estudo das propriedades no estado fresco e endurecido do...
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Emerson Verzegnassi
Estudo das propriedades no estado fresco e endurecido do concreto leve autoadensável
Limeira
2015
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
Emerson Verzegnassi
Estudo das propriedades no estado fresco e endurecido do
concreto leve autoadensável
Dissertação apresentada ao Curso de
Mestrado da Faculdade de Tecnologia
da Universidade Estadual de Campinas
como parte dos requisitos exigidos para
a obtenção do título de Mestre em
Tecnologia na Área de Concentração
Tecnologia e Inovação.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz
Coorientadora: Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL
DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO
EMERSON VERZEGNASSI, E ORIENTADA PELA
PROF.ª DR.ª ROSA CRISTINA CECCHE LINTZ
_________________________________________
Assinatura da orientadora
Limeira
2015
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RESUMO
Com a descoberta de aditivos químicos e adições minerais muitos tipos diferentes de
concreto surgiram ao longo das últimas décadas. Porém o peso próprio do concreto
convencional é considerado a sua maior desvantagem. Com isso abre-se campo para um
material que apesar de ser conhecido pelos romanos, era pouco utilizado, o concreto com
agregados leves. Muitas pesquisas surgem e em aproximadamente duas décadas aparece o
concreto autoadensável e mais recentemente o concreto leve autoadensável. Este trabalho
propõe o estudo deste material ainda pouco explorado o concreto leve autoadensável. Para
isso são produzidos concretos com argila expandida em duas granulometrias diferentes:
uma graúda em substituição total ao agregado graúdo de massa normal e uma miúda em
substituição parcial ao agregado miúdo. São elaboradas três famílias de traços de concreto
com consumos diferentes de cimento, 320, 360 e 440 kg/m³ de concreto, e realizados
ensaios no estado fresco (anel J, funil V e caixa L) e endurecido (resistências à compressão
e à tração, determinação do módulo de elasticidade, absorção e densidade). Os concretos
leves foram classificados como auto adensáveis e apresentaram bons resultados quanto ao
fator de eficiência e resistência sendo possível estabelecer equações de correlação para seu
módulo de elasticidade. Para os ensaios de densidade observaram-se concretos leves com
massas mínimas de até 1550 kg/m³ e resistências à compressão superiores aos valores
estipulados pela norma NBR NM 35 para as densidades apresentadas em todas as misturas.
Palavras-Chaves: Materiais de Construção; Concreto autoadensável; Concreto leve
autoadensável; argila expandida.
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ABSTRACT
With the discovery of admixtures and mineral additions many different types of concrete
emerged over the last decades. But the own weight of conventional concrete is considered
their biggest disadvantage. With this opens up the field for a material that despite being
known to the Romans, it was little used, the concrete with lightweight aggregates. Much
research and come in about two decades appears the self compacting concrete and more
recently the lightweight concrete self compacting. This work proposes the study of this
material still little explored concrete lightweight self compacting. For this are produced
concrete with expanded clay in two different particle sizes: one coarse in total replacement
of coarse aggregate of normal mass and a fine partially substituting fine aggregate. Are
designed three families of concrete mixtures with different cement consumption, 320, 360
and 440 kg / m³ of concrete, and the tests carried out in the fresh state (ring J, V funnel and
L box) and hardened (resistance to compression and traction , determining the modulus of
elasticity, absorption, and density). The concretes were classified as self compacting and
showed good results as to efficiency and resistance factor being possible to establish a
correlation equations for its modulus of elasticity. For the density tests were observed
concretes with minimum masses of up to 1550 kg / m³ and compressive strengths greater
than those stipulated by NBR NM 35 standard for the densities presented in all mixtures.
Keywords: building materials; self compacting concrete; self-compacting lightweight
concrete; expanded clay.
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SUMÁRIO
DEDICATÓRIA xv
AGRADECIMENTOS xvii
LISTA DE FIGURAS xix
LISTA DE GRÁFICOS xxi
LISTA DE TABELAS xxiii
CAPITULO 1 Introdução 1
1.1. Concreto de cimento Portland um breve histórico 1
1.2. Razões do sucesso do concreto 2
1.3. Aspectos ambientais da produção de cimento e concreto 3
CAPITULO 2 Objetivos 9
CAPITULO 3 Concreto leve estrutural 11
3.1.Definições e especificações 11
3.1.2. Histórico 13
3.2. O agregado leve 16
3.2.1. Processo de produção 17
3.2.2.Características do agregado leve 19
3.3. Propriedades do concreto leve 20
3.3.1.Trabalhabilidade 20
3.3.2.Massa especifica 22
3.3.3.Resistência 22
3.3.4. Módulo de deformação 24
xii
3.3.5. Retração e fluência 26
3.3.6. Durabilidade 28
CAPITULO 4 Concreto autoadensável – CAA 31
4.1. Definição 32
4.2 Breve histórico do CAA 33
4.3. Materiais constituintes 34
4.3.1.Cimento 35
4.3.2. Agregados 36
4.3.2.1.Agregado miúdo 36
4.3.2.2.Agregado graúdo 37
4.3.3.Adições minerais e aditivos 38
4.3.3.1.Adições minerais 40
4.3.3.2.Aditivos 42
4.3.3.3.Água para o CAA 50
4.4. Propriedades do CAA no estado endurecido 51
4.4.1.Resitência à compressão 52
4.4.2.Resistência à tração 53
4.4.3.Módulo de elasticidade 53
4.4.4.Fluência 54
4.4.5.Retração 55
4.4.6.Expansão Térmica 55
xiii
4.4.7.Aderência concreto/aço 56
4.4.8.Cisalhamento dos planos de concretagem 57
4.4.9.Resistência ao fogo 57
4.4.10.Durabilidade 58
4.5.Propriedades do CAA no estado fresco 59
4.5.1.Reologia 60
4.5.2.Pressão nas formas 61
4.6.Controle das propriedades no estado fresco 62
4.6.1.Fluidez e viscosidade aparente 64
4.6.2.Habilidade passante 66
4.7.Dosagem do CAA. 68
CAPITULO 5 Concreto leve autoadensável 71
5.1.Introdução ao CLAA 71
5.2.Materiais 72
5.3.Características do CLAA 73
5.3.1 Estado Fresco 73
5.3.2.Estado Endurecido 75
CAPITULO 6 Materiais e métodos 77
6.1.Materiais 77
6.1.1.Cimento Portland 78
6.1.2.Fíler 78
xiv
6.1.3.Agregado Graúdo 80
6.1.4.Argila expandida 81
6.1.5.Areia Natural 84
6.1.6.Aditivo 86
6.2.Elaboração dos traços 87
6.3.Caracterização no estado fresco 90
6.3.1.Ensaio de escoamento livre 90
6.3.2.Ensaio de escoamento com o anel J 91
6.3.3.Determinação da habilidade passante – Caixa L 91
6.3.4.Determinação da viscosidade pelo funil V 92
6.4.Caracterização dos concretos no estado endurecido 93
CAPITULO 7 Resultados e Discussões 97
7.1. Resultados dos ensaios no estado fresco 97
7.2.Resultado dos ensaios no estado endurecido 101
7.2.1.Resistência à compressão 101
7.2.2.Resistência à compressão 103
7.2.3.Módulo de elasticidade 105
7.2.4.Propriedades físicas 108
CAPITULO 8 Conclusões 111
CAPITULO 9 Bibliografia 113
xv
Dedico este trabalho à minha esposa Andréa pelo amor, paciência e carinho. E à família na
qual nasci e me criei, sem isto não seria possível alcançar meus objetivos.
xvi
xvii
.
AGRADECIMENTOS
À Deus, pela saúde, providência e presença constante.
À Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz, pela valiosa orientação neste trabalho.
Ao Tecnólogo Dener Altheman pela grande contribuição e amizade ao longo dos últimos
anos.
À Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa, pela colaboração e incentivo.
Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil da FT - UNICAMP, Reginaldo Ferreira e
Ivonei Teixeira pelo apoio e auxílio técnico.
Aos técnicos do Laboratório de Estruturas da FEC - UNICAMP, Luciano Passos e Marcelo
Francisco Ramos pela colaboração na execução de ensaios.
À Faculdade de Tecnologia (FT/UNICAMP) pela oportunidade e suporte técnico para a
realização desta pesquisa de mestrado.
xviii
xix
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Panteão Romano e El Tajin no México. Fonte: Lima, 2010 ............................... 13
Figura 2 - Navio USS Selma, construído em 1919. Fonte: Pinheiro (2009) ........................ 14
Figura 3 - Espectro dos agregados leves. Fonte: Mehta e Monteiro (2008). ........................ 16
Figura 4 Superfície dos agregados leves: sinterização (a); forno rotativo(b). Fonte:
Rossignolo, 2009. ................................................................................................................. 17
Figura 5 - Forno rotativo. Fonte: http://www.google.com.br/imgres?q=leca+expanded
+clay&hl, 2012. .................................................................................................................... 19
Figura 6- Fábrica da Cinexpan. Fonte: Cinexpan, 2012. ...................................................... 19
Figura 7 - (a) Concreto com segregação, (b) Concreto sem segregação. Fonte : Grabois,
2012. ..................................................................................................................................... 21
Figura 8 - (a) Concreto com agregado leve; (b) Concreto com agregado flint arredondado.
Fonte: Mehta e Monteiro (2008) .......................................................................................... 23
Figura 9 - MEV de zona de transição de agregado leve/matriz de cimento. Fonte: Mehta e
Monteiro (2008) .................................................................................................................... 24
Figura 10- Efeitos da substituição do agregado miúdo leve por areia natural: (a) fluência;
(b) retração por secagem. Fonte: Mehta e Monteiro (2008) ................................................. 28
Figura 11- Imagens por MEV da argila expandida: (a) superfície externa (300X); (b)
superfície interna (300X); (c) superfície externa (1200X). Fonte: Moravia et al.(2006). .... 29
Figura 12- (a) Estrutura típica dos aditivos superplastificantes NS e MS; (b) atuação dos
grupos aniônicos dos aditivos na superfície do grão de cimento; (c) comportamento das
partículas do cimento antes e depois da adição dos superplastificantes. Fonte : Kreijger ... 45
Figura 13- Micrografias de dispersão do cimento em água: (a) antes sem aditivo; (b) com
aditivo. Fonte: Mehta e Monteiro (2008). ............................................................................ 46
Figura 14 - Mecanismo de ação dos aditivos a base de policarboxilatos. Fonte: Mehta e
Monteiro (2008) .................................................................................................................... 46
Figura 15 - Esquema de ação do VMA. Fonte: (www.basf.com.br) .................................... 48
Figura 16 - Fatores que influenciam a resistência do concreto. Fonte: Mehta e Monteiro
(2008) ................................................................................................................................... 52
xx
Figura 17- Módulo de elasticidade x Resistência à compressão. Fonte: Nikbin et al.(2014).
.............................................................................................................................................. 54
Figura 18- Influência do tipo de agregado no coeficiente de expansão térmica do concreto.
Fonte: Mehta e Monteiro (2008). ......................................................................................... 56
Figura 19 - Verificação da segregação no CAA no ensaio de espalhamento: (a) segregado;
(b) sem segregação. Fonte (a): Tutikian e Dal Molin (2008). .............................................. 64
Figura 20 - Conjunto para medição de espalhamento. Fonte: ABNT NBR 15823:2010. .... 65
Figura 21 - Esquema gráfico da realização do ensaio de escoamento. Fonte: ABNT NBR
15823-2:2010. ....................................................................................................................... 66
Figura 22 - Anel J, posicionamento para ensaio. Fonte: ABNT NBR 15823-3:2010. ......... 67
Figura 23 - Caixa L. Fonte: ABNT NBR 15823-4:2010. .................................................... 68
Figura 24 - Material filito. Fonte: www.mineracaoitupeva.com.br, 2014. .......................... 79
Figura 25 - Curva granulométrica do agregado graúdo ........................................................ 81
Figura 26 - (a) Cinexpan 0500, (b) Cinexpan 1506. Fonte: Angelim, 2014. ....................... 82
Figura 27 - Curva granulométrica da argila expandida. Fonte: Angelim, 2014. .................. 83
Figura 28 - Comparação visual entre os agregados leve e convencional. Fonte: Angelim,
2014 ...................................................................................................................................... 84
Figura 29 Verificação prática do ponto de umidade ideal para a colocação do aditivo ....... 89
Figura 30 - Verificação prática do ponto inicial dos ensaios ............................................... 89
Figura 31 - Verificação do abatimento inicial. ..................................................................... 90
Figura 32 - Ensaio de escoamento do CLAA. ...................................................................... 90
Figura 33 - Ensaio de escoamento com o anel J. .................................................................. 91
Figura 34 - Ensaio da caixa L ............................................................................................... 92
Figura 35 - Ensaio funil V. .................................................................................................. 92
Figura 36 - Moldagem dos corpos de prova de concreto. ................................................... 93
Figura 37 - Ensaio de compressão dos corpos de prova de concreto. ................................. 94
Figura 38 - Ensaio de módulo dos corpos de prova de concreto. ........................................ 94
Figura 39 Ensaio de absorção, imersão e posterior secagem em estufa. .............................. 95
Figura 40 Pesagem do corpo de prova para o ensaio de absorção ....................................... 95
Figura 41 Corpos de prova rompidos à tração. ................................................................... 105
xxi
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Consumo anual de cimento no Brasil 4
Gráfico 2 Comparação do consumo de energia 6
Gráfico 3 Consumo específico de energia térmica 6
Gráfico 4 Evolução dos níveis de adição no Brasil 8
Gráfico 5 Potencial da emissão de CO2 8
Gráfico 6 Resultados do estado fresco 98
Gráfico 7 Comparativo caixa L x anel J 99
Gráfico 8 Funil V x Anel J 100
Gráfico 9 Resistência à compressão 102
Gráfico 10 Resistência x Fator de eficiência 103
Gráfico 11 Resistência à tração 103
Gráfico 12 Resistência à tração obtida e calculada 104
Gráfico 13 Módulo de elasticidade 106
Gráfico 14 Relação módulo x resistência à compressão 107
Gráfico 15 Absorção x Vazios x Massa Específica 108
xxii
xxiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Adições permitidas por tipo de Cimento. Fonte: ABCP ...................................... 7
Tabela 2 - Conteúdo de clínquer no cimento nacional (MCT, 2010) .................................... 8
Tabela 3- Valores de referência para a massa específica de concretos leves estruturais.
Fonte: Rossignolo, 2009. ..................................................................................................... 12
Tabela 4- Valores correspondentes de resistência à compressão e massa específica aparente
de concretos leves. Fonte: ABNT, NM35: 1995/ERR-1:2008. ........................................... 12
Tabela 5– Massa específica aparente de concretos leves. Fonte: ABNT, NM35: 1995/ERR-
1:2008. ................................................................................................................................. 12
Tabela 6- Classificação para adições minerais. Fonte: EFNARC , 2005 ............................ 40
Tabela 7 - Como atuam as adições minerais. Fonte: EFNARC, 2005. ............................... 42
Tabela 8 - Grupos de aditivos e suas características ........................................................... 44
Tabela 9 - Problemas ocasionados pela dosagem incorreta dos VMAs. ............................. 50
Tabela 10- Classificação do CAA. Fonte: adaptado de ABNT NBR 15823-1. ................. 63
Tabela 11 Características do cimento. Fonte: Holcim ......................................................... 78
Tabela 12 Tabela de composição química do filito. Fonte: http://www
.mineracaoitapeva.com.br, 2015. ......................................................................................... 79
Tabela 13 Granulometria do agregado graúdo .................................................................... 80
Tabela 14 Composição química da argila expandida. Fonte: www.cinexpan.com.br......... 82
Tabela 15 - Argila expandidas massas específicas e aparentes. Fonte: Angelim 2014. ...... 82
Tabela 16 - Argila expandidas massas específicas e aparentes. Fonte: Angelim 2014. ...... 83
Tabela 17 - absorção da argila ............................................................................................. 84
Tabela 18 - - Granulometria do agregado miúdo ................................................................ 85
Tabela 19 - Características do aditivo. Fonte: http://www.mc-bauchemie.com.br, 2014. .. 86
Tabela 20 - Dosagens das misturas ..................................................................................... 87
Tabela 21 - Resultados do estado fresco ............................................................................ 97
Tabela 22 - Propriedades físicas e mecânicas do concreto ................................................ 101
xxiv
1
1 INTRODUÇÃO
1.1. Concreto de cimento Portland: um breve histórico
O desenvolvimento do concreto de cimento Portland, considerado o mais jovem dos
materiais para construção de estruturas, se deu a partir da patente do cimento Portland
obtida em 1824 por Joseph Aspdin (Rossignolo, 2009). Segundo Helene e Andrade (2007)
o concreto é o segundo material mais utilizado pelo homem, só perdendo para a água.
Para se chegar ao atual ponto de desenvolvimento da arte de projetar e construir
estruturas em concreto hoje, ocorreram no mínimo quatro revoluções nessa arte segundo
Helene e Andrade (2007). A primeira delas seria as grandes obras em rocha feitas pelos
egípcios, as pirâmides, entre 2800 e 2500 a. C., que colocou as rochas como principal
material estrutural durante 4500 anos até a chegada do aço e das estruturas metálicas, com a
Revolução Industrial (1750 a 1850 d. C.).
A segunda grande revolução aconteceria com a chegada do aço para construção de
estruturas, sendo possível a construção de pontes para grandes vãos: a primeira em 1871
com 30 m de vão, em Telford, berço da Revolução Industrial, na Inglaterra; a ponte do
Brooklin em Nova York, inaugurada em 1883. A versatilidade e desenvoltura deste tipo de
material veio a se confirmar com a construção da torre Eiffel em 1889 com 312 m de altura,
superando a pirâmide de Khufu, como a obra mais alta executada pelo homem, somente
depois de 4400 anos. Até esse momento, as estruturas dos edifícios eram construídas com
paredes estruturais de paredes portantes e pisos de madeira, as estruturas de aço eram
utilizadas principalmente na construção de pontes e torres, muito pouco em edifícios. Este
tipo de estrutura só se desenvolveu e se consagrou como a principal forma de construção de
edifícios em alturas, a partir da patente do elevador sem risco de queda por Elisha Graves
Otis em 1853, com o primeiro elevador elétrico instalado somente em 1889, e em 1888 com
o sistema de esqueleto reticular patenteado por Leroy Buffington.
2
A terceira grande revolução se deu com o desenvolvimento do concreto armado. O
concreto, em uma forma primitiva, obtido basicamente da mistura de cal hidratada e uma
espécie de argila pozolânica, já era conhecido pelos romanos que o utilizaram na
construção de estradas e edificações, sendo a principal delas a cúpula do Panteão de Roma.
Ficou esquecido durante muito tempo, tendo reiniciado o seu desenvolvimento como
material estrutural a partir da patente do cimento Portland obtida por John Aspdin. Nessa
época a sua aplicação era pequena, surgindo algumas patentes para construção de artefatos
de concreto, entre elas a de Joseph Monier em 1867 para construir vasos, e em 1878 para a
fabricação de postes (sendo basicamente uma argamassa armada). Também é creditado a
Monier o projeto da primeira ponte de argamassa armada. Em 1875, Gustav Adolf Wayss,
engenheiro alemão, compra a patente de Monier e desenvolve o uso do concreto armado.
Nessa mesma época, final do século XIX, o concreto de cimento Portland recebe grande
impulso com as pesquisas desenvolvidas por Louis Vicat, Henry Le Châtelier e René Féret.
A partir daí diversos engenheiros e pesquisadores desenvolvem e patenteiam procedimentos
e técnicas que permitem o uso seguro do material.
As pesquisas em busca de melhorias do concreto de cimento Portland, levaram a
quarta revolução, o descobrimento de adições minerais e químicas que possibilitaram a
execução de concretos de alto desempenho, que tem grande rigidez além dos benefícios
para a sustentabilidade da construção civil, com estruturas mais resistentes e mais leves,
com menor consumo de material.
1.2. Razões do sucesso do concreto
Mehta e Monteiro (2008) observam que existem ao menos três razões principais
para o grande sucesso do concreto como material de construção, apesar de não ser tão duro
e resistente quanto o aço:
- A primeira seria sua excelente resistência à água, a capacidade do concreto de
suportar a ação da água sem grande deterioração, diferentemente do aço comum e da
madeira, transformando em um material ideal para obras de controle e armazenamento de
água, como se pode observar em obras mais antigas como aquedutos, cisternas e represas
construídas pelos romanos. Hoje o concreto é de uso comum na construção de barragens,
3
canais, pavimentos, reservatórios, em todo o mundo. A combinação do concreto com o aço
em estruturas de concreto armado e protendido para suportar esforços de tração possibilita
o seu uso em diferentes peças estruturais, como estacas, muros, pilares, tubos. Além disso,
é um material que possui durabilidade frente às águas agressivas sendo muito utilizado em
ambientes industriais e ambientes naturais.
- A segunda razão é a facilidade com a qual se obtém os mais diferentes elementos
estruturais, nas mais variadas formas e tamanhos, devido à consistência plástica que o
concreto tem em seu estado fresco, favorecendo o preenchimento de fôrmas pré-fabricadas,
e em alguns casos, depois de ter adquirido consistência rígida, pode ter a forma removida
para reuso.
- O terceiro motivo de escolha do concreto, como material mais popular entre os
profissionais da área de engenharia, é a grande disponibilidade dos materiais componentes
do concreto: água, cimento e agregados, combinados ao seu baixo custo, com valores
variando, conforme a região do mundo, entre US$60 e US$100.
Apesar de todo o sucesso do concreto como material estrutural, ele foi até o início
da década de 70 o resultado de uma simples mistura de cimento, água e agregados, não
apresentando grandes inovações que melhorassem o seu desempenho. Porém, nas últimas
quatro décadas, houve uma grande evolução do material, devido a dois fatores muito
importantes: o aprimoramento de técnicas e equipamentos para o estudo do concreto como
as tecnologias usadas para análises microestruturais, que permitiram o aprofundamento do
conhecimento sobre a microestrutura da matriz de cimento e da zona de transição e outro
ponto importante desta evolução é o uso de novos materiais, destacando-se os aditivos
redutores de água e as adições minerais pozolânicas (Rossignolo, 2009).
1.3. Aspectos ambientais da produção de cimento e concreto
Os impactos ambientais gerados pelas ações do homem e sua tecnologia, são
evidentes nos dias de hoje, e estes fazem parte da discussão diária, aquecimento global e
suas consequências já afetam a vida de todos os seres que habitam no nosso planeta; a
4
poluição da água e do ar afeta diretamente a qualidade de vida das populações; destruição
de ecossistemas; e até mesmo a falta de recursos naturais com água e areia em regiões com
alta densidade populacional (John, 2007).
