua hidratação. Esse comportamento distinto exige uma classificação prévia quanto à rapidez de extinção de uma cal virgem. Para esta classificação, cobrem-se alguns fragmentos de cal virgem com água e observa-se até que se esborroem, quando então admite-se iniciada a reação: - Será de extinção rápida, quando a reação iniciar-se em menos de 5 minutos; - Será de extinção média, quando a reação iniciar-se entre 5 e 30 minutos; - Será de extinção lenta, se a reação iniciar-se após 30 minutos. De acordo com esta classificação, a extinção deverá ser assim procedida: - Rápidas: Cal adicionada à água que deve cobri-la toda. Não permitir o despreendimento de vapor, adicionando sempre mais água. - Médias: Água adicionada à cal, até cobri-la toda. Mexer sempre que necessário. - Lentas: Água adicionada à cal, até umidecê-la completamente, esperando que a reação se inicie. Posteriormente, se necessário, adicionar cautelosamente mais água. Se a água não for adicionada convenientemente à cal, na extinção da cal rápida, a dificuldade de irradiação do calor gerado pode elevar excessivamente a temperatura de modo a prejudicar a cal. Diz-se que a cal foi queimada. Na cal de extinção lenta, que tem menor afinidade com a água, o calor se irradia com facilidade dando, como consequência, a não extinção completa. Diz-se que a cal está afogada. As cales rápidas geralmente são as cálcicas e as lentas, as magnesianas.

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Procedimentos a seram observados na utilização das cales: Quando a cal for virgem em pedra: Figura 3.1: Procedimento para extinção da cal virgem em obra O material deve ficar: - 3 a 5 dias: cal destinada para argamassa de assentamento de alvenaria. - 7 dia: cal para argamassa de revestimento. Atualmente em Santa Catarina, especialmente na região da Grande Florianópolis, é comum o emprego de argamassas usinadas de cal e areia, tanto para assentamento de alvenaria quanto revestimento. A esta mistura é adicionado cimento portland na obra. Neste caso a cal utilizada nas usinas é a cal virgem em pó e sua extinção é feita em reatores (tanques munidos de pás giratórias). A cal é adicionada à água com o misturador ligado e é preparada uma pasta durante o tempo aproximado de 8 horas. Após este tempo, a nata de cal formada é misturada com areia em misturadores contínuos de rosca sem fim ou em betoneiras estacionárias. A mistura permanece em estoque até sua comercialização por um período de 2 a 5 dias. Quando a cal for hidratada: Pode ser utilizada diretamente (em pó) na confecção de argamassas. Porém, para evitar-se problemas de danos futuros nos revestimentos, deve-se fazer a mistura da cal com areia e água 24 horas antes de sua utilização ou produzir-se, com a mesma antecedência, leite de cal (cal + água). Quanto à qualidade da argamassa obtida, tem-se a seguinte ordem de precedência: - Cal extinta em obra (em pasta). - Leite de cal. - Cal hidratada em pó. Obs: Em pequenas obras ou mesmo em condições normais, não se justifica a utilização de cal virgem devido aos problemas de manuseio e necessidade de espaço para construção de tanques de extinção. Para a utilização em revestimentos, é necessário que se use a cal misturada com areia que possui as seguintes funções: - Tornar o material mais poroso, permitindo a penetração do CO2. - Diminuir os efeitos de retração na secagem.

Tanques de

Armazenamento

Tanque de extin;áo

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- Tornar a argamassa mais econômica. 3.4 Aglomerantes Hidráulicos 3.4.1 Cal pozolânica É uma mistura entre a cal aérea e pozolana. Foi descoberta pelos romanos que misturavam uma cinza vulcânica encontrada nas proximidades de vesúvio com cal hidratada obtendo um produto que endurecia sob água. A proporção de cal é variável (25 a 45%). É atualmente um aglomerante em desuso mas seu valor histórico é grande já que existe ainda hoje ruínas de construções realizadas com ela. Há alguns anos o CIENTEC (RS) desenvolveu em escala piloto um aglomerante denominado "aglotec", cuja matéria prima é uma mistura de calcário e carvão mineral com alto teor de cinza. O carvão adicionado, além de fornecer a energia para a calcinação do calcário, fornece a pozolana que é a cinza do carvão calcinada e moída. 3.4.2 Cal metalúrgica Trata-se de um produto semelhante ao anterior, onde a pozolana é substituida pela escória de alto-forno finamente pulverizada. Sua fabricação envolve a operação de moagem, peneiramento da escória metalúrgica e subsequente mistura à cal hidratada em proporções variáveis de quatro a dois para um em massa. Este material é normalizado na França e constitui matéria prima para elaboração do chamado cimento de alvenaria. Este produto não é fabricado no Brasil. 3.4.3 Cal hidráulica O nome cal hidráulica é aplicado a uma família de aglomerantes de composição variada, obtidos pela calcinação de rochas calcárias que, natural ou artificialmente, contenham uma porção apreciável de materiais argilosos. A cal hidráulica é fabricada por processos semelhantes ao da fabricação da cal aérea. Utilizam-se, de preferência, fornos contínuos sendo o produto calcinado e subsequentemente extinto. O cozimento da rocha fragmentada é feito a uma temperatura inferior à fusão, isto é, a cerca de 900oC. O índice de hidraulicidade fica numa faixa de 0,1 a 0,5. O cozimento do calcário argiloso põe em liberdade o CaO, como no caso da cal aérea, mas uma parte dele combina-se com os componentes argilosos, formando silicatos e aluminatos de cálcio. Como há, no caso, um excesso de cal, ter-se-á realmente uma mistura de cal aérea com os compostos mencionados. Depois do cozimento, as pedras são umidecidas para se efetuar a extinção da cal, que é um procedimento mais complexo que o da cal aérea. A adição de água deve ser feita com cuidado, de modo que o excesso não possa combinar-se como os silicatos e aluminatos referidos. Isto não apresenta grandes dificuldades, dada a avidez que a cal tem pela água. A extinção da cal, como no caso da aérea, produz a pulverização das pedras, não sendo por isso normalmente necessário fazer-se a moagem mecânica. Em alguns casos, após a extinção, pode ser necessária a moagem, em virtude da existência de grãos muito cozidos da cal, denominados "grappiers", que não se pulverizam pela extinção.

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A extinção pode ser feita por imersão, aspersão ou extinção mecânica. No primeiro caso, a cal é mergulhada na água durante pouco tempo e retirada quando se manifesta a efervescência. No segundo tipo, espalha-se a pedra sobre um telheiro e rega-se com a água necessária para apagar a cal, determinada por ensaios prévios. Na extinção mecânica, a cal passa por cilindros rotativos em contato com a água. A extinção deve ser feita em temperatura superior a 150oC para evitar a hidratação dos silicatos e aluminatos. Ao ser utilizada como aglomerante, a cal hidráulica é misturada com água e o endurecimento da pasta resulta de dois tipos de reação. O hidróxido de cálcio livre combina-se com o CO2 do ar e os compostos de cal e argila hidratam-se formando produtos insolúveis, que colocam o aglomerante na classe dos hidráulicos. Os aluminatos de cálcio são os primeiros a se hidratarem e, portanto, são os responsáveis pela pega. Quanto maior o teor de argila do calcário, mais difícil será a pulverização por extinção da cal livre (que diminui), porém mais acentuadamente hidráulica será a cal, isto é, resistente à ação dissolvente da água depois de endurecida. Quando a relação entre os componentes argilosos e a cal atinge 0,5 e 0,6, a quantidade de cal livre disponível não é suficiente para pulverizar as pedras cozidas. Se este produto, ao sair do forno, for moído e com ele se fizer uma pasta, verifica-se o endurecimento pela ação da água sobre os compostos formados entre a cal e os componentes argilosos. Posteriormente, a cal livre se hidrata, expande e fissura a massa. A hidratação da cal, neste caso, é demorada, porque sendo grande a percentagem de silicatos e aluminatos nessas cales, é retardado o acesso da água à cal livre, envolvida por estes compostos. Fica assim esclarecido porque os produtos da composição mencionada não são utilizados na prática (são chamadas de cales limites). Apesar de seu nome, a cal hidráulica não é um produto apropriado para construções sob a água. Sua pega é muito lenta, o que a torna mais adequada a empregos de menor responsabilidade, principalmente em misturas denominadas cimentos de alvenaria. 3.4.4 Cimento de pega rápida Quando a relação entre os componentes argilosos e a cal é superior a 0,6 na rocha calcário-argilosa utilizada, o cozimento abaixo da temperatura de fusão (aproximadamente 1000oC) produz um material praticamente sem cal livre. Na realidade, nem sempre se pode evitar a presença de um pouco de cal livre, devido à heterogeneidade da rocha ou à deficiência de temperatura em determinados pontos do forno. Moendo-se as pedras cozidas e misturando o material pulverizado com água, forma-se a pasta que endurece pela hidratação dos silicatos e aluminatos, sendo que os últimos reagem rapidamente (por isso denominado de pega rápida). Este aglomerante recebe o nome de cimento porque o nome gerérico "cimento" é dados aos produtos hidráulicos, que precisam da moagem após o cozimento. O aglomerante analisado tem o nome de "cimento natural de pega rápida" ou cimento romano. O índice de hidraulicidade está entre 0,6 e 0,8. Pode-se produzir o cimento romano a partir de misturas de calcário e argila que passa a denominar-se "cimento artificial de pega rápida". 3.4.5 Cimento de pega normal

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Nos calcários que após a calcinação dão índices de hidraulicidade entre 0,5 e 0,65, se a temperatura for elevada até a fusão parcial, obtém-se um aglomerante sem praticamente cal livre e com pega não muito rápida devido à menor proporção de aluminatos de cálcio. Este aglomerante é denominado "cimento natural de pega lenta" e possui boas qualidades técnicas. Sua produção depende, entretanto, da composição adequada da rocha calcária utilizada como máteria prima. Tabela 3.1: Classificação do aglomerante natural em função do índice de hidraulicidade

Nome do produto Meio de endurecimento

(SiO2+Al2O3+Fe2O3)/CaO Tempo de duração da pega

Cal aérea (gorda e magra) ar < 0,10 > 30 dias Cal fracamente hidráulica ar e água 0,10 - 0,15 15 - 30 dias

Cal medianamente hidráulica ar e água 0,15 - 0,30 10 - 15 dias Cal hidráulica água 0,30 - 0,40 5 - 10 dias

Cal eminentemente hidráulica água 0,40 - 0,50 2 - 4 dias Cimento natural de pega lenta água 0,50 - 0,60 6 - 24 horas

Cimento natural de pega rápida

água 0,60 - 0,80 6 horas

3.4.5. CIMENTO PORTLAND 3.4.5.1 Introdução O cimento Portland é um material pulverulento, constituído de silicatos e aluminatos de cálcio, praticamente sem cal livre. Estes silicatos e aluminatos complexos, ao serem misturados com água, hidratam-se o produzem o endurecimento da massa, oferecendo elevada resistência mecânica. O cimento Portland resulta da moagem de um produto denominado clínquer, obtido pelo cozimento até a fusão insipiente (aproximadamente 30% de fase líquida) da mistura de calcário e argila convenientemente dosada e homogeneizada, de tal forma que toda a cal se combine com os compostos argilosos, sem que, depois do cozimento, resulte cal livre em quantidade prejudicial. Após a queima, é feita pequena adição de sulfato de cálcio, de modo que o teor de SO3 não ultrapasse 3%, a fim de regularizar a tempo de início das reações do aglomerante com a água. A sua descoberta é creditada a Joseph Aspdin, um pedreiro que em 1824 patenteou o produto com o nome de cimento portland, numa referência a portlandstone, um tipo de rocha arenosa muito utilizada na Inglaterra na região de Portland. Entretanto, poucos anos antes na França o engenheiro e pesquisador Louis Vicat publicou o resultado de suas experiências contendo a teoria básica para a produção e emprego de um novo tipo de aglomerante: o cimento artificial. Também não pode ser esquecido o trabalho de John Smeaton que já em 1756, procurava um aglomerante que endurecesse e resistisse à ação da água de modo a facilitar a reconstrução do farol de Edystone, na Inglaterra. Em suas tentativas, verificou que uma mistura calcinada de calcário e argila tornava-se depois de moída e misturada com água, uma rocha tão resistente quanto às que usava nas suas construções.

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3.4.5.2 Matérias Primas: a- Calcário: O calcário empregado é de natureza calcítica, isto é, composto predominantemente por carbonato de cálcio (CaCO3) que se apresenta na natureza com impurezas como o óxido de magnésio, SiO2, Al2O3 e Fe2O3. O teor de óxido de magnésio não pode ser elevado por conduzir a cimentos com características expansivas. b- Argila: A argila empregada na fabricação do cimento é essencialmente constituida de um silicato de alumínio hidratado, geralmente contendo ferro e outros minerais, em menores percentagens. A argila fornece os óxidos SiO2, Al2O3 e Fe2O3 necessários à fabricação do cimento. Em muitos casos torna-se necessário o uso materias primas complementares para facilitar o ajuste dos teores de sílica e óxido de ferro (areias, filito, magnetita, etc). c- Gesso: É o produto de adição final no processo de fabricação do cimento portland, com o fim de regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação. A gipsita (CaSO4.2H2O) é o tipo de gesso mais empregado. Como as jazidas deste mineral localizam-se na região nordeste, começou-se a utilizar no sul do país o fosfogesso ou gesso sintético que é obtido como rejeito na produção de ácido fosfórico. CaCO3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ===> 2 H3PO4 + 3 (CaSO4. 2H2O) Apatita + ácido sulfúrico + água ácido fosfórico + gipsita Este fosfogesso, para ser utilizado na produção de cimento, precisa ser purificado pois normalmente encontra-se associado a impurezas (fluoretos e fosfatos residuais). 2.3 Fabricação do cimento Portland: A fabricação do cimento Portland envolve as seguintes operações: - Extração da matéria prima - Britagem do calcário - Dosagem da mistura crua - Moagem e mistura - Homogeneização - Clinquerização - Esfriamento - Adições finais e moagem - Ensacamento O processo de fabricação pode ser feito segundo dois métodos: 1 - Via úmida 2- Via Seca No primeiro, as matérias primas são dosadas com água e vão ao forno sob a forma de pasta. No segundo, a mistura é feita em pó. Atualmente, praticamente todo o cimento nacional é produzido por via seca que, apesar de exigir maiores cuidados quanto à poluição (exige coletores de pó nas chaminés), tem-se mostrado mais econômico.

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a) Preparo e dosagem da matéria prima até sua queima A extração da matéria prima se faz pela técnica usual de exploração de pedreiras, quando se trata de rochas e xistos; por escavação, segundo a técnica usual de movimentação de terras, quando se trata de argilas, e por dragagens, quando for o caso. A matéria prima, quando rochosa, é submetida a uma operação de beneficiamento com o propósito de reduzir o material à condição de grãos de tamanho conveniente. Trata-se da britagem. Os materiais britados, calcário por exemplo, são encaminhados a depósitos apropriados. No processamento por via seca, a matéria prima é inicialmente conduzida a uma estufa onde é convenientemente secada. Secos, os materiais argilosos e calcários são proporcionados e conduzidos aos moinhos e silos, onde se reduzem a grãos de pequeno tamanho em mistura homogênea. Utilizam-se para este fim moinhos usualmente de bolas, associados em série e conjugados a separadores de peneira ou ciclones, por cuja ação se conduz o processo na produção da mistura de grãos de pequeno tamanho, intimamente misturados, das matérias primas. Essa mistura é conduzida por via pneumática para os silos de homogeinização, nos quais a composição básica da mistura é quimicamente controlada e são feitas eventualmente as correções. A mistura homogênea é armazenada em silos apropriados, onde aguarda o momento de ser conduzida ao forno para a queima. No processo por via úmida, onde se emprega a argila natural como matéria prima, esta é inicialmente misturada com água, formando uma lama espessa. O calcário britado proveniente dos silos é proporcionado e misturado com a lama de argila e conduzido para os moinhos, também usualmente de bolas, onde a rocha calcária é reduzida a grãos de tamanho muito pequeno. Esses moinhos trabalham também com equipamentos separadores, neste caso, câmaras de sedimentação que proporcionam meio eficaz de controle dos tamanhos dos grãos de calcário em suspensão na lama. A lama resultante é bombeada então para os silos de homogeneização, nos quais, como se procedeu no via seca, se controla a composição química e se fazem as eventuais correções. A mistura, devidamente controlada e homogeneizada é conduzida para os silos de armazenamento do crú. A operação de queima da mistura crua é feita em fornos cilíndricos rotativos de grande comprimento e uma pequena inclinação. A diferença entre os dois processos citados é que no via úmida o material entra sob a forma de lama e no via seca, sob a forma de pó. O forno é constituido por um longo tubo de chapa de aço, revestido internamente de alvenaria refratária tendo na extremidade mais baixa um maçarico onde se processa a queima de combustível e recebendo por sua boca superior o cru. A operação de queima da mistura crua é feita usando-se o carvão pulverizado como combustível (poderia ser óleo). A temperatura no final do forno chega a níveis necessários à transformação química que conduz à produção do clínquer (acima de 1300oC). O material submetido ao processo de queima percorre o forno, de uma ponta a outra, em cerca de 3,5 a 4 horas. O clínquer sai do forno e passa ao equipamento resfriador, que pode ser de vários tipos. Sua finalidade é reduzir a temperatura, mais ou menos rapidamente, pela passagem de ar frio. Dependendo do resfriador, o clínquer pode sair com uma temperatura de 50 a 70oC. O clínquer, após o resfriamento, é transportado e estocado em depósitos. Para a obtenção do produto na sua forma final, o clínquer recebe uma certa quantidade de gesso que será responsável pelo controle do tempo de início de pega.

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Figura 3.2: Fabricação do cimento Portland por via seca

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3.4.5.4 Composição química do cimento Portland: No interior do forno de produção de cimento, a sílica, a alumina, o óxido de ferro e óxido de cálcio, reagem dando origem ao clínquer, cujos compostos principais são ao seguintes: - Silicato tricácico: 3 CaO.SiO2 (C3S) - Silicato dicálcico: 2 CaO.SiO2 (C2S) - Aluminato tricálcico: 3 CaO.Al2O3 (C3A) - Ferro aluminato tetracálcico: 4 CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) Esses compostos formam-se no interior do forno quando a temperatura se eleva a ponto de transformar a "mistura crua" num líquido pastoso que, ao resfriar-se, dá origem a substâncias cristalinas, como ocorre com os três primeiros produtos acima citados, e a um material intersticial amorfo, o C4AF e outros. Todos esses compostos têm a propriedade de reagir em presença de água, por hidrólise, dando origem então a compostos hidratados. Nos fornos, a primeira reação que se processa é a combinação do óxido de ferro com alumina e cal formando o C4AF, até esgotar-se o ferro. A segunda reação que se processa é a combinação do Al2O3 excedente com o CaO formado o C3A até esgotar-se a alumina. Finalmente, haverá a formação dos silicatos de cálcio, podendo ainda, após esta reação, sobrar o CaO livre em pequenas quantidades. Propriedades dos Compostos: C3S: É o composto essencial do cimento Portland. Esse composto é o responsável pela

resistência inicial dos cimentos. Os cimentos de alta resistência inicial são ricos em C3S. Reage em poucas horas em contato com a água, liberando grande quantidade de calor na hidratação.

C2S: Tem pega lenta com fraca resistência até os 28 dias que aumenta então rapidamente

chegando a equivaler com a do C3S no primeiro ano. Este composto desenvolve baixo calor de hidratação.

C3A: Tem pega instantânea desenvolvendo altíssimo calor de hidratação. Tem baixa

resistência e não resiste à ação de águas sulfatadas. Evidentemente sua quantidade deve ser pequena devido aos inconvenientes acima citados. No entando, a presença da alumina é importante na fase de produção do cimento pois ela age como fundente facilitando, desta forma, a formação do clínquer a temperaturas mais baixas.

C4AF: Tem pega rápida, porém não instantânea como a C3A. Tem baixa resistência mas

possui a vantagem do Fe2O3 trabalhar como fundente e também fixar parte da alumina melhorando o desempenho do cimento ao ataque de águas sulfatadas (Ex: água do mar).

Constituintes básicos do Cimento Portland:

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A análise química permite determinar a composição do cimento portland, dosando o teor de seus principais componentes químicos que são os óxidos CaO, SiO2, Al2O3, MgO e SO3. Para a determinação destes óxidos existem métodos de ensaio recomendados pela ABNT. A tabela abaixo permite visualizar as variações de composição química dos cimentos brasileiros e americanos: Tabela 3.2:Comparação entre a composição química dos cimentos brasileiros e

americanos

Composição Química Cimentos Brasileiros (1977) Teor ( % )

Cimentos Americanos Teor ( % )

CaO 58,9 - 66,8 60,0 - 67,5 SiO2 19,0 - 24,2 19,0 - 25,5

Al2O3 3,9 - 7,3 2,5 - 8,0 Fe2O3 1,8 - 5,0 0,0 - 5,5 MgO 0,5 - 6,3 0,0 - 5,0 SO3 0,9 - 3,0 1,2 - 3,0

Determinação da composição potencial do cimento Portland: As principais propriedades do cimento Portland decorrem da porcentagem de seus constituintes cristalinos presentes sendo, portanto, de alto interesse tecnológico o seu conhecimento. A determinação destas porcentagens ainda hoje, apesar dos grandes progressos técnicos, é uma operação que exige aparelhagem de alto custo (raios X) ou técnicos muito hábeis (microcópio eletrónico de varredura). R. H. Bogue, diretor de pesquisa da "Portland Cement Association (PCA)", introduziu na tecnologia dos cimentos (1929) um método baseado em leis estequiométricas da química, porém admitindo a cristalização integral dos componentes do clínquer Portland. Pelo método de Bogue, partindo-se da composição química do cimento, pode-se calcular a composição potencial, utilizando-se fórmulas de fácil aplicação. Hoje estas fórmulas são apresentadas pela ASTM C-150/77 ou NBR 5737. Quando Al2O3 / Fe2O3 0,64 %C3S = 4,07 (CaOTotal - CaOlivre) - 7,60 SiO2 - 6,72 Al2O3 - 1,43 Fe2O3 - 2,85 SO3 %C2S = 2,87 SiO2 - 0,754 C3S %C3A = 2,65 Al2O3 - 1,69 Fe2O3 %C4AF = 3,04 Fe2O3 Os cimentos nacionais de fabricação normal possuem Al2O3 / Fe2O3 0,64. Os cimentos Portland resistentes a sulfatos podem apresentar valores de Al2O3 / Fe2O3 = 0,64, quando teoricamente o teor de C3A for nulo.

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Obs: A utilização do método de Bogue para determinação da composição potencial dos cimentos é relativamente imprecisa quando o cimento analisado possue adições, mesmo em pequenas quantidades. Como atualmente praticamente todos os cimentos nacionais possuem adições, sua utilização é bastante restrita. Exemplo: O projeto estrutural de uma importante obra prevê o emprego de um concreto que estará em contato permanente com águas sulfatadas. Para esta concretagem dispõe-se de 2 tipos de cimento cujas análises químicas estão contidas na tabela abaixo. Pergunta-se que é o cimento mais adequado para tal obra?

Componentes Cimento A Cimento B CaO 67,6 63,3 SiO2 20,0 23,9

Al2O3 5,6 3,3 Fe2O3 2,9 4,0 SO3 2,4 1,6

Cal livre 0,9 0,4 Cimento A: Al2O3 / Fe2O3 = 1,93 > 0,64 portanto pode-se utilizar as expressões de Bogue: %C3S = 4,07 (67,6-0,9) - 7,60 (20,0) - 6,72 (5,6) - 1,43 (2,9) - 2,85 (2,4) = 70,85% %C2S = 2,87 (20,0) - 0,754 (70,85) = 3,98% %C3A = 2,65 (5,6) - 1,69 (2,9) = 9,94% %C4AF = 3,04 (2,9) = 8,82 Cimento B: Al2O3 / Fe2O3 = 0,83 > 0,64 portanto pode-se utilizar as expressões de Bogue: %C3S = 4,07 (63,3-0,4) - 7,60 (23,9) - 6,72 (3,3) - 1,43 (4,0) - 2,85 (1,6) = 41,91% %C2S = 2,87 (23,9) - 0,754 (41,91) = 36,99% %C3A = 2,65 (3,3) - 1,69 (4,0) = 1,99% %C4AF = 3,04 (4,0) = 12,16% Conclusão: O cimento B seria melhor para a utilização enunciada pois o teor de C3A e C3S (que libera Ca(OH)2 na hidratação) são menores. Estes compostos são os responsáveis pela formação de sais expansivos (Etringita, monossulfato e gipsita) quando em presença de águas sulfatadas.

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3.4.5.5 Hidratação, Pega e Endurecimento: Existem duas teorias para explicar o endurecimento do cimento. a- Teoria de Le Chatelier: Diz que o endurecimento do cimento é explicado pelo engavetamento de cristais provenientes de cristalização de uma solução saturada de compostos hidratados menos solúveis que os anidros. b- Teoria de Michaelis (Coloidal): Diz que a hidratação do cimento dá origem à uma solução super-saturada com a formação de cristais em forma de agulha e de palhetas hexagonais que se entrelaçam. Há a formação de um silicato de cálcio hidratado que dá origem a um gel coloidal que aprisiona estes cristais. Hidratação dos compostos: (Obs: H = H2O) (1) C3S ==> 2C3S + 6H ---> C3S2H3 + 3 Ca (OH)2 ou (CSH + CH) (2) C2S ==> 2C2S + 4H ----> C3S2H3 + Ca (OH)2 ou (CSH + CH) (3) C3A ==> C3A + 6H ----> C3AH6 (4) C4AF ==> C4AF + Ca(OH)2 + CaSO4.2H --> 3CA3CaSO4 (Sulfo-aluminato de cálcio) 3CF.3CaSO4 (sulfo ferrita) Pega e Endurecimento: Sendo o cimento constituído por minúsculas particulas de tamanho variável, na sua maior parte variando de 7 a 30m, cada uma delas podendo conter variadas proporções dos principais constituintes já mencionados, o seu processo de hidratação é considerado bastante complexo mas de profundo interesse pois influe nas propriedades de concretos e argamassas, tanto no estado fresco quanto endurecido. Dos compostos acima citados, o C3A é o que possui uma maior reatividade inicial. Se um cimento for composto apenas por um clinquer moído, a reação do C3A com água, conforme apresentada acima, seria praticamente instantânea provocando um grande aquecimento e enrigecimento do material e o cimento não teria utilidade para a maioria das aplicações práticas. Por isso que adiciona-se gipsita para evitar-se que aquela reação ocorra de imediato. A gipsita, em contato com a água de amassamento, libera sulfato para a solução. O C3A dissolvido, em presença de quantidade suficiente de sulfato, forma um

composto denominado etringita primária (C6A_

S 3H32) que se precipita sobre os grãos anidros formando pequenos cristais. Tem-se então uma pequena redução na fluidez da pasta que continua trabalhável. A hidratação do C4AF em presença de sulfato produz compostos semelhantes à etringita. O sulfato dissolvido também afeta a velocidade de hidratação do C3S. Durante as primeiras horas após o contato do cimento com água, pouca reação ocorre e esta fase é conhecida como tempo de dormência. Após esta fase, a pasta de cimento passa a apresentar um aumento brusco da viscosidade e temperatura que é denominada de início de pega. Várias teorias tem sido postuladas para explicar a ocorrência desse fenômeno

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mas nenhuma totalmente comprovada. Sabe-se apenas que, a partir desse instante, o C3S passa a reagir com velocidade maior, produzindo CSH (composto de maior resistência e hidraulicidade do cimento) e liberando grandes quantidades de Ca(OH)2. A quantidade de etringita formada também aumenta consideravelmente. Poucas horas depois, a pasta passa a apresentar resistência mecânica (fim de pega) e inicia-se a fase denominada endurecimento (ganho de resistência). Esse ganho de resistência é atribuido praticamente à hidratação do C3S e, numa taxa que aumenta com o tempo, à hidratação do C2S. A etringita formada, a partir de 1 dia, com a diminuição da quantidade de sulfato dissolvido,

instabiliza-se e converte-se progressivamente em monossulfato (C4A_

S H18). Observações: a- Quanto à pega: o tempo de início de pega é controlado pela quantidade e reatividade do sulfato de cálcio presente. Grande quantidades de gipsita podem não só retardar a pega mas provocar reações expansivas no cimento após o processo de endurecimento pela formação de etringita secundária. b- Quanto à resistência: - Até os 3 dias: É assegurada pela hidratação dos aluminatos e silicatos de cálcio (C3S). - Até os 7 dias: Praticamente pelo aumento da hidratação do C3S. - Até os 28 dias: Continua a hidratação do C3S responsável pelo aumento da resistência, com pequena contribuição do C2S. - Acima dos 28 dias: O aumento de resistência passa a ser devido à hidratação do C2S. c- A alta resistência inicial de um cimento pode ser obtida pelo aumento de C3S ou pela melhor moagem do clínquer. No entanto, se aumentarmos o C3S haverá um aumento da produção de Ca(OH)2 que poderá comprometer a estabilidade química do cimento. A maior moagem aumentará a demanda de água das misturas bem como o teor de gipsita necessário para controlar a pega do cimento. d- Dos compostos resultantes da hidratação do cimento, o único solúvel é o Ca(OH)2, sendo esta solubilidade o principal agente para a redução de durabilidade das misturas endurecidas. Nos cimentos Portland, forma-se de 13 a 17% de Ca(OH)2. Este Ca(OH)2 em contato com águas puras é facilmente lixiviado e, recebendo o CO2 do ar, forma o CaCO3 que é um carbonato insolúvel mas que gera eflorescências brancas. A água do mar é rica em sulfatos. O concreto quando posto em contato com ela, o Ca(OH)2 reage com este sulfato resultando num sulfato de cálcio. Este, por sua vez, combina-se com a alumina do C3A formando o sulfoaluminato de cálcio (etringita) que é expansivo o que provocará a desagregação do concreto. e- Os cimentos finamente moídos dão início de pega mais rápido e fim de pega mais demorado que os menos finos. f- O aumento de temperatura diminui o tempo de início de pega, enquanto que temperaturas próximas de 0oC retardam as reações e pouco abaixo deste valor as paralizam.

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g- Certos compostos solúveis aceleram a pega, ao passo que outros retardam. Entre os primeiros estão o Cloreto de Cálcio (em % superior a 0,5%), o Cloreto de Sódio, álcalis (Hidróxidos de Potássio e Sódio). Como retardadores citam-se: gesso, carbonato de sódio, óxido de zinco, açucar, bórax, tanino e ácido fosfórico. h- De acordo com os tempos de pega, os cimentos podem ser classificados: - Pega rápida: Tempo de início de pega < 30 min - Pega semi-rápida: 30min < Tempo de início de pega < 60min - Pega normal: Tempo de início de pega > 60min i- Em alguns cimentos apresenta-se um fenômeno conhecido como falsa pega. Ela manifesta-se como um aumento brusco de viscosidade da pasta logo após a mistura entre cimento e água. Este fenômeno é causado principalmente pela desidratação da gipsita adicionada na fabricação do cimento. Quando durante a moagem da mistura de clinquer mais gipsita, a temperatura do material atinge 150oC, ocorre esta desidratação. O cimento assim produzido, quando entra em contato com a água, promove a reidratação da gipsita o que gera uma perda de trabalhabilidade da mistura em poucos minutos. Neste caso, um amassamento mais enérgico da pasta, sem acréscimo de água, é suficiente para eliminar o fenômeno, passando a pega a ser normal, não havendo perda de resistência mecânica. No caso de não ser reestabelecida a trabalhabilidade, pode-se estar na presença de uma pega instantânea, provocada provavelmente por deficiência na quantidade de gipsita adicionada ao clinquer para controlar a pega tornando o cimento inadequado ao uso como aglomerante. 3.4.5.6 Grau de Moagem: Além da composição química do cimento, o grau de moagem tem grande influência sobre as propriedades do cimento. A hidratação dos grãos em contato com a água se faz da superfície para o interior. Desta forma, o grau de moagem influirá sobre a velocidade de hidratação e consequentemente sobre o desenvolvimento do calor, retração e resistência. Como ordem de grandeza, pode-se dizer que a água age a 0,5m de profundidade nas primeiras 24 horas, a 2m na primeira semana e a 4m no primeiro mês. Logo, os cimentos bem moídos endurecem mais rapidamente, dando pastas mais homogêneas e mais estáveis. Em contrapartida, a melhor moagem fará com que o cimento libere maior quantidade de calor. Para definir-se grau de moagem, pode-se utilizar diferentes métodos: a- Sedimentação: A amostra de cimento é misturada com querozene ou alcool e colocada num frasco onde, com um dispersor, agita-se a mistura e após, minuto a minuto, mede-se a densidade do líquido, que pela lei de Stokes: "A velocidade de sedimentação de uma esfera é proporcional ao quadrado de seu diâmetro". Com isto, determina-se a composição granulométrica do cimento. b- Turbidímetro:

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Os turbidímetros baseiam-se em deixar sedimentar a amostra num recipiente contendo um líquido. Faz-se passar um raio luminoso através da cuba de sedimentação. Este raio atravessa a cuba e inside sobre uma célula fotoelétrica a qual está ligada a um micro-amperímetro. A medida que o material sedimenta, a opacidade da solução fica menos intensa. Logo, o método consiste em ler-se a intensidade de corrente e compara-la com a intensidade Io do líquido puro. c- Permeabilímetro de Blaine: Considera-se que o número e tamanho dos poros de uma amostra de dada densidade são função do tamanho das partículas e de sua distribuição granulométrica. O ensaio consiste em medir o tempo necessário para que uma certa quantidade de ar atravesse uma amostra de densidade conhecida. Determina-se a superfície específica por comparação dos resultados obtidos para uma amostra padrão de superfície específica conhecida. Esse método é bastante empregado para controle de uniformidade da produção dos cimentos, apesar de críticas crescentes a sua precisão e fraca correlação com o desempenho dos cimentos quanto a granulometria. d- Granulômetro a laser: Sobre uma amostra de cimento diluída em água ou alcool é incidido um feixe de raios laser. Detectores captam os raios difratados pelas partículas do cimento em suspensão, determinando o ângulo de refração que é correlacionado com o diâmatro das partículas. Esse método possíbilita a determinação da composição granulométrica de partículas variando entre 0,1 e 500m. É hoje o método mais empregado em fábricas de cimento e pesquisas. 3.4.5.7 Estabilidade de Volume: Para que um cimento seja estável é necessário que nenhum de seus compostos sofra (depois de endurecidos), expansão prejudicial ou destrutiva. Os quatro compostos fundamentais do cimento não podem produzir instabilidade, pois seus volumes, após hidratação, ainda que maiores que os anidros, permanecem menores que a soma do volume dos anidros mais a água necessária para sua hidratação. No entanto, a cal livre e a magnésia livre podem hidratar-se durante a fase de endurecimento com expressiva expansão levando os concretos e argamassas à desagregação. Admite-se hoje ser o periclásio (magnésia cristalizada) o grande responsável pela instabilidade dos cimentos. Por isso seu teor não deve ultrapassar 2%. Como já foi visto anteriormente, o teor de MgO para os cimentos nacionais varia de 0,8 a 6%. No entanto, deve-se observar que nem todo o MgO está sob a forma de cristais de periclásio. Há uma parte formando cristais mistos na rede cristalina complexa do C4AF e que não provoca reações expansivas. Outro composto que pode produzir expansibilidade é o gesso adicionado para o controle da pega. Por isso, o controle desta adição deve ser muito cuidadoso para que não haja excesso.

