efeito da utilização de areia de britagem em concretos de cimento portland

7/23/2019 Efeito Da Utilização de Areia de Britagem Em Concretos de Cimento Portland

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399REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 62(3): 399-408, jul. set. 2009

Cristina Drago et al.

Engenharia Civil

Efeito da utilização de areia

de britagem em concretos decimento Portland

(Effect of using crushed sand in portland

cement concrete)

ResumoA utilização de areia de britagem (areia artificial) para a produção de concretos

de cimento Portland pode ser uma alternativa, tendo em vista o elevado custo deareias naturais em algumas regiões do Estado do Rio Grande do Sul, além dosdanos ambientais que sua exploração por dragagem pode ocasionar. O presentetrabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade da utilização de areia provenien-te da britagem de rocha basáltica da região do planalto médio, no Estado do RioGrande do Sul, em substituição à areia natural quartzosa. Foram realizados ensaiosde resistência à compressão e absorção de água em concretos produzidos comdiferentes traços e diferentes porcentagens de areia de britagem (0%, 30%, 60% e100%). Os resultados obtidos evidenciaram redução da resistência à compressão eaumento da absorção de água à medida que se aumenta o teor de areia artificial, emfunção da maior demanda de água. No entanto, para um mesmo nível de resistên-cia, foi constatada a viabilidade da areia de britagem. Concretos com relaçõeságua/cimento fixadas em 0,55 e 0,60 apresentaram melhor resultado com 60% de

areia de britagem e concretos com relação água/cimento fixada em 0,65 apresenta-ram melhor resultado com 100% de areia de britagem.

Palavras-chave: Areia de britagem, concreto, agregado miúdo.

AbstractThe use of crushed sand (artificial sand) for the production of Portland

cement concrete can be an alternative, considering the high cost of natural sand

in some regions of the State of the Rio Grande do Sul and the environment damages

that its exploration can cause. This work presents a study on the viability of sand

use from basaltic rock crushing, from the region of the medium plateau in the

State of the Rio Grande do Sul, replacing natural quartz sand. Compressive

strength and water absorption tests has been carried out in concretes produced with different mix proportioning and different crushed sand content (0%, 30%,

60% and 100%). The result has showed a reduction in the compressive strength

and an increase in water absorption with the increase of artificial sand content,

considering the greater amount of water required. At a same level of strength, the

use of crushed sand has shown good results. Concrete with water/cement ratios

of 0.55 and 0.60 with a crushed sand content of 60% and concrete with a water/

cement ratio 0,65 with crushed content of 100% have presented favorable results

for compressive strength.

Keywords: Crushed sand, concrete, fine aggregate.

Cristina Drago

MSc. Engenheira Civil E-mail: [email protected]

José Carlos Krause de Verney Professor, Dr. Eng., Programa de Pós-

Graduação em Engenharia: Energia,

Ambiente e Materiais

PPGEAM/ULBRA, Canoas/RS E-mail: [email protected]

Fernanda Macedo Pereira Professora, Dra. Eng., Programa de

Pós-Graduação em Engenharia:Energia, Ambiente e Materiais

PPGEAM/ULBRA, Canoas/RS E-mail: [email protected]



REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 62(3): 399-408, jul. set. 2009400

Efeito da utilização de areia de britagem em concretos de cimento Portland

1. Introdução

A preocupação com os problemasambientais é de âmbito mundial, existin-do já inúmeras organizações em diver-sas partes do mundo voltadas para a pre-

servação ambiental. Nosso planeta estásendo agredido de diversas formas. Suatemperatura se eleva, a população au-menta, as erosões progridem, a água, oar e o solo tornam-se, a cada dia, mais

poluídos, afetando o ecossistema.

O concreto de cimento Portland é omaterial de construção mais utilizado naconstrução civil, sendo a areia natural a

principal fonte de agregados miúdos para a sua produção (Mehta & Monteiro,2008).

A extração da areia natural em rioschega a aproximadamente 320 milhõesde m³ por ano, volume suficiente paraconstruir 7.100 estádios como o do Ma-racanã (Kuck, 2004).