Segundo John (2007), não há material de construção que não traga nenhum impacto
ao ambiente. O aumento da demanda da construção civil, fez com que nos últimos 35 anos
o consumo mundial de materiais crescesse cerca de 2% ao ano, com 12 bilhões de toneladas
em 2005, isso representando uma duplicação a cada 32 anos (Isaia, 2007). Com isso, o
aumento das pressões sobre o meio ambiente é uma consequência inevitável e a indústria da
construção civil, como um todo, é um dos setores da atividade humana que mais degradam
o meio ambiente, desde a extração de matérias primas para a obtenção de seus produtos,
como na alteração do meio e até o final do ciclo de vida dos seus produtos. Nesse aspecto,
um dos setores mais impactantes da construção civil é a indústria do cimento portland, com
altos índices de extração de matérias primas naturais, consumo de energia e emissão de
gases de efeito estufa. Para se produzir uma tonelada de clínquer é necessária mais de uma
tonelada de calcário, sendo que cada tonelada de calcário libera para atmosfera 440 kg de
CO2 (John 2007) Tendo o concreto como seu principal produto, Mehta e Monteiro (2008)
estimam em 11 bilhões de toneladas/ano, podemos concluir pelos dados acima que o
aumento na produção de concreto aumenta a demanda por produção de cimento (gráfico 1),
aumentando a produção de CO2.
Gráfico 1 - Consumo anual de cimento no Brasil. Fonte: Dados do Sindicato Nacional da Indústria do
Cimento (SINIC).
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
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70,00
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Segundo John (2002) apud John (2007), a indústria do cimento seria responsável
por 10% das emissões de CO2 do país, pois deve se somar aos mais de 500 kg de CO2
emitidos na produção de uma tonelada de clínquer, os gases decorrentes da queima de
combustíveis para a calcinação do calcário. Já dados de 2009 do SNIC (Sindicato Nacional
da Indústria do Cimento), mostram que a indústria do cimento é o setor produtivo que mais
colabora com a emissão de CO2 no mundo, com cerca de 5% de todas as emissões
mundiais. Dados de 1990 a 1994 do MCT (Ministério de Ciência e Tecnologia)
demonstram que a principal emissão no Brasil é as queimadas e o setor de produção do
cimento que contribui com menos de 2%. O relatório de 2010 do MCT, com dados de 1990
a 2005, demonstra que apesar do aumento da produção de cimento de 49,7% e de clínquer
de 30,5% as emissões de CO2 aumentaram 29,7%. Ainda segundo o relatório isto decorre
do aumento de adições ao cimento, o que diminui a necessidade da fabricação do clínquer.
Segundo Lima (2010), as emissões de CO2 do concreto fabricado no país estão na
faixa de 195 a 231 kg/t, sendo 87% e 88% dessa emissão associados à cadeia produtiva do
cimento. As emissões do concreto encontram-se entre as maiores da cadeia de materiais de
construção nacional, com média de 24,7Mt/ano em 2007, que são determinadas pelas
emissões do setor cimenteiro e pelas condições de produção de concreto, além de outros
fatores. As emissões do cimento, no Brasil, são da ordem de 639 a 715 kg/t, abaixo da
mundial que está entre 810 e 880 kg/t.
Segundo Carpio (2005), o maior consumo de energia, cerca de 80% da energia
consumida numa instalação de produção de cimento, são os fornos onde se produz o
clínquer, devido a alta demanda de calor para o processo de descarbonatação das matérias
primas, como o calcário 94%, argila 4% e óxidos de ferro e alumínio (2%) (Rocha et al.,
2011), sendo aquecidas à temperaturas de até 1500ºC, onde a chama do forno atinge até
2000 ºC, tradicionalmente utilizando para isso grandes quantidades de: óleo combustível,
carvão, coque de petróleo e gás natural. Isso demanda um alto custo o que sempre
preocupou a indústria do cimento, como qualquer outro setor produtivo.
Segundo o SNIC (2009), o setor da indústria do cimento no país tem um parque
industrial moderno, onde 99% da produção é feita por via seca, com consumo específico
médio de energia térmica de 825 Kcal/kg de cimento e o consumo específico de energia
6
elétrica de 107 kWh/ton de cimento, valores estes abaixo dos grandes produtores da União
Européia e Estados Unidos, conforme gráficos 2 e 3.
Gráfico 2- Comparação de consumo de energia - fonte SNIC, 2009
Gráfico 3 - Consumo específico de energia térmica – fonte SNIC 2009
Dados do relatório do MCT de 2010 mostram que a indústria nacional de cimento
chega a atingir consumo térmico da ordem de 653 kcal/kg de cimento e de 104kwh/ton de
cimento, números estes que confirmam a indústria nacional como uma das mais eficientes
em consumo específico de energia, abaixo dos padrões médios mundiais.
Outro fator que contribui para a diminuição do consumo de energia assim como a
diminuição de emissões são os cimentos feitos com adições de matérias primas alternativas
e subprodutos de outros setores da indústria. Estes cimentos foram desenvolvidos no país
7
há mais de 50 anos. Estes cimentos tem que seguir as especificações da ABNT (Associação
Brasileira de Normas Técnicas), conforme tabela 1.
Tabela 1 - Adições permitidas por tipo de Cimento. Fonte: ABCP
A utilização de cimentos com maior percentual de adições, como escórias
siderúrgicas, cinzas de termelétricas e filler calcário diminui a utilização de clínquer e
consequentemente a liberação que é inerente ao seu processo de fabricação. Segundo SNIC
(1998b) apud Soares (1998), deve-se lembrar de que o processo de adição, e o tipo de
adição ficam restritos à região onde se tem a disponibilidade destes materiais, devido à alta
incidência do custo do transporte no preço final do produto.
Segundo Fonseca e Terada (1992) apud Soares (1998), no período entre 1982 e
1988 o uso de adições ativas permitiu uma redução do consumo específico de calor de 17%
em relação ao início do período para o caso do Cimento Portland Comum.
O gráfico 4 mostra a evolução das adições no Brasil a partir de 1990, onde percebe-
se um acréscimo nas adições de cerca de 200%, enquanto a produção de clínquer aumentou
em 72% e a de cimento 100%.
8
Gráfico 4 - Evolução do uso de adições no Brasil. Fonte: SNIC, 1990
Os teores médios de CaO e MgO na matéria-prima não mudam substancialmente,
ao longo do tempo, e as emissões oriundas do processo de descarbonatação da matéria
prima mantêm-se relativamente constantes. Pode-se comprovar uma significativa
diminuição das emissões de CO2/ton de cimento, resultado da utilização das adições e
diminuição da utilização do clínquer. A tabela 2 traz o conteúdo de clínquer no cimento
nacional e a diminuição das emissões podemos comprovar no gráfico 5 (CMT, 2010).
Tabela 2 - Conteúdo de clínquer no cimento nacional (MCT, 2010)
Gráfico 5 - Potencial de não emissão de CO2 baseado na melhor tecnologia disponível (SNIC, 2009 apud
MCT, 2010)
Ano
9
2 OBJETIVOS
Este trabalho teve como objetivo o estudo do concreto leve autoadensável (CLAA),
que é um material desenvolvido a partir dos concretos autoadensável e do concreto leve.
Dessa forma estudaram-se suas propriedades, tanto no estado fresco como no estado
endurecido e com vistas na utilização de adições minerais inertes, plastificantes de alto
desempenho de pega normal, argila expandida de diferentes granulometrias (agregado leve)
em substituição total ou parcial dos agregados utilizados convencionalmente.
Como objetivos específicos deste trabalho têm-se:
1) Caracterização e classificação dos materiais componentes da mistura;
2) Proposição de diversos traços de CLAA;
3) Realização de ensaios que verifiquem as propriedades reológicas destes
concretos, tais como: fluidez e viscosidade;
4) Realização de ensaios que tragam dados sobre as propriedades físicas e
mecânicas destes concretos tais como: resistências à compressão e à tração;
5) Comparações dos resultados das propriedades levantadas entre o CAA e
CLAA;
Pretende-se com este trabalho verificar as características do CLAAs, visando
conhecer o potencial de aplicação deste material, para que possa ser disponibilizado ao
setor de construção civil, um concreto leve com reologia adequada a serviços específicos,
que não apresente fenômenos de segregação e exsudação, e que possua resistências
mecânicas requeridas capazes de atingir as necessidades dos projetistas que buscam leveza
e resistência às peças estruturais.
10
11
3 CONCRETO LEVE ESTRUTURAL
3.1. Definições e especificações
Segundo Mehta e Monteiro (2008), o concreto pode ser classificado em três grandes
categorias com base em sua massa específica:
o concreto de densidade normal, na ordem de 2400 kg/m³, composto por areia
natural e pedregulhos ou agregados britados, é o mais comumente usado para estruturas;
com massa específica abaixo de 1800 kg/m³, são os chamados concretos leves,
mais utilizados para peças que priorizam a leveza, podendo ser compostos por agregados
leves, naturais ou sintéticos;
os concretos pesados, de densidade superiores a 3200 kg/m³, tendo como
finalidade estruturas que necessitam de grande massa, como as utilizadas para blindagem
contra radiação. São constituídos por agregados de alta densidade constituídos basicamente
de dois minerais de bário, vários de ferro e um de titânio.
O concreto leve estrutural, segundo Rossignolo (2009), constituído basicamente
pela substituição parcial ou total dos agregados convencionais por agregados leves é
caracterizado por uma massa específica aparente abaixo de 2000 kg/m³. Segundo Mehta e
Monteiro, o concreto leve tem como objetivo primário a densidade e não a resistência,
sendo assim as especificações limitam a massa específica máxima permissível para o
concreto. O ACI 213R-87 define a massa específica máxima de 1850 kg/m³ e resistência
mínima à compressão aos 28 dias de 17 MPa para concretos estruturais de agregados leves
(Mehta e Monteiro, 2008 apud ACI, 2002). Diferentes especificações trazem diferentes
limites de massa específica para classificar os concretos como concretos leves, variando
entre 1680 kg/m³ e 2000 kg/m³. A tabela 3 traz algumas dessas limitações, já a tabela 4
mostra os valores máximos de massa específica aparente e os valores mínimos de
resistência à compressão correspondentes.
12
Tabela 3- Valores de referência para a massa específica de concretos leves estruturais. Fonte: Rossignolo,
2009.
Referência Massa específica aparente (kg/m³)
NM 35 (1995) 1680 < γ < 1840
ACI 213R-03 (2003) 1120 < γ < 1920
EUROCODE 2 (2007) 900 ≤ γ ≤ 2000
NS 3473 E (1998) 1200 < γ < 2200
CEB-FIP (1977) γ < 2000
RILEM (1975) γ < 2000
Tabela 4- Valores correspondentes de resistência à compressão e massa específica aparente de concretos
leves. Fonte: ABNT, NM35: 1995/ERR-1:2008.
Resistência à compressão aos 28 dias, valores mínimos (MPa)
Massa específica aparente, valores máximos (kg/m³)
28 1840
21 1760
17 1680
Esta mesma norma, também traz os valores de massa unitária no estado seco e solto,
que os agregados leves utilizados na produção de concretos leves estruturais, devem
apresentar em função de sua graduação, valores estes mostrados na tabela 5.
Tabela 5– Massa específica aparente de concretos leves. Fonte: ABNT, NM35: 1995/ERR-1:2008.
Graduação do Agregado (faixa)
Massa específica aparente máxima valores máximos do agregado no estado seco e
solto(kg/m³)
1 e 2 1040
3 1120
4, 5, 6, 7 e 8 880
13
3.1.2. Histórico
Segundo Rossignolo (2009), localizam-se no México, na região da cidade de El
Tajin (figura 1), os primeiros indícios de utilização de um tipo de concreto leve.
Construtores pré-colombianos utilizaram uma mistura de pedra-pome com um ligante a
base de cinzas vulcânicas e cal para construir elementos estruturais. Porém as aplicações
mais conhecidas foram feitas pelos romanos, nos períodos da República Romana, Império
Romano e Império Bizantino, compreendidos entre os anos de 509 a.C. e 1453 d.C.. Os
concretos utilizados pelos romanos eram uma combinação de cal e rochas vulcânicas. Entre
as obras mais importantes feitas pelos romanos, com a utilização de concreto leve temos:
quatro estruturas de ancoradouro que resistem até hoje no porto de Cosa (273 a.C.),
inoperante hoje devido ao assoreamento; diversas paredes e as fundações do Coliseu
romano (75 a 80 a.C); a cúpula do Panteão de Roma (125 a.C.) (figura 1), ainda em perfeito
estado de conservação; a Catedral de Santa Sofia em Istambul na Turquia (532 a 537 d.C.).
Com a queda do Império Romano, a utilização do concreto com agregado leve foi muito
limitada, tendo novo impulso no início do século XX com a produção de agregados leves
artificiais.
Figura 1 - Panteão Romano e El Tajin no México. Fonte: Lima, 2010
14
Em 1918, Stephen J. Hayde patenteou o processo de fabricação de agregados leves
pelo aquecimento em forno rotativo de pequenas partículas de xisto, de argila e de ardósia,
denominados Haydite. A patente de Hayde foi resultado de dez anos de estudo após ter
observado em sua fábrica de tijolos, que quando os tijolos passavam por um processo de
aquecimento muito rápido acabavam se expandindo e deformando (Rossignolo, 2009).
Ainda segundo Rossignolo (2009), os agregados de Hayde, foram utilizados pela
primeira vez em 1918, na produção de concretos para fabricação de navios durante a
Primeira Guerra Mundial, nesse período foram construídas 14 embarcações. O material foi
utilizado mais intensamente na Segunda Guerra Mundial, quando foram construídos 488
navios (figura 2).
Figura 2 - Navio USS Selma, construído em 1919. Fonte: Pinheiro (2009)
A primeira utilização estrutural de concreto leve com agregados leves artificiais em
edifícios foi em 1922, em um ginásio na cidade de Kansas, EUA. Depois em 1929, na
mesma cidade, houve a primeira aplicação em edifício de múltiplos pavimentos. Até o fim
da licença obtida por Hayde, em 1946, a utilização do material ficou limitada aos EUA e
Canadá. Com o fim da licença surge na Dinamarca a primeira fábrica de agregados leves
em argila expandida. O fim da licença de Hayde e a reconstrução do pós-guerra
disseminaram a tecnologia dos concretos leves pelo mundo, principalmente em:
edificações de múltiplos pavimentos em solo de baixa capacidade de suporte;
15
construções pré-fabricas, para beneficiar o transporte e a montagem;
estruturas especiais, como estruturas flutuantes, pontes e coberturas para grandes
vãos.
A descoberta de novos materiais, como os redutores de água e as adições minerais,
que vieram na década de 70 e revolucionaram a tecnologia do concreto normal, também
acabaram afetando positivamente a tecnologia do concreto leve (Rossignolo, 2009).
No Brasil, os agregados leves (argila expandida) começaram a ser produzidos em
1968, quando o Grupo Rabello, implantou a fábrica Cinasita para fornecer os agregados
leves para outra empresa do grupo que fazia construções pré-moldadas. Desde então, a
argila expandida passou a ser utilizada em diversos ramos da construção civil nacional, em
concretos estruturais sua principal utilização eram em peças pré-fabricadas e em
construções de múltiplos pavimentos, principalmente nas lajes.
Segundo Rossignolo (2009) as pesquisas e o desenvolvimento da tecnologia do
concreto leve estrutural, tiveram como marco inicial os trabalhos da Professora Yasuko
Tezuka em 1973, com seu trabalho de mestrado pela Universidade de São Paulo, intitulado
“Concreto Leve a Base de Argila Expandida” e também pelos projetos estruturais com
concreto feito com argila expandida, assim como a divulgação das implicações da
utilização deste tipo de agregado em concretos estruturais, desenvolvida pelo engenheiro
Augusto Carlos de Vasconcelos em 1973 e 1976. Também contribuíram para evolução
deste tipo de concreto as pesquisas desenvolvidas a partir da década de 90, sobre os
concretos de alto desempenho com argila expandida por diversos pesquisadores,
destacando os trabalhos coordenados pelos professores Marcos Vinicio Costa Agnesini e
Osny Pellegrino Ferreira, trabalhos sobre concretos de alto desempenho com argila
expandida, sendo boa parte dos trabalhos dessa equipe também desenvolvidos pelo
professor João Adriano Rossignolo.
16
3.2. O agregado leve
Em geral, são considerados agregados leves aqueles que possuem massa unitária em
estado solto e seco abaixo de 1120 kg/m³ e podem ter aplicação em diversos tipos de
concreto. O que determina esse peso leve do agregado é sua microestrutura celular ou a sua
estrutura altamente porosa (Mehta e Monteiro, 2008). Os agregados leves podem ser
classificados de duas formas quanto a sua origem, naturais ou artificiais (Rossignolo,
2009).
A obtenção dos agregados leves naturais é por meio da britagem de rochas ígneas
vulcânicas, como pedra-pomes, escória ou tufo. Para a obtenção de agregados leves
artificiais são necessários processar termicamente materiais, como, por exemplo, argilas,
folhelhos, ardósia, diatomita, perlita, vermiculita, escória de alto forno e cinza volante.
Existe uma ampla gama de agregados leves, entre 80 kg/m³ a 900 kg/m³ de massa unitária,
os de menor massa unitária são geralmente mais frágeis sendo mais utilizados na produção
de concretos isolantes térmicos sem função estrutural, enquanto os mais pesados, portanto
mais densos, com estruturas menos porosas, são mais adequados aos concretos com função
estrutural (Mehta e Monteiro, 2008). Esta gama de agregados e sua utilização são
mostradas na figura 3.
Figura 3 - Espectro dos agregados leves. Fonte: Mehta e Monteiro (2008).
17
3.2.1. Processo de Produção
Segundo Rossignolo (2009), os agregados leves podem ser produzidos de duas
formas por sinterização e por forno rotativo (figura 4). O processo de sinterização pede que
a matéria prima seja misturada com uma quantidade ideal de material combustível, carvão
finamente moído ou coque. A partir daí o material é submetido a altas temperaturas
utilizando-se uma grelha móvel, ocorrendo a expansão devido a formação dos gases,
formando um clínquer irregular com aresta vivas, que deve ser britado para se adequar ao
uso em concretos. Não tem recobrimento e está sujeito a altos índices de absorção de água.
A massa unitária desses agregados fica entre 650 k/m³ e 900 kg/m³.
Figura 4 Superfície dos agregados leves: sinterização (a); forno rotativo(b). Fonte: Rossignolo, 2009.
Alguns materiais têm a característica de se expandir quando expostos à altas
temperaturas, o processo do forno rotativo, ou nodulação, se aproveita dessa característica
de algumas argilas. Essas argilas quando expostas à temperaturas entre 1000ºC e 1350ºC,
tem parte de seus componentes fundidos formando uma massa viscosa, enquanto outras
partes se decompõem quimicamente formando gases que são incorporados pela massa,
expandindo o seu tamanho em até sete vezes. As partículas formadas nesse processo
acabam tendo sobre a sua superfície uma camada vitrificada. Os gases incorporados a
massa deixam a estrutura das partículas porosas internamente mesmo após o resfriamento.
Esse processo produz agregados de granulometria variada de forma arredondada e regular,
estrutura interna esponjosa microcelular, com uma superfície externa cerâmica vitrificada
18
de baixa permeabilidade. Devido a esta última característica tem a denominação de
“encapado” (Rossignolo, 2009).
Santos et al. (1986) descreve as etapas da fabricação da argila expandida em fornos
rotativos (Figura 5):
1) Homogeneização: a mistura é lançada em depósitos para mistura e
homogeneização;
2) Desintegração: o material é triturado para ser reduzido à dimensões máximas de
50 mm;
3) Mistura e nova homogeneização: o material é levado por esteiras até um
misturador, onde é trabalhado para atingir a trabalhabilidade adequada a extrusão. É feita a
correção da água e podem ser utilizados aditivos para melhorar a plasticidade ou para
aumentar a expansibilidade da argila;
4) Laminação: o material passa por cilindros rotativos que reduzem os torrões a
dimensão máxima de 5 mm, deixando a mistura fica pronta para extrusão;
5) Pelotização: a extrusão continua a forçar o material contra uma placa com
orifícios circulares, que vão influenciar no tamanho do agregado após a queima. Após a
extrusão o material é cortado por uma lâmina rotativa. Isso forma as pelotas de argila que
são levadas ao forno;
6) Secagem e queima: a parte mais importante do processo ocorre dentro do forno
rotativo. Detalhes como a disposição de aletas internas que conduzem o material, a
inclinação do forno, o tempo de permanência do material dentro do forno e outros
específicos, são planejados de acordo com as características da argila utilizada para se obter
maior eficiência tanto do processo como do produto final. Na primeira parte ocorre a
secagem das pelotas. Na zona de combustão, geralmente em temperaturas entre 1000º a
1350º, as pelotas sofrem a expansão. O combustível do forno é geralmente óleo ou gás.
7) Resfriamento: na saída do forno, ventiladores sopram ar por um cilindro (o ar
quente resultante do processo de resfriamento é aproveitado no interior do forno);
8) Classificação e estocagem: os agregados são classificados e separados por
peneiras vibratórias para armazenamento e posterior comercialização;
19
Figura 5 - Forno rotativo. Fonte: http://www.google.com.br/imgres?q=leca+expanded+clay&hl, 2012.
O único tipo de agregado leve produzido no Brasil é a argila expandida, produzida
em Várzea Paulista, interior do Estado de São Paulo, pela Cinexpan Indústria e Comércio
Ltda. (figura 6).
Figura 6- Fábrica da Cinexpan. Fonte: Cinexpan, 2012.
3.2.2. Características dos agregados leves
Os agregados leves apresentam algumas características que influenciam fortemente
o comportamento dos concretos leves produzidos. Rossignolo (2009) destaca algumas
destas características:
20
a) A forma e a textura superficial: influenciam diretamente a resistência mecânica
dos concretos, pois estão diretamente ligadas ao consumo de água necessária para obter a
trabalhabilidade necessária. O processo de fabricação é quem comanda estas características,
o agregado produzido por sinterização apresenta uma superfície mais rugosa e porosa, com
formas angulosas. Isso lhe rende uma melhor aderência, porém também aumenta o
consumo da pasta de cimento, consequentemente a massa específica do concreto, a
absorção de água e a água necessária para melhorar a trabalhabilidade. Os agregados, como
argila expandida, produzidos em fornos rotativos, apresentam uma superfície mais lisa e
formato arredondado, o que diminui a absorção de água, proporciona uma melhor
trabalhabilidade com baixo fator água/cimento, porém o formato esférico também acaba
facilitando a segregação.
b) Estrutura interna: a estrutura interna porosa dos agregados leves é a responsável
pela sua baixa massa específica, o que é uma vantagem quando se fala na massa especifica
do concreto leve, mas que afeta negativamente a resistência e o módulo de deformação. A
distribuição dos poros assim como seu tamanho também influencia o comportamento
mecânico do agregado, quanto menores e mais uniformes mais resistentes são os agregados,
porém mais densos (o inverso também é verdadeiro).
c) A porosidade e absorção de água: duas características ligadas entre si e
intimamente ligadas a efeitos nas propriedades do concreto fresco e no processo de
hidratação do cimento. A alta absorção de água pelo agregado leve pode: aumentar a
retração por secagem, formação de excesso de bolhas de ar, aumento da massa específica e
redução da resistência ao fogo, porém pode trazer melhorias na zona de transição e na cura
interna do concreto.