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Álcalis do cimento: Os álcalis K2O e Na2O encontram-se com frequencia no cimento Portland, em teores de 0,5 a 1,3%, desenvolvendo papel de fundentes no processo de queima e agindo posteriormente como aceleradores de pega. Em certos agregados de composição determinada (contendo silica amorfa ou quartzo tensionado) atribui-se a propriedade de provocar expansões anormais nas argamassas, quando o cimento contém um teor de álcalis superior a 0,6% (calculado em Na2O + 0,658K2O). Essa reação conhecida popularmente como reação álcali-agregados é objeto de preocupação principalmente quando o concreto a ser produzido terá contato permanente com água após seu endurecimento (barragens, fundações, etc). Nesse caso, medidas preventivas devem ser tomadas para evitar-se a ocorrência do problema pois, após a manifestação, é de difícil correção. O uso de cimentos com baixos teores de álcalis ou o uso de pozolânas (cinza volante, sílica ativa ou metacaulim) são recomendados para previnir a ocorrência dessa patologia. 3.4.5.8 Adições São denominados adições, os materiais que, misturados aos cimentos ou concretos em quantidades apreciáveis (maior do que 5% em massa), alteram as propriedades que o aglomerante confere ao concreto. No Brasil, quase a totalidade dos cimentos comercialmente disponíveis possuem um ou mais tipos de adição. Isto se explica principalmente pela redução de custo do cimento e por questões ambientais pois a maioria destas adições são sub-produtos industriais. É sempre importante enfatizar que a fabricação de cimento Portland é ecologicamente agressiva, pois a produção de uma tonelada de cimento resulta na emissão de cerca de uma tonelada de dióxido de carbono para a atmosfera. A seguir é apresentada uma breve descrição dos principais tipos de adições empregadas nos cimentos brasileiros. Pozolanas São consideradas pozolanas, os materiais silicosos ou sílico-aluminosos, que por si só possuem pouco ou nenhum valor aglomerante. Porém, quando finamente divididos e em presença de umidade, reagem quimicamente com hidróxido de cálcio, à temperatura normal, formando compostos com propriedades aglomerantes (silicatos de cálcio hidratados) porém distintos daqueles originados do clínquer pois têm menor relação CaO/SiO2, portanto menos básicos e por esta razão mais estáveis aos meios agressivos. Os materiais pozolânicos são empregados na fabricação de alguns cimentos brasileiros com o CP IV e o CP II –E. Dentro desta definição, enquadram-se uma série de materiais: - Pozolanas naturais: Como algumas terras diatomácias, rochas contendo opala, tufos e cinzas vulcânicas. - Pozolanas artificiais: Obtidas pela calcinação conveniente de argilas e xistos argilosos. - Cinzas Volantes: Resultantes da combustão de carvão mineral, usualmente das usinas termoelétricas. - Cinzas de Origem Vegetal: Obtidas pela queima de produtos vegetais (casca de arroz, palha de cana, etc). Os tipos de pozolana mais empregados na fabricação de cimento no Brasil são:

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- Cinza volante: É a cinza obtida por precipitação mecânica ou eletrostática dos gases de exaustão de usinas termelétricas abastecidas por carvão mineral. Possui uma composição química a base de sílica e alumina. As partículas de cinza volante são geralmente esféricas e com uma finura da mesma ordem de grandeza dos cimentos Portland (250 a 600 m2/kg) com diâmetros entre 1 e 100m. Esta área específica já a torna passível de reação com o hidróxido de cálcio gerado na hidratação do cimento. Possui uma reatividade considerada razoável. Sua massa específica está em torno de 2,35kg/dm3. - Sílica Ativa: Também conhecida como microssílica ou fumo de sílica, é um resíduo da produção de ferro silício ou silício metálico. É composta basicamente por partículas esféricas de sílica amorfa muito finas ( 0,03 a 0,3m) apresentando uma superfície específica, medida por adsorção de nitrogênio, em torno de 20.000 m2/kg. Esta finura a torna extremamente reativa mas aumenta bastante a demanda de água no concreto, tornando geralmente imprescindível o uso de aditivos superplasticantes. Além da ação pozolânica, apresenta uma melhora da microestrutura dos concretos por preenchimento de vazios entre grãos do cimento (efeito micro-filler). Além disso, atua com bastante eficiência na interface pasta/agregado, que é geralmente uma região porosa e de formação de grandes cristais de hidróxido de cálcio, tornando-a mais compacta pela formação de CSH. Tem sido empregada principalmente em concretos de alta resistência, em proporção entre 5 e 10% em substituição em massa do cimento. Sua massa específica está em torno de 2,20kg/dm3. - Metacaulim: Provem da calcinação de argilas extremamente finas, compostas com caulinita a temperaturas entre 600 e 900oC. Sua composição química é predominantemente sílica (50%) e alumina (40%). Possui uma coloração variando do rosa ao branco dependendo do teor de óxido de ferro presente na matéria prima. Após a moagem, (área específica superior a 300.000 cm2/g) o material apresenta uma grande reatividade com o hidróxido de cálcio liberado nas reações de hidratação do C3S e C2S, formando compostos do tipo CSAH. (Quimicamente: Al2O3.2SiO2 + 5 Ca(OH)2 => 5CaO.Al2O3.2SiO2.5H2O conhecido como Gelenita). Sua produção em escala comercial no Brasil começou em 200. Seu principal uso é para previnir reações álcali-agregado e melhorar a durabilidade do concreto em ambientes agressivos (ex. concretos projetados para túneis), em proporção entre 5 e 10% em substituição em massa do cimento. Sua massa específica está em torno de 2,60kg/dm3. - Cinza da casca de arroz: A de casca do arroz representa 20% da massa do cereal. Quando calcinada a temperaturas entre 500 e 900oC, produz cinzas contendo grande quantidade de sílica no estado amorfo ou micro-cristalino (>90%) com características pozolânicas, desde que adequadamente pulverizada. A coloração varia do preto ao branco dependendo do teor de carbono residual do processo de queima. Seu uso como pozolana ainda é feito em escala piloto no mundo. Essa situação é creditada principalmente ao elevado teor de carbono com que é produzida que, além de alterar a coloração do concreto, torna-o extremamente viscoso ou até pegajoso. Pesquisas realizadas na UFSC tem buscado desenvolver a produção de cinzas com menor teor de carbono a partir da reciclagem das cinzas obtidas em empresas beneficiadoras de arroz onde a casca é utilizada como combustível. Os teores mais adequados para uso em substitiução ao cimento são na faixa de 15%. Sua massa específica está em torno de 2,20kg/dm3. Por possuir uma elevada superfície específica (50.000 a 100.000 m2/kg) a demanda de água nas misturas aumenta significativamente requerendo o uso de aditivos superplastificantes.

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Possui também uma ação significativa no concreto enquanto no estado fresco, aumentando sua coesão e reduzindo a exudação. Esses efeitos são também observados nas misturas contendo sílica ativa e metacaulim. Escórias de alto forno É um resíduo da produção de ferro gusa (uma tonelada de ferro gusa gera 300 kg de escória). Quimicamente é uma mistura de óxido de cálcio, sílica e alumina, que são os mesmos óxidos que compõem o clinquer Portland, mas em proporções distintas. A composição aproximada (principais compostos) da escória utilizada no Brasil é: SiO2 = 35%; Al2O3 = 12%; CaO = 42% e MgO = 6%. A composição e estrutura física do material são muito variáveis e dependem do processo utilizado e das condições de resfriamento. Para uso como adição em cimentos, necessita ser resfriada bruscamente para que se solidifique como material vítreo. As escórias atuam quimicamente de modo distinto das pozolanas. São, isoladamente, um aglomerante de baixíssima reatividade, ou seja, em contato com a água reagem formando compostos hidratados complexos mas de natureza similar aos da hidratação do cimento Portland (CSH) mas numa velocidade muito lenta. Para acelerar as reações de hidratação, necessitam de um ambiente fortemente alcalino. Desta forma, quando adicionadas ao cimento Portland, reagem com água devido ao alto pH gerado na solução dos poros do concreto devido à hidratação dos compostos do clinquer. Neste caso, a reatividade da escória e, por conseguinte, do cimento do escória chamado de cimento de alto forno, é extremamente dependente de sua finura. Como é um material difícil de moer, normalmente a moagem é feita em separado até atingir áreas específicas da ordem de 400 a 500m2/kg e depois adicionada ao cimento em proporções que variam entre 30 e 70%. Sua massa específica é de aproximadamente 2,90kg/dm3. Filers O fíler é um material finamente moído, com aproximadamente a mesma finura do cimento portland mas que, devido a suas propriedadas físicas, tem um efeito benéfico sobre as propriedades do concreto, tais como trabalhabilidade, densidade, permeabilidade, capilaridade e exudação. Usualmente são inertes. Os filers mais utilizados na fabricação dos cimentos são provenientes da moagem do calcário, portanto de composição a base de carbonato de cálcio. Podem ativar a hidratação do cimento Portland atuando como pontos de nucleação. Devido ao seu baixo custo e disponibilidade, são empregados em praticamente todos os cimentos comerciais brasileiros, em proporções entre 5 e 10%. 3.4.5.9 Cimentos Especiais: Além do cimento Portland comum, são fabricados e comercializados, tanto no Brasil como no exterior, outros tipos de cimento. Estes cimentos diferem entre si quanto a sua composição química. Nos Estados Unidos, por exemplo, a ASTM classifica os cimentos Portland em 5 tipos: Tipo I: Cimento Portland Comum Tipo II: Moderada resistência a sulfatos e moderado calor de hidratação Tipo III: Alta resistência inicial Tipo IV: Baixo calor de hidratação

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Tipo V: Resistente aos sulfatos A tabela abaixo mostra valores típicos da composição dos diversos tipos de cimento Portland americanos: Tabela 3.3: Valores típicos de composição dos diversos tipos de cimento Portland Composição - %

Cimento Valor C3S C2S C3A C4AF CaSO4 CaO Livre

MgO Perda ao fogo

No de amost.

Máx. 67 31 14 12 3,4 1,5 3,8 2,3 Tipo I Mín. 42 8 5 6 2,6 0 0,7 0,6 21

Médio 49 25 12 8 2,9 0,8 2,4 1,2 Máx. 55 39 8 16 3,4 1,8 4,4 2,0

Tipo II Mín. 37 19 4 6 2,1 0,1 1,5 0,5 28 Médio 46 29 6 12 2,8 0,6 3,0 1,0 Máx. 70 38 17 10 4,6 4,2 4,8 2,7

Tipo III Mín. 34 0 7 6 2,2 0,1 1,0 1,1 5 Médio 56 15 12 8 3,9 1,3 2,6 1,9 Máx. 44 57 7 18 3,5 0,9 4,1 1,9

Tipo IV Mín. 21 34 3 6 2,6 0 1,0 0,6 16 Médio 30 46 5 13 2,9 0,3 2,7 1,0 Máx. 54 49 5 15 3,9 0,6 2,3 1,2

Tipo V Mín. 35 24 1 6 2,4 0,1 0,7 0,8 22 Médio 43 36 4 12 2,7 0,4 1,6 1,0

Obs: - O cálculo dos compostos deve ser feito pelo método de Bogue. - O teor de CaSO4 é dado pela expressão: % CaSO4 = 1,7 SO3 3.4.5.10 Classificação dos cimentos nacionais: A ABNT apresenta seis tipos de cimentos normalizados, sendo que alguns subdividem-se, totalizando dez variedades. Cabe ressaltar que a disponibilidade de certos tipos de cimento é regional e alguns só são fabricados segundo encomendas especiais. As Tabelas 2.3, 2.4 e 2.5 apresentam as características destes cimentos e alguns requisitos de desempenho.

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Tabela 3.4: Tipos de cimentos Portland Nacionais

Norma Tipo Sigla classe NBR 5732/91 Cimento Portland CP I - Cimento Portland Comum 25,32,40

(EB-1/91) Comum CP I-S - Cimento Portland Comum c/ adição 25,32,40 NBR 11578/91 Cimento CP II-E - Cimento Portland Composto c/ escória 25,32,40

(EB-2138) Portland CP II-Z - Cimento Portland Composto c/ pozolana

25,32,40

Composto CP II-F - Cimento Portland Composto c/ filer 25,32,40 NBR 5735/91

(EB-208) Cimento Portland

de Alto Forno CP III - Cimento Portland de Alto Forno 25,32,40

NBR 5736/91 (EB-758)

Cimento Portland Pozolânico

CP IV - Cimento Portland Pozolânico 25,32

NBR 5733/91 (EB2)

Cimento Portland de Alta Resistência

Inicial

CP V- ARI - Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

NBR 5737/92 Cimento Portland resistente a sulfatos

RS - Cimento Portland resistente a sulfatos 25,32

Tabela 3.5: Limites para a composição dos cimentos

Sigla Clínquer + sulfatos de cálcio

(%)

Escória granulada (%)

Material Pozolânico (%)

Material Carbonático (%)

CP I 100 0 0 0 CP I-S 99 - 95 1 - 5CP II-E 94 - 56 6 - 34 0 0 - 10 CP II-Z 94 - 76 0 6 - 14 0 - 10 CP II-F 94 - 90 0 0 0 - 10 CP III 65 -25 35 - 70 0 0 - 5 CP IV 85 - 45 0 15 - 50 0 - 5 CP V 100 - 95 0 0 0 - 5

Cimentos Portland Resistentes a Sulfatos (RS): De acordo com a NBR 5737/92, cinco tipos básicos de cimento – CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V-ARI podem ser resistentes a sulfatos , desde que se enquadrem em pelo menos uma das seguintes condições: - teor de aluminato de cálcio C3A do clínquer e teor de adições carbonáticas de no

máximo 8% e 5% em massa, respectivamente; - cimentos de alto forno que contiverem entre 60% e 70% de escoria granulada de alto

forno, em massa; - cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25% e 40% de material pozolânico

em massa; - cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de

obras que comprovem resistência a sulfatos. Na designação desse cimento deverá aparecer, depois da sigla normal, (RS) (ex: CP V-ARI-(RS)).

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Cimento Portland de Baixo Calor de Hidratação (BC): Este cimento é designado por siglas e classe de seu tipo, acrescidas de (BC). A sua classificação é dada em função de sua composição química, que demonstra sua propriedade de retardar o desprendimento de calor durante a hidratação do cimento evitando a ocorrência de fissuras de origem térmica. Tabela 3.6: Exigências físicas em função da classe do cimento Tipos Classe Finura Tempo de Pega Expans. Resistência à Compressão

(MPa) #200 Blaine (m2/Kg)

Início (h)

Fim (h)

Frio ou Quente (mm)

1 Dia (MPa)

3 Dias (MPa)

7 Dias (MPa)

28 Dias(MPa)

CP I 25 12,0 240 - 8,0 15,0 25,0 CP I-S 32 12,0 260 1 10 5,0 - 10,0 20,0 32,0

40 10,0 280 - 15,0 25,0 40,0 CP II-E 25 12,0 240 - 8,0 15,0 25,0 CP II-Z 32 12,0 260 1 10 5,0 - 10,0 20,0 32,0 CP II-F 40 10,0 280 - 15,0 25,0 40,0

25 - 8,0 15,0 25,0 CP III 32 8,0 - 1 12 5,0 - 10,0 20,0 32,0

40 - 12,0 23,0 40,0 CP IV 25 8,0 - 1 12 5,0 - 8,0 15,0 25,0

32 - 10,0 20,0 32,0 CP V -- 6,0 300 1 10 5,0 14,0 24,0 34,0 -

CP V – ARI RS

-- 6,0 300 1 10 5,0 11,0 24,0 34,0 -

3.4.5.11 Recomendação para seleção dos cimentos Portland: CP I e CP I-S - Este aglomerante é obtido pela moagem do clinquer mais sulfato de cálcio. No caso do CP I – S, pode adicionar-se até 5% de escória, pozolana ou filer calcário. É utilizado em casos correntes, onde não se exige nenhuma propriedade especial do concreto. CP II (E, Z ou F) - Este aglomerante difere do CP I-S apenas quanto à quantidade de adição utilizada na sua formulação (ligeiramente maior). Sua aplicação é a mesma que a do tipo anterior. A presença das adições em quantidades relativamente baixas faz com que apresentem resistência e durabilidade similares ao do cimento CP I – S. CP III - É o aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland e escória granulada de alto-forno, com adição eventual de sulfato de cálcio. O conteúdo de escória deve estar compreendido entre 35 e 70% da massa total. Este cimento produz resistências iniciais mais baixas que o cimento Portland comum, principalmente sob baixas temperaturas, e desenvolve menor calor de hidratação. Tem seu emprego generalizado em obras de concretos simples, armado e protendido, apesar de possuir aplicações específicas mais interessantes. O emprego do cimento Portland de Alto Forno é particularmente interessante no caso de meios sulfatados, como os ambientes marinhos e certas águas residuais industriais, devido

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à menor quantidade de hidróxido de cálcio presente no material hidratado. Recomenda-se sua utilização também em concreto massa ou estruturas cujas dimensões facilitam o aparecimento de fissuras de origem térmica. É importante esclarecer que a escória utilizada na fabricação do cimento é alcalina e, portanto, não tem ação pozolânica, isto é, não tem condições de combinar com o Ca(OH)2. O hidróxido de cálcio age apenas como catalizador básico para despertar a ação hidráulica dos componentes da escória que se encontra em estado latente. CP IV - É o aglomerante hidráulico obtido pela moagem do clínquer Portland e pozolana, sem adição, durante a moagem, de outra substância a não ser do sulfato de cálcio. A quantidade de pozolana empregada varia de 15 a 50%. Nas primeiras idades, apresenta desenvolvimento mais lento das resistências mecânicas, comparados a concretos de cimento Portland comum, o que tende a inverter-se em idades superiores a 90 dias. Possui também uma maior suceptibilidade à baixas temperaturas no que tange ao desenvolvimento de resistência nas primeiras idades. Além disso, desenvolvem baixo calor de hidratação, produzem argamassas e concretos mais impermeáveis pela fixação de Ca (OH)2 na reação pozolânica, inibem a reação entre os álcalis do cimento e agregados reativos e apresentam um melhor desempenho à cura térmica (utilizada na fabricação de pré-moldados). O emprego do cimento Portland Pozolânico é especialmente interessante no caso de concretos sujeitos à lixiviação sob águas agressivas, uma vez que apresenta menor permeabilidade, comparativamente aos confeccionados com cimento comum. Recomenda-se sua utilização também em concreto massa ou estruturas cujas dimensões facilitem o aparecimento de fissuras de origem térmica. Conferem também ao concreto boa resistência a sulfatos. CP V-ARI - - Este aglomerante é obtido pela moagem do clinquer mais sulfato de cálcio, podendo receber a adição de até 5% de filer calcário. A elevada resistência inicial é obtida geralmente pela maior finura, uma vez que a mudança de composição do clinquer tornando-o mais rico em C3S é operacionalmente complicada para as fábricas de cimento. O emprego deste aglomerante é recomendado quando necessita-se de resistências mecânicas elevadas a baixas idades. Por norma, exige-se que apresente, com 1 dia de idade, resistência à compressão superior ao cimento Portland comum aos 3 dias, o mesmo sucedendo-se com as idades de 3 e 7 dias, 7 e 28 dias, respectivamente para ambos os cimentos. Este cimento tem grande aplicação na indústria de pré-moldados onde a necessidade de rápida reutilização de formas exige o desenvolvimento acelerado de resistências em idades precoces. Não deve ser empregado em concreto massa e elementos de grandes dimensões, dado o elevado calor de hidratação por ele gerado. Também não é recomendado seu emprego em ambientes agressivos devido à grande quantidade de Ca(OH)2 liberada na hidratação. Cimento Portland Branco - Um outro tipo de cimento Portland fabricado no Brasil é o branco. Possui esta coloração por advir de uma mistura de calcário e caulim, sem praticamente conter óxidos de ferro e manganês. É um cimento de fabricação bastante pequena e tem seu preço superior ao do cimento Portland comum por exigir um consumo energético maior na produção (não existe Fe2O3 que é fundente) e, por exigir

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temperaturas mais altas no cozimento ( aproximadamente 1500 oC) os fornos de produção precisam de material de revestimento refratário mais caro. São classificados em dois grupos: Estrutural e Não-estrutural. O primeiro grupo, apresenta exigências quanto a resistências mecânicas semelhantes ao cimento Portland Comum. É empregado em aplicações especiais onde deseja-se um efeito arquitetônico pela cor. O segundo grupo, é utilizado principalmente para composição de pastas de rejunte de elementos cerâmicos. 3.4.5.12 Outros cimentos: Dentre os outros tipos de cimento fabricados e utilizados em outros países e com aplicações ainda restritas no Brasil pode-se destacar: - Cimento Aluminoso - Cimento Portland de expansão controlada - Cimento de escória a- Cimento Aluminoso: É um aglomerante de cor negra obtido a partir da queima de uma mistura de calcário e bauxita. Sua descoberta deve-se ao químico francês Bied. O composto essencial do aglomerante é o aluminato monocálcico (CA) que pela hidratação produz endurecimento. Este endurecimento é muito rápido mas a pega é normal. Sua resistência aos 3 dias é equivalente ao do cimento Portland comum aos 28 dias. Seu emprego é indicado principalmente para argamassas refratárias e resistem a meios agressivos (águas sulfatadas). Entretanto, apresenta alguns inconvenientes: - Deterioração de concretos e argamassas pela hidrólise alcalina do CA quando se emprega areia granítica. Este fenômeno ocorre quando existe circulação de água no concreto; - Não dá pega quando lançado à temperatura superior a 30oC. A temperatura limite para lançamento é da ordem de 25oC; - A reação de hidratação é fortemente exotérmica (libera muito calor na hidratação) não se prestando para utilização em obras massivas (Ex: barragens). Atualmente seu uso em estruturas está proibido na Europa. b- Cimento Portland de expansão controlada: É um cimento que permite a produção de concretos sem retração, podendo mesmo apresentar pequena expansão. Isto é conseguido pelo perfeito controle da quantidade de compostos expansivos (Ex: CaO livre e MgO) presentes no cimento. O uso destes cimentos é ainda bastante restrito mesmo a nível mundial. Alguns paises como os Estados Unidos, Rússia e Japão lideram o uso deste aglomerante. c- Cimento de escória: Denomina-se cimento de escória ao aglomerante obtido da moagem da escória sem o emprego de outras adições. O elemento catalizador para despertar as propriedades hidráulicas latentes da escória são adicionados no momento da produção dos concretos. As substâncias mais utilizadas são o hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio (cal hidratada) e gipsita. A finura do cimento é mais elevada ( aproximadamente 600m2/kg). A evolução de resistências mecânicas é mais lenta do que o do cimento Portland comum mas dependendo do tipo de catalizador pode-se obter resistências a altas idades bastante altas.

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Num trabalho realizado no IPT de São Paulo, utilizando como catalizador 5% de gipsita e 10% de hidróxido de cálcio obteve-se as seguintes valores no ensaio padronizado de resistência do cimento: - 7 dias: 29,7 MPa - 29 dias: 41,9 MPa - 63 dias: 51,4 MPa - 91 dias: 55,5 MPa 3.4.5.13 Ensaios de cimento Os ensaios de cimento Portland podem ser subdivididos em três grupos: os ensaios químicos, onde são determinados os teores dos principais compostos químicos presentes no cimento - como a sílica, a alumina, óxido de ferro, óxido de cálcio, anidrido sulfúrico (necessários para a determinação da composição potencial do cimento) e compostos menores como: os álcalis, flúor, fósforo, etc. Determinam também a perda ao fogo que fornece, a princípio, o grau de hidratação do cimento; os ensaios físico-químicos, que permitem que se faça uma avaliação das condições de fabricação do cimento por meio de técnicas microscópicas, difratometria e análises termodiferenciais e termo-gravimétricas e, finalmente, os ensaios físicos, onde a qualidade do cimento pode ser avaliada de maneira direta por meio de ensaios de resistência, tempo de pega, finura, etc. Do ponto de vista de controle de recepção, os ensaios físicos são os que apresentam maior interesse, não significando isto que os outros sejam menos importantes ou que devam ser relegados a um segundo plano. Massa específica A massa específica (d) do cimento Portland é determinada de acordo com as prescrições da NBR 6474 e consiste basicamente na determinação do volume deslocado por uma massa de cimento conhecida (50g), quando introduzida no frasco volumétrico de Le Chatelier (Figura 2.2), sendo que:

d = m / Vdesl (g/cm3) O líquido utilizado no ensaio deve ser o xileno, recentemente preparado, com densidade de 0,8686 a 15oC ou o querozene, com densidade não menor que 0,731 a 15oC. O ensaio é realizado da seguinte forma: - Coloca-se o líquido no frasco até que atinja uma altura intermediária na escala inferior; - Coloca-se o frasco com o líquido em um banho de água com temperatura constante em torno de 23oC até a estabilização da leitura inicial; - Com o auxílio de um funil coloca-se o cimento previamente pesado, agitando-se o conjunto para a eliminação de bolhas de ar aderidas nas partículas; - Coloca-se o conjunto no banho de água com temperatura constante e após estabilização da temperatura do líquido do frasco, faz-se a leitura final. - A diferença entre as leitura final e inicial fornecerá o volume deslocado. A massa específica é determinada, principalmente, por ser necessária na obtenção da área específica do cimento (Ensaio Blaine) e também porque é um dos parâmetros utilizados na dosagem do concreto. Secundariamente, a sua determinação permite que se faça uma avaliação do teor de adições presente no cimento, quando se trabalha sistematicamente

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com uma mesma marca de cimento pozolânico, de alto-forno ou composto, mas isso deve ser feito de uma maneira cuidadosa, pois estas adições também possuem massas específicas variáveis.

Figura 3.3: Frasco volumétrico de Le Chatelier Para os cimentos nacionais, encontram-se razoáveis variações nas massas específicas, que dependem da matéria prima utilizada na fabricação do clínquer e, fundamentalmente, das adições incorporadas durante o processo de moagem. O cimento Portland comum (CP I) pode ter uma massa específica variando aproximadamente entre 3,05 e 3,18g/cm3. No caso do cimento pozolânico (CP IV), têm-se um intervalo de 2,90 a 3,00g/cm3. Para o cimento de alto-forno (CP III), a massa específica varia de 3,00 a 3,05g/cm3 aproximadamente.

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Finura A finura, juntamente com a composição química e as condições de queima, são os fatores que mais afetam a resistência mecânica de um cimento Portland. A fração mais fina do cimento é a responsável pela resistência nas primeiras idades enquanto que os grãos mais grossos conferem níveis de resistência mais elevados nas idades finais. Portanto, para se fazer uma boa avaliação da finura do cimento, o ideal seria determinar a sua distribuição granulométrica, pois deste modo ter-se-ia uma visão geral da finura do cimento. Porém, este tipo de ensaio é relativamente caro e normalmente muito demorado e, em seu lugar, as normas brasileiras prescrevem dois ensaios expeditos que fornecem uma visão ampla da curva granulométrica, pelo menos nos pontos mais importantes (um no ramo inferior e outro no ramo superior). O ensaio de área específica Blaine (NBR 7224) fornece uma estimativa do ramo inferior da curva, enquanto que o ensaio de peneiramento (NBR 7215) dá como resultado um ponto bem definido do ramo superior, qual seja o percentual de grãos com diâmetro superior a 0,075mm. Pode-se aceitar como regra geral que os cimentos com alta área específica - logicamente excetuando-se os cimentos de alto-forno e pozolânicos - apresentam maiores resistências iniciais. Os cimentos que apresentam baixa porcentagem de partículas maiores que 0,075mm, fornecem níveis mais elevados de resistência aos 28 dias, já que partículas maiores são consideradas praticamente inertes até a idade mencionada. A tabela abaixo apresenta valores fixados pelas normas brasileiras para ambos os ensaios:

Tipo Classe Resíduo máximo na # 0,075mm

Área específica Blaine mínima (m2/kg)

CP I 25 12 240 CP I-S 32 12 260

40 10 280 25 12 240

CP II (E,Z,F) 32 12 260 40 10 280 25 8 --

CP III 32 8 -- 40 8 --

CP IV 25 8 -- 32 8 --

CP V 6 300 Determinação da área específica: A área específica é um parâmetro indicador de finura do material e é definida pela relação entre a somatória das áreas superficiais das partículas de um material (pulverizado) e a sua massa. O equipamento mais usado na determinação da ára específica do cimento é o permeabilímetro de Blaine, desenvolvido em 1937. Graças à sua facilidade de manuseio o rapidez de ensaio, alcançou grande popularidade nos meios técnicos. O aparelho,

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esquematizado na Figura 3.3, consta basicamente da célula de permeabilidade, tubo manométrico em forma de U, êmbolo de compactação e uma pera de sucção. A amostra de cimento é compactada na célula com auxílio de um êmbolo e a seguir conectada ao tubo manométrico. Com a pera de sucção, faz-se a aspiração do ar, forçando o fluído manométrico a deslocar-se da marca 11 para a 8. Fecha-se o registro e o fluído manométrico começa a retornar à sua posição de equilíbrio, aspirando e forçando o ar a fluir pela célula de permeabilidade contendo a amostra de cimento; a velocidade deste retorno (tempo de ir de 8 para 11) está intimamente associada à finura do cimento, que será mais alta quando este for mais grosso e baixa, quando for mais fino.

Figura 3.4: Permeabilímetro de Blaine A faixa de validade do uso do permeabilímetro de Blaine é um pouco contraditória. A Norma DIN 66127 recomenda para materiais com superfície específica entre 100 e 400m2/kg aproximadamente. Outros autores fixam este limite superior em 700 e até 100m2/kg. De qualquer maneira, estas faixas de validade abrangem perfeitamente as áreas específicas encontradas nos cimentos Portland nacionais. Peneiramento:

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As partículas de cimento estão contidas predominantemente na faixa de 10 a 30m. Uma pequena quantidade situa-se acima de 75m e, acima desta dimensão, as velocidades das reações de hidratação são muito lentas e estas partículas praticamente não contribuem para a resistência do cimento até os 28 dias, sendo portanto indesejáveis. A determinação da quantidade destas partículas é feita de maneira bastante simples e o procedimento é regulamentado pela NBR 7215. Efetua-se o peneiramento manual ou mecânico de uma amostra de 50g de cimento, utilizando-se a peneira no 200 (0,075mm), o qual é considerado completo quando, após 1 minuto de peneiramento contínuo, não passar mais de 0,1% da massa da amostra.

F = (mat. retido / amostra total) x 100 Este ensaio também pode ser utilizado para verificar se um cimento estocado por certo período de tempo em obra não apresenta um grau de hidratação apreciável (aventamento). Tempo de pega A mistura de cimento Portland com certa quantidade de água dá origem a uma pasta de cimento com propriedades físicas bem definidas, sendo que a mais importante ou de maior interesse é a viscosidade. Esta viscosidade não é uma característica imutável da pasta, mas, na verdade, varia continuamente, sempre aumentando com a evolução das reações de hidratação. Fazendo-se medidas, de maneira bastante simples, da variação da viscosidade da pasta ao longo do tempo, observa-se que durante o período de vida - pois após certo tempo ela fica completamente rígida - existem duas variações bruscas nas propriedades reológicas: inicialmente a pasta muda bruscamente de viscosidade e, horas depois, transforma-se num corpo sólido. A medida desta viscosidade pode ser feita, de maneira bastante satisfatória, com o aparelho de Vicat (Figura 3.5), que consta, basicamente, de uma haste de 300g de massa tendo em uma de suas extremidades uma agulha de 1mm2 de seção transversal. Mede-se a altura em que a agulha estaciona em relação ao fundo do molde posicionado sobre uma placa de vidro, após penetrar suavemente na pasta.