A retirada de areia dos rios parausos na construção civil agride a calhanatural, provocando a erosão nas mar-gens dos mesmos, devido ao aumentode vazão da água, o que resulta na alte-ração do equilíbrio hidrológico, diminuia pressão sobre os lençóis de água sub-

terrâneos, destrói as áreas de várzeas,elimina espécies vegetais que fornecemalimento à fauna e causa a perda de refú-gios e locais de procriação, utilizados por aves e pequenos mamíferos. Vale lem-

brar que, em alguns casos, é até mesmonecessário que se retire areia dos leitosdos rios para evitar o assoreamento dosmesmos, mas isto só ocorre quando asua margem já foi depredada e a mataciliar já foi devastada (CETEM, 2004).

Em determinadas regiões do país,

além das restrições ambientais à explo-ração do produto e ao alto custo da areianatural, existem dificuldades em se obter areia natural de boa qualidade, o que jus-tifica a busca por soluções tecnológicasalternativas. A dificuldade de obtençãode areia natural de qualidade e à proibi-ção da sua retirada em algumas áreasgeram a necessidade de extração da areiaem locais distantes dos principais cen-tros de consumo, elevando gastos com

transporte, que correspondem a cerca de70% do custo final da areia (CETEM,2004).

Nesse sentido, uma alternativa paraa redução dos problemas associados àextração da areia natural e à disposiçãodos resíduos das pedreiras tem sido a

produção de areia artificial a partir dosresíduos gerados no processo de brita-gem para a produção de brita (Neville,1997). A areia obtida a partir da britagemde rochas, apesar de ainda restrita noBrasil, apresenta considerável potencialde crescimento. Esses fatos justificam eincentivam o desenvolvimento de estu-dos que verifiquem a viabilidade do em-

prego de areia de britagem na produçãode concreto.

Esse material, conhecido como agre-gado miúdo de pedra britada, pó-de-pe-dra, areia artificial ou areia de britagem éconsiderado de difícil utilização em obrascorrentes, mas tem sido intensivamenteutilizado pelas indústrias fornecedorasde argamassas industrializadas e dosa-das em central. Além disso, a comunida-de científica (Bastos, 2002; Almeida &Pereira, 2004; Lodi & Prudêncio Junior,2006; Buest, 2006; Pereira, 2008; entreoutros) tem desenvolvido uma série deestudos que visam a avaliar o uso daareia de britagem em concretos e arga-massas, em substituição completa ou

parcial da areia natural, e a identificar eventuais características dos agregados,de natureza física e ou química, que pos-sam prejudicar as propriedades mecâni-cas e a durabilidade do concreto.

Conforme coloca Bastos (2002), aareia artificial de origem basáltica é cons-tituída por grãos angulosos, com texturasuperficial mais áspera e com maior teor de finos, o que favorece a obtenção de

concretos menos trabalháveis, que exi-gem uma maior demanda de água. Con-forme a autora, esse problema pode ser amenizado consideravelmente com o sim-

ples controle da percentagem dos elemen-tos finos da areia artificial britada.

Salienta-se que, apesar do uso daareia de britagem ser considerado re-cente, já era utilizada no século XIX(Nugent, 1979). Nugent (1979) cita, ain-

da, o reconhecimento pleno do uso daareia de britagem como agregado miúdona América do Norte, existindo nos Es-tados Unidos uma entidade que trata dosaspectos técnicos relacionados ao usoda areia de britagem, a "Associação Na-

cional de Pedra Britada". No Canadá,como também em Israel, obras de grandevulto, como barragens, utilizam areia ar-tificial com excelentes resultados.

Um fato limitador ao emprego dis-seminado da areia de britagem (areia ar-tificial) pode ser sua quantidade de fi-nos, o que justifica seu uso ainda redu-zido em diversas regiões do Brasil. AABNT NBR 7211 (2005) admite o seu uso,visto que define agregado miúdo como"areia natural quartzosa ou areia artifici-

al resultante da britagem de rochas está-veis, de diâmetro máximo igual ou inferi-or a 4,75mm".

