confecÇÃo de concreto estrutural leve … · de argila na temperatura em torno de 1200°c....

CONFECÇÃO DE CONCRETO ESTRUTURAL LEVE SUBSTITUINDO

PARTE DOS AGREGADOS GRAUDOS POR ARGILA EXPANDIDA.

Jessica Luciano Barcelos, Samuel Hussin Couto, Sergio Neves Monteiro,

Stênio Cavalier Cabral

Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri - UFVJM/ICET

Resumo: O presente trabalho faz uma abordagem sobre a utilização de argila expandida juntamente com um aditivo incorporador de ar na confecção de um concreto mais leve para fins estruturais na construção civil. A utilização desse

concreto permite a redução do peso das estruturas, e consequente redução na quantidade de material a ser utilizado nessa estrutura. Este estudo analisa as potencialidades da argila expandida com substituição parcial dos agregados

graúdos tradicionais, demonstrando graficamente a variação da resistência à compressão em função do tempo de cura. Foram realizados ensaios de resistência à compressão aos 7 e 28 dias. Verificando a massa específica do

concreto aos 28 dias constatou que esse concreto se tratava de um concreto semi-leve, chegando a uma resistência de 30 Mpa, alcançando um valor considerável de leveza.

Palavras chave: Argila expandida, Concreto leve estrutural, Leveza, Cura, Resistência à compressão.

INTRODUÇÃO

Com o crescente desenvolvimento das obras de construção civil, seja

pelo incentivo governamental através de financiamentos e projetos de

habitação popular, bem como da iniciativa privada visando fortalecer o mercado

imobiliário do Brasil, há sempre a preocupação em reduzir os custos sem

comprometer o projeto, podendo assim aumentar os lucros. Uma das maneiras

viáveis de se fazer isto seria com a substituição de materiais, que além de

proporcionarem esta redução, pode, em alguns casos, agilizar o processo de

construção.

Levando-se em conta a concepção de um projeto, há maneiras de

economizar desde o início da execução, utilizando o concreto leve estrutural

60º Congresso Brasileiro de Cerâmica15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

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produzido com argila expandida, por exemplo, é possível reduzir os esforços de

peso próprio nas estruturas. Segundo Rossignolo (2003), a utilização de

agregados leves ocasiona mudanças significativas em outras importantes

propriedades dos concretos, como trabalhabilidade, resistência mecânica,

módulo de elasticidade, retração, fluência, e também a redução da espessura

da zona de transição entre o agregado e a matriz do cimento.

Os concretos estruturais leves produzidos com argila expandida

possuem baixo peso específico, proporcionando a redução de seções

transversais e dimensões das fundações. Essa redução do peso dos elementos

estruturais facilita a manipulação em obra, com consequente aumento de

produtividade. A massa específica dos concretos convencionais, conforme cita

a NBR 6118 (ABNT, 2003) varia entre 2000 kg/m³ e 2800 kg/m³. Assim sendo,

pode-se classificar os concretos leves como aqueles que apresentam uma

massa específica com valor abaixo de 2000 kg/m³.

A argila expandida é o produto obtido por aquecimento de alguns tipos

de argila na temperatura em torno de 1200°C. Próximo desta temperatura, uma

parte dos constituintes do material se funde gerando uma massa viscosa,

enquanto a outra parte se decompõe quimicamente liberando gases que são

incorporados por esta massa sinterizada, expandindo-a em até sete vezes o

seu volume inicial. Esses gases, retidos no interior da argila, não podem

escapar para o seu exterior devido à fase líquida que envolve as partículas da

argila (MORAVIA, 2006).

Essa estrutura porosa se mantém após o resfriamento, de modo que a

massa unitária do material resultante torna-se menor do que antes do

aquecimento, podendo ser utilizada como agregado graúdo na fabricação de

concretos leves, com o objetivo de reduzir o peso próprio das estruturas, há

também o aumento do isolamento térmico no produto acabado, bem como o

aumento da resistência ao fogo.


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MATERIAIS E MÉTODOS

ADITIVO

Os aditivos são substâncias adicionadas aos concretos ou argamassas

com a finalidade de melhorar algumas propriedades deste: a trabalhabilidade, a

durabilidade, a cura, a impermeabilidade, retardar ou acelerar a pega, reduzir a

água da mistura, diminuir seu peso, entre outros. O aditivo utilizado na

produção do concreto leve com argila expandida foi um incorporador de ar.