3.3. Propriedades do concreto leve
3.3.1. Trabalhabilidade
Os fatores que afetam as propriedades do concreto feito com agregados leves são
praticamente iguais aos que afetam o concreto de peso normal. A baixa densidade e a
textura áspera do agregado poroso, especialmente o britado, demandam uma maior atenção
21
à trabalhabilidade. O lançamento, a compactação e o acabamento exigem menor esforço do
que para os concretos convencionais, sendo assim concretos leves com abatimentos em
torno de 50 a 70 mm podem ser comparados a concretos convencionais de abatimento entre
100 e 125 mm (Mehta e Monteiro, 2008).
Para a determinação dos valores de abatimento de um concreto leve deve-se levar
em conta o valor da massa específica do agregado leve. No caso do abatimento medido pelo
método do tronco de cone (ABNT NBR NM 67:1998), os concretos apresentam valores de
abatimento menores em relação aos concretos convencionais, isto ocorre em função da
menor massa específica, provocando um menor efeito da ação da gravidade sobre a massa
do concreto. Esse efeito menor da gravidade sobre os concretos leves, afeta fortemente as
condições de transporte, lançamento e adensamento destes concretos. O abatimento elevado
e excesso de vibração podem ocasionar a sedimentação da argamassa, mais pesada,
causando o fenômeno chamado de “flutuação do agregado graúdo”, fenômeno inverso do
que acontece no concreto convencional (Mehta, Monteiro, 2008) (Rossignolo, 2009). Ainda
segundo Rossignolo (2009) esse fenômeno pode ser evitado pela dosagem de concretos
com coesão e consistência adequados, pelo controle do fator água/cimento e do teor de
agregados miúdos e com adições minerais, como a sílica ativa. Isso ocasiona uma perda de
abatimento, que pode ser agravada quando há uma considerável e continuada absorção de
água do agregado leve da mistura. Controla-se este problema saturando-se o agregado antes
da mistura. A figura (7) mostra a segregação dos agregados leves.
Figura 7 - (a) Concreto com segregação, (b) Concreto sem segregação. Fonte : Grabois, 2012.
(b) (a)
22
3.3.2. Massa específica
Segundo Mehta e Monteiro (2008), em conjunto com a trabalhabilidade a
resistência e a massa específica são propriedades especificadas para os concretos leves. A
NM 35 (1995), por exemplo, limita a massa específica máxima do concreto leve em 1840
kg/m³, mas não mostra um limite mínimo. Sabe-se que um concreto feito com um agregado
de dimensão máxima superior a 19 mm pode ser utilizado para a produção de um concreto
com massa específica inferior a 1440 kg/m³, mas pode acabar não atingindo a resistência
mínima de 17 MPa aos 28 dias. Segundo Chandra e Berntsson (2002), quanto maior o
agregado e mais poroso, menos denso ele é. Porém não é só a densidade do agregado que
influencia na densidade do concreto leve, ela também depende da granulometria do
agregado, do seu teor de umidade, da quantidade de cimento, da relação água/cimento.
Além disso, também causam influência os métodos de compactação e as condições de cura.
Segundo Mehta e Monteiro (2008) a maior parte dos concretos leves estruturais tem massa
específica entre 1600 e 1760 kg/m³, mas em casos especiais, apesar de ultrapassar o limite
de norma, condições de trabalho podem exigir concretos leves com massa específica
superior aos 1840 kg/m³ (Mehta e Monteiro, 2008).
3.3.3. Resistência
Há uma grande relação da massa específica do concreto leve estrutural com sua
resistência, essa relação pode ser definida pelo Fator de Eficiência, conforme a equação (1):
Fator de eficiência = fc/γ (MPa.dm³/kg) (1)
onde fc = resistência à compressão (MPa)
γ = massa específica aparente (kg/dm³)
23
Estudos tem avançado no sentido da melhoria deste fator para concretos leves, com
o Zhang e Gjørv em 1991, que atingiram a resistência à compressão de 102 MPa com uma
massa específica de 1735 kg/m³, gerando um fator de eficiência de 58,7 MPa.dm³/kg
(Rossignolo, 2009). Sendo que pode ser considerado um concreto leve de alto desempenho
aquele que apresenta um fator de eficiência superior a 25 MPa.dm³/kg (Sptzner,1994 e
Armelin et al., 1994 apud Rossignolo, 2009,).
Segundo Mehta e Monteiro (2008), estudos feitos a partir de corpos de prova já
rompidos à tração na compressão mostram que realmente o elo maios fraco do concreto
feito com agregado leve é o agregado e não a zona de transição, como ocorre nos concretos
convencionais como pode se ver na figura 8.
Figura 8 - (a) Concreto com agregado leve; (b) Concreto com agregado flint arredondado. Fonte: Mehta e
Monteiro (2008)
Ainda segundo Mehta e Monteiro (2008), estudos feitos com microscopia eletrônica
de varredura mostram que, a reação pozolânica que ocorre junto a superfície do agregado
leve aumenta a resistência da aderência do agregado à matriz da pasta de cimento tornando
maior que a resistência do agregado (figura 9).
(a) (b)
24
Figura 9 - MEV de zona de transição de agregado leve/matriz de cimento. Fonte: Mehta e Monteiro (2008)
Lo et al. (2006), também afirma que a resistência do concreto de agregado leve
depende da resistência do agregado leve usado e da pasta de cimento endurecida, bem
como da zona de aderência entre a pasta de cimento e o agregado. Também afirmam que se
utilizar um agregado leve de alta resistência tem-se o mesmo efeito de parede obtido no
concreto convencional e, também, que se há um aumento da relação água cimento, também
ocorre uma maior formação de bolha de ar na pasta de cimento e na zona de aderência pasta
agregado ocasionando perda de resistência.
Segundo Mehta e Monteiro (2008), concretos leves com resistência entre 20 e 35
MPa são comuns, porém, com um consumo de cimento elevado agregados leves de
dimensão máxima pequena (9 ou 13 mm), algumas indústrias conseguem produzir
concretos leves com até 50 MPa. Agregados leves de porosidade controlada têm sido
desenvolvidos para que se possa produzir concretos que atinjam de 70 a 75 MPa com massa
específica entre 1840 a 2000 kg/m³.
3.3.4. Módulo de deformação
O módulo de deformação é uma importante propriedade mecânica a ser avaliada em
concretos. Seu valor é intrínseco à análise de outras propriedades como fluência, retração,
25
deformação por variação térmica, entre outras. Assim, como para o concreto de massa
normal, a determinação do módulo para concretos leves é sumariamente importante para a
aplicação estrutural.
Observa-se que a deformação do concreto leve está diretamente ligada à quantidade
e ao tipo do agregado leve utilizado, e a sua relação com a argamassa componente deste
concreto. Quanto mais próximos os módulos das fases, argamassa e agregado, melhor será
o comportamento no regime elástico ou elasto-plástico (Rossignolo, 2009). Deve-se a isso a
fissuras que são geralmente encontradas na interface entre o agregado e a pasta de cimento;
onde, surpreendentemente, no caso dos agregados leves não são observadas. A principal
razão para a falta de fissuras de ligação pode ser devido à semelhança da rigidez elástica do
agregado e a fração de argamassa. As curvas de tensão-deformação de agregados leves de
argila calcinada, são tipicamente lineares até níveis próximos de 90% da força de ruptura,
que indica a compatibilidade dos constituintes e as ocorrências reduzidas de microfissuras
(Chandra e Berntsson, 2002).
Segundo Rossignolo (2005), os valores de módulo dos concretos leves são baixos,
se comparados aos de concretos de massas específicas convencionais, na faixa de 50% a
80% dos valores de módulo dos concretos convencionais, para valores de resistência a
compressão em torno de 20 a 50 MPa. Ainda segundo Rossignolo (2005) os concretos com
argila expandida brasileira apresentam um comportamento elástico até 80% do
carregamento último, nos concretos convencionais o valor é de 60%. Mehta e Monteiro
(2008), afirmam que os valores dos módulos dos concretos leves podem ter um aumento da
ordem de 15 a 30% com a substituição total da areia leve por areia natural. Também
afirmam que, experimentos realizados indicam uma máxima deformação específica por
compressão final da maioria dos concretos leves, podendo ser maior que 0,003 mm/m.
Angelin et al. (2013) desenvolveram trabalho que analisou concretos fluídos
desenvolvidos no Brasil com agregados de argila calcinada, comparativamente à aplicação
de agregados de massa normal (basalto). Os autores encontraram que concretos leves com
redução da massa específica em 31% sobre o concreto de referência (com agregados de
massa normal), pode resultar em concretos com perda superior a 60% do módulo de
elasticidade.
26
As considerações acima são bem preocupantes quando do emprego de concretos
leves sem considerar esse parâmetro. Pois, por exemplo, na aplicação em lajes ou vigas que
são elementos projetados para dada deformação, poderá ocorrer a ruína se a deformação da
peça, devido ao baixo módulo, ultrapassar o limite de segurança adotado nas premissas
normativas de cálculo estrutural.
A norma brasileira ABNT NBR 6118:2014, aplica-se a concretos de massa normal
(> 2.000 kg/m³). Assim, as premissas de projeto devem se atentar que nessa norma os
estimadores não estão embasados para concretos leves. Hoje não há referência normativa
para esta propriedade diretamente sobre o concreto de massa normal.
Massucato et al. (2003) notaram o grande impacto no módulo com relativamente
pouco aumento no teor de argamassa no traço, se comparado com o traço de CAA triviais.
Os autores expuseram ainda que, a litologia do agregado graúdo é um dos maiores
impactantes para redução do módulo de deformação.
Ardakani e Yazdani (2014) ainda observa que o módulo é afetado e reduzido, pelo
agregado leve, podendo ser correlacionado com a massa específica do concreto para
determinado agregado utilizado.
3.3.5 Retração e fluência
A retração por secagem e a fluência do concreto têm sido estudadas por um longo
tempo e várias teorias têm sido propostas a respeito de seus mecanismos. No que diz
respeito à retração, há a teoria de tensão capilar, a adsorção de superfície, a teoria da água
intersticial; para a fluência, há a teoria de visco-elástico, a teoria de infiltração entre outras.
Na maioria destas teorias, o comportamento da água contida no concreto é considerado um
fator importante que influencia a retração e a fluência. No que diz respeito à retração por
secagem no intervalo de umidade relativa de 40% a 100%, a teoria da tensão capilar é
dominante. De acordo com esta teoria, a retração por secagem é causada pela tensão capilar
que ocorre na água existente nos poros da pasta de cimento. O estresse devido a tensão
capilar no concreto é comandada pelo volume dos poros e da distribuição de tamanho
27
destes poros. A uma umidade relativa inferior a 40%, a retração por secagem é causada
principalmente por perda de água estrutural e água adsorvida na pasta de cimento (Chandra
e Berntsson, 2002). Os concretos com agregados leves são mais suscetíveis aos efeitos
desses fenômenos, pois segundo Rossignolo (2009) para o mesmo nível de resistência à
compressão, os concretos leves apresentam retração maior do que os concretos
convencionais, devido aos agregados leves não oferecerem pouca restrição a essas
movimentações exercidas pela pasta de cimento.
Em estudo feito por Rossignolo e Agnesini (2001), em concretos leves feitos com
argila expandida brasileira, foram observados valores que variavam de 600.10-6 a 800.10-6
m/m para a retração por secagem aos 448 dias (Rossignolo, 2009).
No que diz respeito ao mecanismo de fluência do concreto, uma grande parte do
mecanismo pode ser explicado pela teoria visco-elástica. Esta teoria considera que a pasta
de cimento é um material compósito que consiste em uma estrutura sólida e um visco-
líquido de enchimento dos poros da pasta de cimento e que a fluência é uma deformação
elástica da primeira, retardado pela resistência da viscosidade da segunda. Por conseguinte,
considera-se que as estruturas de poros na pasta de cimento, ou seja, o volume de poros e a
distribuição da dimensão dos poros são estreitamente relacionados, não só a retração por
secagem, mas também a fluência do concreto. Segundo Mehta e Monteiro (2008), em
relação a concretos convencionais, o concreto com agregados leves, devido a grande
movimentação da água, tem uma retração por secagem maior (tipicamente 800.10-6 m/m), e
uma fluência consideravelmente mais alta (tipicamente 1600.10-6). Isto ocorre devido a
uma influência muito maior do módulo de elasticidade e da resistência à compressão baixos
do que pela retração por secagem. Para se diminuir estes efeitos, pode-se substituir parcial
ou integralmente o agregado leve miúdo por areia natural, conforme demonstram os
resultados de experimentos mostrados na figura 10. A maior deformabilidade do concreto
leve, proporcionada pelo módulo de elasticidade mais baixo e fluência mais alta, evita a
fissuração da retração por secagem mesmo com a baixa resistência aos esforços de tração (2
a 3 MPa).
28
Figura 10- Efeitos da substituição do agregado miúdo leve por areia natural: (a) fluência; (b) retração por
secagem. Fonte: Mehta e Monteiro (2008)
3.3.6 Durabilidade
É comum a idéia de que, o uso dos agregados porosos em concreto aumenta a sua
suscetibilidade a agentes agressivos por meio de uma maior permeabilidade aos fluidos.
Quando se estuda a durabilidade dos concretos, deve-se ater a estrutura porosa, porque nem
sempre a presença dos poros significa que esta estrutura seja permeável. O que pode tornar
uma estrutura porosa permeável é a conectividade dos poros, ou seja, se esses poros são
abertos uns para os outros ou não. Então concretos mais porosos não significa que sejam
mais permeáveis e consequentemente tenham uma durabilidade menor (Rossignolo, 2009).
O agregado leve é o principal responsável pela porosidade do concreto leve, e a
característica de ser poroso mais não permeável é apresentada por Moravia et al.(2006) por
meio de micrografias obtidas pelo MEV (figura 11), onde percebe-se a superfície externa
do agregado mais lisa e pode-se visualizar a superfície interna com uma porosidade maior,
mas sem interconectividade entre os poros.
29
Figura 11- Imagens por MEV da argila expandida: (a) superfície externa (300X); (b) superfície interna (300X); (c)
superfície externa (1200X). Fonte: Moravia et al.(2006).
Embora o concreto leve seco ao ar tenda a apresentar um maior grau de absorção de
umidade, sua permeabilidade é baixa. Portanto sua durabilidade diante de soluções
químicas agressivas é boa. A baixa permeabilidade e excelente durabilidade do concreto
leve são devido à baixa fissuração da zona de transição entre a pasta de cimento e o
agregado leve. Isso ocorre como já mencionado anteriormente, devido às semelhanças entre
os módulos de elasticidade da pasta de cimento e do agregado leve. Também a reação
pozolânica dos minerais argilosos termicamente ativados na superfície dos agregados leves
e hidróxido de cálcio da pasta de cimento, tornam a zona de transição mais densa (Mehta e
Monteiro, 2008).
30
31
4 CONCRETO AUTOADENSÁVEL – CAA
Após a descoberta dos aditivos para concreto nos anos 70, o que foi considerado
uma das maiores revoluções na forma de se construir, como já exposto anteriormente para
diversos autores, o CAA é considerado como sendo uma das grandes evoluções
tecnológicas do concreto, e tem sido alvo de muitos estudos tanto no que se refere as suas
características básicas quanto na utilização e influência de novos materiais e aditivos em
sua composição (Nikbin et al., 2014; Sehata et al, 2012; Ranjbar et al., 2011).
Para Tutikian e Dal Molin (2008), apesar de o concreto ser o material mais utilizado
na construção mundial, não podemos nos ater somente ao estudo do concreto convencional
(CCV). As exigências do mercado e as técnicas construtivas, demandam concretos com
características especiais, como os concretos de alta resistência, de alto desempenho, com
fibras, altos teores de adições pozolânicas, aparentes, coloridos entre outros. No Japão
surge em 1988, o concreto autoadensável (CAA).
Diversas publicações, dentre elas: Tutikian e Dal Molin (2008); EFNARC (2002);
Gomes et al. (2003b); Coppola (2000); De La Peña (2001); Proske e Graubner (2014),
salientam sobre as vantagens que o CAA apresenta, tais como:
maior velocidade de construção, devido ao lançamento rápido e sem necessidade
de adensamento;
diminuição da mão de obra no canteiro, devido à facilidade no nivelamento e
espalhamento, por não ser vibrado;
melhora o acabamento final da superfície;
pode aumentar a durabilidade, pois é facilmente adensado, diminuindo as falhas
de concretagem ocasionadas pelo excesso ou falta de vibração;
facilita a execução de projetos com maior liberdade de formas e dimensões, pois
preenche espaços menores mais facilmente;
diminui a poluição sonora das obras, pela eliminação do processo de vibração;
32
diminui os riscos de acidente de trabalho durante a concretagem, pela diminuição
do número de trabalhadores para sua execução;
pode ter um ganho ecológico, não só pela diminuição de ruídos como pela alta
utilização de finos, que em boa parte são resíduos industriais;
e levando-se em conta todos os itens citados também contribui para um ganho
econômico.
4.1. Definição
Segundo Metha e Monteiro (2008), as misturas para concreto de alta resistência e
densamente armadas, atendem perfeitamente as necessidades da indústria de construção
para os concretos mais dúcteis e resistentes, porém, as dificuldades de execução de peças de
concreto densamente armadas exigem misturas frescas de concreto bem fluídas. Estas
misturas se tornaram possíveis com o surgimento dos superplastificantes, que sem o uso
excessivo de água, permitem abatimentos em torno de 200 a 250 mm.
Pesquisas pioneiras na Itália, Alemanha e Japão, no final da década de 70 e começo
da de 80, levaram ao desenvolvimento de misturas de concreto de alta trabalhabilidade,
conhecidas comercialmente por vários nomes, como concreto autoadensável,
autocompactável, autonivelante e reoplástico (Metha e Monteiro, 2008).
Ainda, segundo Metha e Monteiro (2008), defini-se concreto autoadensável como o
concreto fluido que pode ser aplicado in loco sem a utilização de vibradores para formar
um produto livre de vazios (sem espaços não preenchidos no interior da forma) e falhas
(sem ar aprisionado).
Com base em Okamura (1997), Gomes (2002) apud Gomes e Barros (2009) e
EFENARC (2005), podemos definir CAA como, um concreto que pode ser compactado em
todo canto de uma forma, ou seja, capaz de preenchê-la totalmente só pela atuação de seu
peso próprio, alcançando assim um adensamento que não afete negativamente a resistência
e durabilidade desejadas, mesmo em estruturas com alta densidade de armadura e formas
complexas, sem a necessidade de utilização de equipamentos para adensá-lo.
33
Segundo a ABNT NBR 15823:2010, o concreto autoadensável é aquele capaz de
fluir, autoadensar pelo seu peso próprio, preencher a fôrma e passar por armaduras, dutos e
insertos, sem segregação e mantendo sua homogeneidade durante as etapas de mistura,
transporte, lançamento e acabamento.
4.2. Breve histórico do CAA
A primeira concepção de concreto autoadensável teria aparecido em 1980, a partir
da necessidade do desenvolvimento de uma mistura de concreto que possuísse tanto alta
fluidez quanto alta coesão, para o lançamento submerso de 40.000 m³ de concreto da obra
da doca de São Marco em Trieste na Itália. Este concreto tinha uma dosagem de 7 kg/m³ de
superplastificante de naftaleno sulfonado, fator areia/agregado graúdo de 65%, e uma
quantidade relativamente alta de cimento de 400 kg/m³ e adições minerais. Este concreto
desenvolvido por Collepardi et al. (1989, apud Mehta e Monteiro, 2008) era reoplástico,
autonivelante e altamente coeso. Estes mesmos autores relataram o lançamento de um
concreto com características de coesão e autonivelamento em 1983/84 em Hong-Kong
(Mehta e Monteiro, 2008).
Ainda segundo Metha e Monteiro (2008), nos Estados Unidos e Alemanha houve
um grande interesse no desenvolvimento de aditivos químicos indutores de coesão para
aumentar a viscosidade, chamados de aditivos modificadores de viscosidade (VMA). Estes
aditivos tinham o objetivo de aumentar a viscosidade do concreto fresco para torná-lo
adequado ao reparo de estruturas submersas. Isso representava uma evolução na tecnologia
dos concretos de alta fluidez, pois, as primeiras abordagens para melhorar a estabilidade de
traços de concretos coesos de alta fluidez eram focadas no controle do volume e da
dimensão máxima do agregado graúdo (Grube e Rickert, 2001; Mehta e Monterio, 2008).
Segundo Tutikian e Dal Molin (2008), Gomes e Barros (2009) e Klein (2008), o
precursor do CAA teria sido o professor Hajime Okamura, da Kochi University of
Technology, nos anos 80 no Japão. Os estudos CAA se desenvolveram em função de
estruturas de concreto que tem a necessidade de resistir aos abalos sísmicos que ocorrem
34
frequentemente naquele país. Densamente armadas, estas estruturas tem a necessidade de
uma mão de obra qualificada para aplicação e vibração do concreto. Esta mão de obra era
escassa nos anos 80 no Japão o que ocasionava problemas de durabilidade das estruturas de
concreto. Outro fator que acabou influenciando a proposta do professor Okamura de um
concreto capaz de apresentar uma boa durabilidade, independente processo de adensamento
feito por trabalhadores no momento da aplicação do concreto, foi a baixa trabalhabilidade
dos concretos o que dificultava o seu adensamento (Billberg, 1999 apud Gomes e Barros,
2009).
O primeiro protótipo que utilizou CAA foi concluído empregando materiais
existentes no mercado japonês, apresentando um desempenho satisfatório com respeito à
retração, calor de hidratação, densidade após endurecimento, dentre outras propriedades,
em 1988. Já o primeiro artigo sobre CAA foi publicado por Ozawa et al. em janeiro de
1989, nos Anais do 2nd East-Asia and Pacific Conference on Structural Engineering and
Construction. Após isso, na década de 1990, o desenvolvimento do CAA se difundiu pelos
demais países interessados em concretos de alto desempenho, principalmente na Suécia,
Holanda, França, Irlanda e Inglaterra, por meio de suas empresas construtoras. E mais
recentemente, os estudos dessa nova tecnologia de concreto desenvolveram-se também nos
EUA, Canadá, Índia, China, Espanha, Portugal e Brasil, entre outros países. No simpósio
ocorrido em outubro de 2005, em Chicago/EUA, cerca de 140 artigos foram apresentados
por participantes de 38 países. O termo concreto autoadensável, de abreviação CAA (self-
compacting concrete ou selfconsolidating concrete em inglês, SCC) passou a ser o mais
empregado para caracterizar este material com propriedades definidas no estado fresco pela
elevada deformação, facilidade em passar por seções estreitas e pelas armaduras e, com
resistência à segregação (Leite, 2007).
4.3. Materiais constituintes do CAA
Segundo diversos autores, entre eles Gomes e Barros (2009) Tutikian e Dal Molin
(2008), os materiais utilizados na elaboração de misturas para CAA são os mesmos
utilizados nas misturas de concretos convencionais (CCV), ou seja, agregado miúdo,
35
agregado graúdo com controle de sua dimensão máxima (até 19 ou 25 mm), cimento
Portland comum ou composto, porém há um aumento nas adições de materiais finos
quimicamente ativos ou não (filers), e mais plastificantes, superplastificantes e em alguns
casos modificadores de viscosidade (Mehta e Monteiro, 2008).