Figura 3.5 – Aparelho de Vicat Convencionou-se chamar de início de pega o tempo transcorrido entre a adição da água ao cimento e quando a agulha (denominada agulha de Vicat), após ser posicionada na

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superfície de um corpo-de-prova de pasta e liberada para cair em queda livre, estaciona a 4±1mm do fundo do molde, e por fim de pega, quando esta penetra na pasta pela primeira vez apenas uma profundidade de 0,5mm. O tempo de início de pega deve ser maior que 1hora, enquanto que o fim de pega (ensaio optativo por norma) deve ser menor que 10horas. Tendo em vista que por este procedimento está se medindo indiretamente a viscosidade da pasta e esta é fortemente influenciada pelo teor de água que a mesma contém, é necessário que, para a medição dos tempos de pega, a pasta esteja inicialmente com uma viscosidade padrão, denominada de consistência normal, definida como sendo aquela consistência em que a sonda de Tetmajer (Figura ) estaciona a 61mm do fundo do molde. O procedimento para realização do ensaio é o seguinte: Determinação da água de consistência normal:

Zerar o equipamento: repousar a sonda de Tetmejer sobre a placa de vidro posicionada sobre a base do equipamento e ajustar o aro deslizante na posição zero da escala do aparelho;

Retirar a placa de vidro do aparelho e posicionar ao seu lado, com o molde sobre ela;

Pesar 500g de cimento;

Introduzir na cuba do misturador mecânico normalizado, posicionada fora do aparelho, uma quantidade determinada de água. Essa quantidade deve ser a obtida em ensaios anteriores com o determinado tipo de cimento. Se esse valor não estiver disponível, adotar 150 g (30%);

Adicionar cuidadosamente o cimento à água. Ao final da adição, acionar o cronômetro e deixar em repouso 30s. Durante esse tempo, posicionar a cuba no misturador;

Ligar o misturador na velocidade baixa durante 30s;

Parar o processo de mistura durante 15s. Neste tempo, raspar as paredes da cuba e a pá, com uma espátula, de modo a juntar toda a pasta no fundo da cuba;

Ligar o misturador na velocidade alta durante 60s;

Preencher rapidamente o molde do aparelho com a pasta. Esta operação deve ser realizada com o auxílio de uma espátula e com uma quantidade ligeiramente superior à necessária para o preenchimento do molde. A operação de preenchimento do molde pode ser facilitada sacudindo-o suavemente;

Por meio de suaves golpes na placa de vidro sob o molde, retirar as bolhas de ar incorporadas à pasta;

Com a borda lateral da espátula, deve-se proceder a rasadura da pasta, de modo a obter-se uma superfície plana, fazendo movimentos de vai-e-vem sem comprimir a pasta;

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Posicionar a sonda de Tetmajer sobre a pasta de cimento e, completados 45s após o fim do amassamento da pasta, soltar o parafuso que prende a sonda, permitindo sua penetração na pasta. Após 30s, fazer a leitura no aparelho da distância relativa entre a extremidade da sonda e a placa de vidro do fundo do molde;

A consistência da pasta será considerada normal se esta distância for de 61mm e a quantidade de água utilizada será determinada água de consistência normal;

Se a distância observada for inferior a este valor, deve-se repetir o ensaio com uma quantidade inferior de água e se for superior, uma maior quantidade de água deve ser utilizada na repetição do ensaio. A água de consistência normal poderá ser obtida por tentativas e interpolações sucessivas.

Determinação dos tempos de início e fim de pega:

Zerar o equipamento: repousar a agulha de Vicat sobre a placa de vidro posicionada sobre a base do equipamento e ajustar o aro deslizante na posição zero da escala do aparelho;

Retirar a placa de vidro do aparelho e posicionar ao seu lado, com o molde sobre ela;

Pesar 500g de cimento;

Introduzir na cuba do misturador mecânico normalizado, posicionada fora do aparelho, a quantidade de água correspondente à água de consistência normal.

Adicionar cuidadosamente o cimento à água. Ao final da adição, acionar o cronômetro e deixar em repouso 30s. Durante esse tempo, posicionar a cuba no misturador;

Ligar o misturador na velocidade baixa durante 30s;

Parar o processo de mistura durante 15s. Neste tempo, raspar as paredes da cuba e a pá, com uma espátula, de modo a juntar toda a pasta no fundo da cuba;

Ligar o misturador na velocidade alta durante 60s;

Preencher rapidamente o molde do aparelho com a pasta. Esta operação deve ser realizada com o auxílio de uma espátula e com uma quantidade ligeiramente superior à necessária para o preenchimento do molde. A operação de preenchimento do molde pode ser facilitada sacudindo-o suavemente;

Por meio de suaves golpes na placa de vidro sob o molde, retirar as bolhas de ar incorporadas à pasta;

Com a borda lateral da espátula, deve-se proceder a rasadura da pasta, de modo a obter-se uma superfície plana, fazendo movimentos de vai-e-vem sem comprimir a pasta;

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Guardar o conjunto amostra, molde e placa de vidro em ambiente com temperatura e umidade relativa controladas (Ex: câmara úmida);

Decorrida uma hora da mistura, colocar o conjunto amostra, molde e placa de vidro no aparelho de Vicat. Posicionar a agulha de Vicat sobre a pasta de cimento em um ponto distante a mais de 1cm da borda do molde, soltar o parafuso de fixação da agulha e, com a pressão dos dedos, deixar deslizar o cilindro suporte da agulha até que ela pare de descer. Espera-se que, nesse momento, a agulha toque a placa de vidro, ou seja, apresente leitura zero na escala. Levantar a agulha, limpando-a dos resíduos de pasta e apertar o parafuso de fixação. Recolocar o conjunto amostra, molde e placa de vidro no local climatizado anteriormente definido;

Repetir a operação anterior a cada meia hora até 2:30h do início da mistura; após este, repetir a cada 15 minutos, registrando-se as leituras;

O tempo de início de pega (t) será obtido pela interpolação dos tempos t1 e t2 em que se observou uma leitura imediatamente inferior (l1) e superior (l2) a 4±1mm por meio da seguinte expressão:

112112 )/()4).(( tlllttt Obs.: Os tempos devem ser em minutos e as leituras em milímetros.

Após feita a leitura l2, o molde contendo a amostra de pasta deve ser invertido (colocado de cabeça para baixo sobre a placa de vidro para se determinar o tempo de fim de pega. Para tal, deve-se substituir a agulha de início de pega pela destinada ao fim de pega, que possui uma geometria diferenciada (um aro cilíndrico envolvente cujo topo é distanciado da ponta da agulha em 0,5mm). Tão cedo quanto possível, deve-se iniciar as penetrações nessa superfície, posicionando-se a agulha na superfície da amostra e apertando-se o parafuso de fixação. A seguir, solta-se o parafuso e verifica-se a marca da agulha sobre a superfície. Se for observada a marca do aro externo em volta da agulha, o tempo de fim de pega ainda não foi alcançado. O tempo de fim de pega (tf) será obtido pela média dos tempos t3 e t4 em que se realizou uma verificação imediatamente antes e depois do desaparecimento da marca do aro externo por meio da seguinte expressão:

2/)( 34 tttf

Obs.: Os tempos devem ser em minutos Precisão do ensaio: O ensaio é muito sensível à umidade e temperatura ambiente e, frequentemente ocorrem resultados diversos, principalmente no fim de pega. Para o início de pega, podem ocorrer diferenças de até 30 minutos. Segundo a NBR NM 43 de 2003, o laboratório deve ser mantido à temperatura de 20 a 27oC com uma tolerância em relação a temperatura média adotada de ± 2oC e a uma umidade relativa do ar superior a 50%. Todos os materiais para ensaio e a água de amassamento devem estar à mesma temperatura do laboratório quando usados. Expansibilidade

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A hidratação do cimento é, teoricamente, acompanhada por uma redução de volume, pois a soma dos volumes de cimento e água é ligeiramente maior do que o volume dos produtos de hidratação, sendo que a magnitude desta redução é dependente do grau de hidratação da pasta e não deve ser confundida com retração hidráulica, sendo os dois fenômenos completamente independentes. Na prática, isto nem sempre ocorre pois muitas vezes o cimento contém certos compostos químicos que, ao reagirem com a água, dão como resultado produtos expansivos que podem compensar a retração mencionada ou mesmo causar aumentos de volume. A presença destes compostos no cimento é, basicamente, devido a problemas de fabricação ou relativos à matéria prima empregada. Os principais causadores da expansão nociva do cimento são três: a cal livre (CaO(livre)), que reage com a água formando o hidróxido de cálcio Ca(OH)2, numa reação que envolve considerável aumento de volume; o periclásio ( cristal de MgO) que pode estar presente em quantidades prejudiciais, quando é utilizado como matéria prima para a fabricação do cimento um calcário com alto teor de magnésia ou quando o resfriamento do clínquer é mal executado; e, finalmente, a gipsita (CaSO4.2H2O) que, quando adicionada em excesso, pode reagir com o aluminato tricálcico C3A, após o endurecimento do cimento, formando a etringita secundária, com razoável aumento de volume. Os ensaios de expansibilidade normalizados no Brasil são executados com a agulha de Le Chatelier, sendo apenas ensaios qualitativos, que determinam somente se o cimento apresenta expansão anormal ou não. O equipamento consta de uma casca cilíndrica dotada de uma fenda paralela ao seu eixo. De cada lado da fenda estão soldadas duas hastes metálicas (Figura 3.6). De acordo com o MB 3435 o ensaio pode ser feito a frio, onde os corpos-de-prova de pasta de cimento de consistência normal, após o endurecimento, são submetidos, dentro das agulhas, a um período de cura de 7 dias, imersos em água a 232oC; no ensaio a quente, os corpos-de-prova, aproximadamente 12 horas após a moldagem, são imersos em água, que é levada à ebulição por um período mínimo de 5 horas, até não apresentarem mais expansão. O ensaio a quente é feito para todos os tipos de cimento (ensaio obrigatório) enquanto que o ensaio a frio é facultativo. O valor máximo da expansibilidade, medido pelo afastamento das extremidades das hastes soldadas ao molde que contém a pasta, nos dois tipos de ensaio é 5mm para todos os cimentos Portland normalizados.

Figura 3.6: Agulha de expansibilidade Le Chatelier

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Acredita-se que a ocorrência de uma expansão anormal no ensaio a quente seja causada por excesso de CaO livre e no ensaio a frio, devida ao excesso de gipsita. A magnésia sob forma de cristais de periclásio não seria detectada em ambos os casos. Por este motivo, nos EUA, por exemplo, a expansibilidade do cimento é verificada pelo ensaio em autoclave, que é sensível tanto à cal livre quanto à magnésia. Neste ensaio, uma barra de pasta de cimento de seção quadrada de 25mm de lado por 250mm de comprimento é curada ao ar úmido durante 24horas e a seguir colocada em autoclave (temperatura de 216oC; pressão de vapor de 2MPa) por aproximadamente 4 horas. A expansão na barra não deve exceder 0,8% para que o cimento possa ser utilizado. Resistência à compressão O ensaio de resistência à compressão do cimento, mais conhecido como resistência normal, na grande maioria dos casos, é considerado o ensaio mais importante do cimento, pois é ele quem vai qualificar o cimento como um bom ou mal material de construção, sendo quase sempre um ensaio definitivo acerca da qualidade de um cimento. A determinação da resistência normal do cimento é feita em condições bem definidas e de acordo com o MB1. O ensaio é feito com uma argamassa com traço em massa de 1: 3, sendo a areia utilizada denominada areia normal brasileira, proveniente do Rio Tietê (SP) e fornecida pelo IPT de São Paulo em quatro frações: fina, média fina, média grossa e grossa), que são misturadas à razão de 25% de cada uma, devendo então apresentar a faixa granulométrica mostrada na Figura 3.7.

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Figura 3.7: Curva granulométrica da areia normal A relação água/cimento (a/c) é fixa para todos os cimentos e igual a 0,48. A execução do ensaio deve obedecer aos seguintes passos:

Pesar as quantidades necessárias para a confecção de 6 corpos-de-prova:

Cimento Portland: 6240,4 gramas Água: 3000,2 gramas Areia normal: - Fração grossa: 4680,3 gramas

- Fração média grossa: 4680,3 gramas - Fração média fina: 4680,3 gramas - Fração fina: 4680,3 gramas

Introduzir na cuba do misturador mecânico normalizado, posicionada fora do aparelho, a quantidade de água previamente pesada;

Posicionar a cuba no misturador e adicionar cuidadosamente o cimento à água. Ligar o misturador na velocidade baixa durante 30s;

Após este tempo e sem paralisar a operação de mistura, inicia-se a colocação da areia normal (quatro frações previamente misturadas em um saco plástico), com o cuidado de que toda esta areia seja colocada gradualmente durante o tempo de 30 segundos;

Imediatamente após o término da colocação da areia, muda-se para a velocidade alta, misturando-se os materiais por 30 segundos;

Após este tempo, desliga-se o misturador durante 1,5 minutos. Nos primeiros 15 segundos, retira-se, com o auxílio de uma espátula, a argamassa que ficou aderida às paredes da cuba e à pá e que não foi suficientemente misturada, colocando-a no

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interior da cuba. Durante o tempo restante (1 minuto e 15s), a argamassa fica em repouso na cuba coberta com um pano limpo e úmido;

Imediatamente após este intervalo, liga-se o misturador na velocidade alta, por mais 1 minuto;

Retira-se a cuba do equipamento e, com o auxílio de uma espátula, inicia-se o preenchimento dos 6 moldes cilíndricos 5x10cm para a produção dos corpos-de-prova, em 4 camadas de alturas aproximadamente iguais. O preenchimento dos moldes deve ser feito sequencialmente por camada para diminuir a variabilidade da resistência. Para facilitar o preenchimento, deve-se utilizar um colarinho afunilado, indispensável para a execução da última camada. Cada camada é adensada com 30 golpes moderados, aplicados com soquete metálico padronizado. O número de massadas a serem confeccionadas é função das exigências de resistência da norma. Devem ser confeccionados 4 corpos-de-prova por idade de ensaio;

Após a moldagem, os corpos-de-prova são armazenados em câmara úmida por 24 horas, quando são desmoldados e imersos em água saturada com cal até a idade especificada para a ruptura;

Os corpos-de-prova devem ter seus topos e bases retificados (fresados) ou capeados por uma mistura de enxofre líquido e a espessura do capeamento não deve exceder 2mm;

A ruptura dos corpos-de-prova deve ser feita nas idades especificadas em norma e com as tolerâncias indicadas abaixo:

24 horas: 30min 3 dias: 1 hora 7 dias: 2 horas 28 dias: 4 horas 91 dias: 24 horas Perda ao fogo: É um ensaio em que uma amostra do cimento previamente pesada é levada a mufla e aquecida a 1000oC. Após o seu resfriamento é pesada novamente. Denomina-se perda ao fogo a perda % de massa ocorrida no ensaio. A perda ao fogo de cimentos sem adição é geralmente baixa, da ordem de 1% ou menos. Valores maiores indicam a presença de filler cálcario. Cimentos do tipo CP II apresentam valores da ordem de 4,5 a 5,5% enquanto que os outros cimentos estes valores são da ordem de 3,5 ou menos. Resíduo Insolúvel: O cimento Portland puro é um material solúvel em ácido clorídrico. Entretanto, alguns tipos de adição tais como as pozolanas não o são. Desta forma, o % de resíduo insolúvel dá uma indicação de quanto de material pozolânico existe no cimento.

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4. ARGAMASSAS

4.1 Definição Argamassas são misturas homogêneas de um ou mais aglomerantes, agregados miúdos e água. Uma exceção a esta definição seriam as argamassas betuminosas.

Além dos componentes essenciais das argamassas, podem ser adicionados outros com o fim de conferir ou melhorar determinadas propriedades.

As pastas são misturas de aglomerantes mais água. As pastas são pouco usadas devido ao seu preço mais elevado e aos efeitos secundários causados pela retração. As pastas preparadas com excesso de água são chamadas natas. As natas de cal são utilizadas em revestimentos e pinturas; as de cimento são preparadas para a ligação de argamassas e concretos de cimento e para injeções.

A finalidade de utilizar-se agregado miúdo para obtenção de argamassas é:

Torna-las mais econômicas;

Diminuir os efeitos da retração (quando o aglomerante é cal e/ou cimento);

Torna-las permeáveis ao ar para permitir o acesso do CO2 para ocorrer a carbonatação (quando o aglomerante for cal).

4.2 Aplicação e propriedades

As argamassas são empregadas para assentamento de tijolos, blocos, pastilhas, azulejos, ladrilhos, etc. Servem ainda para revestimento de paredes, e tetos (emboço e reboco), regularização de pisos e nos reparos de peças de concreto.

De um modo geral, as argamassas devem possuir algumas propriedades, tanto no estado fresco quanto no estado endurecido, que serão abordadas a seguir.

4.2.1 Estado Fresco

Denomina-se estado fresco ao período decorrido entre a mistura de aglomerantes e agregado com a água e o inicio das reações de pega. Neste estado, as argamassas devem possuir as seguintes propriedades:

a. Consistência e retenção de consistência: Consistência é a propriedade de uma argamassa ter maior ou menor facilidade de opor resistência a uma dada deformação. Diversos autores classificam as argamassas segundo a consistência em secas, plásticas ou fluidas. Entretanto, os limites destas consistências não são bem definidos. De uma forma qualitativa, poder-se-ia classificar uma argamassa de consistência seca, como aquela em que é necessário aplicar uma energia significativa para poder conforma-la na sua forma final. Um exemplo seriam algumas argamassas magras utilizadas em contrapiso. As argamassas de consistência plástica seriam aquelas que com um pequeno esforço atingem a sua forma final. As argamassas de assentamento de tijolos, blocos, peças cerâmicas e de revestimento de alvenarias são alguns exemplos em que o material apresenta este tipo de consistência. Já as argamassas fluidas são aquelas que escorrem e se auto-nivelam, dispensando qualquer esforço além da força da gravidade para a sua aplicação. As

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argamassas de preenchimento de blocos de concreto, por exemplo, possuem esta consistência. A quantidade de água adicionada a uma argamassa é o principal fator que governa esta propriedade. O uso de alguns aditivos especiais (plastificantes e superplastificantes principalmente) também pode influenciar na consistência das argamassas. A retenção de consistência é a propriedade da argamassa de manter sua consistência após entrar em contato com um substrato. Esta propriedade é importantíssima principalmente para as argamassas de assentamento das alvenarias e peças cerâmicas de revestimento e dependem fundamentalmente de uma outra propriedade definida como retenção de água que será explicada no item "d".

A avaliação da consistência de uma argamassa pode ser feita através do procedimento preconizado pela NBR-7215/1991 (índice de consistência na mesa ABNT). Consiste na medida de espalhamento (diâmetros) de uma porção de argamassa inicialmente moldada em fôrma tronco-cônica sobre uma mesa de ensaio. A argamassa moldada é forçada a deformar-se mediante quedas padronizadas dessa mesa (30 golpes em 30 segundos) e são medidos 2 diâmetros ortogonais da base do tronco de cone de argamassa após a deformação, sendo a média aritmética dessas medidas o chamado índice de consistência, expresso em milímetros. A Figura 4.1 apresenta os dispositivos necessários para a realização desse ensaio (molde tronco-cônico, soquete e mesa). Este ensaio também é conhecido como flow table test.

Figura 4.1: Equipamento e acessórios para o ensaio de índice de consistência b. Coesão e tixotropia: Coesão de uma argamassa pode ser definida como sendo a propriedade da argamassa de manter seus constituintes homogêneos, sem segregação. Popularmente se diz que uma argamassa coesa possui "liga". As argamassas de assentamento e revestimento de alvenarias devem possuir uma boa coesão. Para tanto, necessitam de adições especiais ou de aglomerantes adequados. O uso de incorporadores de ar ou aglomerantes inertes tais como o saibro são alguns exemplos. Entretanto, a forma mais utilizada de se conseguir esta propriedade em argamassas de assentamento e revestimento é o uso da cal hidratada. A tixotropia também é uma propriedade relacionada com a coesão, só que numa escala mais acentuada. As argamassas tixotrópicas exigem uma baixa energia para alterarem sua forma, mas uma vez alterada, conseguem mantê-la mesmo sob a ação da gravidade. A tixotropia é exigida nas argamassas de assentamento de peças cerâmicas e argamassas de recuperação, por

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exemplo. Para alcança-la pode-se lançar mão de aditivos a base de polímeros e adições minerais tais como cinza volante, microssílca e cinza da casca do arroz entre outras. c. Plasticidade: Plasticidade é a propriedade que permite a argamassa deformar-se e reter certas deformações após a redução das tensões que lhe foram impostas. Na verdade a plasticidade de uma argamassa está ligada diretamente à sua coesão, consistência e retenção de água. d. Retenção de água: Define-se retenção de água como a capacidade da argamassa fresca de manter sua consistência ou trabalhabilidade quando sujeita a solicitações que provoquem perda de água (evaporação ou sucção do substrato). Os aglomerantes são os principais responsáveis pela capacidade de retenção de água, devido à elevada área especifica e à grande capacidade de adsorção de suas partículas. A cal hidratada, devido à sua grande finura, é um aglomerante que proporciona uma boa retenção de água às argamassas. Além de determinar as condições de manuseio da argamassa, a retenção de água influi sobre as propriedades no estado endurecido, na medida em que determina as condições de hidratação do cimento e a recarbonatação da cal, responsáveis pela evolução do processo de endurecimento das argamassas mistas de cal e cimento. Neste tipo particular de argamassa os fatores que influenciam na retenção de água são: a natureza da cal (cales dolomíticas apresentam melhores características do que as calcíticas (Cincotto, Marques e Helene 1985)); a maturação prévia das argamassas de cal (período em que a pasta ou argamassa é deixada em repouso antes da aplicação); o valor da relação agregado/aglomerante e cal/cimento no traço (para traços com elevado consumo de aglomerante, a retenção de água é elevada independentemente do teor de cal. Já para argamassas com menor consumo de aglomerante, a retenção de água melhora com o aumento da relação cal/cimento no traço); a capacidade de absorção da base (a sucção capilar do substrato influencia diretamente a retenção de água da argamassa No caso de revestimentos, a retenção de água das argamassas interfere não só no trabalho de acabamento, mas também em algumas propriedades no estado endurecido tais como retração na secagem e resistência mecânica final. O ensaio mais utilizado para a avaliação desta propriedade é o que utiliza o funil de Büchner modificado (NBR9287-1986). A denominação deste método não é muito adequada pois avalia-se na realidade a retenção de consistência do que a retenção de água, embora certamente exista uma correlação entre estas propriedades. O método consiste na determinação do índice de consistência na mesa ABNT, antes e após a porção de argamassa ser submetida a uma sucção correspondente a uma coluna de 51mm de HG durante 60 segundos, em um funil de filtração (funil de Büchner modificado), como mostra a Figura 4.2. O valor do índice de retenção de água é calculado pela expressão:

100125

125x

B

ARA

onde: RA= índice de retenção de água, em % A= consistência após a sucção no funil de Büchner modificado, em mm B= consistência inicial, em mm (diâmetro da base do molde tronco-cônico = 125mm)

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Figura 4.2: Dispositivo de ensaio para determinação da retenção da consistência pela sucção no funil de Büchner modificado. e. Adesão inicial: É a propriedade que a argamassa no estado fresco possui de permanecer adequadamente unida à base de aplicação após o seu lançamento. Esta propriedade é fortemente influenciada pela plasticidade e coesão da argamassa e pelas propriedades do substrato onde é aplicada (absorção inicial e rugosidade). Esta propriedade tem ligação direta com a aderência que a argamassa terá ao substrato no estado endurecido. 4.2.2 Estado Endurecido a- Resistência mecânica: Qualquer que seja o tipo de aplicação de uma argamassa, após o seu endurecimento sempre será submetida a algum tipo de esforço mecânico. As argamassas de assentamento são solicitadas à compressão, as de revestimento à abrasão superficial, impacto, tensões de cisalhamento decorrentes de movimentações do substrato ou variações térmicas/higrométricas. A resistência mecânica de uma argamassa depende fundamentalmente do tipo e teor de aglomerante empregado. Em misturas convencionais, é o cimento portland o principal responsável na garantia desta propriedade. Entretanto, misturas muito ricas em cimento provocam uma alta retração volumétrica além de diminuírem a capacidade do material absorver pequenas deformações sem fissurar. b- Deformabilidade: Na maioria das aplicações das argamassas, é interessante que possuam a capacidade de se deformarem sem que isto gere tensões importantes no material. Isto é de vital importância no caso de revestimentos e assentamentos de unidades de alvenaria. Como exemplo, fabricantes de blocos de concreto celular autoclavados recomendam valores máximos de módulo de deformação para as argamassas de assentamento de seus produtos. A deformabilidade de uma argamassa pode ser aumentada pelo uso da cal hidratada. Existem atualmente fabricantes de argamassas prontas que têm formulado seus produtos baseando-se não só em resistências mecânicas mas também em deformabilidade mínimas.

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e- Permeabilidade: É a propriedade de um material de se deixar atravessar por líquidos e gases. A permeabilidade de uma argamassa pode ser controlada pela quantidade e tipo de aglomerante empregado. O cimento portland usado em proporções adequadas pode diminuir bastante a permeabilidade de um revestimento argamassado. Entretanto, se usado em teores excessivos podem levar a fissuração por retração hidráulica o que compromete substancialmente a propriedade em questão. d- Retração volumétrica: Após o seu endurecimento, as argamassas sofrem um processo de retração resultante da reação química dos aglomerantes (cal hidratada e cimento portland) e remoção da água adsorvida nos produtos de hidratação, durante o processo de secagem. Vários fatores influenciam na retração de uma argamassa:

- Teor de aglomerante: Determina a retração por hidratação e por carbonatação, a qual relaciona-se aos processos de endurecimento da pasta aglomerante. O aumento do teor de cimento eleva o potencial de retração da argamassa, sendo responsável pela retração por hidratação, significativamente superior à retração por carbonatação.

- Volume de água: Quanto maior o volume de água empregado na confecção de uma argamassa, maior será sua retração final devido ao aumento do volume de pasta.

- Granulometria dos agregados: O agregado possui um papel importante no

controle de retração uma vez que o fenômeno ocorre na pasta aglomerante. O uso de agregados com composição granulométrica contínua e com módulo de finura não muito baixos conduzem a um menor volume de vazios a ser preenchidos pela pasta, além de diminuírem o consumo de água das misturas necessário à obtenção de uma consistência adequada.

- Condições ambientais: A temperatura e umidade do ambiente onde uma

argamassa é aplicada influenciam sua retração. Temperaturas altas e baixas umidades intensificam o processo por facilitarem a saída da água adsorvida nos produtos de hidratação.

e- Aderência: A aderência é a capacidade de uma argamassa se fixar no substrato onde é aplicada. A aderência é basicamente um fenômeno físico. Logo que a argamassa entra em contato com o substrato, existe uma migração de água de um material para outro, carreando materiais cimentícios. Este material, ao se hidratar, fixa-se nos poros superficiais do substrato promovendo a aderência da argamassa. Vários são os fatores que afetam a aderência de uma argamassa: adesão inicial, rugosidade e absorção inicial do substrato, retenção de água, tipo de aglomerante empregado e granulometria dos agregados. Constata-se que a aderência é favorecida quando são empregadas misturas com teores de aglomerantes mais elevados (principalmente cimento), com uma boa retenção de água (favorecida pelo uso da cal), agregados miúdos mais finos e substratos rugosos e de baixa absorção inicial. Substratos com absorção muito baixa também prejudicam a propriedade em questão. Tão importante quanto a aderência observada após a aplicação de uma argamassa é a manutenção desta propriedade ao longo do tempo. A diminuição da resistência de aderência pode ser causada por fadiga da ligação da argamassa com substrato devido a tensões cíclicas a que o material está sujeito durante sua vida útil (origem térmica e higrométrica). Isto explica, por exemplo, o desplacamento

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de revestimentos após anos de aplicação. Acredita-se hoje que o uso de cal hidratada ou de aditivos de base polimérica reduzem a magnitude do fenômeno.

4.3 Classificação

Dependendo do ponto de vista considerado, pode-se apontar várias classificações para as argamassas:

4.3.1 Classificação quanto ao emprego

a- Comuns: Quando se destinam a obras correntes ( Assentamento de alvenarias, revestimento, pisos, injeções, etc)

b- Especiais: Quando se destinam a aplicações pouco corriqueiras (refratárias, de reparo, etc)

4.3.2 Classificação quanto ao tipo de aglomerante:

a- Aéreas: Cal aérea, gesso, magnésia sorel

b- Hidráulicas: Cal hidráulica, cimento

c- Mistas: Quando são utilizados simultaneamente mais de um tipo de aglomerante (Ex: cal e cimento)

4.3.3 Classificação quanto à dosagem

a- Pobres ou Magras: Quando o volume de pasta é insuficiente para encher os vazios do agregado

b- Cheias: Quando os vazios do agregado são preenchidos exatamente pela pasta

c- Ricas ou Gordas: Quando há excesso de pasta.

4.3.4 Classificação quanto à consistência

a- Secas

b- Plásticas

c- Fluídas

4.4 Argamassas Aéreas

4.4.1 Argamassas de cal aérea

As argamassas de cal aérea têm seu uso bastante limitado (apenas em interiores) devido a sua baixa resistência mecânica ( menor que 1 MPa aos 28 dias) e alta retração na secagem.

Quando de sua utilização, alguns cuidados devem ser observados:

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- Não devem secar de maneira muito rápida porque as reações de carbonatação necessitam da presença de água.

- Não devem ser utilizadas composições muito ricas nem com muita quantidade de água devido ao problema da retração.

- Quando se utiliza cal hidratada, deve ser feita uma mistura prévia, anterior à utilização para que se complete a extinção da cal.

As argamassas de cal são valiosos meios de proteção dos elementos construtivos de madeira, aços, concreto, etc, contra a ação de temperaturas elevadas.

4.4.2 Argamassas de gesso

As argamassas de gesso são empregadas em revestimentos internos de acabamento fino. Geralmente, em lugar da argamassa, emprega-se o gesso puro, em forma de pasta. O gesso, ao contrário dos demais aglomerantes, não necessita da adição de agregado para evitar a retração hidráulica. O agregado, quando utilizado, serve apenas para baratear a mistura, já que diminui sua resistência.

As pastas e argamassas de gesso também possuem uma elevada resistência a altas temperaturas.

Quando se utiliza o gesso sob a forma de pasta, a proporção recomendada é:

1 : 0,6 - 0,7 (gesso : água)

Quando se utiliza argamassa, os traços mais empregados são:

1 : 1 - 3 (gesso : areia)

em volume.

4.5 Argamassas hidráulicas

4.5.1 Argamassa de cimento

As argamassas de cimento e areia têm algumas utilizações: - Chapisco - Assentamento de pisos - Contrapisos - Pisos - Assentamento de alvenarias - Argamassa armada

São caracterizadas pela pouca trabalhabilidade (baixa coesão) e grande resistência.

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4.5.2 Argamassas mistas de cal e cimento

São as de maior emprego na construção civil. Possuem certas propriedades bastante interessantes conferidas pelos dois aglomerantes: - Resistência (cimento) - Trabalhabilidade (cal) - Retenção de água (cal)

São utilizadas em: - Emboços e rebocos - Assentamento de unidades de alvenaria

A proporção da mistura depende da utilização desejada.

4.5.3 Traços recomendados em função de tipo de aplicação

A tabela 4.1 apresenta algumas proporções usuais para argamassas utilizadas na construção civil.

Tabela 4.1: Proporções usuais de alguns tipos de argamassas

Traços de argamassas recomendados (em volume)

Constituintes

Emprego Cimento Cal hidratada Gesso Areia

Assentamento de alvenarias de unidades pouco resistentes

1 2 -- 8 - 10

Assentamento de alvenarias de unidades de média resistência;

Alvenaria Estrutural

1 1 -- 6

Assentamento de alvenarias de unidades de alta resistência ou sujeitas a ambientes agressivos

1 0 - 1/2 -- 3 - 4,5

Emboço-Reboco (interno e externo) 1 2 -- 8 - 10

Chapisco 1 -- -- 2 - 3

Revestimentos finos, tetos e forros falsos de gesso

-- -- 1 0 - 2

Contrapisos para colocação de carpet e revestimento cerâmico

1 -- -- 3 - 4

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5. CONCRETOS 5.1 Definição Concreto de cimento Portland é o produto resultante do endurecimento de uma mistura de cimento Portland, agregado miúdo, agregado graúdo e água, adequadamente proporcionada. A esse materiais básicos, podem ser acrescentados aditivos, adições, fibras, etc, em situações específicas em que se deseja alterar alguma de suas propriedades, seja no estado fresco e/ou endurecido. O concreto é conceitualmente um material bi-fásico, constituido por uma fase pasta e outra agregado, cada uma com funções bem determinadas no caso de concretos plásticos usuais. Funções da pasta (cimento + água): - Dar impermeabilidade ao concreto - Dar trabalhabilidade ao concreto - Envolver os grãos - Preencher os vazios entre os grãos - Conferir resistência mecânica ao concreto. Funções do agregado: - Reduzir o custo do concreto - Reduzir as variações de volume (diminuir as retrações) - Contribuir com grãos capazes de resistir aos esforços solicitantes (terão que ter

resistência superior a da pasta) Sendo um material estrutural, após endurecido, deve ter resistência mecânica e durabilidade. Um aspecto interessante e peculiar do concreto é que estas propriedades podem ser modificadas de acordo com o proporcionamento entre seus constituintes. Além disso, estas propriedades dependem fundamentalmente das características do material antes da ocorrência da pega e endurecimento. Esta fase do concreto é denominada estado fresco. 5.2 Propriedades do concreto fresco 5.2.1 Trabalhabilidade É a propriedade do concreto fresco que identifica sua maior ou menor aptidão para ser empregado com determinada finalidade, sem perda de sua homogeinedade. Este conceito, aparentemente vago, expressa uma característica marcante. Não se pode definir se um concreto é trabalhável sem se conhecer de ante-mão a finalidade e condições de contorno (tipo de misturador, forma de lançamento e adensamento, dimensões e densidade da armadura da peça a ser concretada) de sua aplicação. Por exemplo, um concreto considerado trabalhável para a produção de blocos para alvenaria, que exige a imediata remoção da forma após o adensamento, não seria considerado trabalhável para a concretagem da estrutura de um edifício. Assim sendo, quando se trata do assunto trabalhabilidade do concreto, deve-se abordar os fatores internos que caracterizam sua reologia, ou seja, capacidade de deformar-se quando

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lhe é aplicado um esforço externo. Simplificadamente, esses fatores são a consistência (oposto da fluidez) e coesão (oposto de segregação). A consistência é função principalmente da quantidade de água adicionada ao concreto ou da presença de alguns tipos de aditivos (plastificantes e superplastificantes). Esta propriedade simplesmente indica quão “duro” (seco) ou “mole” está o concreto. A coesão é uma propriedade que reflete a capacidade do concreto de manter sua homegeinedade durante o processo de adensamento. É função fundamentalmente da quantidade de finos presente na mistura bem como da granulometria dos agregados gráudo e miúdo e da proporção relativa entre eles. Os principais fatores que afetam a consistência e/ou coesão de um concreto são: - Quantidade de água (relação água/materiais secos): quanto maior a quantidade de

água, menor serão a consistência e coesão de um concreto. - Quantidade, tipo e finura do cimento: Cimentos mais finos aumentam a demanda de

água de um concreto para uma dada consistência como também aumentão a coesão do concreto. Traços mais ricos em cimento mostrarão a mesma tendência. Cimentos contendo partículas mais arredondadas (cinza volante) podem aumentar a fluidez de um concreto, quando mantem-se constante a quantidade de água adicionada.