Esse aditivo, forma minúsculas bolhas de ar esféricas, uniformemente

distribuídas, com níveis de incorporação de ar de 12 até 20 %, aumentando

com isso a leveza desse concreto. Foram utilizados 10 ml do incorporador,

tentando com isso diminuir o peso do concreto.

AGREGADO MIUDO

O agregado miúdo utilizado para a produção do concreto leve foi a areia

fina e grossa comercializada no município de Teófilo Otoni. Na Tabela 1 são

especificados os pesos específicos, as quantidades utilizadas e, de acordo com

a NBR 7211/83seus diâmetros:

TABELA 01: Especificações dos agregados miúdos.

TIPO DIÂMETRO (mm) PESO ESPECÍFICO

(kg/m3) QUANTIDADE (Kg)

Areia fina Entre 0,06 e 0,2 1500 1,26

Areia grossa Entre 0,6 e 2,0 1800 7,14

FONTE:NBR 7211/83.


446

AGREGADO GRAÚDO

A Brita tipo 2 é um material proveniente de calcário calcítico possuindo

uma faixa granulométrica de 12,5 a 22 mm. Foram utilizadas 40% destas,

como agregado graúdo, com uma quantidade de 4,5 L adicionados a mistura.

ÁGUA

A água utilizada foi fornecida pela Copasa, e utilizou-se 3,46L.

ARGILA EXPANDIDA

A argila expandida utilizada foi a do tipo 3222- graúda (Figura 1) com

massa específica de acordo com a NBR 9937 de 540 Kg/m3. Foram utilizadas

60% destas, como agregado graúdo, com uma quantidade de 6,5L adicionados

a mistura.

FIGURA 1: Argila expandida tipo 3222.


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BALANÇA

A balança utilizada para a pesagem dos materiais foi da marca WELMY,

modelo W100/2, classe III.

BETONEIRA

A betoneira utilizada para a mistura dos materiais foi da marca CSM,

modelo CS com capacidade volumétrica de 145L.

CIMENTO PORTLAND

Na produção do concreto leve empregou-se o cimento Portland

Pozolânico SUPER CP IV-40 RS. Esse cimento possui elevada resistência a

sulfatos, tornando-o mais indicado para utilização em obras que serão

executadas em ambientes agressivos. Foi utilizado 7 kg desse cimento.

DOSAGEM DO CONCRETO

O concreto leve estrutural com argila expandida foi dosado para

atingir uma resistência media de 30 Mpa. Foi estabelecido um consumo de

água de 3,46 litros com o objetivo de atingir um abatimento de 50 mm a fim de

garantir uma boa trabalhabilidade e coesão impedindo dessa forma que a argila

expandida (menor densidade) subisse para a superfície. Com base na

quantidade de materiais utilizados a relação água/cimento foi de 0,56. A

dosagem do agregado graúdo foi estabelecida de modo que esse concreto não

perdesse a resistência estrutural por conter apenas a argila expandida, mas

que ao mesmo tempo ficasse mais leve, então utilizou-se 60% de argila

expandida e 40% de brita do tipo 2, ganhando dessa forma resistência

estrutural com a brita e leveza com a argila expandida.

PROCESSO DE MISTURA

Foram estabelecidos os seguintes procedimentos e intervalos de tempo

para a mistura:


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Mistura dos agregados graúdos (brita e argila expandida) com 600mL de

água por 1 minuto (Figura 2);

Adição da areia grossa e mistura por mais 30 segundos;

Adição da areia fina e mistura por mais 1 minuto;

Adição de cimento e mistura por mais 1 minuto;

Adição do restante da água e mistura por mais 3 minutos;

Acréscimo do aditivo incorporador de ar e mistura por mais 1 minuto.

FIGURA 2:Mistura dos agregados graúdos.

ENSAIO DE ABATIMENTO DE TRONCO DE CONE

Após uma mistura realizou-se a medição do abatimento do tronco do

cone (slump-test), conforme NBR 9833. Na elaboração do ensaio de

abatimento, o cone foi colocado sobre uma chapa metálica assentada

firmemente sobre uma superfície lisa, encheu-se o cone com concreto leve em

três camadas, sendo cada uma delas adensadas com 25 golpes com o auxílio

de uma haste metálica, com o devido cuidado da haste não penetrar a camada

abaixo já adensada. Em seguida, o cone foi retirado cuidadosamente de forma

vertical com um movimento constante para cima, fornecendo um resultado de

abatimento de 5 cm conforme mostra a Figura 3.