Lodi e Prudêncio Junior (2006) co-locam que, historicamente, a areia de ro-cha, era um material pouco desejáveldevido à sua elevada aspereza e pelaocorrência de silte e argila, presença estaque prejudica a aderência entre o agre-gado e a pasta de cimento, elevando ademanda de água de trabalhabilidade dosconcretos e o atrito interno das partícu-

las sólidas da mistura. Como conseqü-ência, os autores salientam que ocorreum elevado consumo de cimento nosconcretos, para se atingir um mesmo ní-vel de resistência à compressão, quan-do se utiliza areia de britagem em substi-tuição à natural. Os mesmos autores cha-mam a atenção pelo fato de o concretoresultante poder ser um material de cus-to mais elevado e mais áspero, mais difí-cil de ser trabalhado na obra ou ao ser

bombeado, o que pode ser combatidocom o uso de aditivos plastificantes.

No presente trabalho, foi analisadaa viabilidade técnica do uso da areia ba-sáltica em substituição parcial, nas pro-

porções de 30, 60%, e total (100%) à areiaconvencional de rio, para produção deconcretos utilizados na construção ci-vil, mediante uma caracterização física equímica dos resíduos de britagem e dadeterminação da resistência à compres-são e da absorção de água.





2. Materiais e métodos

2.1 Materiais

2.1.1 Cimento

Foi utilizado como aglomerante o

cimento Portland CP IV-32, com caracte-rísticas em conformidade com a ABNT NBR 5736 (1991), por ser o tipo mais uti-lizado em obras correntes no Estado doRio Grande do Sul.

2.1.2 Agregados

Os agregados utilizados para a pro-dução dos concretos são descritos aseguir:

• Areia natural: foi utilizada areia

quartzosa de graduação média, isen-ta de matéria orgânica, provenientedo leito do rio Jacuí, na região dePorto Alegre/RS. A Tabela 1 apresen-ta as características da areia natural.

• Areia de britagem: o material utiliza-do no experimento foi uma areia pro-veniente de pedra basáltica cujo lo-cal de extração está localizado no pla-nalto médio, em Passo Fundo/RS.Observa-se que não foi realizado ne-nhum tipo de beneficiamento na areia,a qual foi utilizada com o material pul-

verulento original. A Tabela 2 apre-senta as características da areia de britagem.

A Figura 1 apresenta as curvas gra-nulométricas dos agregados miúdos(areia natural e areia de britagem) uti-lizados no trabalho.

A caracterização mineralógica daareia de britagem foi realizada por di-fração de raios X, com um difratôme-tro marca Rigaku, modelo D/Max-2100.

A Figura 2 mostra o difratogramaobtido onde se verificam os picos di-fratados, o que permitiu a identifica-ção das fases constituintes do mate-rial. O resultado da análise qualitati-va e quantitativa gerada no ensaioindicou para a areia estudada a com-

posição relativa de 66,8% augita -Ca(Fe, Mg)Si

2O

6; 18,6% microclínio -

KAlSi3O

8 e 14,6% quartzo - SiO

2. O

resultado é compatível com a mine-

Tabela 1 - Características físicas da areia natural.

Tabela 2 - Características físicas da areia de britagem.





ralogia de uma rocha basáltica (rochaígnea vulcânica de composição bási-ca) do Estado do Rio Grande do Sul. A

presença do quartzo, por tratar-se deuma rocha básica, seria incompatívelno basalto. Sua presença, entretanto,ocorre nos basaltos do Estado do RioGrande do Sul devido a sua composi-ção toleítica, com assimilação de ma-terial da crosta de composição maisácida, que gerou os agregados inters-

ticiais nos basaltos e, finalmente, osderrames mais ácidos do topo da for-mação da Serra Geral.

• Brita: como agregado graúdo foiusada brita de origem basáltica, comdimensão máxima característica de19mm, comumente utilizada na pro-dução de concretos no Estado do RioGrande do Sul. A Tabela 3 apresentaas características da brita utilizada.

• Água: na produção dos concretosfoi utilizada água potável proveni-ente da rede de abastecimento local

- Canoas / RS.

2.2 Métodos

Para o desenvolvimento do progra-ma experimental, os concretos foram do-sados pelo método de dosagem IPT/EPUSP (Helene & Terzian, 1992), ado-tando-se os traços 1:3,5; 1:5,0 e 1:6,5, comteor de argamassa de 50% e porcenta-

Figura 1 - Curvas granulométricas dos agregados miúdos.