4.3.1 Cimento
Qualquer um dos cimentos tipo Portland usados na produção de CCV, desde que em
acordo com as normas locais, podem ser utilizados na produção de CAA, a escolha do tipo
do cimento vai ficar a cargo das exigências e especificações do projeto definido para a
aplicação onde o referido concreto será utilizado (Tutikian e Dal Molin, 2008; Gomes e
Barros, 2009).
Porém, segundo Gjorv (1992 apud Tutikian e Dal Molin 2008), o que pode
influenciar na escolha do cimento é a quantidade de aluminato tricálcico (C3A) e a
granulometria do cimento. No fator reologia do cimento quanto menor a quantidade de
C3A, mais fácil o controle deste fator. Quantidades acima de 10% podem afetar a
trabalhabilidade e o enrijecimento se dá em menos tempo. Já a relação entre a reologia e a
granulometria do cimento, mostra que quanto mais fino o cimento ou seja, uma superfície
específica maior, promove uma diminuição da tensão de escoamento e aumenta a
viscosidade do concreto fresco. Isso se deve ao maior número de partículas em contato com
a água e um volume maior de choques entre elas. Sendo assim, devido a necessidade de
adição de finos para melhorar a coesão do CAA, cimentos com uma superfície específica
maior seriam mais apropriados a este fim, apesar de aumentar a necessidade de cuidados
quanto a retração e ao calor de hidratação do concreto.
Gomes e Barros (2009) apontam que quantidades ideais de cimento estariam entre
200 e 450 kg/ m³ de CAA. Isso dependeria da quantidade de adições reativas ou inertes
lembrando que, para consumos com quantidades superiores a 500 kg/m³ seriam necessários
cuidados extras com relação a retração e que, para consumos menores que 300 kg/m³ seria
necessário a inclusão de outros materiais cimentícios (cinza volante, escória, etc.).
36
4.3.2. Agregados
Os agregados utilizados em CAA, de uma maneira geral, devem atender os mesmos
requisitos que os agregados utilizados no CCV (Cui et al., 2010). Porém devem ser
escolhidos com critério, pois o CAA exige uma alta quantidade de materiais finos para se
manter a coesão e evitar a segregação. É recomendado que partículas com diâmetro de
0,125 mm seja consideradas como parte do conteúdo de finos, pois vão influenciar
diretamente a reologia do CAA (Okamura, 1997).
Segundo Gomes e Borges (2009), características como: umidade, absorção de água,
granulometria e quantidade de finos devem ser constantemente monitoradas para manter a
qualidade do CAA. Também a forma dos grãos e sua distribuição granulométrica devem ser
estudadas com atenção, pois afetam diretamente a compactação do concreto e o índice de
vazios.
4.3.2.1. Agregado miúdo
A influência do agregado miúdo sobre as propriedades do CAA fresco é
significativamente maior do que a do agregado graúdo. Frações de partículas de tamanho
menor que 0,125 milímetros devem ser inclusas no teor de finos da pasta e também devem
ser consideradas no cálculo da relação de materiais finos/água (EFENARC, 2005).
O elevado volume de pasta em misturas de CAA ajuda a reduzir o atrito interno
entre as partículas de areia, mas uma boa distribuição granulométrica é ainda muito
importante. Muitos métodos de dosagem de CAA usam areias misturadas para ajustar o
agregado com uma curva granulométrica otimizada do agregado e isso também pode ajudar
a reduzir o teor de pasta (EFENARC, 2005).
De uma forma geral, todos os tipos de areais podem ser utilizadas na produção do
CAA, areias eólicas, areia de rio, areias resultantes de processos industrias, sendo que esta
última requer cuidados pois pode ter uma granulometria descontinua principalmente nas
37
frações médias, enquanto que as primeiras são mais recomendadas pois possuem grãos
mais arredondados e de superfície mais lisa (Tutikian e Dal Molin, 2008).
O formato das partículas do agregado miúdo influencia diretamente na
deformabilidade do CAA no estado fresco. Quanto mais anguloso for o seu formato maior a
dificuldade de escoamento do concreto. Areias produzidas por britagem tem uma
dificuldade maior para escoar, comparando-se com as areias de rio assim como estas em
relação às areias de formação eólica, que tem os grãos mais arredondados entre as três
areias (Okamura e Ouchi, 2003).
Ishikawa e Oliveira (2012) observaram em seu trabalho, a viabilidade técnica de
utilização da areia artificial resultante de britagem de rocha em substituição à areia natural
de rio na composição de traços de CAA ao se empregar um aditivo modificador de
viscosidade (AMV). Os pesquisadores notaram que a areia de rio utilizada por eles impôs
alguns limites à trabalhabilidade, o que foi corrigido pela adição de finos ao traço.
Para Gomes e Barros (2008), o volume normal de agregado miúdo deve permanecer
na faixa que varia entre 40% e 50% do volume de argamassa, em proporções em massa que
fiquem entre 710 kg/m³ e 900 kg/m³.
4.3.2.2. Agregado graúdo
Segundo EFENARC, 2005, agregados graúdos em conformidade com as normas
locais são adequados para a produção de CAA. O agregado leve tem sido utilizado com
sucesso para CAA, mas deve-se tomar cuidado, pois o agregado pode migrar para a
superfície, se a viscosidade da pasta for baixa e isto pode não ser detectado por ensaios de
resistência à segregação.
O espaçamento das barras de aço é o principal fator para determinar o tamanho
máximo agregado. O bloqueio do agregado deve ser evitado, uma vez CAA flui através do
espaçamento existente entre as barras. O teste caixa L é indicativo da capacidade de
passagem de uma mistura CAA. E o tamanho máximo do agregado geralmente deve ser
38
limitado a 12 - 20 mm, embora agregados com partículas de tamanhos maiores também
sejam utilizados (EFENARC, 2005).
Ainda segundo a EFENARC (2005) a granulometria e a forma do agregado graúdo
também influenciam diretamente o fluxo, a capacidade de passagem de CAA e o seu
consumo de pasta. Quanto mais esféricas as partículas do agregado graúdo menos
susceptível de provocar um bloqueio e maior o fluxo devido à redução do atrito interno.
O volume de agregado graúdo para o CAA deve ser baixo, entre 28% e 35% do
volume total do concreto, mantendo uma relação de massa do agregado graúdo para o
concreto entre 32% e 40%, as proporções aproximadas em massa de 750 kg/m³ a 920 kg/m³
(Gomes e Barros, 2009).
4.3.3. Adições minerais e aditivos
São materiais usados no concreto para modificar e ou melhorar as características do
concreto convencional no estado fresco e endurecido, de forma a adequá-lo as exigências
ou possibilitar a execução de um projeto. Segundo Mehta e Monteiro (2008), esse materiais
são utilizados para melhorar a trabalhabilidade, alterar os tempos de pega, controlar o
desenvolvimento e/ou aumentar a resistência, minorar os problemas com relação a ação do
congelamento, reações álcali-agregado, ataques por sulfatos e corrosão da armadura,
podendo diminuir o índice de vazios e aumentar a compacidade.
O CAA utiliza na sua composição para obter as características que o definem como
autoadensável, além dos materiais pertinentes ao concreto comum, adições minerais ativas
quimicamente ou não e aditivos redutores de água (plastificantes e superplastificantes) e em
alguns casos aditivos modificadores de viscosidade (AMV) que podem ou ser utilizados em
conjunto com as adições minerais (Herbudiman e Saptaji, 2013; Tutikian e Dal Molin,
2008; Gomes e Barros, 2009).
Segundo Çakir et al. (2009) a seleção desses materiais tem que ser criteriosa, pois a
simples adição de um dos materiais pode afetar positiva ou negativamente a influência das
39
outras adições e/ou aditivações nas características do CAA. As normas industriais
japonesas (JIS, apud Çakir et al., 2009) definem três métodos para o CAA ser produzido de
formas diferentes:
a) Pelo método de pó: onde o teor de material em pó da mistura é aumentado em
relação ao teor contido em uma misturas de concreto convencional;
b) Pelo método estabilizador: pelo qual se usa uma mistura (aditivos) para aumento
de viscosidade;
c) Pelo método de combinação: onde se utiliza a combinação dos dois métodos
anteriores.
Antes de se definir a dosagem, as propriedades necessárias para o CAA devem ser
analisadas e é também necessário entender como otimizar isso através do uso dos
ingredientes disponíveis. Existem dois requisitos principais:
a) para obter um concreto fluído, é necessário um baixo limite da tensão de
escoamento;
b) para um concreto com uma alta resistência à segregação, é necessária uma alta de
viscosidade.
Portanto a utilização de materiais com elevada viscosidade, é significativa. A fim de
reduzir o limite de tensão de escoamento, a água pode ser aumentada, no entanto, este
aumento na quantidade de água melhoraria a plasticidade e diminuiria a viscosidade.
Também a adição de superplastificante irá diminuir a tensão de escoamento, mas a
viscosidade diminuiria em certa medida. A viscosidade da mistura pode ser aumentada pela
alternância dos ingredientes ou com a utilização de um modificador de viscosidade. Por
outro lado, este processo iria aumentar a tensão de escoamento do limiar da "fase de pasta".
Por esta razão, é importante encontrar um ponto ótimo entre estes dois parâmetros. Na
produção CAA, não existe um processo de criação reconhecida definida e a produção é
possível com os vários materiais. Cada ingrediente e suas propriedades podem ter efeitos
diferentes sobre as características do autoadensável. Assim, uma mistura preparada de
acordo com qualquer método dado para o CAA pode não necessariamente mostrar
40
propriedades de auto-compactação. Misturas experimentais são necessárias para uma
decisão final sobre a dosagem a ser feita (Çakir et al., 2009).
4.3.3.1. Adições Minerais
Segundo Mehta e Monteiro (2008) as adições minerais são materiais silicosos
finamente moídos que comumente são adicionados aos concretos em grandes quantidades,
com o intuito de melhorar as propriedades de trabalhabilidade, resistência a fissuração
térmica e ao ataque de sulfatos, à expansão álcali agregado. Estes materiais podem ser
pozolanas naturais ou resíduos de produção industrial, o que traria ainda um benefício no
aspecto ambiental.
Segundo a EFENARC (2005), devido às exigências das propriedades no estado
fresco (fluidez e resistência à segregação) do CAA, adições inertes e pozolânicas /
hidráulicas são comumente usadas para melhorar e manter a coesão e a resistência à
segregação. As adições também podem ser usadas para regular o teor de cimento, a fim de
reduzir o calor de hidratação e a retração térmica.
Ainda segundo a EFENARC (2005), podem-se dividir as adições conforme tabela 6:
Tabela 6- Classificação para adições minerais. Fonte: EFNARC , 2005
Tipo Classificação Adição
Tipo I Inertes ou semi-inertes Fíler mineral (calcário, dolomitico, etc.)
Pigmentos
Tipo II Pozolânica Cinzas volantes
Sílica ativa
Hidráulica Escoria de alto-forno.
a) Adições Inertes
As adições inertes ou fíler são materiais minerais finamente moídos, com efeito,
somente físico de empacotamento granulométrico e pontos de nucleação para a hidratação
do cimento e devem entrar na composição do CAA em substituição ao agregado miúdo,
41
pois tem maior superfície específica que este, melhorando a compacidade, aumentando a
coesão e a distribuição granulométrica (Bosiljkov, 2003; Tutikian e Dal Molin, 2008).
Segundo Tutikian e Dal Molin (2008), os fílers podem ser tanto materiais naturais
quanto materiais inorgânicos resultantes de processos industriais, sendo que estes tem que
ter como características principais a finura e uniformidade. Os fílers mais comumente
utilizados são o de origem calcária e as areias finas.
Segundo Gomes e Barros (2009) podem ser utilizadas pedras calcárias, dolomíticas
e graníticas em frações menores que 0,125 mm, mas deve-se tomar cuidado com os filers
de origem dolomítica devido a reação álcali-agregado, o que afeta a durabilidade do
concreto (Lisbôa, 2004).
Pesquisadores têm utilizado fíler de diferentes origens, não convencionais, na
mistura do CAA e tem verificado resultados satisfatórios. Teixeira et al. (2012) utilizou
resíduos de mármore proveniente de processos de corte e boleamento das placas deste tipo
de rocha. Heikal et al. (2013) em seu experimento utilizou pó resultante da fabricação de
tijolos para a substituição de finos e diminuição do uso de aditivos. Herbudiman (2013)
com um resíduo de telhas, comum na indonésia, conseguiu-se melhoras em características
nos estado fresco do CAA.
b) Adições quimicamente ativas
Para Gomes e Barros (2009) as adições quimicamente ativas podem melhorar
consideravelmente as propriedades do concreto tanto no estado fresco como no endurecido.
Essas adições Tipo II, pela EFENARC (2005), podem ser divididas basicamente em duas
categorias: as pozolânicas e as hidráulicas (cimentantes). As primeiras, ao serem
adicionadas ao concreto necessitam de Ca(OH)2 formado pela hidratação do cimento para
iniciarem as suas reações enquanto que, as hidráulicas já tem na sua composição o
hidróxido de cálcio necessário para começarem a atuar, assim não necessitam do produto
formado pela hidratação do cimento, porém sua hidratação mais lentas são aceleradas pela
presença da gipsita e do Ca(OH)2 do cimento (Tutikian e Dal Molin; 2008). A EFENARC
(2005) mostra na tabela 7 estas adições e em quais características do concreto elas atuam:
42
Tabela 7 - Como atuam as adições minerais. Fonte: EFNARC, 2005.
Adição Ação
Cinzas volantes
Maior coesão;
Menor sensibilidade a variação do teor de água;
Em excesso prejudicam a fluidez.
Sílica ativa
A elevada superfície específica e grãos esféricos, aumentam a coesão e
resistência à segregação;
Eficaz na redução da exsudação;
Rápido endurecimento superficial pode causar dificuldades no
acabamento das peças de concreto e na execução de juntas em caso de
interrupções momentâneas da aplicação do concreto.
Escória de alto-forno
Diminui o calor de hidratação;
Presente na composição de alguns cimentos (CPII e CPIII, no Brasil);
Em excesso pode prejudicar consistência física do CAA e sua reação
lenta pode aumentar o risco segregação;
Alguns estudos estão sendo feitos para adição a cimentos tipo ARI.
Outras adições
(metacaulim, fíler de vidro,
pozolanas naturais, fílers
diversos)
Podem ser usados ou considerados como adições para o CAA, porém
seus efeitos a curto e longo prazo devem ser cuidadosamente e
individualmente avaliados.
Além dos materiais citados acima, outro material que tem surgido como um grande
avanço tecnológico em adições minerais para o CAA é a nano sílica ou sílica coloidal
amorfa ultra fina. A nano sílica é constituída de partículas extremamente finas, de 5 a 50
nm, dispersas em uma solução aquosa com 10% a 50% de sólidos. Jo et al. (2005) por
observações feitas em microscópio eletrônico de varredura (MEV), comprovam a alta
eficiência da nano sílica como adição ativa quimicamente, pois ela não só aumenta a
microestrutura como funciona como um ativador da zona de transição. Jalal et al. (2012)
obtiveram resultados de melhoria nas propriedades do estado fresco de um concreto
autoadensável leve, como o aumento da coesão e diminuição dos riscos de segregação e
exsudação, além de aumentos nas resistências à compressão e à tração do concreto
endurecido.
4.3.3.2. Aditivos para CAA
A ABNT NBR 11768:2011 define aditivos para concreto, de uma forma geral,
como materiais que são adicionados durante o preparo do concreto para alterar suas
43
propriedades tanto no estado fresco como no endurecido. Estes materiais não devem
ultrapassar quantidades superiores a 5% da massa dos materiais aglomerantes do concreto.
Aditivos de alta redução de água ou superplastificantes em conformidade com as
normas vigentes em cada país são componentes essenciais do CAA, pois são responsáveis
pela sua principal característica, a fluidez. Os aditivos modificadores de viscosidade
(AMV) também podem ser utilizados para ajudar a aumentar a coesão, reduzir a segregação
prevenindo a exsudação, devido as variações nos outros componentes, especialmente
quanto ao teor de umidade. Outros aditivos, incluindo incorporadores de ar, aceleradores e
retardadores de pega podem ser usados da mesma forma como no CCV, mas deve-se
consultar o fabricante do aditivo sobre quantidades limites e tempo de incorporação desses
aditivos na mistura (EFENARC, 2005, Gomes e Barros, 2009).
Os aditivos mais utilizados no CAA são os superplastificantes (SP) e os
modificadores de viscosidade:
a) Superplastificantes (SP)
O concreto autoadensável (CAA) precisa de material aditivo para fornecer alta
capacidade de trabalho e alta fluidez. Este material aditivo é o superplastificante (SP), do
qual existem vários tipos para serem utilizados conforme a necessidade da aplicação. Os
superplastificantes tem capacidade para reduzir o teor de água em até 30%, podendo
otimizar a quantidade de cimento e outros agentes aglomerantes. Tem que se tomar cuidado
com o uso indiscriminado de superplastificantes, pois além do alto custo o uso de altas
dosagens podem gerar exsudação e segregação (Herbudiman e Saptaji, 2013).
A ABNT NBR 11768:2011 classifica os superplastificantes em dois tipos:
Tipo I: de elevada redução de água, isto é apresenta uma redução do consumo de
água superior ou igual a 5% em relação ao concreto de referência;
Tipo II: de elevadíssima redução de água, isto é apresenta uma redução do
consumo de água superior ou igual a 12% em relação ao concreto de referência.
44
Ainda segundo a ABNT NBR 11768:2011 estes redutores de água ainda podem ser
subdivididos em função de propriedades secundárias de alteração da pega, como redutores,
aceleradores ou de pega normal.
Para Okamura (2003) os requisitos para o aditivo superplastificante adequado a
concreto autoadensável estão resumidos abaixo:
Alto efeito de dispersão para um baixo teor de água / pó (aglomerantes): menor
que aproximadamente 100% em volume;
Manutenção do efeito de dispersão de pelo menos duas horas após a mistura;
Menor suscetibilidade às variações de temperatura.
Segundo Hartmann e Helene (2003) os aditivos podem ser dispostos em quatro
grupos segundo sua composição química, conforme tabela 8:
Tabela 8 - Grupos de aditivos e suas características
Grupo químico Características Lignossulfonatos (LS) Incorporam ar e tem efeito retardor de pega
Naftaleno sulfonato ou Naftaleno (NS) Não incorporam ar e pouca interferência na pega
Melamina Sulfonato ou Melamina (MS) Incorpora pouco ar, tende à retardar pouco a pega
Policarboxilatos (PC) Mais eficientes, maior tempo de manutenção do
abatimento
Os aditivos LS são considerados como redutores de água normais e conhecidos
como plastificantes de primeira geração. Podem ser usados em alguns casos como
superplastificantes. Os aditivos NS e MS são conhecidos comercialmente como
superplastificantes de segunda geração. Tem menos efeitos colaterais que os de primeira
geração e permitem uma redução do consumo de água de até 25% (Tutikian e Dal Molin,
2008). Estes aditivos funcionam por repulsão eletrostática, este fenômeno causa a
polarização das partículas de cimento atraindo as partículas de água para elas evitando a
floculação e provocando a dispersão do sistema, o que significa maior fluidez e menor
necessidade de água na mistura (Hartmann e Helene, 2003; Mehta e Monteiro, 2008). A
figura 12 traz um esquema das ligações químicas dos aditivos de 1ª e 2ª geração e da
dispersão das partículas de cimento na presença do aditivo.
45
Figura 12- (a) Estrutura típica dos aditivos superplastificantes NS e MS; (b) atuação dos grupos aniônicos
dos aditivos na superfície do grão de cimento; (c) comportamento das partículas do cimento antes e depois da
adição dos superplastificantes. Fonte : Kreijger
A figura 13 mostra imagens das partículas de cimento floculadas em uma suspensão
com água e dispersas em presença de aditivo superplastificante.
46
Figura 13- Micrografias de dispersão do cimento em água: (a) antes sem aditivo; (b) com aditivo. Fonte: Mehta e
Monteiro (2008).
Os superplastificantes a base de policarboxilatos também atuam por meio de
repulsão eletrostática, mas este não é o seu mecanismo dominante, porém o seu principal
meio de atuação é a repulsão estérica, onde um lado do polímero se liga ao grão de cimento
e outro forma uma barreira física em forma de pente o que evita a aproximação de outros
grãos, provocando assim uma forte dispersão (Hartmann e Helene, 2003; Mehta e
Monteiro, 2008). A figura 14 traz o esquema de atuação dos policarboxilatos.
Figura 14 - Mecanismo de ação dos aditivos a base de policarboxilatos. Fonte: Mehta e Monteiro (2008)
47
Devido a sua forma de atuação, os aditivos a base de policarboxilatos, tem a
duração dos seus efeitos dispersivos mantida durante muito mais tempo, isto significa uma
manutenção do abatimento ou da plasticidade e trabalhabilidade do concreto por um maior
período, assim com menores dosagens do PC consegue-se melhores efeitos que os demais
aditivos LS, NS e MS (Mehta e Monteiro (2008). Zang et al (2015), em seu estudo com
pastas de cimento, relatam o melhor efeito sobre fluidez e a manutenção da viscosidade das
argamassas, porém em experimentos em CCV feitos por Hartmann e Helene (2003) foram
encontrados segundo os autores dados que contrariam a maior parte da literatura sobre os
aditivos PC. Tutikian e Dal Molin (2008) consideram os superplastificantes PC como os
mais indicados para execução de CAA.
b) Aditivos Modificadores de Viscosidade (AMV)
Aditivos que modificam a coesão do CAA, sem alterar significativamente a sua
fluidez são chamados modificadores da viscosidade (VMA). Estes aditivos são usados em
CAA para minimizar o efeito das variações do teor de água, dos finos nas areias ou a da sua
distribuição granulométrica, tornando o CAA mais coeso e menos sensível à pequenas
variações nas proporções e condição de outros materiais constituintes do concreto. A sua
utilização não deve substituir um bom projeto de dosagem e os cuidados com a seleção dos
outros materiais componentes do CAA (EFNARC, 2005).
Os VMAs são constituídos de cadeias poliméricas de alto peso molecular a base de
polissacarídeos ou de base inorgânica (Tutikian e Dal Molin, 2008). Segundo EFNARC
(2006) a maioria dos VMAs são baseados em polímeros de elevado peso molecular com
uma elevada afinidade para a água. Eles funcionam por interação dos grupos funcionais de
moléculas com a água e as superfícies dos finos. O VMA apresenta uma estrutura
tridimensional na fase líquida da mistura aumentando o limite de cisalhamento e a
viscosidade da pasta.
Alguns VMAs são baseados em materiais inorgânicos tais como sílica coloidal
amorfa com pequenas partículas insolúveis, não difusíveis, mas suficientemente pequenas
para permanecerem suspensas em água sem sedimentação. Por interação iônica do cálcio e
sílica do cimento um gel tridimensional é formado, o qual aumenta a viscosidade da pasta.
48
Esta estrutura também aumenta a distância entre as partículas e pode também aumentar o
limite de escoamento. A estrutura tridimensional do gel contribui para o controle da
reologia da mistura, melhorando a uniformidade e a suspensão das partículas de agregado e
assim reduz qualquer tendência para a exsudação, segregação e sedimentação (EFNARC,
2006). A figura 15 mostra o esquema da ação do VMA.