- Proporção relativa entre cimento e agregados: concretos mais argamassados tendem a ser mais coesos e exigir mais água para a mesma consistência.

- Granulometria e forma dos agregados: agregados com granulometria contínua, desde que não muito grossos, tendem a aumentar a coesão e fluidez para uma dada quantidade de água adicionada. Agregados muito grossos diminuem a consistência e coesão ao passo que os muito finos tem a tendência inversa (desde que a granulometria não seja totamente uniforme). Quanto à forma, grãos arredondados aumentam a fluidez e grãos lamelares a diminuem.

- Presença de material pulverulento: a presença de pó nos agregados melhora a coesão do concreto mais diminue sua consistência.

- Uso de aditivos: certos aditivos (plastificantes, superplastificantes, incorporadores de ar) podem alterar significativamente a consistência e coesão dos concretos.

5.2.2 Medida da trabalhabilidade Muitos aparelhos e métodos têm sido desenvolvidos com o objetivo de medir a trabalhabilidade de um concreto. Entretanto, como citado anteriormente, esta é uma tarefa conceitualmente impossível. Devido a isto, a maioria dos métodos conhecidos restringe-se praticamente a medir consistência e baseiam-se em uma das seguintes proposições: - Medida da deformação causada a uma massa de concreto fresco, pela aplicação de força ou energia determinada - Medida do esforço necessário para gerar na massa do concreto fresco, uma deformação pré-estabelecida. Dentre os processos mais empregados, pode-se destacar: 5.2.2.1 - Ensaio de consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBR NM 67/1998) A medida da trabalhabilidade (consistência) é feita pelo abatimento (deformação) causado na massa do concreto pelo seu peso próprio.

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O ensaio consiste em encher-se uma forma metálica tronco cônica de diâmetro superior de 10 cm, inferior de 20 cm e altura de 30cm, com uma massa de concreto, em três camadas de alturas aproximadamente iguais, adensadas cada uma com 25 golpes com uma barra de 16mm de diâmetro. Logo após, retira-se lentamente o molde (5 a 10s), verticalmente, e determina-se a diferença entre a altura do molde e da massa de concreto, após assentada.

Figura 5.1: Determinação da consistência do concreto através do ensaio do tronco de

cone Observações: a - Valores de abatimento (Slump) mínimos recomendados em função do tipo de aplicação do concreto: - Volumes grandes de concreto com pouca armadura (Ex: Sapatas e blocos de

fundação): aproximadamente 4 cm - Vigas, pilares, lajes (lançamento manual ou com caçambas): 6 a 8 cm - Concreto bombeado: 8 a 12cm b - O ensaio de abatimento pode ser utilizado para verificar-se o bom proporcionamento da mistura: - Se a superfície do concreto apresenta excesso ou falta de argamassa - Quando o concreto é abatido por pancadas na base do equipamento adjacentes à

tronco de cone formado, se estiver mal proporcionado (falta de coesão), a mistura desagrega.

c- O ensaio possui limitações de precisão. Um operador bem treinado pode fazer o abatimento de um concreto variar de até 3cm, dependendo de sua consistência, em função da forma como é adensado o concreto e de como é retirado o molde. 5.2.2.2 Ensaio de Remoldagem de Powers

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Uma massa de concreto é moldada num recipiente idêntico ao do Slump Test, colocado dentro de um recipiente cilíndrico de grande diâmetro e baixa altura que é posicionado sobre uma mesa de flow (Figura 4.1). Após a remoção da forma, o concreto é submetido à ação do peso de um disco metálico (1,9kg) e a quedas da mesa. O ensaio mede o número de quedas necessario para que o concreto mude da forma troco-cônica para a cilíndrica. O ensaio de Powers é eminentemente laboratorial. 5.2.2.3 Ensaio Vebê É similar ao ensaio de Powers. O disco metálico é substituido por uma placa de vidro e a mesa de queda por uma mesa vibratória padronizada. O ensaio mede o tempo necessário para que a massa tronco-cônica transforme-se em cilíndrica. Este ensaio é normalizado na Grã-Bretanha e é apropriado para concretos fracamente plásticos (um concreto com slump de 0 a 2 cm daria 10 a 5 segundos no ensaio Vebê). É também um ensaio laboratorial. 5.2.2.4 Mesa de espalhamento (mesa de Graf) Este ensaio é utilizado na Alemanha e atualmente já está normalizado no Brasil (NBR NM 68). Usa-se uma forma tronco-cônica de dimensões de 13 a 20cm de diâmetro e 20cm de altura. É realizado sobre uma mesa de 70X70cm, articulada em uma de suas extremidades. A extremidade oposta é livre para provocar uma queda de 4cm. O ensaio consiste em encher-se a forma tronco-cônica com o concreto em estudo e, após sua retirada, submeter a mistura a 15 quedas da mesa determinando-se então o diâmetro médio da massa espalhada. Este ensaio é indicado para concretos medianamente e fortemente plásticos. (um concreto com slump de 5 a 12 cm daria 40 a 50cm no ensaio de espalhamento).

Figura 5.2: Ensaio da mesa de espalhamento 5.2.2.5. Ensaios de Penetração

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A trabalhabilidade (consistência) é medida pela capacidade do concreto em se deixar penetrar por um objeto de formas e pesos padronizados. Não são utilizados no Brasil. Dentre eles estão: a - Ensaio de Graf b - Ensaio de Irribarren (Norma Espanhola) c - Ensaio de Kelly (Norma Americana) d - Ensaio de Humm 5.2.2.6 Ensaios para concretos auto-adensáveis Os concretos auto-adensáveis possuem uma fluidez elevada o que faz com que os métodos apresentados sejam inadequados para medir sua consistência. Nesse caso, entre outros, três metodos são indicados. a- Funil em V: Preenche-se com concreto o funil com as características dimensionais

apresentadas na Figura 5.3. Após 1 minuto de repouso, abre-se a portinhola existente na parte inferior do equipamento e mede-se o tempo de escoamento da mistura.

Figura 5.3: Funil em V

b- Fluxo no cone de Abrams (Slump flow): O ensaio é similar ao do Slump teste. A

variação maior é quanto as características da base que deve ter pelo menos 80cm de aresta e possuir uma circunferência marcada de 50cm de diâmetro (Figura 5.5). Na retirada do molde, anota-se dois parâmetros: tempo para que o concreto atinja os 50cm de diâmetro e diâmetro máximo de espalhamento (para um concreto auto-adensavel estes parâmetros devem estar respectivamente na faixa de 2 a 6 segundos e 60 a 80cm).

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Figura 5.4: Slump flow c- Caixa L: Este ensaio, realizado em equipamento apresentado na Figura 5.5, avalia

propriedades como fluidez e tendência a bloqueamento e a segregação de forma similar a de uma concretagem real pois o concreto e forçado a fluir entre barras de aço com pequeno espaçamento. No ensaio, marcam-se os tempos para o concreto fluir até a marca de 200 e 400mm (T20 e T40) e as alturas H1 e H2. O concreto é considerado auto-adensável se T20 e T40 forem respectivamente menores que 1,5 e 3,5segundos e H2/H1 estiver entre 0,80 e 0,85.

Figura 5.5: Caixa L

5.2.2.7 Perda de fluidez Ao longo do tempo decorrido entre a mistura dos constituintes do concreto e seu lançamento na estrutura, o concreto perde fluidez. Este fenômeno, extremamente

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importante para concretos dosados em centrais, principalmente em climas quentes, é ocasionado por diversos fatores: hidratação do cimento (formação de etringita primária), perda da eficiência de aditivos plastificantes (quanto usados), absorção dos agregados e evaporação. Muitos tecnologistas atribuem aos dois últimos fenômenos a perda de fluidez do concreto. Isso inclusive fez com que a NBR 7212 – Execução de Concreto Dosado em Central- Especificação, permitisse a adição de água suplementar no concreto para reestabelecer o seu abatimento, desde que o slump medido não fosse 2,5cm inferior ao especificado. Essa prática, contudo, não é recomendada pois estudos atuais têm mostrado que conduz a resistências menores, ou seja, essa adição suplementar de água não está compensando uma possível perda por evaporação ou absorção. Parece então que a perda de fluidez está associada principalmente a reação de hidratação do cimento e/ou perda de eficiência do aditivo e a adição de água suplementar, na prática, estaria aumentando a porosidade final do concreto. Assim sendo, recomenda-se que o ajuste da fluidez (slump) do concreto na obra seja feito apenas pelo uso de superplastificante misturado ao concreto minutos antes de seu lançamento. 5.2.3 Massa específica A massa específica do concreto no estado fresco pode ser um parâmetro importante para, entre outras coisas, avaliar indiretamente o teor de ar incorporado/aprisionado no material. Este teor, se elevado, pode levar a reduções significativas na resistência do concreto como pode ser visto na Figura 5.6.

010203040506070

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Teor de vazios - %

Red

ução

da

resi

stên

cia

- %

Figura 5.6: Redução de resistência em relação ao teor de vazios (dados de Giammusso, 1992, p.33) A massa específica do concreto () pode ser determinada através de um ensaio bastante simples. Basta preencher-se um recipiente indeformável de volume conhecido com concreto, adensando-o em condições similares às de obra. A razão entre a massa do concreto e o volume do recipiente fornecerá o valor de . Para se determinar o percentual de vazios preenchidos por ar no concreto pode-se utilizar o seguinte procedimento: - Dado um concreto dosado em massa com traço de 1: a : p : x (cimento: agregado

miúdo: agregado graúdo : água); as massas específicas do cimento (dc), do agregado miúdo (da), do agregado graúdo (dp) em kg/dm3 e a aborção de água do agregado miúdo (Aa) e do agregado graúdo (Ap) em % e a massa específica do concreto em Kg/dm3:

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- xpa1

C

onde C é o consumo de cimento por m3 de concreto;

- a.CCa onde Ca é o consumo de agregado miúdo em kg por m3 de concreto

- p.CCp onde Cp é o consumo de agregado graúdo em kg por m3 de concreto

- x.CCag onde Cag é o consumo de água em kg por m3 de concreto

- % Vazios de ar= 100.[1000- (C/dc+Ca/da+Cp/dp+Cag/1- Aa.Ca/100-Ap.Cp/100)]/1000 5.2.4 Exsudação É uma forma particular de segregação, em que a água da mistura tende a elevar-se à superfície do concreto recentemente lançado. Esse fenômeno é provocado pela impossibilidade dos constituintes sólidos fixarem toda a água da mistura e depende, em grande escala, das propriedades do cimento. Como resultado da exudação, o topo de cada camada de concreto pode tornar-se muito úmido e, se a água é impedida de evaporar pela camada que lhe é superposta, poderá resultar numa camada de concreto poroso, fraco e de pouca durabilidade. A exudação pode causar também: a - Enfraquecimento da aderência pasta-agregado e pasta armadura, em alguns pontos. b - Aumento da permeabilidade. c - Formação de nata de cimento sobre a superfície do concreto que precisará ser

removida quando da concretagem de uma nova etapa. Para minimizar-se a ocorrência deste fenômeno, deve-se tomar os seguintes cuidados: - Não utilizar agregados miúdos sem uma parcela conveniente de finos. - Utilizar cimentos de maior finura (Ex: Pozolânicos e de Alto-forno) - Utilizar aditivos plastificantes. 5.3 Propriedades do Concreto Endurecido 5.3.1 Massa Específica A massa específica do concreto é um parâmetro que define a carga devido ao peso próprio que a estrutura de concreto estará sujeita, uma vez conhecidas as suas características geométricas. Varia principalmente com o tipo de agregado empregado e teor de armadura. Como valores usuais costuma-se tomar: - Concretos não-armados: 2 300kg/m3 - Concretos armados: 2 500 kg/m3 Com a utilização de agregados leves é possível atingir valores da ordem de 1 800kg/m e, com agregados pesados, 3 700kg/m3. 5.3.2 Resistência aos esforços mecânicos 5.3.2.1 Considerações Iniciais

105

O concreto é um material que resiste bem aos esforços de compressão e mal aos esforços de tração. Sua resistência `a tração é da ordem de um décimo da resistência à compressão. O concreto resiste mal ao cisalhamento, em virtude de tensões de distensão que então se verificam em planos inclinados. Os principais fatores que afetam a resistência mecânica são: a- Relação água-cimento b- Idade c- Forma e graduação dos agregados d- Tipo de cimento e- Forma e dimensões do corpo-de-prova f- Velocidade de aplicação de carga de ensaio g- Duração da carga a - Relação água/cimento: É o principal fator a ser controlado quando se deseja atingir uma determinada resistência. Diz-se que a resistência do concreto é inversamente proporcional à relação água-cimento. Esta relação não é linear e pode normalmente ser expressão pela função:

fcjA

Ba c /

Esta expressão é conhecida como "Lei de Abrams". Na realidade, a relação água/cimento determina a resistência do concreto porque o excesso de água nele adicionado para promover uma consistência necessária ao processo de mistura, lançamento e adensamento deixa, após o endurecimento, vazios na pasta de cimento. Quanto maior for o volume de vazios, menor será a resistência do material. b - Idade A resistência do concreto progride com a idade. Isto pode ser explicado pelo mecanismo de hidratação do cimento que se processa ao longo do tempo, que torna o material progressivamente menos poroso. Para projetos, costuma-se utilizar a resistência do concreto aos 28 dias como padrão pois, a partir desta idade (para o cimento Portland Comum) o incremento de resistência é muito pequeno. Como estimadores da resistência à compressão, pode-se citar: fc28 = 1,20 a 1,5 fc7 fc28 = 1,70 a 2,50 fc3 fc90 = 1,05 a 1,20 fc28 fc365 = 1,10 a 1,35 fc28 Como regra, pode-se dizer que o coeficiente decresce com o aumento da resistência, isto é, para concretos menos resistentes (Ex: fc28 = 15MPa) pode-se assumir os limites superiores e para os mais resistentes (20<fc28<30MPa), os limites inferiores. Para concretos de elevada resistência ou para aqueles confeccionados com cimentos muito finos, os coeficientes apresentados são muito grandes. Para poder-se utilizar um coeficiente para previsão de resistência de concretos em idades maiores baseando-se em

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ensaios nas primeiras idades, deve-se proceder um estudo experimental específico pois o tipo de cimento e a relação água/cimento são fatores que influenciam significativamente a evolução da resistência do concreto com a idade. c - Forma e graduação dos agregados Em igualdade de relação água/cimento, diz-se que os concretos confeccionados com seixos tendem a ser menos resistentes do que aqueles confeccionados com pedra britada. Isto pode ser justificado pela menor aderência pasta/agregado. Entretanto, esse efeito só é significativo para concretos de elevada resistência. A granulometria do agregado graúdo também tem uma influência sobre a resistência do concreto. Concretos executados com britas de menor diâmetro tendem a gerar concretos mais resistentes, mantida a relação água/cimento. Isto se explica pela maior região de interface pasta/agregado além da maior possibilidade dos agregados de maior diâmetro possuirem falhas internas decorrentes do processo de britagem. Entretanto, estas duas assertivas devem ser analisadas com muito cuidado. Tanto concretos executados com seixos ou com britas de maior diâmetro produzem concretos, para uma dada trabalhabilidade, com menor exigência de água baixando, desta forma, a relação água/cimento da mistura. Normalmente este efeito é muito mais significativo que o anterior, principalmente para o caso do diâmetro maior dos agregados, em se tratando de concretos de resistência usual ou baixa (abaixo de 40MPa). Para concretos de alta resistência, esta tendência pode se inverter. d - Tipo e finura do cimento: Como já foi visto no capítulo 3, a composição química do cimento (proporção de C3S e C2S) influencia a evolução de resistência dos concretos. A adição de escórias e pozolanas também tem uma grande influência na resistência(menores resistências iniciais e maiores resistências finais), bem como a finura (quanto mais fino, maiores são as resistências iniciais do cimento). e – Forma, dimensão, condição de preparo e cura dos corpos-de-prova O corpo-de-prova para ensaio de resistência à compressão do concreto normalisado no Brasil é o cilindrico de relação altura/diâmetro igual a 2. O de 15cm de diâmetro por 30cm de altura era o mais empregado até recentemente mas o de 10cm de diâmetro por 20cm de altura vem ganhando espaço pelocrescente uso de agregados graúdos com dimensão máxima característica limitada a 19mm. Em muitos paises europeus, entretanto, o corpo-de-prova normalizado é o cúbico de 10 ou 15cm de aresta. Com respeito a forma dos corpos-de-prova, pode-se afirmar: - A resistência obtida em ensaios com cubos de concreto é mais alta do que aquela obtida em corpos-de-prova cilíndricos (h/d=2) (cilindro aproximadamente igual a 80% da resistência do cubo). Essa diferença é causada pelo efeito de confinamento dos pratos das prensas, mais pronunciado para corpos-de-prova com baixa relação altura/área de contato. - Quanto maiores as dimensões do cilindro (mantida a relação h/d=2), menores são as resistências obtidas. Isso ocorre por um efeito probabilístico maior de ocorrência de falhas nos corpos-de-prova maiores, lembrando-se que é a propagação das falhas durante o carregamento que gera a ruptura do material. Outro fator que afeta a resistência dos corpos-de-prova padronizados é a maneira como é produzido e preparado para o ensaio. A norma brasileira prescreve que os corpos-de-

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prova cilíndricos 10x20cm devem ser moldados em duas camadas de altura similar, adensadas cada uma com 12 golpes com a mesma haste empregada no ensaio de abatimento. Após o adensamento, o topo deve ser regularizado com colher de pedreiro e concreto deve ser mantido na forma por 24 horas à sombra, com o topo protegido, quando deve ser desmoldado evitando-se choques. Logo após, deve ser colocado em câmara úmida ou submerso em água de cal onde deve permanecer até a data de ensaio. Antes do ensaio de ruptura, os topos devem preparados para promover um contato perfeito entre concreto e pratos da prensa. Essa operação, conhecida como capeamento, pode ser feita com pasta fundida de enxofre, pasta de cimento ou placas de neoprene confinadas por aneis metálicos. Para validar qualquer um desses sistemas de capeamento, deve-se previamente comparar os resultados de resistência dos corpos-de-prova obtidos com o sistema de capeamento escolhido com os de corpos-de-prova com topos retificados por polimento (fresados).O o uso da própria fresa para o preparo dos topos de corpos-de-prova vem crescendo no país. Entretanto, se o operador não for experiente ou se o disco de desbaste estiver muito desgastado, poderá produzir topos com face sem planicidade o que compromete a resistência medida. Por isso, recomenda-se que, periodicamente, durante o ensaio, seja interposto entre o corpo-de-prova e os pratos da prensa, folhas sulfite e papel carbono para avaliar-se a extensão de contato entre os materiais, que deverá ser plena. f - Velocidade de aplicação de carga Maiores velocidades tendem a gerar valores de resistência mais elevados. Isto ocorre porque em velocidades mais baixas existe um tempo maior para a propagação de fissuras que ocorrem durante o carregamento, levando assim o corpo-de-prova ao colapso em níveis de carga inferiores. Por isso a velocidade é normalisada. No Brasil é de 0,3 a 0,8 MPa/s (530 a 1410 kgf/s para corpos-de-prova 15x30 e 235 a 630kgf/s para corpos-de-prova 10x20). g - Duração da carga Para cargas de curta duração, o concreto resiste maiores níveis de carga. Como o principal carregamento de uma estrutura é o seu peso próprio, que é uma carga permanente, não se pode conceber estruturas submetidas a tensões muito próximas à obtida no ensaio normalisado. A explicação para isto também reside no mecanismo de propagação das fissuras. A partir de 50% da tensão de ruptura, o concreto começa a apresentar um quadro progressivo de fissuração interna. Essa fissuração promove uma redistribuição de tensões e, se o nível de carregamento for mantido, o material se estabiliza estruturalmente sem maiores riscos. Quando o concreto é submetido a tensões próximas de sua ruptura e esta tensão é mantida constante por um longo período de tempo, a propagação das fissuras prossegue ou seja, o material não consegue mais redistribuir as tensões e se estabilizar estruturalmente. Isso leva a sua ruptura com o tempo, mesmo sem atingir a tensão máxima obtida no ensaio. 5.3.2.2 Resistência à tração É uma propriedade de difícil determinação direta. Sua importância está ligada a alguns tipos de aplicação como é o caso de pavimentos de concreto uma vez que a resistência à

108

tração é geralmente desprezada para efeito de cálculo. Pode ser determinada de dois modos: a- Por compressão diametral: Rompe-se o cilindro confeccionado para a resistência à compressão conforme mostra a figura abaixo (NBR 7222/83):

h.d.

P.2ft

Figura 5.7: Representação esquemática do ensaio de tração por compressão diametral b - Na flexão de corpos-de-prova prismáticos (módulo de ruptura): O ensaio é realizado como mostra a figura abaixo.

3tf a

L.Pf

a: arestas de topo onde a=L/3

Figura 5.8: Representação esquemática do ensaio de tração na flexão Na falta de determinação, a NBR 6118-2003 permite que sejam adotados os seguintes valores:

109

fct,m = 0,3fck2/3 , onde fct,m é a resistência à tração média esperada e fck a resistência

característica à compressão do concreto fctk,inf = 0,7 fct,m onde fctk,inf é a resistência à tração característica estimada 5.3.3 Módulo de elasticidade O módulo de elasticidade de um concreto é obtido pela razão entre o gradiente de tensão aplicado e o respectivo gradiente de deformação específica. Como o concreto não é um material perfeitamente elástico, na determinação do módulo de elasticidade convencionou-se determinar esses gradientes em dois níveis de tensão pré-definidos: 0,5MPa e 35% da tensão média de ruptura do material (módulo secante). A importância do conhecimento desse parâmetro tem aumentado muito recentemente, a medida que interfere nas propriedades de deformabilidade das estruturas. Existem expressões que correlacionam a resistência à compressão do concreto com seu módulo de elasticidade pois sabe-se que são propriedades que caminham em mesma direção. Entretanto, a adoção dessas expressões deve ser feita com muita cautela pois o módulo de elasticidade depende também do módulo de elasticidade de seus materiais constituintes e do traço adotado. Por isso, cada vez mais os calculistas tem especificado em seus projetos que o módulo de elasticidade deva ser obtido em ensaios laboratoriais específicos, a partir de amostras do concreto que será efetivamente utilizado na estrutura. 5.3.4 Permeabilidade e absorção O concreto é um material que, por sua própria constituição, é poroso. As razões da porosidade são: a- É quase sempre necessário utilizar uma quantidade de água superior a que se precisa

para hidratar o aglomerante e esta água, ao evaporar, deixa vazios. b- Com a combinação química diminuem os volumes absolutos do cimento e água que

entram na reação. c- Inevitavelmente, durante o amassamento do concreto, incorpora-se ar na massa. A interconecção destes vazios de água ou de ar poderá tornar o concreto permeável. Quando se deseja obter concretos com baixa absorção e permeabilidade, deve-se assim proceder: - Utilizar baixas relações água/cimento, seja pelo aumento do consumo de cimento, seja

pela utilização de aditivos redutores de água (plastificantes, superplastificantes e incorporadores de ar). Deve-se ressaltar que um aumento excessivo no consumo de cimento nos concretos pode gerar fissurações por retração hidráulica e autógena devido à grande quantidade de pasta existente na mistura.

- Substituição parcial do cimento por pozolanas (cinzas volantes, cinza da casca do arroz

ou microssílica). Este procedimento promove um preenchimento de vazios capilares

110

do concreto pela reação entre pozolana e hidróxido de cálcio liberado nas reações de hidratação do cimento.

- Utilização de agregados com um teor maior de finos, desde que estes não sejam de

natureza argilosa. 5.3.5 Variações volumétricas Após a sua confecção, o concreto está sujeito a variações de volume devidas a vários fenômenos: a – Retração plástica: Variação do volume do concreto ainda no estado fresco com a

perda de água. Isto ocorre normalmente em lajes quando a concretagem acontece em climas quentes e/ou sob a ação de ventos. Provoca fissuras mapeadas. Pode ser previnida através da proteção da superfície através de lonas logo após a concretagem.

b – Retração autógena: A reação de hidratação do cimento é acompanhada de uma

redução de volume ou seja, o volume dos compostos hidratados é menor do que a soma dos compostos anidros mais água. Este é um fenômeno que leva ao aparecimento de fissuras e ocorre principalmente em concretos ricos em cimento. Sua prevenção é difícil a não ser que sejam utilizados cimentos ou aditivos especiais compensadores de retração. Pode ser minimizada se for utilizado um menor consumo de cimento possível no concreto, que pode ser conseguido através do uso de aditivos redutores de água.

c - Retração hidráulica irreversível: Variação do volume do concreto endurecido pela

saída de água dos poros capilares. O concreto normalmente é produzido com uma quantidade de água superior à necessária para a hidratação de seu cimento. Durante o seu processo de endurecimento, parte da água que inicialmente saturava o material evapora. Dependendo do tamanho dos poros onde esta água estava alojada, esta saída provoca uma aproximação das partes sólidas do gel de cimento hidratado, reduzindo seu volume, o que gera fissuras no concreto. Uma maneira de minimizar o problema é prevenindo a saída precoce da água através de procedimentos de cura, que serão melhor explicados mais adiante.

d - Retração hidráulica reversível: Com a mudança da umidade do concreto, após seu

endurecimento, ocorre uma entrada ou saída de água dos poros capilares que, pelo mesmo motivo descrito no item anterior, faz com o concreto aumente ou diminua de volume. Esta contração ou expansão pode ser prejudicial em alguns casos, causando fissuras no próprio material ou em estruturas adjacentes. Um exemplo é o caso de alvenarias de blocos de concreto. Se estes blocos são assentados úmidos, vão posteriormente secar e retrair causando tensões na argamassa de assentamento.

e - Dilatação e retração térmica: Variação do volume do material sólido com a mudança

de temperatura. Seu efeito pode ser prejudicial em casos como o de lajes de cobertura de edifícios não adequadamente isoladas e/ou ventiladas, pois a movimentação térmica gerará fissuras entre essa estrutura e as paredes de vedação a ela adjacentes.

111

No caso de grandes estruturas (pontes, por exemplo), são concebidas juntas de dilatação para absorver as deformações de origem térmica das estruturas.

f – Deformação lenta ou fluência: Quando uma estrutura de concreto é submetida a um

carregamento, ocorrem deformações imediatas ou instantâneas. Se esta carga for mantida sobre a estrutura, com o passar do tempo, ela continua se deformando lentamente. Isto é devido a um fenômeno parecido com o da retração hidráulica, pois ocorre em consequência da saída de água dos poros capilares do concreto situados na região comprimida das estruturas, por ação das forças de compressão. Este fenômeno é responsável, por exemplo, pela fissuração de alvenarias construídas sob vigas de concreto armado ou sob lajes planas de grandes dimensões. Como ocorre na fase pasta do concreto, para uma dada resistência, se forem empregados concretos com menor volume de pasta, o seu efeito será minimizado.

5.4 Dosagem do concreto 5.4.1 Introdução Dosagem do concreto é o processo pelo qual se faz a seleção dos componentes adequados, determinando suas quantidades relativas, a fim de ser obtido, da maneira mais econômica possível, um concreto que preencha basicamente os requisitos de trabalhabilidade,

resistência mecânica e durabilidade. Conforme o conceito acima, custo é fator de extrema importância na produção de concretos. Como normalmente o cimento é o componente mais caro, busca-se sempre dosar um concreto com o menor consumo de cimento possível, desde que o valor encontrado não interfira negativamente em outras características do concreto. O consumo elevado de cimento, além de responsável pela elevação de custos, pode gerar uma série de problemas, visto ser diretamente proporcional a este parâmetro a ocorrência de fissuras por retração e o despreendimento de elevado calor de hidratação. Para atingir-se o proporcionamento ideal dos materiais para uma dada aplicação pode-se, segundo a NBR 12655-96, recorrer basicamente a dois processos: - Dosagem empírica - Dosagem racional e experimental A seguir, serão descritos os conceitos principais destes processos de dosagem e apresentados exemplos práticos de aplicação. 5.4.2 Dosagem Empírica Denomina-se dosagem empírica, ao processo de seleção e proporcionamento dos materiais constituintes do concreto baseado em valores médios de propriedades físicas e mecânicas destes materiais, extraídos da experiência prévia de tecnologistas e de bibliografia específica sobre o assunto. A NBR 6118-78, permitia que se dosasse um concreto de uma forma empírica (não experimental) apenas para obras de pequeno vulto desde que fossem cumpridas as seguintes condições: a - A quantidade mínima de cimento por m3 de concreto fosse 300kg;

112

b - A proporção de agregado miúdo no volume total do agregado fosse fixada de maneira a obter-se um concreto de trabalhabilidade adequada a seu emprego, devendo estar entre 30 e 50%. c - A quantidade de água fosse a mínima compatível com a trabalhabilidade necessária. Na versão atual da referida norma (NBR 6118-2003), não existe qualquer menção sobre o assunto que foi remetido exclusivamente para as prescrições da norma NBR 12655-96. Essa norma estabelece apenas que este tipo de dosagem só poderá ser empregado em concretos com resistência característica igual ou inferior a 10Mpa e que o consumo mínimo de cimento por por m3 de concreto seja 300kg. Entretanto, como será visto no item 5.4.3.2.1, essa limitação exclui a possibilidade de se usar dosagem empírica para concretos estruturais armados pois, por questões de durabilidade, a NBR 6118-2003 especifica como resistência característica à compressão mínima o valor de 20MPa. Este procedimento não conduz a uma estimativa de resistência à compressão do concreto. 5.4.3 Dosagem racional e experimental 5.4.3.1 Considerações Iniciais Segundo a NBR 12655-96, a composição de cada concreto de classe C15 (fck=15Mpa) ou superior a ser utilizado na obra deve ser definida em dosagem racional e experimental, com a devida antecedência em relação ao início da concretagem da obra. Cita também que o estudo de dosagem deve ser realizado com os mesmos materiais e condições semelhantes àquela da obra, tendo em vista as prescrições do projeto e as condições de execução. Na opinião do autor, ainda que justas essas condições, sua aplicabilidade pode restringir ou mesmo inviabilizar o uso do concreto em locais onde não existam centrais de concreto ou laboratórios capacitados para realizar tais estudos. Assim sendo, no item 5.4.3.3 será apresentada um método alternativo de dosagem, que pode ser considerado racional, para situações emergenciais quando não se dispõe de condições de realização de uma dosagem racional e experimental a partir dos materiais que efetivamente serão empregados em obra. 5.4.3.2 Terminologia e notações relacionadas aos parâmetros de dosagem No estudo de dosagem do concreto, são utilizadas fórmulas de cálculo envolvendo vários parâmetros. Par facilitar o entendimento dos procedimentos a seguir descritos, são apresentados esses parâmetros e suas notações: m = traço em massa do concreto (kg de agregado total por kg de cimento (m = a + p)) a = proporção em massa de agregado miúdo em relação à massa de cimento do traço p = proporção em massa de agregado graúdo em relação à massa de cimento do traço x = proporção em massa de água em relação à massa de cimento do traço (relação

água/cimento) a = massa unitária seca do agregado miúdo ha = massa unitária úmida do agregado miúdo

113

p = massa unitária do agregado graúdo i = coeficiente médio de inchamento da areia C = consumo de cimento por m3 de concreto H = relação água/materiais secos (umidade do concreto fresco) da = massa específica aparente do agregado miúdo dp = massa específica aparente do agregado graúdo dc = massa específica do cimento C15, C20, etc = Classe do concreto relacionada a sua resistência característica (fck=15Mpa, fck=20Mpa, etc) 5.4.3.3 Determinação da resistência de dosagem 5.4.3.3.1 Considerações iniciais A resistência de dosagem de um concreto é obtida a partir do conhecimento da resistência característica de projeto (fck), das condições do ambiente onde a estrutura de concreto será construída e das condições de preparo do concreto. Normalmente, o que aparece especificado num projeto estrutural é a resistência característica à compressão do concreto (fck) a 28 dias. Este fck representa o valor abaixo do qual a ocorrência de resistências é mínima (pela Norma Brasileira, apenas 5% dos valores). De acordo com a NBR 6118-2003, as condições do ambiente são relevantes para garantir-se a integridade (durabilidade) da estrutura ao longo de sua vida útil. Assim sendo, um calculista estrutural não poderá especificar classes de concreto (fck) em desacordo com essa norma. Segundo a NBR 6118-2003, nos projetos das estruturas correntes, a agressividade ambiental deve ser classificada de acordo com o apresentado na Tabela 5.1, e pode ser avaliada, simplificadamente, segundo as condições de exposição da estrutura ou de suas partes. Tabela 5.1: Classes de agressividade ambiental

Classes de agressividade

ambiental

Agressividade Classificação geral do tipo de ambiente para efeito de

projeto

Risco de deterioração da

estrutura

I Fraca Rural

Insignificante Submersa

II Moderada Urbana1), 2) Pequeno

III Forte Marinha1)

Grande Industrial1), 2)

IV Muito forte Industrial1), 3)

Elevado Respingos de maré

1) Pode-se admitir um microclima com uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) para ambientes internos secos (salas, dormitórios, banheiros, cozinhas e áreas de serviço de apartamentos residenciais e conjuntos comerciais ou ambientes com concreto revestidos com argamassa e pintura).