Figura 2 - Difratograma da amostra de areia de britagem.

gens de areia artificial de 0% (concretode referência), 30%, 60% e 100%. O aba-timento pelo tronco de cone foi fixadoem 80±10mm. A Tabela 4 apresenta ostraços utilizados no experimento.

As relações água/cimento dos tra-ços experimentais foram determinadas a

partir da quantidade de água necessária para a manutenção da faixa de abatimen-to estabelecida.

2.2.1 Avaliação da consis-tência do concreto

A verificação da consistência dostraços analisados foi realizada com oensaio de abatimento pelo tronco decone, de acordo com a ABNT NBR

NM 67 (1998).





2.2.2Moldagem dos corpos-

de-prova

Foram moldados corpos-de-provacilíndricos com dimensões nominais de100mm de diâmetro e 200mm de altura,

conforme a ABNT NBR 5738 (2003). Parao ensaio de resistência à compressãoforam moldados seis corpos-de-prova

por traço de concreto, sendo dois paracada idade de ensaio, totalizando 72 cor-

pos-de-prova. Para o ensaio de absor-ção de água foram moldados três cor-

pos-de-prova por traço, num total de 36corpos-de-prova.

2.2.3 Determinação da

resistência à compressão e

determinação da absorçãode água

O ensaio para determinação da re-sistência à compressão foi realizado deacordo com a ABNT NBR 5739 (1994),aos 3, 7 e 28 dias de idade. A absorção deágua dos concretos analisados foi reali-zada de acordo com a ABNT NBR 9778(2005), aos 28 dias de idade.

3. Resultados e

discussão3.1 Características físicas

da areia de britagem

As características físicas determi-nadas para a areia de britagem, com ex-ceção do teor de materiais finos que pas-sam na peneira 75µm, ficaram dentro dos

parâmetros necessários para que possaser utilizada como agregado miúdo emconcreto, segundo as recomendações daABNT NBR 7211 (2006).

Em relação à composição granulo-métrica, conforme mostra a Figura 1, foiverificado que a areia de britagem utili-zada encontra-se dentro dos limites con-siderados utilizáveis pela ABNT NBR 7211 (2006). No entanto, quanto à formados grãos da areia de britagem, foi pos-sível observar, visualmente, a diferençaem relação à areia natural quartzosa, aqual é menos irregular e mais arredonda-

Tabela 3 - Características físicas da brita.

Tabela 4 - Traços utilizados para cada percentual de substituição.





da. A forma do grão influencia na traba-lhabilidade das misturas de concreto,onde grãos menos arredondados e maisirregulares demandam maior quantidadede água, além de conferirem à misturaum aspecto mais áspero.

3.2 Abatimento pelo tronco

de cone

Os concretos foram confecciona-dos para uma consistência preestabele-cida, com valores de abatimento na faixade (80±10)mm. Observou-se que, quan-to maior o teor de areia de britagem adi-cionado à mistura, maior a quantidadede água necessária para a manutençãodo abatimento dentro da faixa determi-

nada. Esse fato é explicado pelo maior teor de finos da areia de britagem, emcomparação à areia natural, e pela formados grãos, mais ásperos e angulosos.

Menossi (2004), ao estudar a utili-zação do pó de pedra basáltica em subs-tituição à areia natural, verificou que con-cretos com areis de britagem exigiram umamaior quantidade para obtenção de ummesmo abatimento. Buest (2006) anali-sou a substituição de agregados miú-dos naturais por agregados miúdos bri-

tados em concretos e argamassas, cons-tatando maior demanda de água nas mis-turas com agregado britado.

3.3 Resistência à compressão

Os resultados obtidos no ensaio deresistência à compressão estão apresen-tados nas Figuras 3, 4 e 5, para os traçosA, B e C, respectivamente.

Observou-se, tanto para o traçoA, como para os traços B e C, que a

resistência do concreto aumenta comas idades de 3, 7 e 28 dias, conforme oesperado.

Em relação à substituição da areianatural pela artificial, para o traço A(1:1,25:2,25), a resistência diminui à me-dida que a porcentagem de areia artifici-al aumenta (Figura 3). A substituição de30%, 60% e 100% de areia natural por areia de britagem acarretou uma redu-

Figura 3 - Resistência à compressão: traço A (1:1,25:2,25).