Figura 15 - Esquema de ação do VMA. Fonte: (www.basf.com.br)
Segundo Sari et al. (1999), a capacidade de fluxo e a viscosidade da mistura de
CAA são controlados através da utilização de superplastificante (SP) e aditivos
modificadores da viscosidade (VMA), respectivamente. Os VMA são aditivos de elevado
peso molecular, polímeros orgânicos solúveis em água que são utilizadas para estabilizar as
propriedades reológicas e de consistência CAA. Misturas com SP são muito sensíveis a
pequenas majorações no fator água/pó. Qualquer mudança neste fator aumenta a
probabilidade de segregação e exsudação. Isso muitas vezes é observado na produção de
CAA. Os resultados da pesquisa de Nagataki e Fujiwara (1995; apud Piekarczyk, 2013)
mostram que o CAA com valor de espalhamento maior que 700 mm pode segregar.
Para Piekarczyk (2013), essencialmente os VMAs aumentam a viscosidade e, assim,
engrossam a mistura para evitar a segregação. Esta viscosidade é construída por meio da
associação e emaranhamento de cadeias poliméricas do VMA, a uma taxa de corte baixa, o
que inibe o fluxo excessivo e aumenta a viscosidade. Ao mesmo tempo, adicionado o VMA
49
ao CAA pode provocar um efeito de diminuição da viscosidade, se houver aumento na taxa
de cisalhamento. Existem vários tipos de VMAs, a maioria dos quais são compostos de um
polímero ou materiais à base de celulose, que '' agarra e segura '' água. O aspecto mais
importante é que eles não alteram quaisquer propriedades da mistura, exceto a viscosidade.
O VMA pode ser usado sozinho, mas são mais comumente usados com superplastificantes.
Nesta combinação, os superplastificantes assumem o papel de melhorar o fluxo, enquanto
os VMAs agem para proporcionar estabilidade a mistura.
Ainda, segundo a pesquisa de Piekarczyk (2013), há que se tomar cuidado na
combinação dos tipos de SP com os tipos de VMA da mistura, pois ocorre incorporação de
ar. Deve-se tomar cuidado com a porcentagem de ar incorporado e com o tamanho das
bolhas de ar formadas, pois vão afetar diretamente a resistência e absorção de água do
concreto já endurecido.
Segundo os resultados de estudos realizados em argamassas por Fiorentin et al.
(2012), um comparativo de desempenho entre VMA e fíler calcário, observou-se que os
dois materiais obtiveram uma proximidade de desempenho em propriedades do estado
fresco como controle da exsudação e segregação, com melhor fluidez para o filer. O filer
calcário além do melhorar controle sobre a exsudação e a segregação tornou as misturas
mais homogêneas, pois diminui a disponibilidade de água, levando a argamassa à
resistências superiores as das argamassas que continham VMA que incorpora ar a mistura.
A EFNARC (2006) lista alguns benefícios do VMA para o CAA:
Menor sensibilidade as variações no teor de umidade do agregado;
Minimiza os efeitos de pequenas alterações nas propriedades dos materiais;
Diminui a necessidade de materiais finos;
Reduz o nível de controle na produção;
Permite o uso de misturas mais fluidas sem o risco de segregação;
Reduz o risco de segregação e exsudação;
Reduz a pressão nas formas por efeito tixotrópico;
Melhora a aparência da superfície da peça concretada.
50
A EFNARC (2005) mostra que os VMAs não podem ser utilizados
indiscriminadamente e que para sua correta utilização todo o processo de dosagem assim
como a qualidade dos materiais devem ser verificados cuidadosamente. Também menciona
que a maioria dos VMAs tem aplicação específica e assim como a escolha correta e de
acordo com aplicação indicada é necessária a otimização da dosagem, o que pode ser
conseguido com as orientações do fabricante. A maioria dos VMAs são utilizados com
baixa dosagem e tem pequeno efeito sobre outras propriedades do concreto, entretanto a
superdosagem pode ocasionar problemas como uma coesão excessiva e grande
incorporação de ar. A tabela 9 traz alguns problemas que podem ser ocasionados pela
dosagem incorreta dos VMAs.
Tabela 9 - Problemas ocasionados pela dosagem incorreta dos VMAs.
Dosagem Efeito
Super dosagem perda da trabalhabilidade inicial *;
retardo nas reações;
aumento de grandes bolhas de ar;
dificuldade de limpeza dos equipamentos.
Sub dosagem lavagem dos agregados em aplicações submersas;
continuação dos problemas com exsudação e segregação;
baixa viscosidade e nenhuma coesão.
*o aumento da dosagem de SP pode ser necessário para combater a perda de trabalhabilidade devido ao uso do VMA.
4.3.3.3. Água para o CAA
Tutikian e Dal Molin (2008), descrevem que as qualidades da água para o CAA são
as mesmas que as exigidas para o concreto convencional. Para Gomes e Barros (2009),
apesar da água ser o item do CAA que menos exige controle de qualidade ele é um dos
itens mais importantes tanto nas propriedades do estado fresco quanto do endurecido do
concreto. Sua utilização normalmente é descrita em forma de relações água/cimento,
51
água/materiais cimentícios, água/materiais finos, entre outras, e sua quantidade na mistura
vai ser influenciada por diversos fatores, tais como: características dos agregados, tipo de
cimento, quantidade de materiais finos inertes ou ativos, adições, aditivos e outros.
Ainda segundo Gomes e Barros (2009), a água divide-se na mistura em quatro
partes: na hidratação do cimento, na absorção e adsorção dos agregados e materiais finos,
nas lacunas do esqueleto granular e na garantia de fluidez do concreto.
Quanto a grande influência da água em relação as características mecânicas dos
CAA, Nikibin et al. (2014) comprova em seus experimentos a influência da variação do
fator água/cimento (a/c) sobre as propriedades mecânicas de um concreto autoadensável
contendo fíler calcário. Quanto maior o fator a/c menores as resistências à compressão e à
tração. Também ocorre a diminuição do módulo de elasticidade, sobre este último e
observa-se uma menor influência do aumento do fator a/c. Verifica-se que a relação
proposta por Abrams pode prever, com precisão aceitável, a resistência à compressão do
CAA, com base no fator a/c.
Num contexo geral, o teor de água para concretos auto adensáveis é um fator crítico
a ser controlado; pois, pequena variação (aliada a outros fatores como o tipo de cimento)
altera as condições reológicas do concreto (Santos et al., 2009). Em ordem prática,
variações de 5 a 10 litros/m³, num controle deficiente da umidade dos agregados, podem
fazer com que a dosagem racional do concreto não apresente a trabalhabilidade requerida,
ou ainda, que sejam produzidos concretos segregados, principalmente por segração estática
(após lançado).
4.4. Propriedades do CAA no estado endurecido
Concreto autoadensável e concreto vibrado tradicional de resistências à compressão
semelhantes têm propriedades comparáveis e se existem diferenças, estas são normalmente
cobertas pelas suposições seguras em que se baseiam as normas de projeto (EFNARC
2005). No entanto, a composição do CAA se distingue da do concreto tradicional em alguns
52
pontos como a alta taxa de materiais finos e a utilização de aditivos com maior intensidade,
como já descrito anteriormente.
A EFNARC (2005) descreve sobre as características mecânicas do CAA
comparando-as as do CCV. Reportamos a seguir estes comparativos com inserções de
outras publicações.
4.4.1. Resistência à compressão
O CAA com uma relação a/c ou a/pó semelhante terá uma resistência ligeiramente
maior em comparação ao CCV. Isso ocorre em função da ausência de vibração o que acaba
gerando um aumento na interface entre o agregado e a pasta endurecida. Pela avaliação da
resistência à compressão, que é a característica mais especificada e avaliada entre todas as
do concreto endurecido, um bom número de outras características mecânicas do CAA
podem ser avaliadas, pois há relações pré-estabelecidas entre elas e especificadas em
normas (EFNARC, 2005). Também se pode avaliar o desenvolvimento dessa resistência
pelo método de ensaio de maturidade do concreto ASTM C1074 (Tutikian et al., 2012). A
figura 16 descreve fatores que influenciam na resistência à compressão do CCV e podem
ser utilizadas para o CAA.
Figura 16 - Fatores que influenciam a resistência do concreto. Fonte: Mehta e Monteiro (2008)
53
4.4.2. Resistência à tração
O concreto autoadensável pode ser fornecido com qualquer classe de resistência à
compressão especificada. Para uma dada classe de resistência do concreto e de acordo com
a sua maturidade, a resistência à tração pode ser seguramente admita da mesma forma que a
resistência à tração para um concreto convencional. Domone (2007) confirma que a razão
entre as resistências à tração e à compressão para o CAA é semelhante ao do CCV. Sideris
e Manita (2013) em seus estudos confirmam o mesmo comportamento nas resistências
residuais à tração para os CAAs e os CCVs reforçados com fibras submetidos a altas
temperaturas.
4.4.3. Módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade (E), é utilizado no cálculo da deformação elástica, muitas
vezes é o parâmetro de controle para o cálculo de lajes e de elementos pré ou pós
tensionados. Como grande parte do volume do concreto é constituído de agregados, o tipo e
a quantidade dos agregados, assim como o seu módulo têm grande influência sobre o
módulo do concreto. Ao se selecionar um agregado com um valor de módulo alto este irá
aumentar o módulo de elasticidade do concreto. No entanto, a pasta apresenta valores de
módulo inferiores ao do agregado indicando que o aumento do volume de pasta poderia
diminuir o módulo. O CAA muitas vezes tem um conteúdo de pasta maior do que o CCV,
portanto algumas diferenças podem ser esperadas e o valor do módulo pode ser um pouco
menor.
Nikbin et al. (2014), mostra em seu trabalho e de outros autores que, apesar da
dispersão de dados em relação ao módulo de elasticidade o CAA apresenta resistências
mais baixas, valores de módulo maiores em relação ao CCV, porém em resistências mais
baixas o inverso acontece. Isso ocorre devido a alta taxa de finos na pasta do CAA o que
melhora o efeito da zona de transição sobre o módulo; já sob cargas mais altas o efeito do
54
volume de agregado suplanta a melhoria da zona de transição e da diminuição de vazios
pelos finos (figura 16).
Figura 17- Módulo de elasticidade x Resistência à compressão. Fonte: Nikbin et al.(2014).
Se o CAA tiver um módulo de elasticidade ligeiramente menor do que o CCV, isto
irá afetar a relação entre a resistência à compressão e a curvatura devido à protensão ou
pós-tensão. Por esta razão, um controle cuidadoso deve ser exercido sobre a força aplicada
no momento em que a protensão ou a pós-tensão dos cabos ou fios são liberadas (EFNARC
2005).
4.4.4. Fluência
A fluência pode ser definada como o aumento gradual da deformação com o tempo
e sob a aplicação de uma carga constante, levando-se em conta outras deformações não
dependentes da carga aplicada como, a retração por secagem a expansão e a deformação
térmica. A origem da fluência está intimamente ligada a pasta de cimento saturada
(EFNARC, 2005; Mehta e Monterio, 2008).
A fluência ocorre na pasta de cimento e é influenciada pela sua porosidade, que
está diretamente relacionada à sua relação água/cimento. Durante a hidratação, a
porosidade da pasta de cimento se reduz assim, para um dado concreto, a deformação reduz
e a resistência aumenta. O tipo de cimento também é importante, se a resistência referente a
idade é fixada, cimentos que hidratam mais rapidamente terão maior resistência com a
55
idade de carregamento, uma menor relação tensão/força e uma fluência inferior. Como os
agregados restringem a fluência da pasta de cimento, quanto maior o volume do agregado e
quanto maior o valor do módulo do agregado, menor será a fluência (EFNARC, 2005).
Portanto é esperado para o CAA um coefiente de fluência maior em relação a um
CCV de mesma resistência, pois a porcentagem de pasta no CAA é maior. Isso é
confirmado nos experimentos feitos por Arezoumandi et al.(2014), que constatou em seus
resultados diferenças médias de fluência até 6% maiores para o CAA em relação ao CCV,
diferenças médias superadas consideravelmente quando olhados os resultados individuais.
4.4.5. Retração
A retração nos concretos ocorre de duas formas, autógena e por secagem. A retração
autógena é provocada pelo uso da água nos processos de formação dos produtos do cimento
devido à sua hidratação. Como os produtos hidratados tem menor volume que os originais
do cimento e da água isso provoca esforços de tração dentro da pasta ocasionando a
retração autógena. Já a retração por secagem ocorre pela diferença de umidade entre a pasta
de cimento e o ambiente, fazendo a água adsorvida fisicamente na pasta migrar para fora do
concreto. Esta perda é muito lenta e as tensões geradas por ela acabam sendo balanceadas
pelas geradas pelo processo de fluência (Mehta e Monterio 2008; EFNARC, 2005).
Como a pasta é a principal fonte alimentadora da retração por secagem, é esperado
que o CAA apresente índices deste tipo de retração maiores que o CCV, pois com já citado
anteriormente ele possui um volume maior de pasta em relação ao CCV, sendo também
influenciado pela quantidade de agregados e seu módulo de deformação (Girotto et al.,
2012).
4.4.6. Expansão Térmica
As propriedades de variação térmica do concreto são controladas pelo coeficiente de
expansão térmica, que é a tensão produzida no concreto pela variação de uma unidade de
56
temperatura. Este coeficiente está intimamente ligado ao coeficiente de expansão térmica
do agregado utilizado no concreto (figura 18), sendo que, para os agregados oriundos de
rochas e minerais normalmente utilizados, estes coeficientes ficam entre 5 e 12 x 10-6/ºC
(Mehta e Monteiro, 2008).
Segundo EFNARC (2005) o coeficiente de expansão térmica de concreto varia de
acordo com a sua composição, a idade e teor de umidade. À medida que a massa do
concreto compreende agregados, utilizar um agregado com um menor coeficiente de
expansão térmica irá reduzir o coeficiente de expansão térmica do concreto resultante. A
redução do coeficiente de expansão térmica conduz a uma redução proporcional na
armadura para controle de fissura. Ainda segundo EFNARC (2005) os coeficientes
adotados para o concreto convencional podem ser utilizados para o concreto autoadensável
(figura 19).
Figura 18- Influência do tipo de agregado no coeficiente de expansão térmica do concreto. Fonte: Mehta e
Monteiro (2008).
4.4.7. Aderência concreto/aço
O concreto armado é baseado em uma ligação efetiva entre as barras da armadura e
o concreto. A eficácia de ligação é afetada pela posição das barras embebidas e a qualidade
do concreto como molde. Uma cobertura de concreto adequada é necessária a fim de
transferir adequadamente tensões de aderência entre o aço e concreto (EFNARC 2005).
57
Uma ligação fraca resulta muitas vezes de uma falha do concreto para encapsular
totalmente a barra durante a aplicação, a exsudação ou a segregação do concreto fresco o
que reduz a qualidade do contato com a superfície inferior da barra (efeito este mais
comum em barras na parte superior da peça concretada). Os CAAs devido ao seu maior
índice de pasta, coesão e a ausência de vibração acabam tendo o melhor efeito de aderência
em relação ao CCV (Trezos et al., 2014).
4.4.8. Cisalhamento nos planos de concretagem
A superfície endurecida do CAA após aplicação e endurecimento pode ser bastante
lisa e impermeável. Sem qualquer tratamento de superfície após a colocação da primeira
camada, a resistência à força de cisalhamento entre a primeira e a segunda camada pode ser
inferior a do concreto vibrado e assim ser insuficiente para realizar qualquer resistência ao
cisalhamento dos planos. Um tratamento de superfície, tais como retardadores pega de
superfície, escovar ou aumentar a rugosidade da superfície deve ser suficiente (Uijl, 2004;
Janmaat e Welzen, 2004 apud EFNARC, 2005).
4.4.9. Resistência ao fogo
“A resistência ao fogo é uma propriedade do material que impede ou retarda a
passagem do calor excessivo ou chamas em condições de uso. No caso dos elementos de
construção, é definida como a capacidade de um elemento para confinar um incêndio ou
para continuar a sua função estrutural, ou ambas, durante um período de tempo indicado”
segundo a definição da EM ISSO 13943(2000,apud Bakhtiyari, 2011).
O concreto é incombustível e não propaga chamas. Ele não produz fumaça, gases
tóxicos ou emissões quando expostos ao fogo e nem contribui para a carga de incêndio. O
concreto tem uma baixa taxa de transferência de calor, que o torna um escudo eficaz contra
o fogo em relação a ambientes adjacentes e mantém grande parte de sua resistência em
condições típicas de fogo (EFNARC, 2005).
58
Bakhtiyari et al. (2011), levando em conta seus resultados considera que, a
temperatura de 500º C é a temperatura crítica para concretos expostos ao fogo,
considerando que para elementos estruturais a perda de resistência não é considerável antes
desta temperatura e esta perda só ocorre em temperaturas mais altas devido a deterioração
da pasta e perda significativa de adesão.
Ainda segundo Bakhtiyari et al. (2011), o CAA é mais susceptível ao lascamento
que o CCV, porém em altas temperaturas as resistências residuais caem mais rapidamente
para o CCV em relação ao CAA. Devem-se considerar também os tipos de misturas a
serem feitas e seus efeitos assim como, a idade e as condições do CAA. Sideris e Manita
(2013) também chegaram as mesmas conclusões com relação as condições do CAA e suas
adições, porém considerando as reações dos dois concreto como iguais para condições de
altas temperaturas.
4.4.10. Durabilidade
É essencial para estruturas de concreto um bom desempenho não só dentro de suas
exigências mecânicas específicas, mas também das suas expectativas quanto a sua
durabilidade. Muitas vezes a durabilidade do concreto é negligenciada, até mesmo por
engenheiros, em virtude de se fazer a suposição de que um concreto resistente, também é
durável. Vale a pena notar que as estruturas de concreto estão sujeitas as mais diferentes
formas de ataques, tanto por mecanismos de deterioração físicos como químicos, muitas
dos quais ainda necessitam de uma série de pesquisas, a fim de ser totalmente explicados e
compreendidos. Todos os mecanismos de degradação envolvem processos complexos que
ocorrem no esqueleto dos poros do concreto e a grande maioria dos problemas de
durabilidade são devidos às ações sinérgicas entre dois ou mais processos diferentes
(Kanellopoulos et al., 2012).
O alto índice de finos, a ausência de vibração e consequentemente menor número de
vazios e menor permeabilidade garantem ao CAA uma durabilidade maior em relação aos
concretos convencionais (Tutikian e Dal Molin, 2008; EFNARC 2005). Isso é confirmado
59
em estudos de Tutikian (2007) e Siddique (2010) por meio de ensaios de penetração de
cloretos.
Kanellopoulos et al. (2012), afirma que existe correlação linear entre os três
indicadores de durabilidade para os materiais finos específicos utilizados nas misturas
CAA. Isto demonstra que, estas propriedades estão relacionadas e uma alteração em uma
delas automaticamente afeta as outras. No entanto, a inclusão de diferentes tipos de filers
na composição do traço pode alterar a microestrutura das amostras endurecidas e, assim,
podem conduzir a diferentes tipos de correlações. Porém afirma que com testes simples de
durabilidade pode ser utilizados para se tirar conclusões sobre a durabilidade do CAA.
4.5. Propriedades do CAA no estado fresco
Segundo EFENARC (2002) um concreto só é considerado autoadensável se tiver
simultaneamente três características: fluidez, coesão necessária para a mistura escoar
intacta entre as barras de aço (chamada de habilidade passante) e resistência a segregação.
Essas características são as que diferem o CAA do CCV, nas demais eles devem apresentar
resultados similares entre um e o outro.
A trabalhabilidade e as propriedades reológicas fundamentais, a evolução reversível
e não reversível, a tixotropia, a perda de abatimento, o tempo de pega, a exsudação, a
segregação e as questões práticas relacionadas com o enchimento e pressão das fôrmas são
tratadas entre as propriedades do concreto fresco (Kovler e Roussel, 2011).
Segundo Kovler e Roussel (2011) tem que se dar especial atenção aos aspectos de
testes das propriedades do concreto, a interpretação dos resultados dos testes, modelagem e
previsão de propriedades, bem como a correlação entre as propriedades do concreto fresco
e sua durabilidade, efeitos de aglomerantes especiais, tipos de agregados, reforço de fibra,
adições minerais e químicas, e propriedades de concretos especiais.
60
4.5.1. Reologia
O estudo do comportamento de um fluxo é chamado de reologia. O CAA do ponto
de vista da reologia tem um comportamento que pode ser entendido pelo modelo de
Bingham (Roussel et al., 2005; apud Tutikian e Dal Molin, 2008).
Segundo Lu et al.(2015) o modelo de Bingham só deve ser usado para a descrição
do comportamento de fluxo no interior da região da taxa de cisalhamento testado durante a
medição reológica. Embora válido na maioria dos casos, o concreto fresco pode nem
sempre ser considerado como um fluido de Bingham. Em alguns casos, por exemplo, na
Bélgica (Barnes et al., 1989; Heirman et al., 2008; apud Lu et al., 2015) e países vizinhos,
concreto autoadensável demonstra muitas vezes um comportamento não linear. Mas como é
geralmente aceito o concreto fresco, com boa precisão, pode ser considerado como um
fluido de Bingham.
Para Tutikian e Dal Molin (2008) o CAA é caracterizado como tal fluído, pois
apresenta os dois parâmetros principais: a viscosidade plástica e a tensão de cisalhamento.
O primeiro parâmetro determina o fluxo do material enquanto o segundo determina o
movimento do CAA. Portanto o CAA apresenta baixa tensão de cisalhamento com alta
viscosidade o que lhe dá características de alta fluidez sem segregação.
Dentro destes conceitos da reologia, podemos dizer que a auto compactação do
CAA é o fenômeno que o conceitua e este envolve alta fluidez com coesão. Okamura e
Ouchi (2003) definem que para ser obter um concreto com as propriedades reológicas
necessárias, não basta ter apenas auto adensabilidade das pastas e argamassas, mas também
uma resistência à segregação entre o agregado graúdo e a argamassa, no momento em que o
concreto flui em uma zona de armadura dentro de um ambiente confinado.
Para se conseguir estas propriedades do CAA é comum usar uma baixa relação a/c e
aditivos redutores de água em maior quantidade. Além disso, é necessário, a fim de evitar a
segregação e alcançar uma elevada fluidez, o uso de superplastificantes para dar fluidez e
um volume elevado de cimento, que funciona tanto para o aumento de resistência e quanto
da viscosidade. Para se reduzir o custo do CAA, o uso de misturas minerais, tais como
sílica ativa, cinzas volantes, escória de alto forno e fílers diversos, reduz as despesas com
61
materiais e melhoram as propriedades CAA tanto em estado no fresco como no endurecido
(Lu et al., 2015).
No Brasil a validação das propriedades do CAA em estado fresco tem parâmetros
estipulados pela ABNT NBR 15823:2010, que traz os requisitos para classificação, controle
e aceitação no estado fresco, define limites para classes de auto adensabilidade e descreve
metodologias de ensaios. Esta norma observa que os seus requisitos são aplicáveis para
concreto de massa específica entre 2000 e 2800 kg/m³, sendo que sua utilização para
determinação de parâmetros de CAAs, que tenham densidades fora dos parâmetros
anteriores, deve ser avaliada de forma individualizada (ABNT NBR 15823:2010).