2) Pode-se admitir uma classe de agressividade mais branda (um nível acima) em: obras em regiões em clima seco, com umidade relativa do ar menor ou igual a 65%, partes da estrutura protegidas de chuva em ambientes predominantemente secos, ou regiões onde chove raramente.

114

3) Ambientes quimicamente agressivos, tanques industriais, galvanoplastia, branqueamento em indústrias de celulose e papel, armazéns de fertilizantes, indústrias químicas

O responsável pelo projeto estrutural, de posse dos dados relativos ao ambiente onde será construída a estrutura, pode considerar classificação mais agressiva que a estabelecida na Tabela 5.1. A durabilidade das estruturas é altamente dependente das características do concreto e da espessura e qualidade do concreto de cobrimento da armadura. Assim sendo, ensaios comprobatórios de desempenho da durabilidade da estrutura frente ao tipo e nível de agressividade previsto em projeto devem estabelecer os parâmetros mínimos a serem atendidos. Na falta destes e devido à existência de uma forte correspondência entre a relação água/cimento, a resistência à compressão do concreto e sua durabilidade, permite-se adotar os requisitos mínimos expressos nas Tabela 5.2 e 5.3. Tabela 5.2: Correspondência entre classe de agressividade e qualidade do concreto

Concreto Tipo Classe de agressividade (Tabela 5.10)

I II III IV Relação

água/cimento em massa

CA 0,65 0,60 0,55 0,45

CP 0,60 0,55 0,50 0,45

Classe do concreto

(NBR8953)

CA C20 C25 C30 C40

CP C25 C30 C35 C40

Consumo de cimento por

m3 de concreto

kg/m3

CA e CP 260 280 320 360

Obs: 1 – O concreto empregado na execução das estruturas deve cumprir os requisitos estabelecidos na NBR 12655-96. 2- CA – Corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto armado 3- CP – Corresponde a componentes e elementos estruturais de concreto protendido Quando o concreto estiver exposto a solos ou soluções contendo sulfatos, devem ser preparados com cimento resistente a sulfatos de acordo com a ABNT NBR 5737 e atender ao que estabelece a Tabela 5.4, no que se refere à relação água/cimento e à resistência característica à compressão do concreto (fck). Além da qualidade do concreto, a NBR 6118-2003 especifica valores de cobrimentos nominais (Cnom), que é o cobrimento mínimo acrescido da tolerância de execução (c). Assim, as dimensões das armaduras e os espaçadores devem respeitar os cobrimentos nominais, estabelecidos na Tabela 5.5, para c=10mm (valor mínimo adotado em obras correntes). Quando houver controles rígidos de cobrimento, explicitados nos desenhos do projeto, o valor de c pode ser adotado como sendo 5mm. Estes cobrimentos citados estão sempre referidos à superfície da armadura externa, em geral à face externa do estribo. O

115

cobrimento nominal de uma determinada barra, também deve ser maior ou igual ao seu diâmetro. Tabela 5.3: Requisitos para o concreto, em condições especiais de exposição

Condições de exposição

Máxima relação água/cimento, em

massa, para concreto com agregado

normal

Mínimo valor de fck (para concreto com agregado normal ou

leve) MPa

Condições em que é necessário um concreto com baixa permeabilidade à

água 0,50 35

Exposição a processos de congelamento e descongelamento em condições de umidade ou a agentes químicos de

degelo

0,45 40

Exposição a cloretos provenientes de agentes químicos de degelo, sais, água salgada, água do mar, ou respingos ou

borrifação desses agentes

0,40 45

Tabela 5.4: Requisitos para concreto exposto a soluções contendo sulfatos

Condições de exposição em

função da agressividade

Sulfato solúvel em água (SO4)

presente no solo% em massa

Sulfato solúvel (SO4) presente

na água ppm

Máxima relação água/cimento, em massa, para concreto com

agregado normal*

Mínimo fck (para concreto com agregado

normal ou leve) MPa

Fraca 0,00 a 0,10 0 a 150 -- -- Moderada** 0,10 a 0,20 150 a 500 0,50 35 Severa*** Acima de 0,20 Acima de 1500 0,45 40

* Baixa relação água/cimento ou elevada resistência podem ser necessárias para a obtenção de baixa permeabilidade do concreto ou proteção contra a corrosão da armadura ou proteção a processos de congelamento e degelo ** Água do mar *** Para condições severas de agressividade, devem ser obrigatoriamente usados cimentos resistentes a sulfatos

116

Tabela 5.5: Correspondência entre classe de agressividade ambiental e cobrimento nominal para c=10mm

Tipo de estrutura

Componente ou elemento

Classe de agressividade ambiental (Tabela 5.10) I II III IV3)

Cobrimento nominal (mm) Concreto armado

Laje 20 25 35 45 Viga/Pilar2) 25 30 40 50

Concreto protendido1)

Todos 30 35 45 55

1) Cobrimento nominal da armadura passiva em envolve a bainha ou os fios, cabos e cordoalhas, sempre superior ao especificado para o elemento de concreto armado, devido aos riscos de corrosão fragilizante sob tensão.

2) Para a face superior de lajes e vigas que serão revestidas com argamassa de contrapiso, com revestimentos finais secos tipo carpete e madeira, com argamassa de revestimento e acabamentos tais como pisos de elevado desempenho, pisos cerâmicos, pisos asfálticos e outros tantos, as exigências desta tabela podem ser substituidas por Cnom diâmetro da barra, respeitado um cobrimento nominal 15mm.

3) Nas faces inferiores de lajes e vigas de reservatórios, estações de tratamento de água e esgoto, canaletas de efluentes e outras obras em ambientes química e intensamente agressivos, a armadura deve ter cobrimento nominal 45mm.

No caso de elementos estruturais pré-fabricados, os valores relativos ao cobrimento das armaduras devem seguir o disposto na NBR 9062. 5.4.3.3.2 Cálculo da resistência de dosagem Em dosagem, para se garantir a obtenção de um dado fck, se trabalha com valores médios (fcj), que são obtidos a partir de expressões que levam em consideração o desvio padrão de resistência da produção do concreto que, por sua vez, é função da qualidade/precisão do proporcionamento dos materiais constituintes Utiliza-se a expressão: fcj = fck + 1,65 Sd onde Sd é o desvio-padrão de dosagem. A NBR 12655-96 prescreve que o desvio padrão a ser adotado pode ser determinado a partir de resultados experimentais obtidos de produção anterior do concreto, desde que as condições e equipamentos dessa produção permaneçam os mesmos. O valor numérico de Sd deve ser obtido a partir de no mínimo 20 resultados consecutivos de resistência obtidos no intervalo de 30 dias, em período imediatamente anterior e que, em nenhum caso, o valor de Sd adotado pode ser menor que 2MPa. Essa forma de determinação de Sd só é aplicavel em casos de centrais de concreto ou empresas de pré-moldados que possuam laboratório e/ou rotina de avaliação da resistência à compressão de seus concretos. Quando não se dispõe de série histórica de dados, a NBR 12655-96 fixa valores para Sd, definidos em função da forma com que o concreto será proporcionado em obra. De acordo com a NBR 12655-96:

117

- Condição A: Proporcionamento em massa; correção da umidade; assistência de profissional habilitado. Sd = 4 MPa - Condição B: Cimento proporcionado em massa; agregados em volume; correção da umidade; assistência de profissional habilitado Sd = 5,5 MPa - Condição C: Cimento proporcionado em massa; agregados em volume; controle da umidade feito de forma expedita. Sd = 7,0 MPa A adoção de uma das condições de preparo do concreto deve ser feita em função dos equipamentos e pessoal disponíveis para o proporcionamento dos materiais, desde que atendidas as seguintes recomendações: - Condição A: aplicável às classes C10 a C80; - Condição B: aplicável às classes C10 a C20. A umidade deve ser determinada pelo

menos 3 vezes durante o serviço do mesmo turno de concretagem. Aceita-se que concretos da classe C25 seja dosados por essa condição desde que os agregados sejam medidos em massa combinada com volume (dosados em volume mas a massa da padiola verificada e corrigida periodicamente através de pesagens realizadas na própria obra).

- Condição C: aplicável apenas para as classes C10 e C15. No caso da classe C15, exige que o consumo mínimo de cimento seja 350kg/m3 de concreto.

As recomendações da norma NBR 12655-96 merecem alguns comentários. Em primeiro lugar, em função das restrições impostas na Tabela 5.2, ficou inviabilizada a utilização da Condição C para produção dos concretos estruturais. O uso da Condição B, ainda que possível, é praticamente inviável uma vez que exigiria a contratação de uma laboratorista especificamente para determinar periodicamente a umidade dos agregados. Causa estranheza a não obrigatoriedade dessa exigência de avaliação periódica da umidade no caso da CondiçãoA. Essa limitação assim posta, favorece diretamente a adoção do concreto dosado em central. Outra questão que merece uma reflexão é a forma de se calcular a resistência de dosagem. O expressão atual considera a variabilidade da produção através da adoção de valores de desvios-padrão tabelados em função resultados de série histórica de dados ou, na falta delas, das condições de preparo do concreto. Esse enfoque pode conduzir a distorções pois o desvio-padrão, na opinião do autor, não expressa com fidelidade a variabilidade da resistência de um concreto, uma vez que é dependente dela. Exemplificando, se uma central de concreto, que possui um dado procedimento de produção e conjunto de equipamentos, (balanças, dosadores de aditivo, etc), produzirá concretos com um menor desvio-padrão para as misturas com menos resistência do que as com mais resistência. Se produzir um concreto com resistência média de 30MPa e o desvio-padrão desse traço for de 3MPa, certamente, quando for produzir concretos de resistência média de 50MPa não conseguirá manter esse desvio-padrão, que provavelmente se aproximará de 5MPa. Isso pode ser explicado por meio da Figura 5.10. Um pequeno erro na dosagem de água de um concreto, em função das suas condições de produção, provocará uma variação na relação água/cimento. Como a relação entre a resistência à compressão e a/c é exponencial, se esse erro ocorrer em concretos de baixa resistência, a variação de resistência será de

118

pequena magnitude ao passo que se a resistência em questão for elevada, a sua variação será bem maior.

Figura 5.9: Influência do erro da relação a/c na resistência à compressão do concreto Assim sendo, parece mais adequado fixar-se um desvio-padrão variável de acordo com a faixa de resistência de dosagem, ou simplesmente, caracterizar a variabilidade da resistência do concreto pelo coeficiente de variação (CV). Sugere-se que seja utilizada a expressão adotada pela NB1-1960:

)100/CV.65,11(

ff ck

cj onde CV é o coeficiente de variação da resistência à compressão

do concreto em %. Esse coeficiente de variação pode ser determinado por série histórica de valores tal qual sugerido na NBR 12655-96 ou, na sua ausência, empregando-se os valores abaixo em função das condições de preparo do concreto: Condição A: CV= 10% Condição B: CV= 15% Condição C: CV= 20% 5.4.3.4 Dosagem para situações especiais A seguir, será descrito um procedimento e serão apresentadas tabelas para que um engenheiro seja capaz de dosar um concreto quando não dispõe de meios para executar

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uma dosagem experimental. Cabe aqui lembrar que a determinação da resistência de dosagem deve seguir o procedimento apresentado no ítem 5.4.3.3. a - Determinar, em função da resistência de dosagem desejada, qual a relação água/cimento (x) a ser adotada. Nesse caso, tem-se duas opções. Pode-se empregar expressões desenvolvidas a partir de materiais regionais, em função de tipos específicos de cimento da marca Votoran – Fábrica de Rio Branco, como as apresentadas a seguir para materiais da Grande Florianópolis: Tabela 5.6 Expressões para cálculo da relação água/cimento (x): Tipo de cimento Portland Idade: 28 dias Estimativa de fc7dias em função de x CP II Z 32 1,0678 log (128,49/ fcj) fc7=105,88/9,62x CP IV 32 0,7223 log(207,52/fcj) fc7=154,83/27,34x CP V- ARI RS 1,0335 log (147,32/fcj) fc7=133,81/10,83x Deve ser levado em conta que essas expressões tem se alterado ao longo do tempo a medida que os cimentos vão mudando suas características. Por exemplo, se for comparada a expressão da Tabela 5.6 para cimento CP IV com a proposta por Helene (1993): Cimento Portland Pozolânico (CP IV): x = 0,95 log (99,7/fc28) ver-se-á que a última é muito mais conservadora do que a primeira (Ex: para um fcj=30MPa, a expressão da Tabela 5.6 conduz a um valor de água/cimento de 0,607 enquanto que a da expressão de Helene gera um valor de 0,495). Uma segunda forma de estimar-se o valor de x é através do ábaco da Figura 5.10 sugerido pelo método da ABCP/ACI. Para uso desse ábaco, é necessário que se conheça a resistência do cimento no ensaio normalizado. Esse valor é facilmente obtido junto a sites da Internet ou contactando-se o fabricante do cimento. Como exemplo, se o cimento em questão fosse um CP IV-32 da Itambé, adotando-se o valor apresentado no site da empresa (www.cimentoitambe.com.br) referente ao mês de julho de 2005, (fc28=38,2MPa), o valor de água/cimento seria de 0,57 para o fcj de 30MPa. Essa forma de determinação é considerada pelo autor como mais adequada a menos que se disponha das curvas de dosagem específicas atualizadas para materiais regionais como as apresentadas na Tabela 5.4, desenvolvidas no ano de 2004. b - Determinar a relação água/materiais secos (H) em função da dimensão máxima característica do agregado graúdo e do tipo de adensamento a que o concreto estará sujeito em obra. Estes valores de H conduzem a concretos com abatimentos na faixa de 6 a 9cm (Tabela 5.7)

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Tabela 5.7: Valores de H em função de max e tipo de adensamento

max Adensamento Manual Adensamento Vibratório 9,5 12 % 11,5 % 19 10,5 % 10 % 25 9,5 % 9,0 % 38 9,0 % 8,0 % 50 8,5% 7,5 %

Obs: Esta tabela foi desenvolvida para agregados comuns da região da Grande Florianópolis (areia média de rio, brita de granito). Para seixo rolado, diminuir 1% em cada valor. O uso da Tabela 5.7 para agregados de outras regiões do país pode levar a valores de abatimento fora da faixa especificada gerando a necessidade de correções em etapas posteriores. Uma opção, para esse caso, seria a de realizar a correção de H em uma mistura piloto realizada em obra com areia seca. Poderia ser inicialmente proporcionado o concreto em volume segundo o procedimento descrito no exemplo de aplicação a seguir. A quantidade de areia correspondente ao volume calculado, seria seca ao ar. Após a secagem, o concreto seria misturado em betoneira acrescentando-se aos poucos o volume de água correspondente calculado até o abatimento da mistura alcançar os níveis desejados. O H corrigido seria obtido pela relação entre água total adicionada e a soma da massa do cimento, areia e brita colocados na betoneira. Com esse H corrigido, o cálculo do traço, conforme procedimento a seguir, seria refeito. d - Cálculo do traço (m) m = 100 (x / H) - 1 e - Determinação do agregado miúdo e agregado graúdo no agregado total Para a determinação do teor de miúdo no agregado total, deve-se utizar a seguinte expressão: a = (1 + m)/100 - 1 Valores sujeridos de estão apresentados na Tabela 5.8 Tabela 5.8: Valores do teor de argamassa em função do tipo de agregado graúdo e max

max Brita granítica Brita basáltica* Seixo rolado 9,5 57 % 58 % 54 % 19 54 % 55 % 51 % 25 52 % 53 % 49 % 38 50 % 51 % 47 % 50 48 % 49 % 45 %

* No caso de agregados obtidos por britagem autógena (rocha contra rocha) pode-se adotar os valores referentes a britas graníticas.

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p = m - a f - Conversão do traço em quantidades por m3 e, quando for o caso, conversão dos agregados para volume:

c1000

1

dc

a

da

p

dpx

- Quantidade de agregado miúdo por m3 = c . a - Quantidade de agregado graúdo por m3 = c. p - Quantidade de água por m3= c. x Massas específicas aparentes (d) - agregado basáltico = 2,80 kg/dm3 - agregado granítico = 2,65 kg/dm3 - seixo rolado = 2,61 kg/dm3 - areia = 2,62 kg/dm3 - cimento portland CP I-S = 3,15 kg/dm3 - cimento portland CP II-F = 3,12 kg/dm3 - cimento portland CP II-Z = 3,03 kg/dm3 - cimento portland CP II-E = 3,07 kg/dm3 - cimento portland CP III = 3,00 kg/dm3 - cimento portland CP IV = 2,86 kg/dm3 - cimento portland CP V-ARI RS = 3,03 kg/dm3 Para a conversão dos valores calculados em massa para volume, ainda é necessário que se conheça as massas unitárias () dos agregados. Na falta de valores experimentais, pode-se adotar os seguintes valores: - agregado basáltico = 1,45 kg/dm3 - agregado granítico = 1,40 kg/dm3 - seixo rolado = 1,50 kg/dm3 - areia = 1,50 kg/dm3 - cimento = 1,20 kg /dm3 Além disso, precisa-se conhecer o coeficiente médio de inchamento ( i ) típico das areias. Os valores sugeridos por Eládio Petrucci-Concreto de cimento Portland são: - areia fina: 1,31 - areia média: 1,29 - areia grossa: 1,25 Uma alternativa mais recomendada seria uma determinação das massas unitárias a partir de ensaios simplificados. Bastaria utilizar um recipiente de volume conhecido (um balde

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de tinta de 20 litros, por exemplo) e encher com os agregados que serão efetivamente empregados no concreto com o auxílio de uma pá. No caso de agregados graúdos, a relação entre massa do agregado e volume do recipiente conduzirá diretamente à sua massa unitária. No caso de agregados miúdos, essa relação conduzirá a uma massa unitária úmida (h) na umidade momentânea apresentada pelo agregado, que deverá ser determinada (método da frigideira) ou estimada empiricamente. Exemplo de Aplicação: Dosar um concreto com as seguintes características: - fck = 20 MPa - Condição de preparo B. - areia média ( a massa de areia úmida (h estimado = 6%) em um balde de 20 litros = 25kg) - Brita 1 – 9,5/25 (max 19mm) – granítica ( a massa de brita em um balde de 20 litros = 28kg) - Adensamento vibratório - Cimento CP II-Z 32 da Itambé (possui sacos de 25 e 50kg) Dimensionar padiolas para abastecer uma betoneira de 500 litros (capacidade da cuba): Obs: a obra será construída em uma região rural. Solução: - Cálculo da resistência de dosagem: Adotando-se a expressão da NBR 12655-96 fcj = fck + 1,65Sd fcj = 20 + 1,65 . 5,5 = 29,1 MPa - Determinação da relação água/cimento: Utilizando-se o ábaco da Figura 5.10 e o valor da resistência do cimento obtido no site da Itambé para julho de 2005 (fcimento = 39,6 MPa) x= 0,60 (obtido por interpolação) Obs: Tanto o fck adotado pelo projetista quanto a a/c calculada cumprem os requisitos da Tabela 5.2 e, portanto, podem ser empregados. - Da Tabela 5.7: H = 10% - Cálculo do Traço (m): m = 100 x / H - 1 m = 100 . 0,60/10 - 1 = 5,00 - Da Tabela 5.8: = 53% - Cálculo do teor de agregado miúdo no traço (a): a = (1 + m)/100 - 1 a = 54 (1 + 5,00)/100 - 1 = 2,24

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- Cálculo do teor de agregado graúdo no traço (p): p = m - a p = 5,00 - 2,24 = 2,76 - Traço final em massa: 1 : 2,24 : 2,76 : 0,60 (cimento : areia : brita 1 : água) - Consumo de cimento por m3 de concreto:

c1000

1

dc

a

da

p

dpx

0,602,65

2,76

2,62

2,24

3,03

1

1000c

c = 354 kg/m3 - Quantidade de agregado miúdo por m3 = c . a = 354 . 2,24 = 793 kg/m3 - Quantidade de agregado graúdo por m3 = c. p = 354 . 2,76 = 977 kg/m3 - Quantidade de água por m3= c. x = 354 . 0,6 = 212,4 kg/m3 - Cálculo dos volumes para abastecer a betoneira: A capacidade da cuba da betoneira (eixo inclinado) é de 500 litros. Pode-se considerar que a capacidade máxima de mistura sendo 80% deste valor (400 litros). Calculando-se a massa unitária dos agregados em questão: Areia : h= 25/20 = 1,25kg/dm3 (para uma umidade estimada de 6%) Brita: h= 28/20 = 1,40 kg/dm3 Sabendo-se que o volume de mistura é o somatório dos volumes unitários dos materiais (não considerando-se na soma o volume da água), o seu valor para os materiais necessários para produzir 1 m3 de concreto seria:

Materiais Massa (kg) Massa Unitária (kg/dm3)

Volume (litros)

Cimento 354 1,20 295 Areia 793 (mh=840,6) 1,25 672,5 Brita 977 1,40 697,9 Água 212,4 1,00 * Total = 1665,4

* Não considerada na soma Para produzir 400 litros de mistura: - Cimento: (400/1665,4) . 354 = 85,0 kg Como o cimento deve ser dosado em massa (múltiplo de 25kg - 1 saco), a dosagem para a betoneira em questão será (por aproximação para baixo do múltiplo mais próximo de 25)

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e determinando-se os volumes dos agregados por regra de 3 tomando-se por base os valores da tabela anterior:

Materiais Massa (kg) Volume (litros)

Cimento 75 3 sacos 25kg Areia 168 142,5 Brita 207 148,9 Água 45 f (h)

Como uma padiola transportada por duas pessoas não deve ter uma massa de agregado superior a 60kg: -Massa da areia= 168 . 1,10**= 184,8 184,8/60 = 3,08 volume da padiola = 1/4 do

volume da areia **Obs: Considerou-se, como caso mais desfavorável para o peso da areia, que tivesse na obra uma umidade de 10%.

-Volume da padiola de areia: Considerando a base da padiola com 35 x 45 cm: Altura = 142,5 / (4 . (3,5 . 4,5)) = 2,26 dm 22,6 cm -Massa da brita= 207 207/60 = 3,45 volume da padiola = 1/4 do volume da brita -Volume da padiola de brita: Considerando a base da padiola com 35 x 45 cm: Altura = 148,9 / (4 . (3,5 . 4,5))= 2,36 dm 23,6cm Conclusão: O concreto será então proporcionado: - Cimento: 3 sacos de 25kg - Areia: 4 vezes a padiola de 35 x 45 x 22,6 - Brita: 4 vezes a padiola de 35 x 45 x 23,6 - Água: Depende da umidade da areia no dia da concretagem. Por exemplo, se for 4%, a quantidade de água necessária será: 45 – 0,04 x 168 = 38,3 litros. É importante que seja fornecida uma Tabela para a obra com os valores calculados de volume de água em função da umidade da areia. Neste caso, uma sugestão poderia ser: Situação Umidade estimada (%) Volume de água (l) Não choveu há mais de 3 dias 4 38,3 Choveu recentemente 6 34,9 Choveu na véspera 8 31,6 Está chovendo 10 28,2 É recomendado que na obra não seja colocado todo o volume de água calculado, estimado em função da umidade e sim inicialmente o volume mínimo calculado (neste caso 28,2 litros) para o qual deve haver um recipiente específico calibrado. Deve-se também providenciar um outro recipiente menor, com volume correspondente à diferença entre os volumes máximo e mínimo esperados (neste caso 10,1 litros). O conteúdo desse segundo reciente, que deve estar cheio, deve ser colocado no concreto aos poucos, lembrando que a umidade da areia pode ter sido mal estimada ou mesmo que, na própria pilha, exista uma variação de umidade entre os diversos pontos.

125

5.4.3.5 Dosagem Experimental do Concreto 5.4.3.5.1 Introdução

Entende-se por dosagem experimental o processo de dosagem baseado nas características específicas dos materiais que serão efetivamente empregados na obra. Desta forma, os vários processos de dosagem experimental existentes exigem que sejam determinadas algumas das propriedades anteriormente mencionadas no método de dosagem para situações especiais. Além disso, quase todos os métodos baseiam-se em duas leis fundamentais: - Lei de Abrams: "A resistência do concreto é proporcional à relação água/cimento".

fcjA

Ba c /

- Lei de Lyse: "A quantidade de água a ser empregada em um concreto devidamente proporcionado, confeccionado com um determinado grupo de materiais (mesmos cimento, agregados miúdo e graúdo), para obter-se uma dada trabalhabilidade, independe do traço deste concreto". Em outras palavras, para um dado grupo de materiais, existe uma relação água/materiais secos (H) constante para obter-se uma dada trabalhabilidade. A seguir serão descritos e exemplificados dois métodos de dosagem de grande utilização no Brasil. 5.4.3.5.2 Método da ABCP/ACI O método baseia-se no fato de que cada tipo de agregado graúdo possui um volume de vazios que será preenchido por argamassa. Além disso, deve existir uma parte de argamassa adicional que servirá como lubrificante entre os grãos de agregado graúdo para que se obtenha uma trabalhabilidade adequada. Esta quantidade de argamassa será então, função da quantidade de vazios, do tipo de areia empregado, já que areias mais grossas geram argamassas mais ásperas (menos lubrificantes) e da graduação do agregado graúdo (aqueles de menor tamanho de partícula precisarão de mais argamassa pois terão mais partículas para serem envolvidas). Parâmetros de dosagem: - Materiais:

- Tipo, massa específica e nível de resistência aos 28 dias do cimento a ser utilizado; - Análise granulométrica e massa específica dos agregados disponíveis; - Massa unitária compactada do agregado graúdo.

- Concreto:

- Dimensão máxima característica admissível de acordo com a NBR 6118 deve ser: - Menor do que 1/4 da menor distância entre faces de formas - Menor do que 1/3 da espessura das lajes - Menor do que 5/6 do espaçamento das armaduras em camadas horizontais - Menor do que 1,2 vezes do menor espaçamento entre camadas na vertical

126

- Menor do que 1/3 do diâmetro da tubulação (quando o concreto for bombeado)

- Consistência desejada (Slump) - Condições de exposição ou finalidade da obra - Resistência de dosagem: função da resistência característica, do desvio-padrão do concreto obtido de séries históricas ou condição de preparo do concreto na obra.

- Procedimentos: a - Fixação da relação água/cimento: Este parâmetro será determinado através de um gráfico (Figura 5.10), em função da resistência de dosagem (fcj) determinada conforme o ítem 5.4.3.2.2. Se o valor de fck for inferior ao definido pela classe mínima do concreto estabelecida por critérios de durabilidade (Tabela 5.2), o valor de fck deverá se tomado como o dessa classe. Na prática, fckj adotado será o maior dos dois valores (fck função da resistência característica definida no projeto estrutural ou a correspondente à classe definida por durabilidade). Se o valor de a/c obtido no gráfico for superior aos limites estabelecidos na Tabela 5.2, deve-se adotar este valor limite como a/c para continuidade dos cálculos.

Figura 5.10: Gráfico para a determinação da relação a/c em função de fcj a 28 dias No caso de não se dispor da resistência do cimento, deve-se buscá-lo junto ao fabricante ou utilizar o valor correspondente a sua especificação (Ex: CP I-S 32 - entrar na curva correspondente a resistência 32 MPa). Essa última alternativa geralmente conduz a dosagens muito conservadoras. b - Determinação do consumo de água do concreto (Cag)

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Será feito em função da consistência e da dimensão máxima característica do agregado (Tabela 5.9): Tabela 5.9: Consumo de água (Cag) aproximado (l/m3)

Abatimento do

Dimensão máxima característica do agregado graúdo (mm)

Tronco de cone (mm) 9,5 19,0 25,0 32,0 38,0 40 a 60 220 195 190 185 180 60 a 80 225 200 195 190 185 80 a 100 230 205 200 195 190

c - Determinação do consumo de cimento ( C ):

ca

CagC

d - Determinação do consumo de agregados - Agregado graúdo (Cb): Cb = Vc . Mc (kg/m3) onde Cb = consumo de agregado graúdo (por m3 de concreto) Vc = volume compactado seco do agregado graúdo/m3 de concreto (Tabela 5.10) Mc = massa unitária compactada do agregado graúdo Tabela 5.10: Volume compactado seco (Vc) do agregado graúdo/m3 de concreto

Dimensão máxima Característica (mm)

MF 9,5 19,0 25,0 32,0 38,0 1,8 0,645 0,770 0,795 0,820 0,845 2,0 0,625 0,750 0,775 0,800 0,825 2,2 0,605 0,730 0,755 0,780 0,805 2,4 0,585 0,710 0,735 0,760 0,785 2,6 0,565 0,690 0,715 0,740 0,765 2,8 0,545 0,670 0,695 0,720 0,745 3,0 0,525 0,650 0,675 0,700 0,725 3,2 0,505 0,630 0,655 0,680 0,705 3,4 0,485 0,610 0,635 0,660 0,685 3,6 0,465 0,590 0,615 0,640 0,665

Quando se utiliza mais de um tipo de agregado graúdo, o Cb pode ser dividido da seguinte forma: Tabela 5.11: Proporcionamento sugerido dos agregados graúdos

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Agregados Utilizados (Dmáx em mm) Proporção (%) 9,5 - 19,0 30 - 70 19,0 - 25,0 50 - 50 25,0 - 38,0 50 - 50 38,0 - 50,0 50 - 50

Obs: - No caso de concreto bombeado, a mistura 19,0 - 25,0 pode assumir a proporção 70% - 30% e a mistura 9,5 – 19 a proporção 30%-70%. - Quando se deseja uma otimização melhor do proporcionamento, deve-se estudar outras proporções e determinar a massa unitária compactada (Mc). A solução escolhida deverá ser aquela que conduza ao menor volume de vazios intergranulares (Se os agregados da mistura possuirem a mesma massa específica, o problema se resume a determinar a proporção que conduza à maior Mc).

- agregado miúdo (Cm):

Cm = [ 1 - ( C / dc + Cb / db + Cag / dag ) ] . dm e - Traço calculado:

1 : Cm/c : Cb/c : Cag/C Observação Final: Este traço terá que ser testado em laboratório e, quando necessárias, serão feitas as devidas correções (teor de argamassa, relação água/materiais secos), sempre mantendo a relação água/cimento constante. Para tal, prepara-se uma mistura com pequeno volume (20 litros por exemplo) e avalia-se, por meio do ensaio de abatimento do concreto (slump teste), sua consistência, sua textura superficial (presença de agregados graúdos na superfície lateral) e sua coesão, procedendo-se as modificações necessárias. Com o concreto corrigido, moldam-se corpos-de-prova para determinação da resistência à compressão a 28 dias. Esse procedimento garantirá a obtenção de um concreto com uma trabalhabilidade adequada mas não a obtenção da resistência de dosagem pré-estabelecida pois a relação água/cimento empregada foi obtida a partir de um ábaco genérico e, na maioria dos casos, precisará também ser ajustada. Uma alternativa para a solução desse problema seria produzir, além da mistura com o traço corrigido, mais duas misturas (dois novos traços: um com maior e outro com menor relação água/cimento e mantidos o teor de argamassa e relação água/materiais secos) com as quais serão confeccionados corpos-de-prova para ensaios de resistência à compressão. Com os valores de resistência a 28 dias será construída uma curva de Abrams mais ajustada aos materiais utilizados. Então, por interpolação, se achará o traço desejado. Este último procedimento, entretanto, é questionado por alguns tecnologistas por acharem que o erro cometido ao se utilizar uma curva de Abrams genérica pode ser de mesma magnitude de quando se utiliza uma curva de Abrams a partir de corpos-de-prova pois não existe uma garantia de que o cimento fornecido ao laboratório para o estudo de dosagem será exatamente o mesmo a ser empregado futuramente na obra.