Figura 5 - Resistência à compressão - traço C (1:2,75:3,75).

Figura 4 - Resistência à compressão - traço B (1:2,00:3,00).





ção, respectivamente, de 6%, 13% e 30%na resistência à compressão.

Os resultados do ensaio de resis-tência à compressão dos corpos-de-pro-va moldados com o traço B são apresen-tados na Figura 4. Quanto à substitui-ção da areia natural pela artificial, nota-se uma diminuição da resistência à com-

pressão à medida que o percentual deareia artificial é aumentado, sendo de 5%

para a substituição de 30%, 8% para oteor de 60% e 20% para a substituiçãototal.

Analisando-se a Figura 5, referenteaos resultados do traço C (1:2,75:3,75),observa-se, que em relação ao percentu-al de substituição da areia natural pelaartificial, como verificado para os traços

A e B, a resistência à compressão aos 28

dias de idade diminui à medida que o teor de substituição aumenta. Foram verifi-cadas reduções de 4%, 7% e 18% paraos teores de substituição de 30%, 60% e100%, respectivamente.

O traço A, como esperado, por ser

o mais rico em cimento e apresenta maio-res valores de resistência à compressãoem relação aos demais. Na seqüência tem-se o traço B e o traço C.

Conforme pode ser observado, notraço C (1:2,75:3,75), foi menor o efeitoda substituição da areia natural por areiade britagem.

Salienta-se que o estudo foi desen-volvido visando a manter a mesma tra-

balhabilidade dos concretos com areianatural e com areia de britagem, o que

levou a variações na relação água/cimen-

to em função da maior demanda de águaexigida pelos concretos com areia de bri-tagem. Diante disso, a fim de analisar oefeito da areia de britagem na resistênciaà compressão, a partir da relação água/cimento e resistência determinada paracada traço, foram obtidas as curvas deAbrams para os concretos estudados(Figura 6).

A partir das curvas obtidas, foramfixadas relações água/cimento 0,55; 0,60e 0,65, determinando-se os valores cor-respondentes de resistência à compres-são. Essa análise possibilitou a verifica-ção da influência do teor de areia de bri-tagem na resistência à compressão dosconcretos. A Figura 7 mostra os resulta-

dos obtidos.

Figura 6 - Curvas de Abrams: (a) 0% de areia natural, (b) 30% de areia de britagem, (c) 60% de areia de britagem e (d) 100% de

areia de britagem.





Conforme mostra a Figura 7, paraconcretos com relações água/cimento0,55 e 0,60, o teor de 60% de areia de

britagem proporciona uma maior resis-tência à compressão em relação ao con-creto de referência. Já concretos com re-

lação água/cimento 0,65, com 100% deareia de britagem, a resistência à com- pressão é maior em relação aos demaisteores. A partir dessa análise, fica evi-denciado que a areia de britagem estu-dada, apesar da forma mais áspera dosgrãos e maior teor de finos, quando mis-turada à areia natural proporciona ummelhor empacotamento dos grãos deagregado miúdo, aumentando a resistên-cia à compressão. Em concretos mais

pobres, com relação água/cimento 0,65,a maior quantidade de areia de britagem

(100%) e o conseqüente maior teor definos possibilitaram o preenchimento devazios na mistura e um possível refina-mento de poros, que acarretam uma mai-or resistência à compressão.

Bastos (2002), em estudo com areiaartificial, concluiu que, quanto maior é oteor de substituição de areia natural por areia artificial basáltica, maior são as re-sistências à compressão e à tração por compressão diametral, obtendo-se umaumento, respectivamente, de 56% com

o teor de substituição de 70% e 32% como teor de substituição de 50% aos 28dias de idade, em relação ao traço de re-ferência.

Menossi (2004) verificou que con-cretos com adição de areia de britagem,apesar da maior demanda de água, apre-sentaram maior resistência à compres-são, 66% superior do que concretos pro-duzidos com areia natural.

Lodi e Prudêncio Júnior (2006), aoanalisarem concretos confeccionados

com areia de britagem, observaram que autilização de areias de britagem de ori-gem basáltica, com grãos arredondadose 16% de material pulverulento, em subs-tituição parcial à areia natural, permite aelaboração de concretos convencionaismais resistentes e mais econômicos.