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FIGURA 3: Ensaio para a determinação da consistência pelo abatimento do

tronco de cone.

MOLDAGEM DOS CORPOS-DE-PROVA

Para o desenvolvimento da pesquisa foram moldados 6 corpos-de-prova

cilíndricos com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, sendo 3 corpos-de-prova

para cada idade de ruptura, sendo 7 e 28 dias (Figura 4).

Os corpos de prova foram moldados da seguinte maneira: Na betoneira

foi coletado todo o volume do concreto e transportado por um carrinho de mão

até os corpos de prova. O adensamento foi feito de forma manual executado

com uma haste metálica. Foi colocado no molde 3 camadas com 25 golpes no

intervalo de cada uma, com o devido cuidado da haste não penetrar a camada

abaixo já adensada, aplicou-se sobre a superfície do concreto, sem pressionar,

a identificação dos mesmos. Os corpos de prova permaneceram 24 horas

intactos, com o intuito de preservar as características do concreto.

Após esse período foram retirados dos moldes e identificados com giz

de cera, logo após foram mergulhados em uma caixa d’água onde permaneceu

até 24 horas antes do momento da ruptura. A moldagem, o adensamento e a

cura dos corpos-de-prova obedeceram à NBR 5738.


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FIGURA 4: Moldagem dos corpos de prova.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A evolução da resistência do concreto com o tempo depende do tipo de

cimento e das condições de cura. Segundo Valente e Cruz (2004) e Rossignolo

et al. (2003) umas das características dos concretos com argila expandida é

que não há um ganho significativo de resistência após 7 dias de cura. Como se

pode perceber nas tabelas 2 e 3, para o concreto confeccionado com argila

expandida foi diferente, pois em sua composição houve a substituição de

apenas 60% do agregado convencional (brita 2) pela argila expandida. Devido

aos 40% restantes de agregado convencional nota-se que houve um aumento

na resistência em 41,11% após os 7 dias de cura.

Para comprovar a eficiência do concreto com argila expandida,

comparou-se com um concreto convencional confeccionado com o mesmo

traço, no entanto neste houve a substituição de 10% do agregado leve por

resíduos de concreto triturado. Os corpos de prova foram rompidos nas datas

mostradas no Quadro 1.


451

QUADRO 01: Plano de moldagem e ruptura dos corpos de prova.

Datas de ruptura Idade do concreto

(dias)

21/01/2014 7

11/02/2014 28

Aos 7 dias de cura foi realizado o primeiro ensaio de compressão axial,

sendo os resultados apresentados na tabela a seguir:

TABELA 02: Resistência a compressão aos 7 dias de cura.

Como o traço do concreto era para uma resistência de 30 MPa, os

resultados obtidos aos 7 dias de cura foram satisfatórios. A resistência média

de compressão do concreto (fccm) foi de 21,48 MPa equivalente a 71,60% do

esperado.

Aos 28 dias de cura foi realizado o segundo ensaio de compressão axial

e ao romper os 3 últimos corpos de prova, chegou-se aos seguintes resultados:

TABELA 03: Resistência à compressão aos 28 dias de cura.

Resistência à compressão aos 28 dias de cura

Amostras Peso

(Kg) Carga de Ruptura (kgf) Tensão de Ruptura (MPa)

A4 3,60 23200,00 29,54

A5 3,60 24100,00 30,70

A6 3,50 24100,00 30,70

Da mesma forma, os resultados aos 28 dias foram os esperados, uma

vez que aos 7 dias de cura foi alcançado 71,60% da resistência do traço. Os

Resistência a compressão aos 7 dias de cura

Amostras Peso (Kg) Carga de Ruptura (kgf) Tensão de Ruptura (MPa)

A1 2,70 14400,00 18,34

A2 2,65 17200,00 21,90

A3 2,75 18000,00 24,19


452

corpos de prova apresentaram resistência média de compressão (fccm) de 30,31

MPa aos 28 dias de cura o que equivale 0,10% acima da resistência esperada

para o traço.

A figura 5 apresenta a evolução da resistência em função do tempo de

cura.

FIGURA 5: Análise da tensão de ruptura versus tempo de cura.