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Exemplo de Aplicação: Pretende-se dosar um concreto para ser utilizado na estrutura (revestida) de um edifício residencial. O transporte será feito por caçambas e o concreto deve apresentar as seguintes características: fcj = 26,5 MPa Dmáx = 25,0 mm Abatimento = 60 mm Resistência normal do cimento a 28 dias: 35MPa Os materiais disponíveis são:

Materiais MF d (kg/dm3) (kg/dm3) Resist. Normal (MPa)

Cimento 3,10 35 Areia 2,6 2,63 1,48

Brita 19 mm 2,65 1,32 Brita 25 mm 2,65 1,31

Obs: Massa unitária compactada da mistura das duas britas (50% - 50%) - 1,50 kg/dm3 Solução: a - Fixação da relação água/cimento: Como não existem problemas de durabilidade (estrutura revestida em ambiente não agressivo- Classe I, Tabela 5.2), o critério de fixação da relação a/c será o da resistência, pois: fcj = 26,5 MPa Resist. Normal do cimento = 35MPa Através do gráfico da Figura 5.10 a/c = 0,59 < 0,65 (Exigência da Tabela 5.2) b - Determinação do consumo de água (Cag): Como: Abatimento = 60 mm Dmáx = 25 mm Da Tabela 5.9 Cag = 190 l/m3 c - Consumo de cimento ( C ): c = Cag / a/c C = 322 kg/m3 d- Determinação do consumo de agregado graúdo (Cb): Da Tabela 5.10, sabendo-se que MF da areia = 2,6 e Dmáx da mistura das britas = 25mm Vc = 0,715 m3 Utilizando a expressão: Cb = Vc . Mu

130

Cb = 0,715 . 1500 Cb = 1070 kg/m3 e - Determinação do consumo de areia (Cm): Através da expressão: Cm = [ 1 - ( C / dc + Cb / db + Cag / dag ) ] . dm Cm = [ 1 - ( 322 / 3100 + 1070 / 2650 + 190 / 1000 ) ] . 2630 Cm = 795 kg/m3 f - Apresentação do traço: 1 : Cm/c : Cb/c : Cag/c 1 : 795 / 322 : 1070 / 322 : 190 / 322 1 : 2,47 : 3,32 : 0,59 1 : 2,47 : 1,66 : 1,66 : 0,59 Obs: Esse traço ainda é considerado piloto e deve ser previamente testado em laboratório para comprovação da trabalhabilidade e resistência conforme procedimento abaixo: a- Cálculo de uma mistura piloto de aproximadamente 20 litros: Por regra de 3: Cimento (kg) Concreto (litros) 322 --------- 1000 X --------- 20 X= 6,44kg Cimento: 6,44 kg Areia: 6,44 x 2,47= 15,91 kg Brita 19mm: 6,44 x 1,66= 10,69 kg Brita 25mm: 6,44 x 1,66= 10,69 kg Água: 6,44 x 0,59= 3,80 kg Obs: Se a areia estiver úmida no momento do estudo, corrigir a quantidade de areia e de água a ser colocada na betoneira: mh= ms. (h+100)/100 Água final= Água calculada – (mh-ms) b- Proporcionamento da mistura: Inicialmente a betoneira deve ser inicialmente imprimada (colocar na betoneira uma pequena quantidade de material com mesmo traço que o calculado, misturar inclinando a cuba da betoneira até que toda a superfície interna fique “suja”com argamassa e descartar o concreto) para que, durante o processo de avaliação da consistência e teor de argamassa, parte da argamassa do concreto não seja perdida para a superfície do equipamento.

131

Após o descarte deste material, adiciona-se o material previamente pesado, segundo a seguinte ordem: - 80% da água; - 100% do agregado graúdo; - 100% do cimento; - 100% do agregado miúdo; - aditivo plastificante no teor definido (se for especificado o uso) - Restante da água aos poucos. Após a mistura de 3 a 5 minutos, deve ser realizado o ensaio de abatimento e verificada se a consistência e coesão e aspecto superficial do concreto estão conforme o esperado. Caso não estejam, corrigir a mistura com a introdução de pequenas porções de material (areia, brita, cimento e água) previamente pesadas até que a mistura fique trabalhável, mantendo-se inalterada a relação água/cimento. Como por exemplo, se a mistura calculada anteriormente tivesse apresentado um abatimento de 4cm (muito seca) e britas aflorando na superfície (falta de argamassa) a correção deveria se dar na seguinte ordem: - areia e água até que a superfície fique compacta e o concreto coeso e o abatimento um

pouco acima da faixa desejada (Ex: areia= 2kg; água= 0,5kg) - cimento em quantidade tal que a relação a/c fique mantida= 0,5/0,59=0,85kg. Além do

cimento, dever-se-ia adicionar, se fosse o caso o teor respectivo de aditivo plastificante: teor recomendado(%) de 0,85kg. A adição desse cimento faria com que o abatimento caisse um pouco e se enquadrasse na faixa desejada.

c- Cálculo do traço final corrigido: Totalizando a soma dos materiais inicialmente colocados na betoneira com as adições feitas para a sua correção de trabalhabilidade: Cimento: 6,44+0,85= 7,29kg Areia: 15,91+2= 17,91kg Brita 19mm: 10,69+0= 10,69kg Brita 25mm: 10,69+0= 10,69kg Agua: 3,80+0,5= 4,3 kg O traço final corrigido seria obtido dividindo-se todas as quantidades de material calculadas pela massa de cimento (7,29kg): 1 : 2,46 : 1,47 : 1,47 : 0,59 5.4.3.5.3 Método IPT/EPUSP Este método, também conhecido como o método dos 4 quadrantes, baseia-se no ajuste de curvas de resistência e trabalhabilidade em função dos requisitos estruturais e de produção da estrutura no canteiro.

132

Comparando-o com o método anterior, apresenta uma diferença fundamental no diz respeito a determinação dos parâmetros que conduzem a uma mistura trabalhável (relação água/materiais secos (H) e teor ideal de argamassa ( )). Ao invés de obter o traço piloto através expressões baseadas em valores tabelados, parte do princípio que a melhor solução deve ser obtida totalmente através de procedimentos experimentais. Para tal, utilizando os materiais que serão utilizados efetivamente em obra, produz-se um traço piloto (ex: mpiloto = 5) em laboratório, com um teor de argamassa propositalmente baixo para obter-se um concreto visivelmente “empedrado”. Através de adições sucessivas de pequenas porções de cimento e areia pré-estabelecidas e pesadas e de água para atingir o abatimento desejado, determina-se experimentalmente o teor de argamassa ideal (ideal ) ( mínimo para obter-se um concreto trabalhável: superfície compacta e coesão adequada no ensaio utilizando-se o procedimento descrito no item 5.2.2.1- Observações -b ). Uma vez conhecido ideal, deve-se estabeler o valor final de (adotado) como sendo o ideal mais 2 a 4% para levar-se em conta perdas de argamassa para formas e armadura durante o processo de lançamento do concreto. Mantendo-se constante o adotado, repete-se a mistura com mpiloto produz-se duas novas misturas com diferentes traços, um mais rico (mpiloto+1) e um mais pobre (mpiloto-1). Estas três misturas devem ser produzidas com a consistência (abatimento) igual à recomendada para a obra, obtida por meio da adição gradual de água no material na betoneira. Com esses concretos são são determinadas as massas específicas no estado fresco e confeccionados corpos-de-prova para serem ensaiados à compressão nas idades de interesse para o estudo (normalmente 3, 7 e 28 dias). De posse dos resultados de resistência à compressão, são traçadas as curvas de Abrams. Conhecidas as curvas de Abrams (fcj em função de a/c), de Lyse (traço (m) em função de a/c), e de Priskulnik e Kirilos (consumo de cimento (C) em função do traço (m)) determina-se por interpolação o proporcionamento ideal do concreto. A Figura 5.11 mostra uma representação gráfica do método. Esse método de dosagem é, sem dúvida, bastante eficaz e permite que, para um mesmo conjunto de materiais e um mesmo abatimento, se possa definir o proporcionamento ideal de concretos de vários fck simultaneamente. Entretanto, no entender desse autor, sua aplicabilidade se restringe a concretos de fck até 50MPa, diferentemente do que sugerem outros autores. Concretos de resistência mais elevada são produzidos com o uso intensivo de aditivos superplastificantes em teores variados e, portanto, não tem mais sentido se falar em constância do consumo de água da mistura (Lei de Lyse). Mas isso não quer dizer que não se possa utilizar a sua filosofia e proceder adaptações ao procedimento acima descrito para a dosagem de concretos de alta resistência mas que fogem do escopo dessa publicação. Quanto ao uso de aditivos plastificantes ou polifuncionais, de uso praticamente universal inclusive nos concretos de resistência inferior a 50MPa, no decorrer desse item, serão feitas considerações de como inseri-los na metodologia aqui apresentada.

133

Figura 5.11: Diagrama de dosagem do Método IPT/EPUSP A seguir será descrito, passo a passo os procedimentos para a obtenção do proporcionamento de um concreto através do método citado. Estes procedimentos são uma síntese da metodologia descrita por Helene, 1993, com algumas adaptações propostas por este autor. Procedimento: a- Dados iniciais: Para iniciar-se o estudo, algumas informações de projeto e obra são necessárias: - Resistência característica do concreto à compressão (fck); - Dimensão máxima característica do agregado graúdo, que deve estar em consonância com a especificada no projeto estrutural, e com e menor ou igual ao menor valor obtido ao usar os seguintes critérios:

- Menor do que 1/4 da menor distância entre faces de formas - Menor do que 1/3 da espessura das lajes - Menor do que 5/6 do espaçamento das armaduras em camadas horizontais - Menor do que 1,2 vezes do menor espaçamento entre camadas na vertical - Menor do que 1/4 do diâmetro da tubulação (quando o concreto for bombeado)

- Consistência do concreto (abatimento do tronco de cone). Usar a Tabela 5.12 como referência para valores mínimos.

134

Tabela 5.12: Valores mínimos de consistência do concreto em função do tipo de elemento estrutural, para adensamento mecânico

Elemento Abatimento (mm)

Estrutural Pouco armada Muito Armada

Laje 60 10 70 10 Viga e parede armada 60 10 80 10

Pilar de edifício 60 10 80 10 Paredes de fundação,

sapatas, tubulões 60 10 70 10

Obs: Quando o concreto for bombeado, a consistência mínima deve estar entre 70 e 100mm. Quando a altura para bombeamento for acima de 30m, considerar essa faixa limite para a consistência na saída da tubulação.

Deve aqui ser enfatizado que a opção por abatimentos menores leva a misturas mais econômicas mas essa vantagem poderá ser perdida pelo maior dispêndio com mão-de-obra para as operações de lançamento e adensamento. Além disso, as maiores chances de ocorrência de falhas de concretagens e o posterior custo de seu reparo devem ser considerados na definição do abatimento do concreto. Com o desenvolvimento dos aditivos plastificantes e superplastificantes com custos mais competitivos, o mercado tem apontado para uma tendência de se trabalhar com abatimentos cada vez maiores. Principalmente no caso de concretos com consumos de cimento superiores a 350kg/m3 e/ou com o uso de adições muito finas (metacaulim e sílica ativa) é aconselhável que se adote abatimentos de no mínimo 120mm para facilitar operações de bombeamento e adensamento. b - Estudo experimental para ajuste da trabalhabilidade da mistura Nesta fase, busca-se otimizar o proporcionamento entre argamassa e agregado graúdo de modo a obter-se um concreto trabalhável, na consistência requerida. Para tanto, deve-se preparar um concreto piloto de traço compatível com a resistência de dosagem desejada com um teor de argamassa () bastante baixo (40% como sugestão). A Tabela 5.13 sugere alguns valores para o traço piloto. Tabela 5.13: Traços em massa recomendados para a mistura piloto em função da resistência de dosagem (fcj)

fcj (MPa) Traço piloto (mpiloto) recomendado 25 - 35 5 40 - 45 4,5 50 - 60 4

No caso de um fcj de 30MPa, o traço piloto desdobrado inicial seria: a = (1 + m)/100 - 1 a = 40 (1 + 5,0)/100 - 1 = 1,4

135

p = 5,0 - 1,4 = 3,6 Calcula-se e pesa-se então a quantidade de materiais a serem colocados na betoneira do laboratório, em função de sua capacidade. Como exemplo, de desejar-se produzir aproximadamente 20 litros de concreto com a proporção acima, poderia-se assim proceder: Utilizando-se a fórmula para cálculo do consumo de cimento por m3 de mistura:

xpa1C

Adotando-se = 2350 kg/m3, e o valor da relação água/cimento como:

)pa1(100

Hx

sendo que H pode ser obtido da Tabela 5.7 ou, por simplificação, tomado como sendo 10%, pode-se determinar as quantidades de material a serem colacadas na betoneira com as expressões abaixo: Cimento (kg) = C. 20/1000 Areia (kg) = Cimento . a Brita (kg) = Cimento . p Água (kg) = Cimento . x Para iniciar o estudo propriamente dito, deve-se primeiramente executar a "imprimação" da betoneira com uma pequena porção de material com este traço e quantidade de água suficiente para obter uma mistura capaz de "sujar" as paredes da betoneira. Após o descarte deste material, adiciona-se o material previamente pesado, segundo a seguinte ordem: - 80% da água; - 100% do agregado graúdo; - 100% do cimento; - 100% do agregado miúdo; - Restante da água estimada aos poucos. Nesta etapa, deve-se adicionar o aditivo plastificante ou polifuncional pré-definido na dosagem recomendada pelo fabricante. Após um tempo adequado de mistura (3 minutos) deve-se desligar a betoneira, fazer uma raspagem de suas pás e, com uma colher de pedreiro, promover uma mistura deste material com aquele presente no fundo da cuba. Avalia-se então, com o auxílio desta mesma colher, se o teor de argamassa é suficiente para a mistura. Isto é feito, passando-se o instrumento sobre a superfície do concreto e "cortando" a massa com a lâmina verificando a compacidade das superfícies obtidas. Outro teste é o erguimento de uma porção deste concreto com a colher. A presença de material graúdo se desegregando da massa é um indicativo da falta de argamassa no material. Essas verificações com igual a 40% tem apenas objetivo de confirmar se a mistura realmente está carente de argamassa (“empedrada”). Após este procedimento, são realizados acréscimos de cimento e areia em quantidades pré-estabelecidas e já pesadas na massa, de modo a aumentar de 2 em 2%, mantendo o traço piloto inalterado (Exemplo m = 5), adicionando-se água até atingir a consistência desejada. Em seguida, para cada nova situação, verifica-se a trabalhabilidade da mistura como anteriormente descrito.

136

Ao determinar-se i em que a superfície do concreto dentro da betoneira apresenta-se sem vazios e o erguimento do concreto com a colher de pedreiro produz uma massa compacta e sem segregação, realiza-se o ensaio de abatimento (slump teste). Se, na consistência desejada, a superfície do concreto estiver compacta e a coesão adequada (abatimento sem desegregação do concreto por batidas na base metálica do equipamento com soquete) termina-se esta fase de ajuste. Caso contrário, adiciona-se mais 2% de argamassa, ajusta-se a água e repete-se a operação. O valor de ao final dessa etapa é denominado ideal. Como já foi mencionado, antes de se executar o estudo experimental propriamente dito, as quantidades de material a serem colocadas na betoneira devem estar previamente calculadas e pesadas. Na Tabela 5.14 apresenta-se o de cálculo desses materiais tendo por base as fórmulas apresentadas neste item e as seguintes expressões: A partir de (i) = 2 Brita (i) = 25,63 Cimento (i) = 25,63/p(i) Areia (i) = Cimento (i). a(i) Os valores da linha “adicionar” referentes a areia e cimento são obtidos pela subtração entre linhas subsequentes (Ex: para o cimento: adição (i) = cimento (i+1) – cimento (i)) Tabela 5.14: Planilha de cálculo para determinação das quantidades de material a serem colocadas na betoneira (para 20 litros de mistura e mpiloto=5)

Det. (i) a p cimento (kg)

areia (kg)

Brita (kg)

água (kg)

1 40 1,4 3,6 7,12 9,97 25,63 4,27 adicionar 0,25 1,26 variável

2 42 1,52 3,48 7,36 11,19 25,63 variável adicionar 0,27 1,32 variável

3 44 1,64 3,36 7,63 12,51 25,63 variável adicionar 0,28 1,41 variável

4 46 1,76 3,24 7,91 13,92 25,63 variável adicionar 0,30 1,51 variável

5 48 1,88 3,12 8,21 15,43 25,63 variável adicionar 0,33 1,65 variável

6 50 2,00 3,00 8,54 17,08 25,63 variável adicionar 0,36 1,79 variável

7 52 2,12 2,88 8,90 18,87 25,63 variável adicionar 0,39 1,94 variável

8 54 2,24 2,76 9,29 20,81 25,63 variável adicionar 0,42 2,11 variável

9 56 2,36 2,64 9,71 22,92 25,63 variável adicionar 0,46 2,30 variável

10 58 2,48 2,52 10,17 25,22 25,63 variável variável

c- Produção das misturas para a construção das curvas de dosagem Como citado anteriormente, mantendo-se constante o adotado (adotado = ideal + (2 a 4%)) deve-se repetir a mistura com mpiloto e produzir duas novas misturas com diferentes traços,

137

um mais rico (mpiloto+1) e um mais pobre (mpiloto-1). Estas três misturas devem ser produzidas com a consistência (abatimento) igual à recomendada para a obra, obtida por meio da adição gradual de água no material na betoneira. Na produção das misturas com os três diferentes traços, deve-se adotar um volume de concreto suficiente para a determinação do abatimento (slump), da massa específica no estado fresco e moldagem de, pelo menos, dois corpos-de-prova cilíndricos por idade de interesse (20 a 25 litros de concreto são geralmente suficientes). O cálculo dos quantitativos de materiais, para cada traço, pode ser feito utilizando-se o procedimento apresentado no item anterior para o traço piloto inicial. A seguir é apresentada a sequência de cálculo para a determinação das quantidades de cimento e agregados do traço piloto definitivo, para produzir um determinado volume de concreto (Vconcreto), Também é apresentado o procedimento para a obtenção dos parâmetros necessários à construção da curva de dosagem: a = adotado (1 + mpiloto)/100 - 1 p = mpiloto- a

xpa1C

Adota-se, também nesse caso, = 2350 kg/m3, e o valor da relação água/cimento como:

)pa1(100

Hx

sendo que H pode ser obtido da Tabela 5.7 ou, por simplificação, tomado como sendo 10%, pode-se determinar as quantidades de material a serem colocadas na betoneira com as expressões abaixo: Cimento (kg) = C .Vconcreto /1000 Areia (kg) = Cimento . a Brita (kg) = Cimento . p Água inicial (kg) = Deve-se pesar inicialmente um valor correspondente a “Cimento . x”. Aditivo plastificante ou polifuncional: Quando especificado, deve-se pesar a quantidade correspondente ao teor especificado pelo fabricante (%fabricante): Aditivo (kg)= (%fabricante.100/Cimento (kg) A produção de cada uma das misturas definitivas inicia com a imprimação da betoneira. Logo após, adiciona-se o material previamente pesado, segundo a seguinte ordem e procedimento: - 80% da água; - 100% do agregado graúdo, misturando-se por 1 minuto; - 100% do cimento, misturando-se por mais 1 minuto; - Raspagem do material aderido nas facas e cuba da betoneira - 100% do agregado miúdo, misturando-se por mais 1 minuto; - Repetir a raspagem caso necessário; - Introdução do aditivo; - Restante da água aos poucos até se conseguir a consistência desejada (realizar o ensaio de abatimento quando a aparência do concreto indicar que se está próximo do desejado). Se toda a água for insuficiente, pode-se adicionar uma quantidade a mais até se obter essa consistência, repetindo-se o ensaio do abatimento. Se até a terceira tentativa, não se

138

conseguir alcançar o slump desejado, a mistura deve ser abandonada e repetido todo o processo. - Registrar a quantidade total de água de água adicionada (Água final2 (kg)). - Calcular a relação água cimento da mistura (a/c2) - Preencher um recipiente metálico indeformável de volume superior a 10 litros (Vrecip em litros) com o concreto, adensando-o com a haste do slump ou com um vibrador de agulha. Após proceder a rasadura e limpeza externa do recipiente, determinar a massa do concreto nele contida (mconcreto2 em kg). - Determinar a massa específica do concreto: 2 = mconcreto2/ Vrecip

- Determinar o consumo de cimento da mistura piloto C2: C2 = 1000 . 2 / ( 1 + mpiloto + a/c2)] - Moldar corpos-de-prova cilíndricos para futuro ensaio de resistência à compressão a idade de j dias (fcj2) Para as demais misturas, de traços mpiloto-1 (m1) e mpiloto+1(m3), o procedimento anterior deve ser repetido para a determinação dos quantitativos de material para a produção dos concretos além de: - Água final1 e Água final3; - mconcreto1 e mconcreto3; - 1 e 3; - fcj1 e fcj3; - C1 e C3 C1 = 1000 . 1 / ( 1 + mpiloto + a/c1)] C3 = 1000 . 3 / ( 1 + mpiloto + a/c3)]

e - Construção das curvas de dosagem Para a construção das curvas de dosagem, serão necessários os seguintes parâmetros

Traço água/cimento Resist. à Compressão

Consumo de cimento

m1 a/c1 fcj1 C1

m2 a/c2 fcj2 C2

m3 a/c3 fcj3 C3

Por meio destes resultados, determina-se, pelo processo dos mínimos quadrados, os coeficientes das expressões abaixo: - fcj = k1 / k2a/c "Lei de Abrams" - m = k3 + k4 . a/c "Lei de Lyse"

139

- C = 1000 / (k5 + k6 . m) "Lei de Priskulnik e Kirilos" d- Cálculo da resistência de dosagem: Para a determinação de fcj, adota-se o procedimento apresentado no item 5.4.3.2.2: e - Cálculo da relação água/cimento ( a/c ) e do traço final desdobrado do concreto: A determinação da relação água/cimento pode ser utilizando-se a expressão de Abrams obtida no item “c” (fcj = k1 / k2a/c) entrando-se com o valor fcj obtido no item “d”. Essa forma de determinação de a/c, geralmente mais precisa, possui a desvantagem do tempo necessário para a obtenção dos valores necessários à construção da curva ( 28 dias no mínimo ). O uso de expressões ou ábacos obtidos da bibliografia para a estimativa de a/c, como já mencionado anteriormente, possui a vantagem de reduzir o tempo de execução do estudo de dosagem, uma vez que os procedimentos necessários para a construção das curvas de Lyse e Priskulnik e Kirilos, necessárias respectivamente para o cálculo do traço final (mfinal) e do consumo de cimento da mistura (Cfinal), demandam um tempo curto (após a produção das misturas, as curvas já podem ser determinadas. Deve ser lembrado que, tanto na definição de fcj quanto de a/c e consumo de cimento, deverão ser obedecidos os requisitos preconizados na NBR 6118-2003, apresentados na Tabela 5.2. A sequência para o cálculo do traço final pode ser assim resumida:

)2klog(

)f1klog(

ca cj

final

mfinal= k3 + k4 (a/cfinal) afinal= adotado (1 + mfinal)/100 - 1 pfinal= mfinal – afinal Cfinal= 1000/(k5 +k6.mfinal) f - Exemplo de Aplicação do Método IPT/EPUSP: Características do concreto: - fck = 25MPa - Material proporcionado em massa, correção da umidade, equipe treinada - Cimento: CPI -S 32 - Agregado graúdo: Mistura de Brita 0 (dmáx = 9,5) e Brita 1 (dmáx = 19mm) - Transporte e lançamento: Por caçambas e grua (Abatimento de 71cm) - Destinação: Edifício em concreto aparente construído na cidade de São Paulo.

140

Procedimento: a - Dados obtidos de ensaios realizados com os materiais em estudo: da = 2,63 kg/dm3 dp = 2,65 kg/dm3 (Britas 9,5 e 19mm) dc = 3,10 kg/dm3 b - Determinação do proporcionamento ideal entre os agregados graúdos: Para a seleção da mistura ideal, utiliza-se o ensaio da massa unitária compactada. A Tabela abaixo apresenta o resultado obtido para diferentes proporções entre Britas 1 e 2.

Proporção No % Brita 9,5mm

% Brita 19mm

Massa Unitária Compactada

(kg/dm3) 1 100 0 1,50 2 70 30 1,53 3 50 50 1,55 4 30 70 1,56 5 0 100 1,52

Nota-se que a proporção 30/70% apresentou o maiores valor de massa unitária compactada e portanto deve ser a escolhida. c - Determinação da resistência de dosagem: fcj = fck + 1,65Sd Como, por exigência da NBR 6118-2003, o concreto não pode ser de classe inferior a C30 (Tabela 5.2) o fck adotado será de 30MPa. Então fcj = 30 + 1,65 . 4 = 36,6MPa d - Estudo da trabalhabilidade (Determinação de e H): Em função de fcj calculado, tomando-se por base a recomendação da Tabela 5.13: Traço piloto: 1 : 5 Para primeira determinação: = 40% - Capacidade de mistura da betoneira: 50 litros - Volume inicial do concreto a ser misturado: 20 litros Desdobramento do traço: a = (1 + m) / 100 - 1 a = 40 (1 + 5) / 100 - 1 a = 1,4 p = m - a p = 5 - 1,4

141

p = 3,6 Brita 0 = 0,3 . p ==> 0,3 . 3,6 = 1,08 Brita 1 = 0,7 . p ==> 0,7 . 3,6 = 2,52 Fator água/materiais secos (H) estimado para obter-se um abatimento de 70mm = 10,0% a/c = H / 100 . (1 + m) a/c = 10/100 . (1 + 5 ) = 0,60 - Traço inicial desdobrado: 1 : 1,40 : 1,08 : 2,52 : 0,60 - Cálculo do consumo de cimento para executar 20 litros:

xpa1C

C = 2350 / (1+5+ 0,60) = 356 kg/m3 Para 20 litros: C20= 20 . 356/1000= 7,12 - Quantidades de material para executar o traço piloto inicial: cimento: 7,12 kg areia: 9,97kg brita 1: 7,69kg brita 2: 19,94kg água 4,27 litros (até atingir a consistência necessária ==> 7 1cm) A Tabela a seguir mostra as quantidades de material adicionadas em cada determinação e a avaliação do tecnologista quanto ao aspecto da mistura. Como a quantidade absoluta do agregado graúdo permanecerá constante ao longo do teste, usar-se-á uma regra de três para achar as novas quantidades de cimento e areia. Para facilitar o entendimento da Tabela mostrar-se-á o cálculo dos materiais a serem adicionados para a segunda determinação: 2a Determinação: m = 5 = 42% a = 42 / 100 (1 + 5) - 1 a = 1,52 p = m - a ==> 5 - 1,52 = 3,48 3,48 ---------- (7,69 + 17,94) 1,52 ---------- areia areia = 11,19kg adicionar 11,19 – 9,97 = 1,23kg 3,48 ----------- (7,69 + 17,94) 1 ----------- cimento

142

cimento = 7,36kg adicionar 7,36 - 7,12 = 0,24kg Fórmulas genéricas para cada nova determinação: - areia (i) = a(i) . (7,69 + 17,94) / p(i) - cimento(i) = (7,69 + 17,94) / p(i) - areia a ser adicionada(i) = areia(i) - areia(i-1) - cimento a ser adicionado(i) = cimento(i) - cimento(i-1) Det. (i) a p cimento

(kg) areia (kg)

b1 (kg)

b2 (kg)

água (kg)

Aspecto da

mistura

Abat. (mm)

1 40 1,4 3,6 7,12 9,97 7,69 17,94 4,27 A * adicionar 0,24 1,23 0,2

2 42 1,52 3,48 7,36 11,19 7,69 17,94 4,47 A * adicionar 0,26 1,32 0,2

3 44 1,64 3,36 7,63 12,51 7,69 17,94 4,67 A * adicionar 0,28 1,41 0,2

4 46 1,76 3,24 7,91 13,92 7,69 17,94 4,87 A 70 adicionar 0,30 1,52 0,2

5 48 1,88 3,12 8,21 15,44 7,69 17,94 5,07 B 80 adicionar 0,33 1,64 0,1

6 50 2 3 8,54 17,09 7,69 17,94 5,17 C 75

7** 52 2,12 2,88 8,90 18,87 7,69 17,94 5,00 C 80

A = Pouco argamassado

B = Bom aspecto de argamassa na betoneira, desagregação quando abatido lateralmente no ensaio de consistência (neste momento foi adicionado o aditivo plastificante –0,3% da massa de cimento

C = Bem proporcionado * = Não determinado ** = Todos os materiais pesados novamente (incluindo o aditivo – 0,3% da massa de

cimento= 0,3*8,90/100= 0,0267kg ou 26,7 gramas O teor de argamassa escolhido como ideal foi 50% (precisou-se adicionar 2% ao teor onde já se observou um bom aspecto da mistura devido ao efeito parede - casos normais). Portanto: adotado = 52% H = 5,0 / (8,90 + 18,87 + 7,69 + 17,94) . 100 = 9,36% a/c2= 5,0/8,9 = 0,56 Em ensaio de massa específica realizado com o concreto produzido com o traço ajustado piloto: 2 = 2,30kg/dm3. C2 = 1000 . 2 / ( 1 + mpiloto + a/c2)] = C2 = 1000 . 2,30 / ( 1 + 5 + 0,56)] = 350,6 kg/m3

143

e - Confecção dos traços auxiliares: Mantendo-se = 52%, foram desdobrados mais dois traços auxiliares: - Traço 1: mpiloto - 1 m1 = 4 a = 52 (1 + 4) / 100 - 1 a = 1,60 p = 4 - 1,60 = 2,40 - Traço 3: mpiloto + 1 m = 6 a = 52 (1 + 6) / 100 - 1 a = 2,64 p = 6,0 - 2,64 = 3,36 Obs: Os cálculos das quantidades de materiais para a produção das misturas 1 e 3 foram feitos da mesma forma que o apresentado para a mistura 2 (piloto). Os resultados obtidos de água adicionada para obtenção do abatimento desejado, massa específica e relação água/cimento são apresentados no quadro do próximo item. f - Quadro final dos valores obtidos no estudo experimental Com os traços determinados, foram realizadas determinações de consistência, massa específica e resistência à compressão a 7 e 28 dias. A Tabela a seguir apresenta uma síntese dos valores obtidos.