4.5.2. Pressão nas formas
Para Tutikian e Dal Molin (2008) afirma a importância do estudo sobre a pressão
exercida pelo CAA nas fôrmas durante a sua aplicação, uma vez que ela é maior em
comparação com a do CCV, podendo fazer com que as formas cedam se houver cuidados
extras.
Segundo Omran e Khayal (2014), a pressão lateral na fôrma exercida pelo concreto
é afetada por diversos fatores: pela composição da mistura, pelas condições de aplicação e
pelas características da fôrma. A composição da mistura inclui tipo de ligante e teor,
materiais cimentícios suplementares, adições, fator a/c, o teor e as características do
agregado graúdo, o volume de pasta, de aditivos químicos, peso específico de concreto,
consistência do concreto e temperatura. A tixotropia do concreto aqui expressa em termos
de carga estrutural em repouso é utilizado para refletir o efeito total dos fatores de dosagem
da mistura sobre a pressão na fôrma.
A Tixotropia pode ser definida como uma diminuição, com o tempo, de viscosidade
sob tensão de cisalhamento constante ou taxa de cisalhamento, seguida por uma
recuperação gradual quando a taxa de estresse ou de cisalhamento é removido (Barnes et
al.,1989; apud Omran e Khayal, 2014). O comportamento tixotrópico normalmente ocorre
em materiais heterogêneos, devido às interações no nível molecular. Na pasta de cimento,
62
tixotropia é governada por uma combinação de coagulação reversível, dispersão, e em
seguida, recoagulação das partículas de cimento (Wallevik, 2003; apud Omran e Khayal,
2014). O controle deste fenômeno pode controlar a pressão nas formas, por meio da
velocidade de concretagem, uma vez que com velocidades menores a tensão de
cisalhamento diminui e consequentemente a viscosidade aumenta e a pressão nas formas
também (Tutikian e Dal Molin, 2008).
Lomboy et al. (2014) concluiu em seus experimentos que há a redução da pressão
da fôrma quando ocorre a hidratação dos materiais cimenticios. A sequência através da qual
a pressão lateral diminui para zero coincide com a taxa de aumento de tixotropia, isto é,
quanto maior a taxa de tixotropia, mais cedo ocorre a diminuição das pressões para zero.
Não foi encontrada uma correlação entre a definição de tempo de redução de pressão da
fôrma e o desenvolvimento de resistência à compressão nas primeiras idades.
Omran et al. (2012), observa que: há uma relação entre a dosagem de misturas do
CAA e a pressão exercida por ele na fôrma; a diminuição do volume de pasta e o aumento
do volume de agregado graúdo diminui a pressão lateral; a queda da pressão é mais lenta
conforme se diminui o volume de pasta; para um dado teor de pasta a diminuição do
volume de areia aumenta a tixotropia e diminui a pressão lateral; o aumento do fluxo do
CAA diminui a tixotropia e aumenta a pressão lateral; a diminuição da pressão lateral é
mais acentuada na primeira hora após a aplicação em relação a média da diminuição da
pressão durante a aplicação.
4.6. Controle das propriedades em estado fresco
Pela ABNT NBR 15823:2010, para cada tipo e classe de CAA a ser utilizado em
uma estrutura ou elemento estrutural e fabricação de pré moldados, deve haver uma
comprovação por ensaios das propriedades do estado fresco e sua aceitação. Quando este é
recebido em obra e dosado em central, deve levar em consideração os resultados dos
ensaios e comparados com os limites da norma para:
fluidez ;
63
viscosidade aparente;
habilidade passante.
A tabela 10 traz a classificação do CAA pelas propriedades do estado fresco:
Tabela 10- Classificação do CAA. Fonte: adaptado de ABNT NBR 15823-1.
Espalhamento (slump flow)
Classe Espalhamento (mm) Método de ensaio
SF 1 550 a 650
ABNT NBR 15823 - 2 SF 2 660 a 750
SF 3 760 a 850
Viscosidade plástica aparente t500 (sob fluxo livre)
Classe t500 (s) Método de ensaio
VS 1 ≤ 2 ABNT NBR 15823 - 2
VS 2 > 2
Habilidade passante pelo anel J (sob fluxo livre)
Classe Anel J (mm) Método de ensaio
PJ 1 0 a 25 c/ 16 barras de aço ABNT NBR 15823 - 3
PJ 2 25 a 50 c/ 16 barras de aço
Habilidade passante caixa L (sob fluxo confinado)
Classe Caixa L (H2/H1) Método de ensaio
PL1 ≥ 0,80 c/ duas barras de aço ABNT NBR 15823 - 4
PL2 ≥ 0,80 c/ duas barras de aço
Viscosidade plástica aparente pelo funil V (sob fluxo confinado)
Classe Funil V (s) Método de ensaio
VF 1 < 9 ABNT NBR 15823 - 5
VF 2 9 a 25
Resistência à segregação pela coluna de segregação
Classe Coluna de Segregação (%) Método de ensaio
SR 1 ≤ 20 ABNT NBR 15823 - 6
SR 2 ≤ 15
A EFNARC (2002), faz algumas considerações sobre os métodos de controle da
trabalhabilidade do CAA aplicáveis às normas brasileiras pois, as duas tem os mesmos
princípios:
a necessidade de medir três propriedades requeridas, traz a principal dificuldade
em utilizar os testes, pois nenhum deles cobre esta necessidade sozinho;
64
ainda falta uma relação clara entre os resultados experimentais e a aplicação no
canteiro de obras;
os dados ainda são imprecisos, assim falta clareza dos limites;
os equipamentos são previstos para agregados graúdos com dimensão máxima de
20 mm, para dimensões maiores há necessidade de ajustes;
não há considerações sobre o lançamento em estruturas horizontais ou verticais;
se as armaduras forem muito densas também deve-se ajustar os equipamentos.
4.6.1. Fluidez e viscosidade aparente.
Para a determinação da fluidez em fluxo livre pode-se utilizar a metodologia de
medição do escoamento e do tempo de escoamento pelo método do cone de Abrams (slump
flow test). Este ensaio permite a averiguação não só do escoamento como a verificação
visual da segregação do CAA (Tutikian e Dal Molin, 2008). Na figura 20 pode-se notar na
imagem (a) a segregação caracterizada pela concentração de agregados graúdos no centro
da massa de concreto enquanto que as bordas apresentam nitidamente exsudação com uma
alta concentração de pasta e água livre, já na imagem (b), nota-se claramente a distribuição
homogênea dos agregados por toda massa, sem a segregação e a exsudação nas bordas.
Figura 19 - Verificação da segregação no CAA no ensaio de espalhamento: (a) segregado; (b) sem segregação.
Fonte (a): Tutikian e Dal Molin (2008).
65
Dentre os ensaios do CAA este é um dos mais simples e que pode ser executado
utilizando-se os mesmos equipamentos empregados para a medição de abatimento do CCV,
portanto facilmente executado em obra.
Os equipamentos utilizados são o cone de Abrans, o mesmo utilizado para a
determinação do ensaio de abatimento, uma base de 1000x1000 mm lisa com a marcação
de três círculos concêntricos a partir do centro da placa medindo cada um deles 100, 200 e
500 mm, sendo que os dois primeiros são utilizados para o posicionamento do cone e o
último para determinação do t500. Também é necessária a utilização de um cronômetro
(figura 20).
Figura 20 - Conjunto para medição de espalhamento. Fonte: ABNT NBR 15823:2010.
Segundo a ABNT NBR 15823-2:2010 o ensaio é realizado inicialmente
umedecendo a placa e o cone, posicionando-se o cone no centro da placa e travando com os
pés para evitar deslocamento do conjunto. Depois se preenche o cone com a amostra de
concreto e posteriormente se retira o cone, acionando o cronômetro ao mesmo tempo,
verifica-se o tempo para a massa de concreto atingir a marca de 500 e anota-se o valor em
segundos e décimos para o t500. Quando a massa de concreto cessar o deslocamento mede-
se o diâmetro de abertura do concreto. A figura (21) demonstra o esquema do ensaio.
66
Figura 21 - Esquema gráfico da realização do ensaio de escoamento. Fonte: ABNT NBR 15823-2:2010.
O resultado do ensaio de espalhamento é dado pela média da medida de dois
diâmetros ortogonais em milímetros, enquanto que o resultado do t500 é o tempo que a
massa de concreto demorou a atingir a marca de 500 mm. Quanto maior a medida do
espalhamento mais fluida é a mistura e, quanto menor o valor de t500, menor será a
viscosidade aparente do concreto. Quando a fluidez é alta e a viscosidade aparente é baixa,
em limites não aceitáveis, ajustes devem ser feitos e quando o oposto ocorre também são
necessários ajustes (figura 22).
4.6.2 Habilidade passante
Para a determinação da habilidade passante em fluxo livre, são usados os mesmos
equipamentos da determinação da fluidez além do anel J, que consiste em um anel metálico
de 300 mm de diâmetro e 120 mm de altura, formado verticalmente de um conjunto de
barras de aço de 10 mm distanciadas 58 mm entre si (ABNT NBR 15823:2010).
O procedimento é praticamente o mesmo do procedimento anterior, porém com a
colocação do anel J (figura 22) entre as marcações de 200 mm e 500 mm e o
posicionamento do cone de forma invertida, ou seja, com a abertura menor para baixo.
67
Figura 22 - Anel J, posicionamento para ensaio. Fonte: ABNT NBR 15823-3:2010.
Os resultados são obtidos pela determinação da média de dois diâmetros ortogonais
após o término do espalhamento com o anel J.
Os resultados vão mostrar as diferenças de fluidez e a capacidade de deslocamento
da massa de concreto quando na presença de armadura, sendo possível a verificação da
segregação provocada pelas barras, assim como se a viscosidade e a fluidez são as ideais
para envolver as barras. Por estas observações e pelas limitações da norma, verifica-se a
necessidade de ajustes na dosagem do CAA.
A habilidade passante em fluxo confinado, é verificada utilizando-se o método da
caixa L (figura 24), da ABNT NBR 15823-4:2010, utilizando-se de uma caixa composta de
dois compartimentos, um vertical e outro horizontal, de material não absorvente e não
reativo aos elementos do concreto. Onde se preenche o compartimento vertical com a
massa de concreto e depois se libera a sua passagem para o horizontal, passando por um
conjunto de 3 barras 12,5 mm, e ao término do escoamento da massa de concreto se mede
as alturas da mistura no trecho vertical (H1) e no trecho horizontal (H2), a razão entre as
duas é o resultado do ensaio.
68
Figura 23 - Caixa L. Fonte: ABNT NBR 15823-4:2010.
4.7. Dosagem do CAA
Segundo Borja (2011), existem vários métodos de dosagem do CAA, em todos eles
a meta é sempre alcançar a fluidez adequada, estabilidade (viscosidade ideal) e capacidade
de aplicação com o menor custo possível.
Segundo Daczko e Vachon (2006) apud Borja (2011) existem quatro premissas a se
seguir para a determinação de um traço de CAA:
1) Concepção da pasta: é o componente responsável pelo desenvolvimento da
resistência e durabilidade do concreto e a parte essencial do projeto da pasta é o
estabelecimento das relações água cimento e outros materiais aglomerantes, sem se
esquecer das adições minerais e químicas, tudo isso em função das características de
resistência e durabilidade.
2) Otimização da quantidade de pasta: este é o ponto crítico no processo de
dosagem do CAA, pois o concreto só se torna plástico quando os vazios entre os agregados
são preenchidos. A pasta preenche estes vazios e acaba distanciando os agregados e
atuando como um lubrificante, eliminando o atrito, dando assim fluidez ao concreto, para o
CAA o volume de pasta é alto em relação ao CCV. Desta forma para se manter uma fluidez
ideal, tem que se fazer um ajuste ideal entre o volume de vazios, quantidade de pasta e
69
agregados. É bom salientar que boa parte da fluidez da pasta é dada pelos aditivos
superplastificantes.
3) Proporcionamento dos agregados: a quantidade e a dimensão dos agregados
influenciam diretamente no consumo de pasta para o enchimento, agregados maiores
consomem menos matéria prima da pasta e diminuem o custo, agregados com continuidade
na granulometria proporcionam um melhor empacotamento obtendo-se assim uma maior
densidade, porém agregados graúdos em grande quantidades e dimensões elevadas (> 20
mm), podem restringir o fluxo do CAA pelas armaduras. O ideal é boa fluidez com o
melhor de empacotamento possível.
4) Dosagem de aditivos: não se obtém fluidez para o CAA somente com água, pois
seu excesso traz inúmeras patologias, sendo, portanto necessária a utilização de aditivos
plastificantes ou superplastificantes. No entanto a fluidez causada por estes aditivos diminui
a viscosidade podendo provocar a exsudação e segregação. Para se controlar esses efeitos, é
necessária a utilização de materiais finos, ou caso haja dificuldade em encontrá-los utiliza-
se moderadores de viscosidade (VMA).
Gomes e Barros (2009) mostram em sua publicação nove métodos diferentes de
dosagem para o CAA, sem uma definição de qual deles seria o melhor e mais econômico.
Mas todos os métodos se baseiam no estudo dos agregados disponíveis, na configuração da
pasta, no preenchimento dos vazios, nas características das pastas e dos agregados, com
exceção do método “Modelo do Empacotamento Compressível”, que é baseado na teoria
sobre empacotamento de misturas secas, desenvolvido por De Larrard e sua equipe em
1999, na França (Formagini, 2005 apud Gomes e Barros, 2009).
70
71
5 CONCRETO LEVE AUTOADENSÁVEL
5.1. Introdução ao concreto leve autoadensável (CLAA)
Uma grande quantidade de trabalhos experimentais tem sido relatada e existem
vários exemplos do uso do concreto autoadensável de peso normal (CAA). No entanto, até
o momento, poucos estudos têm sido publicados sobre a produção e caracterização do
concreto leve autoadensável (CLAA) (Bogas et al., 2012). Domone (2006) faz um
levantamento de estudos sobre CAA e até aquele momento relata apenas dois casos de
aplicação do CLAA, com agregado graúdo leve, em um tabuleiro de ponte e outro em
reforço de painéis estruturais, Sugiyama (2003) apud Bogas et al. (2006) cita apenas seis
casos de aplicação de CLAA no Japão.
Ainda segundo Bogas et al. (2006), estes estudos tendem a apresentar grandes
quantidades de materiais nobres com alto teor de adições e cerca de 0,3m3/m3 de agregado
leve já saturado.
Levando-se em conta a redução de peso e facilidade de aplicação, o CLAA pode ser
a resposta para as crescentes exigências da construção de elementos estruturais mais
delgados e mais fortemente armados. Além disso, a vibração no concreto leve tende a ser
menos eficiente, o que torna potencialmente mais competitivo o CLAA. O aumento no
custo de produção do CLAA é menor do que para CCV. De fato, desde que os concretos
leves vibrados são normalmente produzidos com maiores volumes de material aglomerante
a diferença, entre eles e os CLAA é menos significativa (Bogas et al., 2006).
Segundo Cui et al. (2010) para se produzir uma mistura homogênea e coesa
autoadensável é exigida uma grande quantidade de material fino em relação ao concreto
vibrado convencional. O concreto leve também exige grande proporção de pasta de cimento
para alcançar a trabalhabilidade adequada e a resistência à compressão estipulada em
projeto. Portanto, a maior exigência de aglomerantes do concreto leve é semelhante à
72
exigência para o CAA, fazendo com que concreto leve autoadensável (CLAA) possa ser
produzido sob os mesmos princípios da CAA tradicional. O estudo comparativo preliminar
sobre a trabalhabilidade e as propriedades mecânicas do CLAA em relação a concretos
normais autoadensáveis (Person, 2001 apud Cui et al., 2010) indicou que o CLAA é um
material potencial para a reparação e manutenção de estruturas antigas de concreto. Estudos
sobre fluidez e durabilidade de CLAA também concluíram que a alta resistência, excelentes
fluidez e durabilidade poderiam ser alcançadas.
5.2. Materiais
Os materiais utilizados no CLAA, em sua maior parte, são os mesmos materiais que
normalmente se utiliza no CAA e no concreto leve comum, ou seja teríamos além da alta
quantidade de materiais finos, aglomerantes e adições minerais reativas ou não,
plastificantes ou superplastificantes, aditivos modificadores de viscosidade, agregado
miúdo natural ou artificial e agregado graúdo (todos esse materiais foram descritos no
capitulo anterior quando tratamos sobre o CAA).
Os agregados leves entram na mistura do CLAA, em substituições totais ou parciais
dos agregados de massa convencional, para dar ao CLAA a sua característica principal que
é a de menor massa específica em relação ao CAA. Como já descrito de forma mais
minuciosa no capítulo 3, normalmente os agregados leves podem ser de origem natural,
como pedras pomes ou tufo, de origem artificial, fabricados como a argila expandida ou
poliestireno expandido, ou ainda de rejeitos industriais, como materiais resultantes da
indústria cerâmica. Assim como todos os outros materiais, estes agregados são utilizados
conforme sua disponibilidade na região onde o CLAA está sendo desenvolvido.
Bogas et al. (2010) em Portugal, desenvolveu estudos com Leca, uma argila
expandida produzida em Portugal e Arlita produzida na Espanha, com resultados de 37,4
MPa a 60,8 MPa para as resistências à compressão com uma massa de materiais finos 490 a
599 Kg/m³ e 33% de cinzas volantes. Abdelaziz (2010) no Egito, produziu CLAAs com
agregado calcário e uma argila expandida produzida localmente, conseguindo desempenhos
73
no estado fresco bem próximos do CAA feito no estudo, somente ajustando as dosagens de
SP e a relação do agregado leve / areia. Topçu e Uygunoglu (2010) na Turquia
desenvolveram estudos comparativos de desempenho de três tipos de agregados diferentes
na composição de CLAA, pedra pomes, tufo e diatomita, concluindo que o melhor
desempenho foi da pedra pomes, com melhor interação na zona de transição, melhor
resistência à compressão e à tração, com baixa massa específica e bom isolamento térmico.
5.3. Características do CLAA
5.3.1. Estado Fresco
Yanai et al. (1999) apud Papanicolaou e Kaffetzakis (2011) estuda a influência do
tipo e proporções de agregados leves (neste estudo perlita artificial) de diferentes
densidades e a cinza de carvão, a proporção de água/pó sobre o CLAA, e suas
características auto adensabilidade, de resistência e durabilidade (resistência em ciclos de
congelamento e descongelamento). Seus resultados mostraram que o concreto pode ser
dotado com uma excelente capacidade de escoamento, de auto adensabilidade e resistência
à segregação, ajustando-se a quantidade do agregado leve (AL) e a proporção água/pó em
volume de acordo com as propriedades do AL . Observou-se que a utilização de grandes
quantidades de ALs resultou no aumento de fluidez e da capacidade de enchimento das
misturas e as suas resistências de compressão. Isso é atribuído à diminuição da diferença de
densidades entre agregados e pastas.
Mechtcherine et al. (2001) apud Papanicolaou e Kaffetzakis (2011) utilizaram em
seus estudos agregados graúdos de ardósia expandida e argila expandida e, areia de rio e
agregado miúdo leve (argila expandida e escória de alto forno). Os pesquisadores basearam
o desenvolvimento de misturas CLAA sobre a investigação do efeito da variação do
volume água/pasta nas características reológicas (fluidez e viscosidade) das fases tanto da
pasta (materiais cimentícios + materiais finos + água + superplastificantes) quanto da
argamassa (pasta + areia + VMA), investigando também os efeitos das variações dos teores
74
de pasta na argamassa. Este procedimento levou a produção de cinco misturas com
densidades que variam de 1440 kg/m3 a 1880 kg/m3, e utilizou-se de agregados saturados
na mistura para neutralizar a absorção de água da sua estrutura porosa. Apesar do fato das
misturas desenvolvidas apresentarem valores de espalha que correspondem aos valores para
CAA peso normal, os resultados de espalhando T500 e funil V foram altos para as misturas
de CAA (estes valores aumentam com o decréscimo da densidade). Também, constataram
que o comportamento de fratura frágil do CLAA foi atenuado pela adição de fibras de aço
(0,5% em volume de cimento).
Choi et al. (2006) faz uma boa investigação da influência de se substituir tanto as
frações de agregado graúdo quanto as do miúdo convencionais por agregados leves
artificiais, sobre as propriedades mecânicas e reológicas do concreto. Os ensaios de Slump-
Flow e T500 apresentaram valores para todas as misturas dentro dos limites geralmente
aceites para CAA, enquanto os valores para funil V e caixa-U foram insatisfatórios (de
acordo com a classificação de segunda classe da JSCE), especialmente para as misturas nas
quais os agregados miúdos foram parcialmente ou totalmente substituídos por areia leve.
Isto corrobora com as observações de Yanai et al. (1999) apud Papanicolaou e Kaffetzakis
(2011).
Kim et al. (2010) investigaram as características de CAA semi-leve (2000 kg/m3 -
2300 kg/m3) usando dois tipos de agregados leves artificiais artificial com diferentes
densidades. Relataram que a fluidez aumenta com a menor densidade dos agregados leves,
mas a resistência à segregação tende a diminuir.
A propriedade crítica em estado fresco, que pode ser vantajoso para CLAA é a sua
capacidade de bombeamento. Em um estudo realizado por Haist et al. (2003) apud
Papanicolaou e Kaffetzakis (2011), os autores afirmam que a elevadas quantidades de finos
nas argamassas tornam CLAA um material ideal para o bombeamento, desde que o grande
problema da absorção de água pelos agregados leves sob pressão de bombeamento seja
tratada através da composição cuidadosa da pasta. Em particular, o conteúdo e distribuição
de finos com um diâmetro comparável à magnitude de poros na superfície dos agregados
leves é considerada crucial no processo de absorção de bombeamento. Para avaliar o
desempenho de misturas CLAA durante o bombeamento três misturas foram produzidas:
75
um CAA, um CLAA contendo areia convencional e um CLAA com o total de agregados
leves. Ao avaliar as propriedades de trabalhabilidade (através de testes de funil V e Slump-
Flow) de todas as misturas depois de passar por um sistema de bombeamento fechado por
várias vezes, o "CLAA total" exibiu as características mais elevadas de retenção de
trabalhabilidade, ao passo que o CLAA com areia convencional exibiu valores menores.
Este desempenho foi atribuído principalmente à estrutura porosa aberta da areia leve e,
consequentemente, à sua capacidade de absorver pasta e depois liberá-la, dependendo das
condições de pressão, mantendo o fluidez da mistura correta e a resistência a segregação.
Também destaca-se que no caso de CLAA no caminhão-misturador, é necessário aumentar
ainda mais a quantidade de água adicional da mistura, devido a grande absorção de água da
mistura pelos agregados leves e também pela quantidade de água que é absorvida sob alta
pressão. Aditivos modificadores de viscosidade, neste caso seriam bem aceitos.