O concreto convencional com o mesmo traço apresentou os seguintes

resultados:

TABELA 04: Resistência à compressão concreto convencional.

RESULTADOS DO CONCRETO CONVENCIONAL

Resistência à compressão aos 7 dias de cura


Ac1 3,55 23700,00 30,17

Resistência a compressão aos 28 dias de cura


Ac2 4,40 27950,00 35,60


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Pode-se observar que os valores das tensões de ruptura do concreto

convencional são maiores, no entanto, seu peso também é maior. A Figura 6

compara a resistência dos dois tipos de concreto estudados.

.

FIGURA 06: Comparativo do concreto convencional e concreto com argila

expandida.

O peso médio dos corpos de prova aos 7 dias de cura foi de 2,70 kg,

sendo o volume do corpo de prova igual a 0,00157 m³, obteve-se uma massa

específica de 1719,75 kg/m³. O concreto convencional obteve um peso de 3,55

kg aos 7 dias de cura, alcançando assim uma massa específica de 2261,15

kg/m³. Desta forma a diferença das massas específicas dos concretos foi de

541,40 kg/m³.

Aos 28 dias de cura o concreto com argila expandida obteve uma massa

específica de 2271,76 kg/m³, já o concreto convencional uma massa específica

de 2802,55 kg/m³. A diferença entre as massas específicas caiu para 530,79

kg/m³, sendo o concreto convencional aproximadamente 20% mais pesado.


454

CONCLUSÕES

O concreto com argila expandida confeccionado não possuiu massa

específica inferior a 1850 kg/m³ não sendo considerado, portanto um concreto

leve. Por sua vez este é um concreto estrutural, que não se enquadrou nas

especificações da norma, pois não foram utilizados 100% de argila expandida,

com o intuito de aumentar a resistência. Desta forma ele pode ser classificado

como um concreto estrutural semi-leve, pois ainda apresentou uma massa

específica inferior a do concreto convencional com substituição de 10% do

agregado leve (areia grossa), por resíduos de concreto.

De acordo com Rossignolo (2009), a redução da massa específica do

concreto com argila expandida, com a manutenção da resistência, propicia a

redução do peso próprio da estrutura e, consequentemente, das cargas na

fundação, reduzindo, desta forma, o custo final da obra. Como a

comercialização da argila expandida ainda não é muito difundida no Brasil, ela

apresenta um custo maior que da brita, desta forma o concreto semi-leve pode

custar mais por metro cúbico em relação ao concreto convencional, porém a

estrutura mais leve produzida pode custar menos.

Como exemplo, para um edifício com quatro lajes de piso (totalizando

uma área de 200 m² e 14 cm de altura), seriam necessários 28 m³ de concreto.

Utilizando o concreto convencional o peso próprio das lajes seria de 78471,40

kg, por outro lado utilizando o concreto semi-leve com argila expandida esse

peso seria de 63609,28 kg. Desta forma o peso do concreto convencional com

substituição de 10% do agregado leve nesse edifício seria de

aproximadamente 15 toneladas a mais que o peso do concreto estrutural semi-

leve. No entanto o gasto não seria apenas com o concreto, pois se existir uma

solicitação maior, as vigas e os pilares devem ser recalculados,

conseqüentemente ficarão mais robustos, aumentando o gasto de concreto e

de aço utilizados nos mesmo. Por fim as fundações também sofreriam um

aumento, já que uma carga de 15 toneladas é um valor considerável.


455

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CONCRETE MAKING STRUCTURAL LIGHTWEIGHT REPLACING PART OF HOUSEHOLDS BY CLAY EXPANDED GROWNUPS

ABSTRACT, This paper presents an approach about the use of expanded clay with a developer additive air in the making of a lighter concrete for structural applications in construction. The use of this particular allows the reduction of the

weight of the structures and the consequent reduction in the quantity of material to be used in this structure. This study examines the potential of expanded clay with partial replacement of traditional coarse aggregates, graphically showing

the variation of the compressive strength as a function of curing time. Testing the compressive strength at 7 and 28 days were performed. Checking the specific gravity of concrete at 28 days found that it was a concrete semi -

lightweight concrete, reaching a strength of 30 MPa , reaching a considerable amount of lightness.

Keywords: Expanded clay, structural lightweight concrete, Lightweight, Healing, Compression strength.


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