144

Traços

Parâmetros 1 2 3 m 4 5 6

a 1,60 2,12 2,64

p 2,40 2,88 3,36

Cimento p/ 20 litros (kg) 8,55 8,9 6,1

Areia p/ 20 litros (kg) 13,68 18,87 16,10

Brita 1 p/ 20 litros (kg) 6,16 7,69 6,15

Brita 2 p/ 20 litros (kg) 14,36 17,94 14,35

Água p/ 20 litros (kg) 4,03 5,00 3,98

Abatimento (mm) 75 75 70

a/c 0,47 0,56 0,65

H (%) 9,42 9,36 9,32

Resistência média aos 7 dias (MPa) 34,0 28,0 23,2

Resistência média aos 28 dias (MPa) 45,1 36,4 29,6

Massa específica do concreto (kg/m3) 2,28 2,3 2,32

Consumo de cimento p/ m3 de concreto (kg)

416,8 350,6 303,3

Obs: As quantidades de material do traço 2 foram aquelas definidas na última linha da tabela anterior. Apenas a quantidade de água foi definida por tentativas. Para os traços 1 e 3, as quantidades foram calculadas pelo procedimento proposto anteriormente para 20 litros (ver item d). g - Obtenção do traço final: g1 – Determinação da relação água/cimento Como já foi visto, este procedimento depende do tempo que se dispõe para fazer o estudo. Para utilizar os dados experimentais de resistência mostrados na tabela acima, o tecnologista precisou esperar 28 dias. Entretanto, para abreviar o tempo do estudo, poderia ser feita uma estimativa desta resistência através da utilização de curvas de Abrams teóricas, ou mesmo do ábaco da Figura 5.10. A seguir apresentar-se o cálculo da relação água/cimento feito utilizando-se o ábaco da Figura 5.10 (Procedimento g1-a) e a partir dos dados de resistência fornecidos na tabela anterior (Procedimento g2). g1-a - Utilizando o ábaco da Figura 5.10: - Considerando-se que em pesquisa realizada na internet, o cimento utilizado possuia uma resistência de 41MPa e que a resistência de dosagem fcj determinada anteriormente era de 36,6MPa. a/c = 0,53 como o valor encontrado é inferior ao máximo estipulado pela Tabela 5.2 para a Classe de agressividade III (0,55) , o valor 0,53 seria o adotado para o cálculo do traço final. g1-b – Cálculando-se a partir dos dados experimentais de resistência:

145

fcj = k1 / k2a/c k2 = 10-b

b = [ log fcj1. (2 a

c - ac - a

c 3) + log fcj2. (2 ac - a

c - ac 3) + log fcj3. (2 a

c - ac - a

c 2)

2.(ac + a

c + ac 3 ) - 2. (a

c . ac + a

c . a c 3 + ac . a c 3) 2

1 2 2 1 3 1

1 2 1 2 1 22 2

0,65) . 0,56 + 0,65 . 0,47 + 0,56 . (0,47 2. - )0,65 + 0,56 + 2.(0,47

0,56) - 0,47 - 0,65 (2. 29,6. log + 0,65) - 0,47 - 0,56 (2. 36,4. log + 0,65) - 0,56 - 0,47 (2. 45,1. log [ = b

222

b = -1,0160 k2 = 101,0160= 10,3759

k1 = 101

3 . (log fcj1 + log fcj2 + log fcj3 - b . (ac +a

c +ac 1 2 3)

)0,65 + 0,56 + (0,47 . 1,0160 29,6 log + 36,4 log + 45,1 (log . 31

10 = k1

k1 = 135,2586 fcj = 135,2586 / 10,3759 . a/c log fcj = log 135,2586 - a/c . log 10,3759 a/c = 1,0160. log (135,2586 / 36,6) = 0,558 Por questão de durabilidade, adotar a/c=0,55 g2- Determinação dos coeficientes da curva de Lyse: m = k3 + k4 a/c Utilizando o método dos mínimos quadrados para obter-se k3 e k4, tem-se:

3 /)3ca + 2c

a + 1ca( - 3c

a + 2ca + 1c

a

)3ca + 2c

a + 1ca.(m - )3c

a m + 2ca .m + 1c

a .m(4k

2222

2321

3 /)0,65 + 0,56 + (0,47 - 65,0 + 0,56 + 47,0

)0,65 + 0,56 + 5.(0,47 - )0,65 6. + 0,56 5. + 0,47 .4(4k

2222

k4 = 11,1111 k3 = 5 - k4.(a/c1 + a/c2 + a/c3)/3

146

k3 = 5 – 11,1111.(0,47+0,56+0,65)/3 k3 = -1,2222 g3- Determinação de m final: (Adotando-se o a/c obtido do estudo experimental= 0,55) m = -1,2222 + 11,1111.a/c m = -1,2222 + 11,1111.0,55 = 4,89 g4- Desdobramento do traço: a = /100.(1+m) - 1 a = 52/100.(1+4,89) - 1 = 2,06 p = m - a p = 4,89 – 2,06 = 2,83 b0 = 0,30.p b0 = 0,30.2,83 = 0,85 b1 = 0,70.p b1 = 0,70.2,83 = 1,98

Traço Final Desdobrado:

1 : 2,06 : 0,85 : 1,98 : 0,55

g5- Determinação dos coeficientes da Curva de Priskulnik e Kirilos: c = 1000 / [(k5 +(k6.m)]

3 /)m + m + m( - m + m + m

)3C1/ + 2C1/ + 1.(1/Cm - )3/Cm + 2C/ m + 1C /m(.10006k

2321

23

22

21

2321

3 /)6 + 5 + 4( - 6 + 5 + 4

)03,331/ + 50,631/ + 16,84.(1/5 - )03,33/6 + 50,63/ 5 + 16,84 /4(.10006k

2222

k6 = 0,4489 k5 = 1000/3 . [(1/C1+1/C2+1/C3) – (k6/1000).(m1+m2+m3)] k5 = 1000/3 . [(1/416,8+1/350,6+1/303,3) – (0,4489/1000).(4+5+6)] k5 = 0,6049 C = 1000 / [(0,6049 + (0,4489.m)] C = 357,1 kg/m3 (este consumo é superior aos 280kg/m3 exigidos para concretos

submetidos a ambientes enquadrados na Classe de Agressividade II)

147

- Consumo de materiais por m3 de concreto: Cimento: 357,1 kg areia: 735,6 kg brita 1: 303,5 kg brita 2: 707,1 kg água: 196,4 kg

148

5.5 Controle de qualidade do concreto (Baseado na NBR12655/2006) 5.5.1 Considerações iniciais Uma etapa importantíssima da produção de estruturas de concreto é o controle de sua qualidade. Em se tratando de concretos convencionais plásticos, este controle deve ser feito em diversas fases, que englobam desde o recebimento dos materiais constituintes até o ensaio de corpos-de-prova para a comprovação do alcance das resistências de projeto. Como esse controle é vital para a garantia da segurança estrutural de edificações e obras de arte, a sua realização deve ser partilhada por vários profissionais que poderão ser responsabilizados até judicialmente em possíveis casos de não conformidades. Para facilitar a idenficação dos prováveis responsáveis pela ocorrência de não conformidades, a NBR 12655-96, explicita claramente o papel que deve desempenhar cada profissional e até o proprietário da obra nesse processo. 5.5.2 Responsabilidade pela composição e propriedades do concreto O concreto para fins estruturais deve ter definidas todas as características e propriedades de maneira explícita, antes do início das operações de concretagem. O proprietário da obra ou o responsável técnico por ele designado deve garantir o cumprimento da norma NBR 12655 e manter a documentação que comprove a qualidade do concreto. 5.5.2.1 Profissional responsável pelo projeto estrutural: Cabem a este profissional as seguintes responsabilidades: Registro da resistência característica do concreto fck, em todos os desenhos e memórias

que descrevem o projeto tecnicamente; Especificação, quando necessária, dos valores de fck para as etapas construtivas, tais

como: retirada de cimbramento, aplicação de protensão ou manuseio de pré-moldados; Especificação dos requisitos correspondentes à durabilidade da estrutura e de

propriedades especiais do concreto, tais como: consumo mínimo de cimento, relação água/cimento, módulo de deformação estático mínimo na idade de desforma e outras propriedades necessárias à estabilidade e durabilidade da estrutura, durante a fase construtiva e durante sua vida útil, de acordo com a NBR 6118.

5.5.2.2 Profissional responsável pela execução da obra: Ao profissional responsável pela execução da estrutura de concreto cabem as seguintes responsabilidades: Escolha da modalidade de preparo do concreto; Quando a modalidade for concreto preparado pelo executante da obra, este deve ser o

responsável pelas etapas de execução (Dosagem, ajuste e comprovação do traço, armazenamento dos materiais constituintes, medidas dos materiais e do concreto e mistura) e pela definição da condição de preparo (ver ítem 5.4.3.3.2 );

Escolha do tipo de concreto a ser empregado e sua consistência, dimensão máxima do agregado e demais propriedades, de acordo com o projeto e com as condições de aplicação;

Atendimento a todos os requisitos de projeto, inclusive quanto à escolha do tipo de cimento portland a ser empregado;

149

Aceitação do concreto; Cuidados requeridos pelo processo construtivo e pela retirada do escoramento, levando

em consideração as peculiaridades dos materiais (em particular do cimento) e as condições de temperatura.

5.5.2.3 Responsável pelo recebimento do concreto: O responsável pelo recebimento do concreto, é o proprietário da obra ou o responsável técnico pela obra, designado pelo proprietário. A documentação comprobatória do cumprimento da Norma NBR 12655 (relatórios de ensaios, laudos e outros) deve estar disponível no canteiro de obra, durante toda a construção e ser arquivada e preservada pelo prazo previsto na legislação vigente salvo quando o concreto for produzido em central. Neste caso, cabe a central manter a documentação comprobatória da qualidade. 5.5.3 Procedimento e plano de amostragem Em se tratando de controlar a qualidade do concreto, deve-se inicialmente ter em mente que os procedimentos mais importantes são os preventivos. De pouco adianta realizar testes periódicos de resistência à compressão de corpos-de-prova pois seus resultados servirão apenas para constatação da existência do problema pois só estarão disponíveis muito tempo depois de realizada a concretagem. Mais importante é prevenir a sua ocorrência. Para se controlar a qualidade do concreto que está sendo utilizado em uma determinada obra deve-se atuar em diferentes fases do processo de produção, que serão distintas no caso do engenheiro responsável pela obra optar por produzir o concreto em canteiro ou utilizar concreto dosado em central. No primeiro caso, inicialmente deve ser verificado se os materiais que se encontram no canteiro correspondem àqueles que foram utilizados na etapa de dosagem. O cimento deve ter a mesma especificação e marca comercial. O agregado miúdo deve apresentar a mesma granulometria e o agregado graúdo a mesma dimensão máxima característica, mesma origem mineralógica e forma de grão. Esta verificação deve ser realizada visualmente e, em caso de dúvida, deverão ser procedidos ensaios de laboratório específicos. A data de fabricação do cimento e condição de armazenagem dos materiais no canteiro é igualmente importante (ver item 5.6 a) A seguir deve ser verificado se as quantidades relativas entre os diversos constituintes do concreto (traço) está de acordo com o que foi estabelecido na etapa de dosagem. A conferência periódica das dimensões das padiolas e de seu estado de conservação, do recipiente dosador da água e do procedimento de correção de seu volume conforme umidade da areia também deve ser feita com rigor. Por fim, devem ser realizados testes periódicos de consistência do concreto (ver item “a”) e moldados corpos-de-prova em quantidade mínima determinada no item b a seguir. No caso da opção por concreto usinado, o controle deve ser feito na etapa de produção, sob responsabilidade do engenheiro responsável pela central, e no recebimento do concreto, tendo o engenheiro da obra como responsável. Na central, deve haver um controle visual na recepção de cada carga dos agregados (granulometria do agregado miúdo e tamanho, forma dos grãos e presença de pó dos agregados graúdos). Periodicamente, amostras devem ser colhidas para a realização de ensaios normatizados para confirmação de suas características. O cimento, geralmente fornecido a granel, deve ser amostrado na chegada da carga após a conferência do tipo e

150

quantidade na nota fiscal. A amostra (cerca de 3kg), deve ser estocada em saco plástico vedado até aproximadamente 40 dias, quando os ensaios com os concretos confeccionados com este cimento já tiverem sido realizados. Na central, outros cuidados devem ser tomados: determinação da umidade dos agregados e correção da água de mistura, aferição das balanças de cimento e agregados, dos dosadores de água e aditivos, posicionamento correto dos caminhões nos pontos de carga para evitar perdas de material no carregamento, existência de hidrômetro no ponto de redosagem para determinação da quantidade de água empregada durante a lavagem das facas e funil, entre outros. Na obra, na recepção do concreto, deve ser observado primeiramente na nota fiscal se o concreto corresponde ao solicitado (fck, slump, tipo de agregado graúdo e volume). Além disso, o horário de carregamento deve ser conferido para evitar-se o lançamento do concreto em prazos superiores a 2 horas, a menos que esteja sendo utilizado aditivos retardadores de pega. No caso de a central optar pela dosagem parcial de água na obra, na nota deve estar discriminada a quantidade máxima de água complementar a ser adicionada para o ajuste da consistência. Se concreto apresentar no ensaio de abatimento, valores superiores a faixa especificada na nota, deve ser devolvido. No caso de, ao se adicionar toda a água prevista na nota, o abatimento estiver inferior ao limite mínimo da faixa, poderá ser feita a correção da consistência apenas com aditivos superplastificantes. No caso em que toda a água da mistura é adicionada na central, o concreto, no momento da descarga, deve apresentar o abatimento especificado ou, se inferior a ele, pode ser corrigido com o uso de superplastificante. Segundo a NBR 12655-96, para cada tipo e classe de concreto a ser colocado em uma estrutura, devem ser realizados os seguintes ensaios de controle: a- Consistência pelo abatimento do tronco de cone (Slump Test) - NBR 7223 ou Espalhamento pelo tronco de cone (Mesa de espalhamento) - NBR 9606 seguindo as seguintes recomendações: - Para concreto preparado em betoneira estacionária: - na primeira massada; - ao reiniciar a elaboração após uma interrupção da jornada de concretagem durante, pelo menos, 2 horas; - na troca de operadores; - cada vez que forem moldados corpos-de-prova. - Para concreto fornecido por betoneira móvel (ex: caminhão-betoneira): - a cada nova betonada b- Resistência à compressão de acordo com as seguintes recomendações: - A cada lote de concreto deve corresponder uma amostra formada por, no mínimo, seis exemplares para os concretos do Grupo I (NBR 8953) - fck= 10 a 50MPa - e doze exemplares par os concretos do Grupo II - fck= 55 a 80MPa - coletados aleatóriamente durante a operação de concretagem, conforme a NBR 8750 para concretos produzidos em betoneiras estacionárias ou conforme a NBR 7212 para os concretos fornecidos em betoneira móvel. Neste caso, a moldagem deve ser feita com o concreto coletado do terço médio durante a descarga do caminhão. Cada exemplar é constituído por, no mínimo,

151

dois corpos-de-prova da mesma amassada, conforme a NBR 5738 para cada idade de rompimento, moldados no mesmo ato. Toma-se como resistência do exemplar o maior dos valores obtidos em cada ensaio. Os lotes devem ser formados segundo o critério da tabela 5.15, adotando-se aquele que resultar no maior número de exemplares possível. Tabela 5.15: Valores referentes à formação de lotes de concreto

Solicitação principal dos elementos estruturais

Limites Superiores

Elementos em compressão simples e em flexão e

compressão

Elementos em flexão simples

Volume concreto 50m3 100m3 No de andares 1 1

Tempo de concretagem 3 dias de concretagem*

* Este período deve estar compreendido no prazo total máximo de sete dias, que inclui eventuais interrupções para tratamento de juntas. - Fica a critério do profissional responsável pelo controle a fixação da frequência com que devem ser controladas as propriedades especiais do concreto. 5.5.3 Controle da resistência do concreto Tendo em vista a diversidade de condições construtivas e a importância relativa das diferentes estruturas de concreto, consideram-se dois tipos de controle da resistência do concreto à compressão: o controle estatístico por amostragem parcial e o controle estatístico por amostragem total (100%). Os corpos-de-prova devem ser ensaiados à compressão conforme a NBR 5739. A opção por um dos dois tipos de amostragem é geralmente definida por critérios econômicos. O controle por amostragem total é geralmente a opção das obras que adotam o concreto dosado em central pois cada betonada pode chegar a 8m3, praticamente inviabilizando a adoção da amostragem parcial. Nas empresas mais cuidadosas, mapea-se o local de aplicação de cada carga para que, no caso de uma não conformidade de resistência (inferior ao fck), possam ser tomadas providências específicas para as partes da estrutura sob supeita. A amostragem parcial é indicada para o caso em que o concreto de cada lote corresponder a um grande número de betonadas. Nesse caso, a amostragem total seria anti-econômica. 5.5.3.1 Controle estatístico por amostragem parcial Para concretos com números de exemplares (n) compreendidos no intervalo de 6 a 20, o valor estimado da resistência característica à compressão (fck), na idade especificada, é dado por:

ckestff f fm

mfm

2 1 2 11

...

Onde:

152

m= metade do número de n exemplares. Para a determinação de m, despreza-se o valor mais alto de n, se este número for ímpar, e f1f2..fm..fn são as resistências dos exemplares.

Não se deve tomar para fckest valor menor que 6.f1: fckest= 6.f1 adotando-se 6, em função da condição de preparo (item 5.4.3.3.2) e do número de exemplares, os valores da tabela 5.16 (admitindo-se a interpolação linear). Tabela 5.16: Valores de 6 em função do número de exemplares e da condição Condição Número de exemplares (n) de preparo 2 3 4 5 6 7 8 10 12 14 16

A 0,82 0,86 0,89 0,91 0,92 0,94 0,95 0,97 0,99 1,00 1,02

B ou C 0,75 0,80 0,84 0,87 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,00 1,02

Nota: os valores de n entre 2 e 5 são empregados para os casos excepcionais (ver 5.5.3.3) Para amostragem de concreto com n20, o valor estimado da resistência à compressão, na idade especificada, é dado por: fckest= fcm - 1,65Sn Onde: fckest= Valor estimado da resistência característica à compressão do concreto fcm= Resistência média do concreto à compressão para a idade do ensaio Sn= Desvio-padrão dos resultados para n-1. 5.5.3.2 Controle do concreto por amostragem total (100%) O controle se realiza determinando a resistência do concreto a partir dos resultados de exemplares de cada amassada. O valor estimado da resistência característica é dado por: a- fckest = f1 para n < 20 b- fckest = fi para n20, onde "i"= 0,05n. Quando “i” for fracionário, adota-se o número

imediatamente superior. 5.5.3.3 Casos excepcionais Em algumas situações em que se estiver realizando o controle por amostragem parcial pode-se dividir a estrutura em lotes com volumes inferiores a 10m3. Neste caso, o

153

número de exemplares pode estar compreendido entre 2 e 5 e permite-se adotar o fckest = 6.f1 onde 6 é dado pela tabela 5.16. 5.5.4 Aceitação da estrutura Em termos de resistência à compressão, a estrutura será automaticamente aceita se:

fckest fck No caso de não haver aceitação automática, a decisão basear-se-á em uma ou mais das seguintes verificações: revisão do projeto, ensaios especiais do concreto e ensaios da estrutura. a- Revisão do projeto: O projeto da estrutura será revisto, adotando-se para o lote de concreto em exame, fck = fckest. No caso de amostragem total onde houve o mapeamento de todas as cargas do concreto, a revisão de cálculo limitar-se-á a porção de estrutura sob suspeita, adotando-se para ela fck=resistência do exemplar. b- Ensaios especiais do concreto: A investigação direta da resistência do concreto será feita através de ensaios de pelo menos 6 corpos-de-prova extraídos da estrutura, os quais deverão ter diâmetro de 15cm, corrigindo-se os resultados em virtude dos efeitos de broqueamento e também, se for o caso, se a razão entre a altura e o diâmetro do corpo-de-prova for diferente de 2. Os corpos-de-prova deverão ser extraídos de lotes distribuidos de forma a constituírem uma amostra representativa de todo o lote em exame. No caso de estrutura que deverá ficar imersa, os corpos-de-prova deverão permanecer imersos nas 48horas que antecedem o ensaio. O correspondente valor estimado da resistência característica será calculado utilizando as mesmas expressões citadas anteriormente, aumentando-se 10% (ou 15%), em virtude de se tratar da resistência do concreto na própria estrutura, e não se tomando valores inferiores a 1,1 6.f1 (ou 1,15 6.f1) (O valor de 6 será tomado da tabela 5.16, referente às condições B e C). Os valores entre parênteses aplicam-se quando o número de corpos-de-prova é pelo menos 18. Na interpretação dos resultados, deverão ser levados em conta a idade do concreto na ocasião e o efeito sobre resistência das ações de longa duração que tenham atuado até então. Com as devidas precauções quanto à interpretação dos resultados e como medida auxiliar de verificação da homegeneidade do concreto da estrutura, poderão ser efetuados ensaios não destrutivos de dureza superficial ou de velocidade de propagação do ultra-som, de acordo com métodos estudados e aprovados por laboratório nacional idôneo. c- Ensaio de estrutura: Quando houver dúvidas de qualquer natureza sobre uma ou mais partes da estrutura, as quais não possam ser dirimidas por investigação analítica, a decisão a ser tomada poderá ser baseada nos resultados obtidos em ensaios da estrutura (provas de carga) realizados de acordo com método pré-estabelecido. Durante a realização do ensaio deverão ser medidas grandezas que revelem o comportamento da estrutura. O ensaio cessará se houver indício de ruína. Se, das mencionadas verificações concluir-se que as condições de segurança desta Norma são satisfeitas, a estrutura será aceita. Em caso contrário, tomar-se-á uma das seguintes decisões:

154

- A parte condenada da estrutura será demolida; - A estrutura será reforçada; - A estrutura será aproveitada com restrições quanto ao seu carregamento ou seu uso. Deve ser aqui enfatizado que o controle de resistência do concreto preconizado por essa norma se destina a determinação da resistência característica potencial do concreto, que é um parâmetro do projeto estrutural, uma vez que os corpos-de-prova foram adensados e curados em condições padronizadas, na maioria das vezes muito distintas das que o concreto será submetido durante a execução da estrutura. Em algumas situações, entretanto, esse procedimento pode ser inadequado. Como exemplo, pode-se citar o caso de concretagens de peças pré-moldadas protendidas de grandes dimensões, que precisam receber a protenção assim que o concreto atinja uma determinada resistência. Se o controle da resistência for feito pelo ensaio de corpos-de-prova 10x20 curados a 23oC, a resistência do concreto poderia estar superestimada se a temperatura da produção estivesse muito baixa (ex: inverno rigoroso). Por outro lado, se a temperatura ambiente estiver igual ou acima de 23oC, a resistência nas primeiras idades do concreto na estrutura seria maior da que a do corpo-de-prova devido a liberação de calor de hidratação do cimento durante a cura da peça. Nesses casos, deve-se estudar cuidadosamente um método mais adequado para a avaliação da resistência à compressão do concreto. A seguir, são apresentados dois exemplos práticos de utilização dos conceitos de controle de qualidade. Exemplo 1: Durante um controle da resistência do concreto da estrutura de um edifício, cuja resistência característica era de 20MPa, obteve-se os seguintes valores (exemplares retirados aleatoriamente de alguns caminhões betoneira). Verificar a conformidade da resistência do concreto:

Resistência à compressão (MPa)

Exemplar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 c.p. 1 20,0 22,5 21,2 24,2 25,0 23,8 22,9 21,3 27,2 26,1 22,4 c.p. 2 18,5 24,0 21,3 25,8 23,3 26,7 24,5 25,2 23,4 24,3 22,4

Solução: - Ordena-se os valores dos exemplares (a maior resistência em ordem crescente): 20,0 21,3 22,4 24,0 24,5 25,0 25,2 25,8 26,1 26,7 27,2 Como n = 11 (ímpar) ==> m = (n-1)/2 = 5 fckest = 2 (f1 + f2 + f3 + f4)/ (m-1) - f5 fckest = 2 ( 20,0 + 21,3 + 22,4 + 24,0 )/4 - 24,5 = 19,35 fckest 6.f1 = 0,98 x 20,0 = 19,6 Portanto, fckest = 19,6MPa e a estrutura não será aceita automaticamente.

155

Obs: Se os valores apresentados na tabela do problema se referissem ao controle por amostragem total ( 100% dos caminhões-betoneira foram amostrados): fckest = f1 = 20MPa ==> A estrutura seria aceita automaticamente. Exemplo 2: Um edifício de 6 pavimentos terá sua estrutura executada em concreto produzido em obra (fck 20MPa). Sabendo-se que a concretagem dos pilares, vigas e lajes de cada pavimento será executada numa mesma etapa (volume total de 55m3 por pavimento numa concretagem em 3 dias), que o ritmo de execução da estrutura prevê a produção de um pavimento cada 15 dias e que o volume de produção de uma betoneira é de 350 litros, estabelecer um programa de controle de resistência do concreto. Da tabela 5.15 pode-se definir como 1 lote (condição mais desfavorável): 1 lote - volume 50m3 (peças submetidas e compressão e flexão). Portanto, o volume de concreto de cada lote será: 27,5m3. Desta forma, cada pavimento terá 2 lotes de 27,5 m3 cada (79 betonadas). Como a NBR 12655 exige que de cada lote se amostre no mínimo 6 exemplares, deve-se moldar, pelo menos, um par de corpos-de-prova a cada 13 betonadas.

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5.6 Preparo do concreto O preparo do concreto consiste em uma série de operações ou serviços executados e controlados de forma a obter, a partir dos materiais componentes, um concreto endurecido com as propriedades especificadas, de acordo com as exigências do projeto. Estas operações podem assim ser divididas: a - Manuseio e estocagem dos materiais b - Proporcionamento c - Mistura d - Transporte e - Lançamento f - Adensamento g - Cura a - Manuseio e estocagem dos materiais Cimento: O cimento embalado em sacos de papel deve ser guardado em lugar abrigado da chuva e umidades excessivas. As pilhas não devem ter mais do que 10 sacos em altura, a não ser que o tempo de estocagem seja inferior a 15 dias quando se admite pilhas de até 15 sacos de altura. Recomenda-se a utilização de barracões, bem cobertos e protegidos, dotados de estrados de madeira ou material equivalente, que evite o contato direto dos sacos de cimento com o solo ou piso de concreto. O período médio máximo de estocagem de cimentos em sacos é da ordem de 30 dias, podendo ser aumentado para cerca de 60 dias em locais de clima seco, mas devendo ser bastante reduzido em locais de clima úmido. No caso destes períodos serem ultrapassados é conveniente ensaiar o cimento ou então usa-lo em serviços de menor responsabilidade (sem função estrutural). O cimento guardado em "containers" ou silos metálicos podem ser conservados por períodos maiores de tempo (de 2 a 4 meses conforme características de vedação do silo). Agregados: Alguns cuidados na armazenagem e manuseio devem ser verificados: - Evitar a segregação durante o lançamento nas pilhas - Pilhas de diferentes materiais devem estar bem separadas para evitar misturas que possam interferir nas proporções da mistura final - Evitar que o material venha acompanhado de solos e outras impurezas. Para tanto, durante o carregamento, evitar que a pá ou lâmina da carregadeira trabalhem muito rente ao solo - No caso dos agregados miúdos, evitar que enxurradas carreiem as parcelas finas Água: Os problemas que podem ocorrer com a água são somente os decorrentes de contaminação de reservatórios por materiais incompatíveis com o cimento ou armadura tais como açucar, cloretos, ácido húmico, etc. b - Proporcionamento O correto proporcionamento dos materiais, de acordo com o que foi estabelecido durante o processo de dosagem em laboratório, é de fundamental importância para a obtenção de

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um concreto adequado à aplicação a que foi destinado. O proporcionamento pode ser feito por dois processos gerais: Volumétrico e gravimétrico. É importante enfatizar-se que, no caso de aplicações estruturais, o proporcionamento do cimento deve ser sempre feito em massa o que é facilmente realizado quando as quantidades de materiais utilizadas nas misturas forem referentes a uma quantidade de cimento sempre múltipla de 50 ou 25kg (um saco de cimento). c - Mistura É a operação que tem por objetivo a obtenção de um sistema homegêneo onde todos os componentes estejam em contato entre sí. A mistura poderá ser manual ou mecânica. Manual: Só pode ser empregada em obras de pequena importância, onde o volume e a responsabilidade do concreto não justificarem o emprego de equipamento mecânico. Deve ser realizada em caixas forradas por placas metálicas ou sobre estrados de madeira previamente umidecidos. No amassamento manual, mistura-se a seco o agregado miúdo e cimento de maneira a obter-se uma coloração uniforme. A seguir é adicionado e misturado o agregado graúdo. Forma-se então uma cratera, onde é colocada a água de amassamento e continua-se a misturar até que o concreto adquira uma homogeneidade compatível com o processo. Não é permitido amassar-se, de cada vez, volume de concreto superior a 350 litros. Mecânica: A mistura mecânica é feita em máquinas especiais denominadas betoneiras. As betoneiras são assim classificadas:

Misturadores

Intermitentes

Contínuos

Queda livre

Forçados

Eixo horizontalEixo inclinado

Cuba fixa Contra-corrente

Queda livre

Forçados Betoneiras intermitentes de queda livre: Distinguem-se, neste tipo de misturadores, 3 capacidades: a - Capacidade da cuba: Volume total da cuba b - Capacidade de mistura: É a soma dos volumes dos materiais isolados, isto é, antes da mistura. c - Capacidade de produção: Se ralaciona ao volume de concreto fresco produzido por betonada. A relação entre capacidade de mistura e capacidade da cuba varia de 0,6 a 0,80 para betoneiras de eixo inclinado, baixando a 0,35 até 0,40 para as de eixo horizontal. Normalmente uma betoneira é caracterizada pela sua capacidade de mistura.

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Outro fator a ser considerado é a velocidade de giro das betoneiras. Esta depende do diâmetro da cuba. De uma forma geral, pode ser determinada através da seguinte expressão:

N = 400D

N = Número de rotações por minuto D = Diâmetro da cuba (m) Tempo de mistura: Deve ser tal que garanta uma perfeita homogeneidade à mistura. A NBR 6118 estabelece os seguintes valores: - Para betoneira inclinadas: t (s) = 120 D (m) - Para betoneiras de eixo horizontal: t (s) = 60 D (m) - Para betoneiras de eixo vertical: t (s) = 30 D (m) Sendo D o diâmetro máximo da betoneira. Ordem de colocação dos materiais na betoneira: É aconselhavel que: - Agregado graúdo mais parte da água de amassamento - Cimento restante da água - Areia - Aditivo e restante da água. d - Transporte O concreto deve ser transportado do local de amassamento para o local de lançamento o mais rapidamente possível. Deve-se também evitar a segregação do material mantendo-se a homogeneidade da massa. Quanto à direção, o transporte pode ser classificado: - Horizontal: Caminhões, giricas, carrinhos-de-mão - Vertical: Guincho, teleférico, grua - Oblíquo: Correia transportadora, calha Problemas que podem ocorrer durante o transporte: - Hidratação do cimento - Evaporação - Absorção - Trituração - Perda de eficiência do aditivo plastificante ou superplastificante

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Devido ao problema creditado por muitos principalmente à absorção e evaporação, é muito comum se fazer em obra uma correção do abatimento pela adição de mais água (além daquela prevista na dosagem). Este procedimento não é recomendável e gera uma queda na resistência do concreto. Bombeamento: Atualmente a maior parte do concreto lançado em estrutura de edifícios é submetido ao processo de bombeamento. Este processo consiste no transporte do concreto através de dutos rígidos ou flexíveis por pressão hidráulica. Com o bombeamento consegue-se levar o concreto a distâncias horizontais de até 500m e verticais de até 300m. Com este processo se consegue lançar até 200m3 num dia. Entretanto, alguns cuidados devem ser observados: - Antes do bombeamento do concreto, deve-se bombear argamassa de igual composição

daquela que compõe o concreto a ser lançado, para lubrificação das paredes dos tubos. - Observar vazamentos nas juntas das tubulações. Estes podem levar a aumentos pontuais

de atrito gerando o entupimento. - O bombeamento sempre se inicia lançando o concreto nos pontos mais distantes e à

medida que a concretagem avança, vão sendo retirados segmentos da tubulação. - Quando tem-se que bombear concreto em trechos verticais ou inclinados ascendentes,

deve-se usar uma válvula de retenção na parte inferior ou dispor os tubos de forma a ter uma extensão de 3 a 6 m na horizontal.

- No caso de bombeamento em trechos descendentes, deve-se tomar cuidado semelhante,

isto é, fazer com que a extremidade de descarga (inferior) tenha uma válvula ou um trecho na horizontal, pois o concreto caindo livremente tende a formar bolhas de vácuo que provocam segregação da água, resultando em obstrução da tubulação.

- Observar que o operador da bomba não adicione mais água ao concreto para facilitar o

bombeamento. e - Lançamento O lançamento do concreto é a operação que consiste em colocar o concreto no ponto onde ele deverá permanecer definitivamente. O cuidado geral no lançamento consiste em manipulá-lo de forma que seus componentes não se separem. As recomendações são: Posição de lançamento: O concreto deve ser lançado o mais próximo possível do local onde vai ser aplicado. O arrastamento da mistura com enxada, sobre formas ou mesmo sobre o concreto já aplicado, poderá provocar uma perda da argamassa que vai aderindo nos locais por onde vai passando. Como parâmetro, pode-se admitir que as maiores distâncias que o concreto pode ser espalhado por arrastamento sejam de 0,8 a 1m. Para distâncias maiores, deve-se apanhar o concreto com uma pá e aplicá-lo onde for necessário.

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Preparo das formas: Antes de colocar o concreto, as formas devem ser molhadas, afim de impedir a absorção da água de amassamento. No caso de formas metálicas ou confeccionadas com compensado plastificado, esta operação pode ser dispensada mas é recomendável que se utilize uma substância desmoldante antes do lançamento do concreto. As formas devem ser estanques para não permitir a fuga de nata de cimento. Tempo de lançamento: O concreto deverá ser lançado logo após o processo de mistura, não se permitindo por norma, entre o fim deste e o lançamento, intervalo superior a duas horas. Se esse tempo for ultrapassado não quer dizer necessariamente que o concreto está na iminência de entrar em pega, principalmente se a temperatura ambiente for inferior a 20oC e/ou se estiver utilizando aditivos plastificantes. Uma forma de se evitar o descarte de concretos nessa situação é realizar o controle da evolução da temperatura do concreto (antes da pega é praticamente constante e aumenta bruscamente quando ela ocorre) Quando houver necessidade de aumentar este intervalo por questões operacionais, deverá ser prevista a utilização de um retardador de pega e endurecimento. Altura de queda: A altura de queda livre não poderá passar de 2,0m para concretos comuns. Misturas mais segregáveis poderão ter uma limitação de altura a valores ainda menores. Quando a altura de queda for superior a este valor, medidas especiais deverão ser tomadas para evitar a segregação. Entre elas destacam-se: - a abertura de janela nas formas, que permitem diminuir a altura de lançamento e

facilitam o adensamento; - a colocação de trombas de chapa (calhas), PVC ou de lona no interior da forma; - o emprego de concreto mais plástico e rico em cimento no início da concretagem (de

mesma resistência); - a colocação de 5 a 10cm de espessura de argamassa de cimento, feita com o mesmo

traço do concreto que vai ser utilizado; Estas providências evitam a segregação e o aparecimento de ninhos de pedra na base das peças. Planos de concretagem: As obras de grande consumo de concreto são concretadas por etapas. O planejamento da forma de concretar as peças, ou seja, dos pontos de interrupção deve ser cuidadoso e obedendo os seguintes critérios: - observar que a junta fria (interface entre o concreto velho e o novo) não coincida com

um plano de cisalhamento, preparando a superfície de tal maneira que forme um ângulo de 45o com o plano de cisalhamento;

- retirada da nata de cimento da superfície proveniente da subida, por ocasião da vibração,

de ar, água, cimento e agregados finos. Esta retirada pode ser feita 4 a 12horas após a concretagem, com jato de ar ou água, até uma profundidade de 5mm ou até o aparecimento de agregado graúdo que deverá ficar limpo;

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- repetir a limpeza para a retirada de pó e resíduos 24horas antes da concretagem; - durante as 24 horas que precedem a retomada da concretagem, a superfície deve ser

saturada de água, para que o novo concreto não tenha sua água de mistura, parte dela destinada a hidratação do cimento, retirada pela absorção do concreto velho. Deve seguir-se uma secagem para eventuais poças de água, o que enfraqueceria o concreto novo;

- ao retomar a concretagem, deve-se colocar 1 a 2cm de espessura de argamassa com o

mesmo traço do concreto. Esta camada servirá para evitar a formação de vazios entre pedra e concreto velho, já que a pedra terá sempre uma camada de ligação onde se assentar. Trabalhos mais recentes têm recomendado a supressão desta camada por esta contribuir para a formação de uma camada permeável;

- colocar o novo concreto sobre o velho, com especial cuidado no sentido de se evitar a

formação de ninhos de pedra, provenientes da falta de homogeneidade devido a mistura deficiente, transporte e colocação irregulares.

f - Adensamento O adensamento é a operação que consiste em eliminar os vazios da massa de concreto, tornando-a mais compacta e, portanto, mais resistente, menos permeável e mais durável. O gráfico da figura 5.6 dá uma idéia da influência do teor de vazios do concreto sobre a sua resistência, que é tanto maior quanto melhor adensado. Um bom adensamento depende não só do processo empregado mas também da trabalhabilidade da mistura. Peças complicadas, com muitas reentrâncias, ou densamente armadas vão exigir concretos mais plásticos, que por sua vez necessitam de menos energia para adensamento. Peças simples, como grandes blocos com pouca armadura, podem ser executadas com concreto mais seco, adensado por métodos mais enérgicos. Adensamento manual: Pode-se adensar o concreto manualmente, usando barras de aço que atuam como se fossem soquetes estreitos que forçam o concreto para baixo, expulsando o ar incluso. Este procedimento exige uma certa experiência e, quando se enchem pilares, à medida que o concreto vai subindo, costuma-se bater com um martelo na forma para ajudar o adensamento e, ao mesmo tempo, acompanhar a progressão da concretagem em altura. O adensamento manual só é utilizado em obras ou serviços pequenos, ou em casos de emergência. Geralmente, o abatimento mínimo exigido para estes casos é da ordem de 70 a 80mm para pilares e 60 a 70mm para vigas e lajes. As camadas de concreto adensadas não devem ultrapassar 20cm. Recomenda-se que, para o fundo dos pilares, se tenha um abatimento um pouco maior ou que se lance uma argamassa com a mesma composição do concreto (altura máxima de 10cm) tomando-se apenas o cuidado para que o concreto lançado se misture com esta camada. Adensamento mecânico: É o processo geralmente usado em obras mesmo de pequeno porte. Consiste essencialmente em vibrar o concreto conseguindo-se uma redução do ângulo de atrito interno, que possibilita a acomodação da massa, expulsando-se o ar.