5.3.2. Estado Endurecido
Lo et al. (2007) compararam a trabalhabilidade e as propriedades mecânicas e do
CAA e do CLAA com agregados de xisto expandido com resistências à compressão
aproximadamente iguais. A fim de produzir misturas com resistência à compressão
comparáveis, mistura dos materiais aglomerantes (cimento + cinzas volantes) foram
mantidas constantes para ambos os tipos de concreto; para as misturas de CLAA foram
utilizadas maiores quantidades de cimento e baixas relações água/aglomerante. Observou-
se que todos os CLAAs atingem trabalhabilidade semelhante a dos CAAs de mesma
resistência à compressão com valores de densidade mais baixos (≈ 25%). Módulo de
elasticidade de todos CLAA parece ser menor do que a do CAA de peso normal em
aproximadamente 15%.
Estudos desenvolvidos por Hubertova e Hela (2007) apud Papanicolaou e
Kaffetzakis (2011) sobre o CLAA produzido com agregados de argila expandida focando
os efeitos da adição de metacaolim e sílica ativa nas propriedades do CLAA, inicialmente,
concluíram que o uso de agregados leves pré umedecidos têm melhores resultados e uma
maior manutenção de trabalhabilidade, maiores resistências à compressão e aos ciclos de
76
congelamento e descongelamento, em comparação com misturas feitas com agregado seco.
Levando-se em consideração resultados dos ensaios de estado fresco, feitos com 60 min e
90 min após o término da mistura, os autores sugerem que os limites para os ensaios de
T500 e Orimet test serem revistos para 5-10 s (2-5 s) e 4-10 s (1-5 s), respectivamente. A
principal razão para esta revisão sugerida é a diferença fundamental em energia cinética
(relacionada com a densidade do concreto) entre CAA e CLAA. Constatou-se que, a adição
de 10% em massa de cimento, de sílica ativa ou metacaolim melhora fck de 28 dias em
30% e 15%, respectivamente; a resistência aos ciclos de congelamento e descongelamento
também foi melhorada com as adições.
Shi e Wu (2005) fizeram estudos sobre o efeito de cinzas volantes de carvão e de
adição de pó de vidro, sobre as características reológicas, mecânicas e de durabilidade de
CLAA contendo uma mistura de agregado binário que consiste de agregados grossos xisto
expandido e areia silicosa natural. Neste trabalho, o CLAA foi concebido com base no
menor volume de vazios para a mistura de agregado binário, na teoria da pasta excessiva, e
na norma ACI para o proporciona mento de misturas para concreto leve estrutural. Com
base nesta abordagem, foi estabelecida a proporção ótima de agregado miúdo e agregado
graúdo que foi igual a 50/50, sendo as misturas produzidas com base numa razão de 60/40,
de modo a atingir a densidade mínima. Todas as misturas concebidas exibiram resultados
satisfatórios.
77
6 MATERIAS E MÉTODOS
A proposta do trabalho foi avaliar o comportamento de concretos auto adensáveis
contendo agregados leves de argila expandida. Para isso elaborou-se um plano experimental
para comparar o comportamento do concreto leve autoadensável (CLAA) ao do concreto
autoadensável de massa normal (CAA).
A parte experimental iniciou com a coleta dos materiais componentes dos concretos
estudados: cimento, agregados, argila expandida, filer e aditivo. Na sequência foram
realizados os ensaios de caracterização destes materiais conforme as especificações da
ABNT. De posse destes resultados pode-se elaborar os traços das misturas de CAA e
CLAA.
Foi realizada a etapa da mistura para todos os concretos em betoneira de eixo
inclinado e os ensaios no estado fresco conforme NBR15823/2010, conforme descrito no
item 6.3 deste capitulo. Em seguida, os concretos foram submetidos à cura e aos 7 e 28 dias
de idade foram realizados os ensaios no estado endurecido, conforme descrito neste
capitulo no item 6.4. Todas as misturas e ensaios no estado fresco e endurecido foram
realizados no laboratório de materiais da FT - UNICAMP, excetuando-se os ensaios de
módulo, feitos no labortório de estruturas da FEC - UNICAMP.
6.1. Materiais
Os materiais utilizados nesta pesquisa foram selecionados para atender as
exigências requeridas pelo CAA e CLAA nos estados fresco e endurecido, descritas
78
anteriormente. Dessa forma os materiais componentes dos concretos estudados foram
ensaiados segundo os critérios prescritos nas normas estabelecidas pela Associação
Brasileira de Normas Técnicas (ABNT).
6.1.1. Cimento Portland
Para a produção de todos os traços de concreto, utilizou-se um cimento Portland de
alta resistência inicial CPV ARI.
A opção pelo cimento de alta resistência inicial foi devido a sua finura que é um
aspecto muito importante que influencia a reologia dos CAA e também pelo fato de grande
parte das aplicações do CAA que acontecem atualmente no Brasil, estarem voltadas para a
fabricação de pré-moldados.
As características deste cimento são apresentadas na tabela 11.
Tabela 11 Características do cimento. Fonte: Holcim
Características e propriedades CPV ARI
Massa específica (ABNT NBR 23:2001) 3,15 Kg/dm3
Massa unitária no estado solto (ABNT NBR 45:2006) 1,03 Kg/dm3
Tempo de pega (ABNT NBR 65:2003) Início 130 min
Fim 120 min
Resistência à compressão (fcj) (ABNT
NBR 7215:1997) *
1 dia 27,5 MPa
3 dias 42,3 MPa
7 dias 46,8 MPa
28 dias 56 MPa
6.1.2. Fíler
Foi utilizado um filito em pó, da região de Itupeva/SP, que é um material
proveniente da britagem e moagem de uma rocha metamórfica, de estrutura cristalina,
resultante de uma lenta transformação de material argiloso, entre a ardósia e o micaxisto
(sua formação geológica data da era proterozóica). "In natura", o filito apresenta diversas
79
colorações: branco, creme, rosado, roxo, cinza e preto. Ao passar pelos diversos processos
de refinamento, este mineral ganha infinitas utilidades, em setores produtivos como a
construção civil, agropecuária e indústria de materiais sintéticos, entre outros
(http://www.mineracaoitapeva.com.br/produto.asp, 2015). A figura 24 mostra imagens do
material britado e moído.
Figura 24 - Material filito. Fonte: www.mineracaoitupeva.com.br, 2014.
O filito possui massa específica 2,70 g/cm³ determinada pelo ensaio conforme
norma da ABNT NBR NM 23:2001, da região de Itupeva, foi utilizado como adição
mineral inerte para aumentar a quantidade de finos na mistura.
O material empregado foi do tipo filito cinza e suas características se encontram na
tabela 12.
Tabela 12 Tabela de composição química do filito. Fonte: http://www.mineracaoitapeva.com.br, 2015.
MINÉRIO P.F. SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO NA2O K2O H2O
FILITO BRANCO 3,66 71,72 16,29 1,05 0,50 - 1,44 0,11 4,62 -
FILITO CINZA 4,21 69,30 17,60 1,12 0,60 0,02 1,73 0,08 4,82 -
FILITO GRAFITOSO 5,15 66,60 17,70 1,85 0,60 0,03 1,96 0,11 5,11 -
FILITO CREME 5,40 71,20 15,29 4,52 0,71 0,15 1,66 0,09 5,18 -
FILITO ROSADO 5,22 62,62 17,99 6,83 1,00 - 1,17 0,11 4,82 -
ARENITO ROSÁRIO III 3,88 87,76 6,32 0,82 - 0,59 0,22 0,05 0,16 6,23
80
6.1.3. Agregado graúdo
Foi utilizado um agregado de origem basáltica da região de Limeira, SP, com massa
específica de 2,90 kg/dm3, determinada conforme as especificações da ABNT NBR
53:2009 e massa unitária compactada de 1,51 kg/dm3, determinada conforme a ABNT NBR
45:2006. A composição granulométrica desse material foi realizada de acordo com as
prescrições da ABNT NBR 248:2003. O agregado foi escolhido não só em função da sua
disponibilidade local, mas também em virtude de sua dimensão máxima característica que,
conforme descrito anteriormente, afeta as qualidades reológicas do CAA, como também
pode causar um bloqueio ao deslocamento dos CAA quando este encontra a armadura
como obstáculo. A tabela 13 mostra a composição granulometria do material e a figura 25 a
curva granulométrica.
Tabela 13 Granulometria do agregado graúdo
Abertura da peneira
(mm)
Brita 4,75/12,5
% retida
acumulada
9,5 0
6,3 41
4,8 87
2,4 99
1,2 100
0,6 100
0,3 100
0,15 100
Resíduo 100
Dmáx caract. 9,5 mm
Módulo de finura 5,86
81
Figura 25 - Curva granulométrica do agregado graúdo
6.1.4. Argila expandida
O agregado leve utilizado foi a argila expandida nacional, produzida pela
CINEXPAN S.A., uma vez que é o material leve disponível na região de Limeira/SP. Foi
utilizado em duas granulometrias diferentes:
- a CINEXPAN 0500 com diâmetro máximo de 4,8 mm e resistência à compressão
para esmagamento de 8 a 15 MPa (em substituição parcial do agregado miúdo
convencional);
- a CINEXPAN 1506 de diâmetro máximo 9,5 mm e resistência à compressão para
esmagamento < 2 MPa (em substituição ao agregado graúdo convencional).
Esse agregado leve é produzido pelo processo de nodulação em forno rotativo a
temperaturas médias de 1100ºC e tem um formato arredondado regular, com camada
externa de baixa porosidade como mostra a figura 269. A tabela 14 mostra o resultado da
análise química do agregado leve.
82
Figura 26 - (a) Cinexpan 0500, (b) Cinexpan 1506. Fonte: Angelim, 2014.
Tabela 14 Composição química da argila expandida. Fonte: www.cinexpan.com.br
Composto %
Fe2O3 10,9
CaO 0,10
Al2O3 18,9
MgO 3,50
Na2O 0,22
K2O 5,7
SiO2 52,8
Os valores da massa específica foram determinados conforme a ABNT NBR
53:2009 para a CINEXPAN1506 e a ABNT NBR 52:2009 para a CINEXPAN 0500. A
massa unitária foi determinada conforme a ABNT NBR 45:2006 para os dois tipos de
argila expandida que consta na tabela 15. A Tabela 16 apresenta a composição
granulométrica dos agregados leves, de acordo com as prescrições da ABNT NBR
248:2003, enquanto a figura 28 apresenta a curva granulométrica.
Tabela 15 - Argila expandidas massas específicas e aparentes. Fonte: Angelim 2014.
Propriedades CINEXPAN
0500 CINEXPAN
1506
Massa específica (kg/dm3) 1,52 1,15
Massa unitária no estado seco e solto (kg/dm3)
0,85 0,62
83
Tabela 16 - Argila expandidas massas específicas e aparentes. Fonte: Angelim 2014.
Abertura da
peneira (mm)
CINEXPAN 0500 CINEXPAN 1506
% retida acumulada
% limite de acordo com a
ABNT NM 35:1995
% retida acumulada
% limite de acordo com a
ABNT NM 35:1995
9,5 0 - 4 0-10
6,3 0 - 25 -
4,8 0 0-15 60 10-35
2,4 15 - 91 35-65
1,2 42 20-60 97 -
0,6 71 - 99 -
0,3 90 65-90 100 75-95
0,15 97 78-95 100 85-95
Resíduo 100 - 100 -
Dmáx caract.
4,8 mm 9,5 mm
Módulo de finura
3,10 5,50
Figura 27 - Curva granulométrica da argila expandida. Fonte: Angelim, 2014.
Uma imagem comparativa entre as dimensões da argila expandida CINEXPAN
1506 e do agregado graúdo basáltico, utilizados na produção dos CAA e CLAA estudados
nesta pesquisa, apresenta-se na figura 28.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Po
rcen
tag
em r
etid
a a
cum
ula
da (
%)
Abertura das peneiras (mm)
Cinexpan 0500
Cinexpan 1506
84
Figura 28 - Comparação visual entre os agregados leve e convencional. Fonte: Angelim, 2014
Os valores de absorção dos agregados leves são apresentados na tabela 17.
Tabela 17 - absorção da argila
Tempo Absorção de água (%)
CINEXPAN 0500 CINEXPAN 1506
1 min 0,50 0,67
5 min 1,00 1,50
10 min 1,30 2,00
30 min 2,20 3,10
1 h 3,00 3,83
2 h 3,70 4,33
6 h 4,83 5,50
24 h 6,83 7,50
6.1.5. Areia natural
Empregou-se areia natural quartzosa proveniente do município de Limeira/SP,
apresentando aspectos de areia de formação eólica.
Assim como os demais agregados teve sua escolha relacionada aos fatores,
disponibilidade e adequação as necessidades técnicas para o desenvolvimento dos CAA e
CLAA estudados. A composição granulométrica, apresentada na tabela 18, mostra o
agregado com módulo de finura de 1,64 e diâmetro máximo de 1,2 mm o que caracteriza
uma areia que ocupa a zona utilizável inferior, segundo a ABNT NBR 7211:2005. A figura
85
30 mostra a curva granulométrica da areia, que fica muito próxima do limite inferior da
zona utilizável, ensaio este realizado segundo as determinações da ABNT NBR 248:2003.
O material apresentou massa específica (ABNT NBR 52:2009) igual a 2,64 kg/dm3 e
massa unitária no estado solto e seco de 1,52 kg/dm3.
Tabela 18 Granulometria do agregado miúdo
Abertura da peneira (mm)
Areia
% retida acumulada
9,5 0
6,3 0
4,8 0
2,4 1
1,2 4
0,6 13
0,3 55
0,15 91
Resíduo 100
Dmáx caract. 1,2 mm
Módulo de finura 1,64
Classificação Zona utilizável inferior
Figura 30 - Curva granulométrica do agregado miúdo convencional
86
6.1.6. Aditivo
Para o estudo desenvolvido, foi escolhido um aditivo que apresentasse um bom
poder de dispersão e um bom tempo de manutenção das características de auto
adensabilidade do CAA e CLAA. Então foi adotado um aditivo plastificante multifuncional
“mid-range” de pega normal, após pequenos testes preliminares. Segundo o fabricante este
aditivo é de uma nova geração de plastificantes / superplastificantes para produção de
concreto, que une as características de robustez dos aditivos clássicos com melhores
propriedades de dispersão dos plastificantes / superplastificantes. A denominação “mid-
range”, vem do fato deste aditivo ter desempenho entre os plastificantes polifuncionais e os
superplastificantes, tendo como base os éter policarboxilatos.
Ainda segundo informações do fabricante os concretos produzidos com este aditivo
possuem uma pasta de cimento mais densa e homogênea, com redução da permeabilidade.
E, justamente pelo aditivo proporcionar redução do volume de água na mistura, mantendo-
se a mesma consistência e consumo de cimento, obtêm-se uma mistura com um fator
água/cimento menor e, portanto com maiores resistências e menos capilaridades. Caso o
volume de água não seja reduzido, obtêm-se uma melhora da trabalhabilidade do concreto,
o que reduz a necessidade de adensamento, portanto sendo indicado em aplicações para os
CAA e CLAA. A tabela 19 traz algumas informações sobre o aditivo.
Tabela 19 - Características do aditivo. Fonte: http://www.mc-bauchemie.com.br, 2014.
Característica Unidade Valor observações
Densidade g/cm3 1,08
Dosagem % 0,2 a 2,0 Sobre o peso do
cimento
Cor - marrom
Estado - liquido
87
6.2. Elaboração dos traços
Executaram-se três famílias de traços com diferentes consumos de cimentos. A
quantidade de fíler (filito) utilizada foi aumentada conforme se diminuia a quantidade de
cimento. Desta forma manteve-se a relação água/materiais finos constante para composição
dos traços tanto do CAA quanto dos CLAA. A tabela 20 expõe as dosagens e os materiais
empregados.
Tabela 20 - Dosagens das misturas
Material
Concreto auto
adensavel Agregado
Normal (CAAN)
Concreto com
Agregado Graúdo
Leve (CLAAG)
Concreto com
Agregado Miudo e
Graudo Leves
Tipo Unid. Referência 320 360 440 320 360 440 320 360 440
Cimento Kg/m³ CP V ARI 320 360 440 320 360 440 320 360 440
Filler Kg/m³ Filito 175 140 69 175 140 69 175 140 69
Areia Natural
Kg/m³ < # 2,4 mm 945 945 945 945 945 945 775 775 775
Areia Leve
Kg/m³ Argila < # 4,8 mm 0 0 0 0 0 0 98 98 98
Graúdo Normal
Kg/m³ Basalto < # 12,5mm 751 751 751 0 0 0 0 0 0
Graúdo Leve
Kg/m³ Argila < #12,5mm 0 0 0 363 363 363 363 363 363
Aditivo Superplast.
% do cimento
Policarboxilato 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 % 1,4 %
Teor de Água
Kg/m³
195 195 195 195 195 195 195 195 195
Relação a/c
-
0,609 0,541 0,443 0,609 0,541 0,443 0,609 0,541 0,443
A partir da definição dos consumos de cimento, foram elaborados os traços pelo
metódo volumétrico (ACI 211, 2004 apud Mehta e Monteiro, 2008) e executadas dosagens
prévias para o ajuste dos teores de argamassa, água de amassamento e teor de material fino.
A dosagem variável de aditivo superplastificante a base de policarboxilatos foi adotada em
referência a produção corrente desse concreto, onde se detêm a relação a/c fixa, para cada
uma das famílias, mantendo a mesma trabalhabilidade com o aumento ou a redução do
aditivo. O teor de argamassa inicial adotado foi de 60%, em volume, em virtude do ponto
de equílibrio atingido entre a quantidade de aditivo e o limite de segregação observado nos
88
ensaios de espalhamento para os traços contendo o agregado graúdo leve e também para o
agregado de densidade normal. A verificação da quantidade de argamassa necessária para
evitar a flotação da argila expandida, menos densa, foi feita por observação deste tipo de
comportamento durante o processo de mistura, assim adequando a quantidade de finos da
argamassa, ao se conter a flotação definiu-se a quantidade de argamassa. Após a adequação
da quantidade de finos do traço de CLAA, redosou-se a argamassa do CAA conforme o
teor do CLAA.
A aplicação do material silicoso (fíler) foi proposta para manter a quantidade de
finos no traço quando da alteração do consumo de cimento. Conforme citado anteriormente,
é de amplo conhecimento técnico que a reologia do concreto se modifica significativamente
com a alteração no quadro de finos em concretos autoadensáveis; e ainda, baixos teores de
cimentos são mais suscetíveis à segregação que concretos com maior quantidade de
aglomerantes, quer seja esta dinâmica ou estática. Para os consumos de cimento, as duas
primeiras faixas, 320 kg/m³ e 360 kg/m³, foram adotadas pelas classes ambientais
normativas indicadas na ABNT NBR 12655:2015. E, a dosagem de 440 kg/m³ de cimento
foi adotada pela razão de ser esse valor trivial na produção de pré-moldados que exigem
elevada resistência inicial para sua desforma e içamento.
Para a produção dos CLAAs, o agregado leve ficou imerso em água por no mínimo
24 h e foi misturado na condição de “saturado superfície úmida”, sendo sua massa
específica nessa forma já considerada na dosagem dos traços. Essa medida é adotada de
forma à mitigar a migração (absorção) da água do traço para dentro do agregado. Esta
absorção causa impactos no desempenho reológico e, por vezes, elevada retração plástica
do concreto.
Tendo definidas as quantidades de materiais para cada traço, as misturas, para todos
os traços, foram feitas inicialmente em betoneira de eixo inclinado, colocando-se todo o
agregado graúdo e 2/3 da água de amassamento, o agregado miúdo, o restante da água e o
material fino. Antes da mistura final do aditivo, fazia-se uma análise da mistura para
verificar as condições de umidade e coesão (figura 29), como forma de se determinar um
ponto inicial para a colocação do aditivo. Após essa definição, a colocação do restante do
aditivo era feita durante a mistura até se obter um espalhamento ≥ 600 mm, podendo ficar
89
entre as classes SF1 e SF2 pela norma ABNT NBR 15823:2010. Atingindo esta meta eram
feitos os demais ensaios para o estado fresco: anel J, funil V e caixa L. Só não foi
executado o ensaio da coluna de segregação, pois a norma ABNT o classifica como não
aplicável a concretos contendo agregados leves, mas a segregação dinâmica é facilmente
observada nos ensaios de espalhamento e anel J.
Figura 29 Verificação prática do ponto de umidade ideal para a colocação do aditivo
Após a verificação prática do ponto ideal de colocação do aditivo, fazia-se a
incorporação do aditivo na mistura e observa-se a consistência do concreto dentro da
betoneira em movimento. O momento ideal para iniciar os ensaios no estado fresco é
quando se observa o concreto se deslocando dentro da betoneira como líquido viscoso, com
formação de ondulações do material pelo movimento das pás sem a separação das fases,
conforme figura 30.
Figura 30 - Verificação prática do ponto inicial dos ensaios
90
6.3. Caracterização no estado fresco
Para a produção dos concretos inicialmente era medido o abatimento conforme
ABNT NBR 67:1998. O estudo previa um abatimento em torno de 20 mm. A figura 31
ilustra o ensaio.
Figura 31 - Verificação do abatimento inicial.
6.3.1. Ensaio de escoamento livre
Este ensaio foi realizado com uma adaptação da norma ABNT NBR 15823-2:2010.
O cone de Abrans foi colocado ao contrário para se manter a mesma inércia da massa de
concreto, obtida no ensaio com anel J , que é realizado com o cone nesta posição. O ensaio
foi realizado várias vezes durante a mistura, até chegar ao escoamento pré-definido. Isso foi
possível graças ao tempo de manutenção do aditivo “mid-range” utilizado, conforme figura
32.
Figura 32 - Ensaio de escoamento do CLAA.
91
6.3.2. Ensaio de escoamento com anel J
Este ensaio foi realizado conforme a ABNT NBR 15823-3:2010 para a
determinação da habilidade passante em fluxo livre. Pela figura 33 consegue-se observar o
fluxo da mistura saindo do cone com boa viscosidade e o envolvimento completo das barras
sem segregação e retenção do agregado graúdo pelas barras, o que reflete a boa fluidez. A
execução do ensaio é praticamente igual a do ensaio de espalhamento, com diferença pela
utilização do anel metálico.
Figura 33 - Ensaio de escoamento com o anel J.
6.3.3 Determinação da habilidade passante - Caixa L
Os ensaios da caixa L determinam a habilidade do concreto fluir e passar entre as
barras de uma sessão armada em um fluxo confinado, onde a resistência ao fluxo é maior
devido ao atrito do concreto com as paredes do dispositivo. Os ensaios foram executados
conforme a norma ABNT NBR 15823:2010. A figura 34 ilustra o método, também pode-se
visualizar a passagem do concreto pelas barras e posteriormente o envolvimento destas
barras pelo concreto sem deixar marcas da sua passagem, isto é, não ficam sulcos no espaço
subsequente às barras, isso pode ser considerado também na habilidade passante do
concreto leve autoadensável.
92
Figura 34 - Ensaio da caixa L
6.3.4 Determinação da viscosidade pelo funil V
O bom acabamento superficial do concreto é conseguido com uma boa viscosidade
plástica aparente, e isso pode ser medido pelos ensaios do T500 e do funil V. Porém este
segundo ensaio pode trazer uma melhor avaliação da viscosidade do CAA em condições
reais, por se tratar de um fluxo em ambiente confinado. A metodologia é descrita pela
ABNT NBR 15823-5:2010 e sua execução está ilustrada na figura 35.