Já Busanello e Garlet (2007), em es-tudo desenvolvido para analisar a viabi-lidade do uso de areia artificial em con-

Figura 7 - Influência do teor de areia de britagem na resistência à compressão.

cretos, verificaram que a substituiçãototal de areia natural pela areia industrialde basalto ocasionou prejuízos na resis-tência à compressão dos concretos ana-lisados. Os autores colocam que o ele-vado teor de finos (17%) e a forma dosgrãos, com arestas vivas, dificultam a tra-

balhabilidade e fluidez da massa de con-creto, exigindo maiores consumos deágua para a manutenção do abatimento.

Pereira (2008) verificou que a subs-tituição de 60% de areia natural por areiade britagem de origem basáltica proces-sada em britador do tipo VSI resultou emconcretos mais resistentes do que os dereferência.

3.4 Absorção de água por

imersão

Os resultados do ensaio de absor-ção de água podem ser visualizados naTabela 5.

Analisando-se os valores da Tabe-la 5, pode-se observar elevada variabili-dade nos resultados obtidos para as mis-turas de concreto analisadas. Em geral, asubstituição de areia natural por areia de

britagem ocasionou um maior teor deabsorção de água. A substituição totalda areia natural ocasionou um aumentomédio de 27% na absorção de água. Istoficou evidenciado porque, quanto maior a quantidade de areia artificial na mistu-

ra, maior a demanda de água requerida para obtenção do abatimento predeter-minado, uma vez que que a areia artificialtem maior superfície específica, em fun-ção do elevado teor de finos.

Observa-se que não foi possívelanalisar os dados obtidos para uma mes-ma faixa de resistência ou relação água/cimento, tal como realizado nos resulta-dos de resistência à compressão. Dessaforma, a maior quantidade de água ne-

cessária aos concretos com areia de bri-tagem acarretou, em função das maioresrelações água/cimento determinadas,uma maior absorção de água.

4. Conclusões

A partir da análise dos concretosestudados, é possível concluir:

• As características físicas determina-das para a areia de britagem, com ex-ceção do teor de materiais finos que

passam na peneira 75µm, ficaramdentro dos parâmetros necessários para que possa ser utilizada comoagregado miúdo em concreto.

• Em relação à consistência dos con-cretos, avaliada pelo abatimento dotronco de cone, observou-se que osconcretos com areia de britagem, emfunção do elevado teor de finos (ma-terial pulverulento) e da forma dos





grãos, demandaram uma maior quan-tidade de água para que a trabalhabi-lidade fosse mantida dentro da faixaestabelecida.

• A resistência à compressão dos trêstraços de concreto analisados dimi-nuiu com a substituição de areia na-tural por areia de britagem. No casoda substituição total, a redução fi-cou, em média, aproximadamenteigual a 23%, em função do maior con-sumo de água exigido e da maior re-lação água/cimento. No traço C, a in-fluência da substituição de areia na-tural por areia de britagem foi menor.

• A análise de concretos com relaçõeságua/cimento fixas mostra a viabili-dade da utilização da areia de brita-

gem, onde o teor de 60% de areia de britagem apresentou o melhor resul-tado de resistência à compressão paraas relações água/cimento 0,55 e 0,60e a substituição total de areia natural

por areia de britagem mostrou-se efi-ciente para concretos com relaçãoágua/cimento 0,65.

• Os resultados de absorção de água por imersão dos traços analisadosapresentaram elevada variabilidade.Foi observado que, quanto maior a

quantidade de areia artificial adicio-nada à mistura, maior o índice de ab-sorção de água, chegando-se a umadiferença, em média, 27% superior, emrelação ao concreto de referência comareia natural. Em função do maior teor de finos da areia de britagem, e con-seqüente maior superfície específica,foi requerida maior quantidade deágua para manutenção do abatimen-to estabelecido, ocasionando au-mento na relação água/cimento dasmisturas e maior teor de absorção de

água.

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Artigo recebido em 17/04/2008 e aprovado em 07/05/2009.

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efeito da utilização de areia de britagem em concretos de cimento portland

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