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Os vibradores mais usados são os denominados de agulha ou de imersão, que consistem de um tubo de aço dentro do qual gira uma massa excêntrica. A agulha é fixada na extremidade de um tubo flexível que aloja um eixo, também flexível, que transmite o movimento giratório à massa excêntrica. A vibração resultante é transmitida ao concreto pela imersão da agulha (tubo rígido) sucessivamente em diversos pontos da massa do concreto. O vibrador tem um certo raio de ação, isto é, ele consegue provocar o adensamento do concreto até uma certa distância, de tal forma que, selecionando-se os pontos de colocação da agulha, consegue-se que toda a massa de concreto seja vibrada de maneira uniforme, sem excesso nem deficiência. Este raio de ação é função do diâmetro da agulha. Existem algumas regras gerais que devem ser seguidas: - a vibração deve ser feita a uma profundidade não superior ao comprimento da agulha do vibrador; - as camadas devem ter espessuras máximas compreendidas entre 40 a 50cm; - as distâncias entre os pontos de aplicação do vibrador devem ser da ordem de 6 a 10

vezes o diâmetro da agulha (aproximadamente 1,5 vezes o raio de ação); - é preferível vibrar por períodos curtos, em pontos próximos, a vibrar por muito tempo

em pontos distantes; - a vibração deve ser evitada em pontos próximos às formas (menos de 10cm). A

vibração da armadura também é um procedimento errôneo; - colocar a agulha na vertical, mas quando não for possível, incliná-la até um ângulo máximo de 45o; - indroduzir a agulha na massa do concreto, retirando-a lentamente para evitar a formação

de buracos que se enchem de pasta. O tempo de retirada da agulha pode estar compreendido entre 2 e 3 segundos até 10 a 15 segundos, exigindo-se maiores tempos para concretos mais secos;

- o excesso de vibração produz segregação do concreto, ficando as partes inferiores com

mais pedra e argamassa ou nata em excesso na superfície; - sempre que se estiver vibrando uma camada, deve-se fazer com que a agulha atinja a

camada subjacente, para assegurar a ligação entre as duas; - o tempo de vibração depende de diversos fatores como: frequência de vibração,

abatimento do concreto, forma dos agregados e densidade da armadura; Na prática, quando o concreto tiver sido suficientemente vibrado, a sua superfície torna-se mais brilhante. Quando lançado, a superfície do concreto tem um aspecto "áspero". Um excesso de vibração faz com que, inicialmente suba muita argamassa e depois começa e se formar nata que chega a respingar em torno da agulha.

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Existem outros processos de adensamento mecânico. Entre eles pode-se citar: - Vibrador de forma: É um vibrador que se fixa nas formas. Possui bom desempenho.

Tem a desvantagem da pouca mobilidade e por isto mesmo é mais usado na indústria de pré-moldados.

- Vibrador de placa: São vibradores especiais para lajes. A vibração é transmitida para a

massa do concreto por meio de uma placa de aço sobre a qual está montado o dispositivo vibratório.

A placa é arrastada sobre o concreto, que deve ter sido espalhado previamente nas quantidades necessárias, para depois do adensamento atingir a espessura pretendida. Em geral, o espalhamento pode ser feito por meio de sarrafeamento.

- Réguas vibratórias: São semelhantes aos vibradores de placa e com mesmas aplicações.

Constam de uma placa de 30 a 40cm de largura com um comprimento igual a largura da faixa do pavimento a ser executado, em geral de 3 a 3,6m.

A régua é puxada por vários operadores por meio de um cabo de aço. A ação da régua é semelhante a da placa, com a diferença de que a primeira abrange toda a largura da faixa, dando melhor condição para a obtenção de um perfil transversal regular.

- Mesas vibratórias: São mesas sobre as quais são colocadas peças de concreto a serem

vibradas. Geralmente são usadas em indústrias de pré-moldados de pequeno e médio porte, como blocos de concreto, lajotas, meio-fios, etc.

- Centrifugação: É um processo muito especial de adensamento usado em peças pré-

moldadas de seção transversal circular, como tubos e postes. Adensamento expontâneo: Consiste em aplicar um concreto muito fluido que se auto-adensa, dispensando qualquer vibração, necessitando, as vezes, uma pequena ajuda por meio de hastes. É usado em casos especiais, sob prescrições também especiais. Revibração do concreto: Consiste em se tornar a vibrar o concreto depois de passado algum tempo do lançamento e do primeiro adensamento. Desde que executado de maneira correta, aumenta a resistência do concreto além da vantagem de se obter uma correção das consequências da exudação, isto é, eliminação de bolsas de água presas durante a ascenção sob fragmentos de agregados e sob barras de armadura que prejudicam a resistência e a aderência. g - Cura Dá-se o nome de cura ao conjunto de medidas com a finalidade de evitar a evaporação prematura da água necessária à hidratação do cimento, que rege a pega e o seu endurecimento. A NBR 6118 exige que a proteção se faça nos 7 primeiros dias contados do lançamento mas o ideal é que este período seja prolongado para 14 dias, principalmente se o cimento utilizado no concreto for com adições.

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As condições de umidade e temperatura, principalmente nas primeiras idades, têm importância muito grandes nas propriedades do concreto endurecido. Algumas considerações merecem destaque: - a cura úmida melhora as características finais do concreto - o ensaio de corpos-de-prova saturados dá valores mais baixos que o ensaio a seco - a cura com vapor d'água favorece o rápido endurecimento do concreto fazendo com que atinja, com 25horas, resistências equivalentes àquelas atingidas aos 28 dias de cura normal - as condições de temperatura nos primeiros dias tem uma influência muito grande sobre as resistências finais do concreto. As temperaturas favoráveis a uma boa cura situam-se no intervalo de 15 a 35oC. Temperaturas abaixo de 0oC são decididamente danosas ao concreto fresco. Métodos de cura: - Irrigação ou aspersão de água - Submersão - Recobrimento (sacos de cimento, areia,etc) - Recobrimento com plásticos ou semelhantes - Conservação das formas - Impermeabilização por pinturas - Aplicação de cloreto de cálcio (0,8 a 1 kg/m2) - Membranas de cura: São emulsões aquosas ou soluções de produtos resinosos ou parafínicos, que se rompem quando entram em contato com o meio alcalino, depositando-se uma fina película de resina ou parafina. Normalmente se desintegram após 3 ou 4 semanas, sendo facilmente removíveis por simples escovação.

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5.7 Aditivos para Argamassas e Concretos de Cimento Portland: 5.7.1 Definição: Aditivos são substâncias que, quando adicionadas durante o processo de mistura, alteram determinadas propriedades de concretos, argamassas, pastas e grautes. Dentre os principais funções e benefícios trazidos pela utilização de aditivos está a adequação ao uso e a redução de custos das misturas. Geralmente a adição se dá em pequenas quantidades, dificilmente ultrapassando teores de 5% em relação a massa de cimento. Esta dosagem é relativa à massa total do aditivo. No entanto, para a maioria dos aditivos líquidos, os sólidos dispersos é que correspondem à parte ativa. Por este motivo, é de grande importância manter a homogeneidade dos aditivos durante seu uso. Para ensaios em laboratório, a agitação enérgica do frasco antes do uso do aditivo é uma alternativa satisfatória. Para os aditivos utilizados na central, torna-se necessário a presença de um agitador, contínuo ou por ciclos, no reservatório. A norma que aborda o emprego de aditivos para concreto é a NBR 11768:1992. Nesta norma é apresentada uma classificação para os aditivos de acordo com o efeito provocado pelo seu uso. Este tipo de classificação tem sido mais aceita e considerada mais adequada no meio técnico e científico. A seguir são apresentadas essas classes: - Aditivo Plastificante (Tipo P): Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 6% da quantidade de água de amassamento para produzir um concreto com determinada consistência. - Aditivo Retardador (Tipo R): Produto que aumenta os tempos de início e fim de pega do concreto. - Aditivo Acelerador (Tipo A): Produto que diminui os tempos de início e fim de pega do concreto, bem como acelera o desenvolvimento das suas resistências iniciais. - Aditivo Plastificante Retardador (Tipo PR): Produto que combina os efeitos dos aditivos plastificante e retardador. - Aditivo Plastificante Acelerador (Tipo PA): Produto que combina os efeitos dos aditivos plastificante e acelerador. - Aditivo Incorporador de Ar (Tipo IAR): Produto que incorpora pequenas bolhas de ar ao concreto. - Aditivo Superplastificante (Tipo SP): Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 12% da quantidade de água de amassamento para produzir um concreto com determinada consistência. - Aditivo Superplastificante Retardador (Tipo SPR): Produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificante e retardador. - Aditivo Superplastificante Acelerador (Tipo SPA): Produto que combina os efeitos dos aditivos superplastificante e acelerador.

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As propriedades do concreto contendo aditivo em exame devem ser analisadas comparativamente com às do concreto de referência (igual proporcionamento de cimento e agregados e quantidade de água tal que leve à mesma consistência - 51cm - porém sem aditivo) e devem atender aos os requisitos prescritos na EB-1763/1992 (Tabela 5.17). Tabela 5.17: Requisitos de desempenho dos aditivos

Propriedades Tipos de Aditivos

P R A PR PA IAR SP SPR SPARedução de água (% mínima) 6 -- -- 6 6 -- 12 12 12 no

mínimo -- +1:00 -

1:00 +1:00

1:00 -- -- +1:0

0 -1:00

Tempos de pega (h:min)

Inicio não mais que

-1:00 +1:30

+3:30 -3:30

+3:30 -3:30 +1:15 -1:30

-1:00 +1:3

0

+3:30

-3:30

(MB- 2655)

no mínimo

-- -- -1:00

-- -1:00 -- -- -- -1:00

Fim não mais que

-1:00 +1:30

+3:30 -- +3:30 -- +1:15 -1:30

-1:00 +1:3

0

+3:30

--

Exudação de água (%)

(ASTM C 232)

no máximo

-- -- -- -- -- 2,0 -- -- --

Resist. 12 h -- -- -- -- -- -- -- -- 150 à 3 dias 110 90 125 110 125 90 140 125 125 Comp. 7 dias 110 90 100 110 110 90 125 125 125 (%) 28 dias 110 90 100 110 110 90 115 125 100 (%) mínima 90 dias 110 90 90 110 100 90 110 110 100

(MB-3) 180 dias 0pcional

-- -- -- -- -- -- 100 100 100

M í n

Resist. à tração por

comp.

3 dias 100 90 110 100 100 90 110 110 120

i m a

diam. MB-212 ou tração

7 dias 100 90 100 100 100 90 100 100 110

ou tração por flexão MB-3483

28 dias 100 90 90 100 100 90 100 100 100

Mudança de Comprimento

0,030% (máxima)

135 135 135 135 135 135 135 135 135

NB- 1401

<0,030% (aum. máximo)

0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010

Nota: Estes valores referem-se a concretos preparados com cimento Portland Comum - Excluídos os aditivos incorporadores de ar (tipo IAR), todos os demais, quando destinados a concretos sem ar incorporado, não devem incorporar um teor de ar maior do que 3,0%. - Excluídos os aditivos incorporadores de ar (tipo IAR), todos os demais, quando destinados a concretos com ar incorporado, não devem incorporar um teor de ar maior do que 5,0%.

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A seguir serão brevemente descritos os mecanismos de atuação dos principais tipos de aditivos. 5.7.2 Principais tipos de aditivos a- Plastificantes e Superplastificantes (Redutores de água): São elaborados a partir de algumas substâncias químicas tais como: lignosulfonatos, naftalenosulfonatos, melaminas, poliacrilatos e éteres policarboxílicos (policarboxilatos). Também possuem componentes secundários, necessários para apurar suas características. Melhoram a deformabilidade dos concretos frescos quando submetidos a um meio de compactação, eliminando a formação dos flóculos provocados pelas forças de Van der Waal. Esse efeito é consequência da mudança da carga elétrica ocorrida na superfície das partículas de cimento que passam a se repelir eletrostáticamente. Com isso, reduzem o coeficiente de atrito dinâmico entre a fase líquida e os materiais sólidos em suspensão. Esta redução, junto à característica tixotrópica do gel de cimento (propriedade que todo gel tem de modificar sua viscosidade quando submetido à movimentação), resulta na plasticidade. Certas substâncias tensoativas são as responsáveis pela ação de tais aditivos. Elas reduzem a tensão superficial da água, fazando com que as moléculas de água tenham a menor coesão e, portanto, capacidade de aumentar sua superfície de contato (maior molhabilidade) e poder de penetração. Aumentando a dispersão dos finos e acelerando a formação do gel de cimento, estes aditivos reduzem o esforço de cisalhamento necessário para movimentar e deslizar as partículas ao se lançar e adensar a mistura. O efeito dispersante, além de disponibilizar mais água para o envolvimento dos grãos, expõe maior superfície do cimento em contato com a água, resultando em melhor hidratação. A coesão entre a pasta de finos e os agregados também aumenta evitando a segregação. Os tensoativos orgânicos têm a propriedade, em maior ou menor escala, de formarem pequenas bolhas de ar estáveis - com diâmetro variando entre 0,01 e 0,25mm - responsáveis também pela plastificação. Esse efeito, contudo, pode gerar perda de resistência do concreto uma vez que aumenta a porosidade do concreto. Emprego: - Plastificantes e Polifuncionais: São utilizados em duas situações: quando se deseja aumentar a trabalhabilidade de uma dada mistura (aumento de fluidez) (ação plastificante) ou quando se deseja aumentar a resistência mecânica sem aumentar o consumo de cimento ao reduzir a água de amassamento e manter a mesma trabalhabilidade. No primeiro caso, facilitam o bombeamento e adensamento, melhoram o aspecto quando o concreto for aparente e aumentam ligeiramente a resistência por melhorarem a microestrutura da pasta cimentícea. No segundo caso, a introdução do aditivo visa basicamente a redução da relação água/cimento sem a perda de abatimento. Com isso, aumenta substancialmente a resistência mecânica e durabilidade e reduz exudação e retração. São mais eficientes em traços de que apresentam consumos de cimento razoáveis, maiores que 300kg/m3. Evitam o custo e os inconvenientes de aumentar o consumo de aglomerante (alto calor de hidratação e alta retração) para se chegar a um concreto melhor.

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Quando usados com a função específica de plastificar, mantendo-se a mesma quantidade de água indicada no traço, chega-se a trabalhabilidade que permite melhor adensamento, evitando bicheiras e segregações mesmo em peças densamente armadas. Quando usados como redutores, permitem uma diminuição no consumo de água de até 15% e todas as vantagens inerentes a um concreto com relação a/c baixa. O aumento de resistência, em torno de 20%, possibilita desformas mais rápidas podendo ser considerados, neste aspectos, como aceleradores de endurecimento. A redução de água assegura, igualmente, um concreto coeso, denso e pouco permeável, sem fissuração. O concreto aditivado com o plastificante tem aparência encorpada ao se tirar o Slump (ensaio de abatimento do tronco de cone) mas, adensa-se facilmente quando vibrado. Isto comprova as propriedades de lubrificação e tixotropismo por ele conferidas. São os aditivos mais empregados por oferecerem um grande número de vantagens, entre elas, a redução do custo de produção do concreto para uma dada resistência e abatimento. As dosagens recomendadas estão entre 0,3 e 0,5% em relação à massa de cimento. No caso de polifuncionais, uma categoria comercial de aditivos não definida ainda em norma brasileira, as dosagens podem chegar a 0,8%. Os polifuncionais são aditivos com propriedades intermediárias entre os plastificantes e superplastificantes. Seu efeito de plastificação é um pouco mais acentuado devido ao maior teor empregado. Essa diferença no teor máximo está associada ao efeito de retardamento no tempo de início de pega dos concretos, que ocorre devido a presença de impurezas (açucares) na matéria prima. Isto faz com que seja terminantemente proibida a sua redosagem para retomada da fluidez inicial. Ambos apresentam um moderado efeito de perda de abatimento com o tempo (1 a 3cm por hora), que é acentuado em temperaturas ambientes elevadas. O momento mais favorável para a sua adição no concreto (maior plastificação) é de 2 a 10 minutos após a mistura prévia dos outros constituintes. - Superplastificantes: Os superplastificantes são feitos à base de polímeros sintetizados e possuem basicamente as mesmas características dos plastificantes porém, de maneira extremamente realçada. São igualmente indicados para misturas relativamente ricas em cimento. Ideais em casos de armadura densa, bombeamento, concreto aparente e de alta resistência ou também para evitar os efeitos negativos das altas dosagens de cimento. As altas resistências atingidas possibilitam ainda desformas em prazos menores. Permitem reduzir consideravelmente a relação água/cimento ou ainda, mantendo-a inalterada, transformar um concreto seco em fluído. Em ambos os casos é necessária uma pequena alteração no traço, aumentando-se a proporção de areia ou de finos no traço em torno de 5%. Com todas as características positivas trazidas por uma relação a/c muito baixa, a resistência pode chegar a valores em torno de 50% maiores do que a de um concreto similar, não aditivado. Mantendo-se a relação a/c estabelecida na dosagem, pode-se obter um concreto autonivelante, que praticamente não exige vibração, bastando apenas um ligeiro soqueamento nos cantos das formas para eliminar a ar carreado durante o lançamento. São usualmente classificados em superplastificantes de primeira, segunda e terceira geração. Os de primeira geração, são de base naftaleno sulfonatos. São utilizados em teores entre 0,5 e 1,5% em relação à massa de cimento. Teores próximos ao limite superior podem retardar o início de pega do concreto. O efeito da fluidificação dura aproximadamente 35 minutos, dependendo da temperatura e dosagem. Caso necessário, pode-se redosá-lo para voltar à fluidez inicial. A adição de uma pequena porção de

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retardador, pode prolongar sua vida útil para até 55 minutos, sem praticamente alterar o tempo de pega. Os de segunda geração são à base de melamina sulfonatos. Possuem um desempenho ligeiramente maior que os de primeira geração e o custo é praticamente o dobro. Os aditivos de terceira geração são aqueles a base de policarboxilatos. Seu poder de plastificação é muito superior aos dos anteriores e o teor recomendado pelos fabricantes é de 0,5 a 0,8%. São hoje considerados imprescindíveis no caso de concretos de alta resistência e concretos auto-adensáveis. Possuem uma menor perda de abatimento em função do efeito de repulsão estérica (o afastamento dos grãos é produzido por um efeito físico devido à presença das longas cadeias do aditivo adsorvidas nos grãos durante o período de dormência). Seu custo é atualmente cerca de quatro vezes o dos aditivos de primeira geração. Para qualquer tipo de superplastificante, para se ter um tempo de trabalhabilidade maior, aconselha-se dosá-lo de 2 a 3 minutos antes do lançamento e, posteriormente, deixar a betoneira na rotação mais baixa possível, evitando que a energia cinética desenvolvida venha a diminuir o tempo de fluidez. Nos cimentos ricos em C3A, como também ocorre nos plastificantes, a perda do Slump é mais rápida e a redução de água é um pouco menor. Os superfluidificantes geralmente não alteram o tempo de pega do concreto. b- Incorporadores de ar: São substâncias ou produtos cuja função principal é produzir em concretos, argamassas ou pastas um número elevado de finas bolhas de ar, estáveis, separadas entre sí e distribuidadas uniformenmente. Os incorporadores podem ser formulados com várias matérias primas básicas: ácido abiético, alquil-arisulfonatos, sais de ácidos graxos, etc. São tensoativos iônicos, orgânicos ou sintéticos, caracterizados por cadeia longa de carbonos, que reduzem a tensão superficial da água. O caráter aniônico dos incorporadores leva à dispersão dos finos, incluindo o cimento. Fluidificam e plastificam fortemente graças a formação de grande quantidade de bolhas de ar, que se repelem devido a cargas de igual polaridade atuando em suas superfícies. O diâmetro das microbolhas – geralmente inferior a 75m - e a curva de incorporação de ar característica, variam segundo a substância química empregada para a fabricação do produto. O sistema de microbolhas é estável, não se desfazendo facilmente mediante vibração convencional. Estas microbolhas aderem às partículas sólidas, implicando também numa redução na separação destas partículas com a água e consequentemente numa significativa diminuição da exudação. A impermeabilidade do concreto é reforçada pelo fato do ar incorporado formar alvéolos não interligados ao longo dos capilares oriundos da evaporação da água. Adições excessivas do aditivo não incorporam maior volume de ar do que sua característica química permite, mas tornam o cimento hidrófobo, podendo leva-lo à floculação. Emprego: Proporcionam aos concretos com baixo consumo de cimento maior plasticidade, menor permeabilidade, resistência aos ataques químicos de águas agressivas, além de menor segregação e exsudação. É utilizado em concretos massa (barragens), obras marítmas e de saneamento, fábricas de blocos e peças de pavimentação, etc.

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Os incorpordores de ar suprem a deficiência de finos, introduzindo no concreto minúsculas bolhas de ar estáveis e elasticamente deformáveis, que só podem ser eliminadas mediante vibração muito intensa. As microbolhas possuem curva granulométrica contínua, cuja zona cobre a dos cimentos e das areias finas. Elas permitem maior coesão entre os agregados e o cimento, evitanto a segregação e exsudação durante o transporte e o lançamento. As microbolhas geradas pelos incorporadores de ar são repelentes entre sí e quando duas delas se colidem durante a mistura, não resultam em uma maior, como ocorre nos concretos sem aditivo. Elas ainda diminuem a tensão superficial da água e assim facilitam o rolamento entre o cimento e os agregados, conferindo ao concreto maior homogeneidade e plasticidade. A plasticidade conferida permite reduzir a quantidade de água em até 15%, sem prejudicar a trabalhabilidade original. Geralmente, para isso, o traço precisa ser redosado, diminuindo-se a proporção de areia. Em linhas gerais, 1% de ar incorporado equivale a uma redução de 2,5% de água e 20kg de areia fina por metro cúbico. Visto fazerem a função de finos, os incorporadores de ar possibilitam também reduzir até 20% do cimento, que não têm a função de aglomerante e sim dos citados finos. A diminuição da relação a/c e o fato de não haver continuidade entre as bolhas de ar, que por sua vez interrompem a rede de canalículos formados pela evaporação da água de amassamento, ajudam a obtenção de um concreto impermeável. Esta diminuição igualmente compensa, em grande parte, a redução da resistência mecânica devida à maior incorporação de ar. Entretanto, é sempre necessário controlar o volume de ar incorporado porque, se maior que o pré-estabelecido, pode levar a bruscas quedas das resistências, dada a aproximação das bolhas. Nas barragens, os incorporadores permitem a confecção de concretos massa, com baixo consumo de cimento (até mesmo da ordem de 80kg/m3), exigidos para evitar o surgimento de trincas durante o resfriamento da estrutura, decorrentes do alto calor de hidratação e do diferencial térmico estabelecido entre os volumes de grandes dimensões. Outra característica importante proporcionada pela incorporação de ar é a resistência do concreto ao ataque dos sulfatos, principalmente do sulfato de magnésio contido na água do mar. Reagindo com o hidróxido de cálcio liberado durante a hidratação do cimento, ele forma a etringita que se expande, levando à desintegração da peça. As bolhas de ar formadas dão espaço a esta expansão; tamponando a passagem de novas quantidades do agente agressivo e preservando a textura do concreto. Fatores que influenciam o volume de ar incorporado; - Quantidade de finos no traço. Acima de 300kg/m3 (incluindo o cimento) a incorporação de ar é restrita, por não haver espaço livre para a geração das bolhas; - Proporção de água na mistura. Quanto mais seca, menos ar é introduzido; - Temperatura: Inversamente proporcional ao ar produzido; - Granulometria: Uma distribuição granulométrica com mais vazios permite maior incorporação. c- Aceleradores: Os aceleradores são aditivos que reduzem o tempo de início de pega e/ou a velocidade de endurecimento do concreto. Os aceleradores mais eficazes são feitos à base de cloreto de cálcio. Estes aditivos facilitam a dissolução da cal e da sílica nos silicatos e da alumina nos aluminatos. Os aceleradores possíveis são os ânions fortes, que aceleram a dissolução da cal, ou os cátions fortes, que aceleram a dissolução da alumina e da sílica.

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Os aditivos mais utilizados para a aceleração da pega são aqueles a base de carbonatos ou aluminatos de sódio e potássio e sulfato de alumínio hidratado, que atuam preponderantemente na reação do C3A. Outros aceleram fortemente as reações iniciais de hidratação e endurecimento, especialmente do C3S. A proporção deste componente e o módulo de finura do cimento são diretamente proporcionais à velocidade de endurecimento. O cloreto de cálcio, devido à modificações impostas no processo de hidratação do C3S, diminui a segregação do concreto. Porém, especialmente em dosagens superiores a 2% sobre o peso do cimento, trazem riscos de corrosão para a armadura. Existem ainda aceleradores à base de formiato de cálcio, trietanolamina e vários outros sais, que agem com menos eficiência sobre a hidratação do C3S. Emprego: Aceleram o início e fim de pega e o desenvolvimento de altas resistências nas idades iniciais. São empregados, mesmo sob baixas temperaturas, quando o concreto necessita ser solicitado a curto prazo: Fundações, pavimentações, pré-moldados, canalizações, chumbamentos, reparos urgentes, etc. Reduzem o tempo de desforma e permitem o concreto resistir rapidamente a pressões hidrostáticas, evitando o carreamento da pasta de cimento por água corrente. Os aceleradores à base de cloretos são os mais ativos quando se trata de aceleração de endurecimento e têm inclusive a característica de reduzirem a água de amassamento, principalmente em cimentos com menores teores de gesso. A desforma de uma peça que normalmente seria feita em 7 dias, pode ser realizada em apenas 3 dias, por exemplo. Porém, este tipo de acelerador não pode ser empregado para concreto protendido devido à possibilidade de provocar corrosão intercristalina nos cabos submetidos à tensão. Seu uso para concretos armados também sofre forte restrição. Além disso, quando utilizados, exigem uma cura cuidadosa do concreto, devido à intensidade do calor desenvolvido durante a hidratação. Os aceleradores isentos de cloretos, embora bem menos ativos, podem ser empregados em qualquer tipo de concreto. Substâncias como o silicato, carbonato e aluminato de sódio e potássio, são utilizadas na formulação de aceleradores de pega instantânea utilizados, entre outras aplicações, para concretos projetados em obras subterrâneas. Por sua rápida ação, não podem ser misturados no concreto em betoneiras. Em todos os casos, quanto maior o consumo de cimento do traço, maior será a eficiência do acelerador. Além disso, provocam uma perda de resistência final, se forem comparados concretos confeccionados com e sem aditivo. Reduções de 10 a 40% são comuns e dependem fundamentalmente do tipo e teor de aditivo empregado. Em alguns casos, essa diferença já se manifesta a partir de idades bastante reduzidas (3 dias). d- Retardadores: São constituidos de carboidratos (monossacarídeos, polissacarídeos, ácidos hidro-carboxílicos etc.), bem como de produtos inorgânicos (sais de chumbo, boratos, fosfatos, etc.) Retardam a osmose de água das faces dos grãos de cimento, agindo por defloculação e adsorção. Assim, dificultam e bloqueiam temporariamente a dissolução da cal dos silicatos e aluminatos, precipitando em forma de hidróxidos menos solúveis do que o hidróxido de cálcio.

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O retardamento devido ao envolvimento dos grãos de cimento por adsorção, prolonga no tempo as reações de pega exotérmicas. Facilitam a dissipação de calor, evitando o surgimento de um forte gradiente de retração, causa de microfissuração superficial. Emprego: Os retardadores têm a função de retardar da hidratação inicial dos grãos de cimento, em particular dos aluminatos. Também plastificam a mistura pois incluem certa porcentagem de plastificantes (redutores de água) em suas formulações. Representam um período maior no qual se pode transportar o concreto ou, por outro lado, conpensar os efeitos acelerantes das temperaturas elevadas. Após a pega, entretanto, não interferem no processo de endurecimento. Impedem o surgimento de juntas frias quando a concretagem é interrompida, diante da movimentação das formas durante o lançamento, em peças de difícil acesso e vibração, ou no caso de grandes volumes de concreto, evitando a retração diferencial. O aumento da superfície de cimento em contato com a água provoca melhor hidratação, resultando em maior volume de cristais e densidade. Consequentemente, registra-se em comparação a um concreto padrão, aumento da resistência mecânica nas idades maiores (90 dias), menor permeabilidade e ausência de fissuração de origem térmica, que ocorre quando da elevação da temperatura durante a pega é alta e repentina. É importante saber que o efeito de retardamento cresce geométricamente com o aumento de dosagem mas que o efeito plastificante não acompanha este crescimento. As superdosagens levam a uma retardação da alguns dias e a uma perda excessiva de água por evaporação. Consequentemente surgirão fissuras, esfarelamento superficial e queda de resistência, se não for feita uma cura úmida ou química. Em dosagens exageradas (aproximadamente 1% sobre o peso do cimento) a pega se dá após vários dias e o concreto se desistegrará ao serem removidas as formas. Os cimentos pozolânicos e de alto-forno, por conterem menor teor de C3A, necessitam de menor proporção de aditivo para provocar a mesma retardação de um cimento Portland comum. Atualmente estão disponíveis no mercado aditivos que interrompem a hidratação do cimento por horas ou até dias dependendo da dosagem empregada. Conhecidos normalmente por estabilizadores de hidratação, são recomendados para situações onde o tempo de retardamento dos aditivos convencionais não é suficiente ou para o uso em sobras de concreto dos caminhões betoneiras para evitar seu descarte no meio ambiente. A simples mistura com o concreto novo pode reativar a hidratação do concreto previamente aditivado ou, em alguns casos, pela adição de outros aditivos que neutralizam seu efeito. e- Impermeabilizantes: Os ácidos graxos e emulsões, produtos normalmente empregados nos impermeabilizantes, tamponam e hidrofugam os poros das misturas. Basicamente existem três tipos de impermeabilizantes: - Sais orgânicos, em forma líquida, pastosa ou em pó, que reagem com a cal livre do cimento formando sais cálcicos insolúveis. - Geis orgânicos ou inorgânicos, à base de emulsão, constituidos de partículas globulares que, após a quebra da emulsão no meio alcalino do cimento, se aglutinam em presença de água, reduzindo a seção dos capilares. - Materiais hidrófugos que se diferem daqueles do primeiro grupo apenas pela razão de já se apresentarem em sua forma final, não reagindo com os componentes do cimento.

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c- Expansores: Os aditivos expansores, constituídos basicamente de aluminatos ou sulfoaluminatos. Contém também plastificantes (redutores de água) em suas formulações. Reagem com o hidróxido de cálcio, liberado nas reações de hidratação do cimento, e a água desprendendo hidrogênio, que forma bolhas e provoca a expansão. O redutor de água presente diminui a queda de resistência provocada pela expansão e facilita a introdução das argamassas de cimento em locais de difícil acesso. Emprego: São empregados em injeções feitas com caldas e argamassas de cimento Portland. Asseguram o preenchimento total dos vazios em locais de difícil acesso. Têm larga utilização para ancoragem de equipamentos, injeção para vedação de rochas e concretos, injeções periféricas de anéis em túneis, fixação de tubos em poços, etc. Também vêm sendo bastante empregados em encunhamentos, evitando o surgimento de trincas nas junções alvenaria de tijolo/concreto. Os expansores fluidificam a mistura, diminuindo a exsudação e a sedimentação, além de permitirem uma redução de água na faixa de 5 a 10% e uma expansão de até 6% na pasta. A expansão é provocada por formadores de gás, que liberam hidrogênio. Agem durante a pega do cimento, tendo entretanto, o efeito colateral de reduzirem sua resistência mecânica. Esta perda é parcialmente compensada pela redução de água alcançada. Sendo a aplicação feita em local confinado, a resistência permanece praticamente inalterada. A intensidade da expansão depende da dosagem de aditivo, composição do cimento e das características do inerte. Ela se inicia cerca de 30 minutos após a mistura, terminando algumas horas depois.