Figura 35 - Ensaio funil V.
93
Obs.: A segregação estática foi avaliada visualmente, nas partes separadas dos
corpos de prova após ensaios o de tração na flexão.
6.4. Caracterização dos concretos no estado endurecido
Foram moldados corpos de prova de 100 mm de diâmetro por 200 mm de altura,
conforme as orientações da ABNT NBR 15823:2010, dos quais: doze corpos de prova
foram destinados ao ensaio de resistência à compressão aos 7 dias e outros doze foram
ensaiados aos 28 dias; quatro corpos de prova foram ensaiados a tração na compressão aos
7 dias e outros quatro aos 28 dias; seis corpos de prova foram ensaiados quanto ao módulo
de elasticidade aos 7 e seis aos 28 dias; três corpos de prova foram destinados ao ensaio de
absorção e massa específica aparente seca.
Essas mesmas quantidades de corpos de prova foram feitas para cada um dos traços
estudados. Após a moldagem os corpos de prova foram curados em tanque de água saturada
com cal onde permaneceram até as datas dos ensaios. A figura 36 mostra a moldagem.
Figura 36 - Moldagem dos corpos de prova de concreto.
94
Foram retificados e rompidos à compressão, 12 corpos de prova aos 7 e 12 aos 28
dias de idade conforme ABNT NBR 5739:2007 como ilustrado a figura 37. A máquina
utilizada nos ensaios possuía certificado de calibração valido (nº 3419.14).
Figura 37 - Ensaio de compressão dos corpos de prova de concreto.
O ensaios de módulo de elasticidade foram executados em 6 corpos de prova de
concreto para cada uma das idades de 7 e 28 dias conforme a ABNT NBR 8522:2008
ilustrado na figura 38.
Figura 38 - Ensaio de módulo dos corpos de prova de concreto.
95
Os ensaios de absorção foram feitos para os 3 corpos de prova de concreto na idade
e 28 dias conforme a ABNT NBR 9778:2005 conforme figuras 39 e 40.
Figura 39 Ensaio de absorção, imersão e posterior secagem em estufa.
.
Figura 40 Pesagem do corpo de prova para o ensaio de absorção
96
97
7 RESULTADOS E DISCUSSÕES
7.1. Resultados dos ensaios no estado fresco dos concretos.
Todos os resultados obtidos nesse trabalho estão expostos na tabela 21. Os
concretos produzidos ficaram dentro das faixas de slump flow SF1 e SF2 da ABNT NBR
15823:2010.
Tabela 21 - Resultados do estado fresco
Ensaio
Amostras Produzidas
CAAN 320
CAAN 360
CAAN 440
CLAAG320
CLAAG 360
CLAAG 440
CLAAM 320
CLAAM 360
CLAAM 440
Massa Específica (kg/m³) 2,27 2,30 2,34 1,77 1,89 1,84 1,76 1,75 1,76
espalhamento (mm) 560 610 655 630 620 655 680 620 740
T500 (s) 3,9 2,0 2,0 3,0 3,0 3,0 2,2 3,0 3,0
Anel J (mm) 540 540 550 540 540 590 650 610 720
T500 Anel J (s) 3,0 2,5 3,0 6,5 4,5 3,5 2,1 2,0 3,0
Funil V (s) 17,9 14,0 13,0 13,0 8,5 8,5 6,1 7,5 6,1
Caixa L 0,78 0,79 0,80 0,80 0,80 0,84 0,86 0,91 0,97
É clara a melhora do comportamento reológico com o incremento de areia leve no
concreto autoadensável. Pois, embora os valores do ensaio T500 (tempo que o concreto
leva no ensaio de espalhamento para atingir a abertura de 500 mm) estejam próximos nas
três famílias, o ensaio de espalhamento mostra resultados maiores para os CLAAS.
Também podemos notar que para que os dois CLAAs, tanto o CLAAG quanto o
CLAAM, no ensaio de T500 com anel J, mostram tempos menores de escoamento em
relação ao CAAN.
No primeiro ensaio, não há nenhum obstáculo ao deslocomento, o que favorece a
maior densidade do CAAN dando-lhe maior velocidade de deslocamento, porém não maior
fluidez que é uma característica dos concretos mais leves como se percebe nos valores
finais de escoamento. Quando se coloca obstáculos ao deslocamento, os concretos mais
98
leves além de levarem vantagem devido ao fato de seus agregados terem o formato esférico
que proporciona a sua maior fluidez, passam com maior facilidade pelos obstáculos, sendo
também observado este fato por Bogas et al. (2012). Uma comparação entre os resultados
de ensaios de espalhamento (slump flow), habilidade passante (anel J) e a densidade das
três familias de traços é ilustrada no gráfico 6.
Analisando-se os resultados do espalhamento e do espalhamento com anel J, temos
resultados próximos para as amostras de CAAN e o CLAAG, com substituição do agregado
graúdo por argila expandida. Os valores do anel J tiveram uma variação inferior a 50 mm.
Porém ao se substituir 13%, em volume, da areia convencional pelo agregado miúdo de
argila expandida, obtém-se maior abertura com e sem o anel J. Interessante é que os teores
de água foram os mesmos, e os teores de aditivos para as amostras foi de 1,4%. E ainda,
nesse ponto, os traços CLAAM, tiveram a menor relação “slump flow com anel J/slump
flow”. Nenhum traço teve aspecto de segregação ou flotação do agregado leve .
Gráfico 6 - Resultados do estado fresco
O que se espera para o concreto leve autoadensável é que, com a menor massa os
valores de fluidez dos ensaios tendem à valores maiores que o concreto de massa normal,
claramente devido a ensaios empregados que são ensaios de leitura monoponto; a menor
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
2,40
500,00
550,00
600,00
650,00
700,00
750,00
800,00
espalhamento
anel J
Massa
99
massa não favorece o escoamento em tempo menor que o concreto mais pesado, pela
simples diferença de inércia entre esses concretos.
Segundo Seng (2006); Chia e Zhang (2004) este efeito poderia ser melhor
observado em ensaios de reometria, onde pode-se ter em concretos leves com argila
expandida com uso de superplastificantes, redução da tensão de escoamento sem alteração
da viscodidade plástica.
Os valores dos ensaios de caixa L conforme gráfico 7, foram próximos para as amostras
CAAN e CLAAG, e melhores os concretos com agregado leve miúdo (CLAAM).
Gráfico 7 - Comparativo caixa L x anel J
Os resultados dos ensaios das amostras CLAAM, mostram a influência da
granulometria e da forma esférica dos grãos no estado fresco dos concretos. Observa-se que
mesmo em baixo teor de substituição de agregado miúdo argila (13%) pela areia fina
eólica, a qual possui alta esfericidade no grão devido a sua formação geológica, ocorre uma
melhora do fator de auto adensabilidade.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
Esp
alh
amen
to (
mm
)
Hab
ilid
ade
Pas
san
te
Caixa L
Anel J(mm)
100
As afirmações anteriores são visíveis na prática, ao passo que, quando da produção
dos concretos é perceptível a maior coesão do concreto de massa normal (CAAN) em
relação ao concreto leve (CLAAG e CLAAM), nos mesmos pontos da tensão de
escoamento, analisados aqui pelo ensaio de espalhamento.
A melhor forma observada de se avaliar qualitativamente a viscosidade aparente é
relacionar o ensaio do Funil V com o anel J. O fluxo de um fluído confinado, que é o caso
do ensaio do funil V, tem seu tempo de escoamento aumentado, o que é mostrado na forma
de resistência ao escoamento, então quanto mais viscosa a mistura maior a sua viscosidade.
Os outros ensaios de fluxo como a medição do T500 não conferem boa acuracidade, ou
confiabilidade diretamente, dado a dificuldade de leitura em concretos com boa ou alta
fluidez (poucos coesos). Essa análise é mostrada pelo gráfico 8.
Gráfico 8 - Funil V x Anel J
As amostras mostraram bons valores de escoamento. Pela figura 45 consegue-se
perceber facilmente que as amostras de CAAN e CLAAG, estavam com espalhamento
próximos. Comparando-se essas duas famílias, é claro o ponto em que o CAAN, de maior
massa atinge maior viscosidade para o mesmo nível de espalhamento. Pois, o concreto com
menor densidade precisou de menor viscosidade para conferir o mesmo espalhamento.
Mesmo tendo espalhamentos diferentes os dois concretos podem ter auto adensabilidade
101
semelhantes. E mais uma vez se vê o comportamento de menor viscosidade e maior
espalhamento do CLAAM, provocado pelo agregado leve miúdo.
7.2. Resultados dos ensaios no estado endurecido dos concretos.
Os resultados de todos os ensaios no estado endurecido, das três famílias de
concreto desenvolvidas neste estudo, estão expostos na tabela 22.
Tabela 22 - Propriedades físicas e mecânicas do concreto
CAAN320 CAAN360 CAAN440 CLAAG320 CLAAG360 CLAAG440 CLAAM320 CLAAM360 CLAAM440
resit. Comp 7 dias (MPa) 5739:2007 28,3 36,9 57,9 24,6 27 34,3 25,3 26,60 31,30
resit. Comp 28 dias (MPa) 5739:2007 31,3 45,4 67,4 26,7 28,9 35,3 27,8 29,40 32,50
tração comp. Diam 7 dias (MPa) 7222:2011 2,79 3,53 5,06 2,76 3,23 4,07 2,98 3,01 2,90
tração comp. Diam 28 dias (MPa) 7222:2011 3,43 4,54 6,24 3,04 3,36 4,11 3,20 3,18 3,40
módulo sec 7 dias (GPa) 8522:2008 18,37 24,1 34,6 13,89 15,59 16,2 14,74 16,01 14,50
módulo sec 28 dias (GPa) 8522:2008 20,93 26,3 35,72 13,93 15,43 16,9 14,78 12,51 14,87
absorção (%) 9778:2009 5,7 5,6 4,1 11,6 10,4 9,7 13,5 13,10 9,80
indice de vazios (%) 9778:2009 11,7 12,3 9,6 18,5 17,9 16,2 20,8 20,30 15,70
massa especifica seca (t/m³) 9778:2009 2,06 2,18 2,35 1,59 1,72 1,68 1,55 1,55 1,60
massa especifica saturada (t/m³) 9778:2009 2,17 2,3 2,44 1,77 1,89 1,84 1,76 1,75 1,76
massa especifica real (t/m³) 9778:2009 2,33 2,49 2,59 1,94 2,07 1,96 1,96 1,94 1,90
PROP. FISICAS (ENDURECIDO) Norma ABNT NBRCAA DE DENSIDADE NORMAL CLAA 100% AGREGADO GRAÚDO CLAA 100% GRAÚDO E 13% MIÚDO
7.2.1. Resistência à compressão
O gráfico 9 mostra as resistências à compressão de todas as famílias de
concreto estudadas e o percentual de queda das resistências obtidas para os CLAAs em
relação aos CAAs. Os concretos produzidos com argila expandida apresentaram
resistências de 11% a 52% menores que os concretos com agregado convencional. Percebe-
se que as resistências aos 7 dias sofrem menores variações que aos 28 dias, e que nos traços
com maior volume de cimento apesar de ocorrer o aumento da resistência à compressão a
diferença aumenta.
102
0
10
20
30
40
50
60
70
Re
sist
ên
cia
à c
om
pre
ssã
o (
MP
a)
resit. Comp 7 dias (MPa)
resit. Comp 28 dias (MPa)
Gráfico 9 - Resistências à compressão
O fato da perda de resistência já era esperado, pois segundo Rossingnolo (2009),
Angelin et al. (2013), Cui et al.(2010) o agregado leve tem grande fragilidade comparado
ao agregado convencional, sendo transferida ao concreto esta característica do agregado
leve. Outro fato a ser observado é que nas primeiras idades do concreto, a resistência da
argamassa e dos agregados está próxima; por isso a proximidade de resultados entre os dois
tipos de concreto, principalmente quando se utiliza cimentos de alta resistência inicial.
Porém quando as resistências evoluem com a hidratação do cimento, a resistência do
agregado se torna parte importante do sistema.
Apesar da acentuada perda da resistência, este fator não deve ser o único utilizado
para avaliar o CLAA. Como pode ser visto no gráfico 10 os valores do fator de eficiência
calculados para os CLAAs, estão bem próximo dos CAAs, apesar das resistências e
densidades dos CLAAs serem menores. O cálculo do fator de eficiência foi realizado para
as resistências medidas aos 28 dias, uma vez que só foram realizados ensaios de massa
específica para esta idade. Segundo Rossignolo (2009), o fator de eficiência (FE) estabelece
uma relação entre a resistência à compressão do concreto e sua massa específica. Cabe
ressaltar que mesmo com perda de resistência em relação ao traço convencional, todas as
misturas ultrapassaram os valores mínimos da norma NBR NM 35/1995.
103
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Fato
r d
e e
fici
ên
cia
(M
Pa.
dm
³/kg
)
Rsi
st. à
co
mp
ress
ão (M
Pa)
resit. Comp 28 dias (MPa)
Fator de eficiência
Gráfico 10 - Resistência x Fator de eficiência.
Fator de eficiência = fc/γ (MPa.dm³/kg) (1)
onde fc = resistência à compressão (MPa)
γ = massa específica aparente (kg/dm³)
7.2.2. Resistência à tração
Como já dito anteriormente, a fragilidade do agregado leve de argila expandida
afeta todas as propriedades mecânicas do concreto, não só as resistências à compressão,
mas as resistências à tração também, como pode ser visto no gráfico 11.
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Traç
ão in
dir
eta
(MP
A)
tração comp. Diam 7 dias (MPa)
tração comp. Diam 28 dias (MPa)
% da compressão 7 D
% da compressão 28 D
Gráfico 11 - Resistência à tração
104
Porém ao se observar a relação das resistências à tração com a resistência à
compressão para o mesmo traço, nota-se que o desempenho dos concretos auto adensáveis
com agregado graúdo leve é proporcionalmente maior que os traços com agregado graúdo
convencional.
Também se observa que houve pouca variação entre os resultados aos 7 e 28 dias,
para todos os traços de CLAA testados. Kim et al. (2010) e Choi et al.(2006), comprovam
uma relação linear entre as resistências à tração e compressão de concretos leves auto
adensáveis e valores próximos aos do CAA. Observações estas que corroboram com os
resultados obtidos nesse estudo, para os CLAAGs. O gráfico 12 mostra a linearidade dos
resultados obtidos e compara com os calculados a partir da norma ABNT NBR 6118:2014
mostrando a linha de tendência da norma.
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
Res
ist.
a T
raçã
o O
bti
da
(MP
a)
Resistência a Tração Calculada (MPa)
Tração 28D norma x tração ensaio 28 D Tração 7D norma x tração ensaio 7 D
100 % da norma
Linear (Tração 28D norma x tração ensaio 28 D )Linear (Tração 7D norma x tração ensaio 7 D)
Gráfico 12 - Resistência à tração obtida x calculada.
No gráfico 12, também se observa que o cálculo estabelecido pela norma ABNT
NBR 6118:2014 mostra resultados abaixo dos obtidos nos ensaios deste estudo. Portanto, a
norma preserva a segurança quanto à resistência estimada à tração.
Após os ensaios de ruptura à tração pela compressão diametral, foi possível
observar a distribuição dos agregados dentro da massa de concreto endurecido e assim
105
avaliar se houve segregação. Neste estudo não foi observado nenhum aspecto nos corpos de
prova que demonstrasse a ocorrência de segregação, como ilustrado na figura 41.
Figura 41 Corpos de prova rompidos à tração.
7.2.3. Módulo de elasticidade
Domone (2007); Nickibin (2014), em seus trabalhos sobre concreto autoadensável e
concreto autoadensável leve, observam a relação existente entre o módulo de elasticidade
dos concretos com o módulo dos agregados. Ambos mencionam a alta influência do grande
volume de argamassa sobre módulo do concreto; e como a argamassa apresenta módulos
relativamente menores que do agregado, a tendência da diminuição do módulo do concreto
também é grande. Também observam que para baixas resistências à compressão o CAA
apresenta bom módulo, porém para altas resistências ele perde desempenho devido à
necessidade de ter mais agregado para responder aos esforços solicitados.
No caso do CLAA verificam-se dois aspectos: o grande volume de argamassa e a
presença do agregado leve, que tem baixa resistência e pouca capacidade de transmissão de
cargas internas dentro do concreto.
Os resultados dos ensaios de módulo referentes a este estudo estão apresentados no
gráfico 13.
106
0
5
10
15
20
25
30
35
40
CAAN320 CAAN360 CAAN440 CLAAG320 CLAAG360 CLAAG440 CLAAM320 CLAAM360 CLAAM440
Mó
du
lo d
e e
last
icid
ad
e (
MP
a)
módulo 7 dias módulo 28 dias
Gráfico 13 - Módulo de elasticidade
No gráfico 13, observam-se os menores valores de módulo para os dois concretos
com agregado leve, CLAAG e CLAAM, em relação ao CAAN. Também é perceptível a
pequena diferença existente entre os resultados aos 7 e 28 dias, para todos os concretos,
independentemente do consumo de cimento. O mesmo comportamento é observado para os
resultados das outras propriedades mecânicas.
Baseados nos estudos de Topçu e Uygunog (2010) desenvolveram-se equações para
os módulos relativos a cada uma das famílias de concreto. O gráfico 14 apresenta as
correlações entre as resistências à compressão e os módulos de elasticidade para as três
famílias de concreto. Duas boas relações foram encontradas, para o CAAN com um
coeficiente de correlação de 0,99 e para o CLAAG com um coeficiente de correlação de
0,92. Entretanto a relação para o CLAAM não apresentou correlação. Como uma função da
resistência à compressão, os módulos de elasticidade dos CAAN, CLAAG e CLAAM
podem ser determinados por:
ECAAN = 0,4113 fck + 7,8933 (2)
ECLAAG = 0,319 fck+ 5,7425 (3)
107
ECLAAM = 0,1119 fck + 10,469 (4)
Onde: E é módulo de elasticidade em GPa; e fck é resistência característica dos
ensaios à compressão.
y = 0,1199x + 10,469R² = 0,0459
y = 0,3194x + 5,7425R² = 0,9233
y = 0,4113x + 7,8933R² = 0,999
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 20 40 60 80
Mó
du
lo d
e e
last
icid
ade
(G
Pa)
Resistência à compressão
CLAAM 28 dias
CLAAG 28 dias
CAAN 28 dias
Linear (CLAAM 28 dias)
Linear (CLAAG 28 dias)
Linear (CAAN 28 dias)
Gráfico 14 - Relação módulo x resistência à compressão.
Com isso, observa-se que a resistência à compressão não é o fator preponderante,
em grau linear ou exponencial sobre o módulo de deformação. Assim, a robustez, ou seja, o
módulo do agregado sim é o elo menos robusto nessa propriedade. Contudo, é incoerente
dizer que só o módulo do agregado é impactante, pois quão maior o teor de argamassa,
menor será o módulo do concreto dada a maior fragilidade da matriz cimentícia (Mehta e
Monteiro, 2008). Mas, para os concretos com argila expandida, pode-se concluir que, a
resistência à compressão é muito menos influente se comparada a do concreto de agregado
de massa convencional. Podendo-se considerar desprezível o crescimento para a família
CLAAM, se avaliada a variação de ensaio intrínseca a essa propriedade, da ordem de 5% a
10% (ABNT NBR 8522:2008).
108
7.2.4. Propriedades físicas
Classificam-se como propriedades físicas dos concretos estudados, aquelas as quais
não necessitaram de ensaios mecânicos para serem determinadas. No gráfico 15 estão os
resultados dos ensaios feitos para os concretos deste estudo.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0
5
10
15
20
25
mas
sa e
spe
cifi
ca a
par
en
te (t
/m³)
% a
bso
rção
/ %
vaz
ios
absorção (%)
indice de vazios (%)
massa especifica aparente (t/m³)
Gráfico 15 - Absorção x Vazios x Massa Especifica
Verifica-se que os CLAAG e os CLAAN atingiram densidades secas e aparentes
que variam de 1,55 t/m³ à 1,72 t/m³, enquanto o CAAN ficou com valores entre 2,06 t/m³ a
2,35 t/m³. Os concretos autoadensáveis leves tiveram valores de densidade de 21% a 32%
menores dos que os concretos autoadensáveis de massa convencional. A menor média para
os valores de massa foi obtida para o CLAAM, em virtude da presença do agregado miúdo
leve substituir a areia de massa normal em 13% do seu volume. Segundo Rossignolo (2008)
o tipo e a granulometria do agregado leve afetam diretamente a densidade e a resistência do
concreto.
Os resultados mostram a nítida relação entre as três propriedades: massa específica,
índice de vazios e absorção. Quanto maior o índice de vazios maior a absorção e menor a
densidade. Portanto podemos afirmar que a massa específica dos concretos estudados é
inversamente proporcional às duas outras propriedades.
109
O problema da porosidade dos concretos com agregados leves seria a possível
facilitação da penetração de agentes agressivos ao concreto como os cloretos. Porém
segundo Wang (2013), esta porosidade não afeta concretos leve auto adensáveis. Em seus
experimentos utilizando concretos com baixa relação água/ aglomerantes, ele obteve baixa
penetração de cloretos, pouca fissuração e pouca perda de massa. Rossignolo (2009)
utilizando os mesmos agregados utilizados nesta pesquisa para concretos leves vibrados,
afirma que a alta porosidade dos agregados leves de argila expandida não afeta a
durabilidade devido a falta de comunicação entre os vazios do agregado. Hwang (2005)
também demonstra a baixa penetrabilidade do autoadensável de agregado leve, mas
salientando o baixo teor a/c e ao alto índice de empacotamento.
110
111
8 CONCLUSÕES
De posse dos resultados obtidos neste trabalho conclui-se:
O método de dosagem utilizado foi eficiente, pois produziu concretos leves auto
adensáveis que apresentaram características de auto adensabilidade requeridas e
compatíveis com as dos concretos auto adensáveis convencionais.
Ainda que os resultados de resistência à compressão dos concretos com agregados
leves tenham apresentado valores menores em até 52%, em relação aos valores obtidos
pelos concretos com agregados convencionais, a sua aplicação em elementos estruturais de
concreto deve ser amplamente considerada, levando-se em conta estudos de viabilidade
econômica e de necessidade técnica de sua aplicação. Isto pôde ser concluído por que além
do bom resultado do fator de eficiência os concretos leves autoadensáveis apresentaram
resultados de resistência à compressão, mesmo que relativamente baixos, maiores que os
exigidos pela norma NBR NM 35, que estabelece resistência mínima à compressão aos 28
para faixas de massa específica aparente, os concretos leves estudados apresentaram massas
menores com resultados de resistência maiores em relação aos valores estipulados por esta
norma.
A resistência à tração dos CLAAs também decresce em relação à do CAAN, porém
em menor proporção que a resistência à compressão.
O módulo de elasticidade apresentou menores resultados para os CLAAs em relação
ao dos CAAN, porém a relação módulo de elasticidade/resistência à compressão apresentou
boa linearidade e foi possível estabelecer as equações para se conhecer os módulos destes
concretos com base nas suas resistências à compressão.
A partir dos resultados de todos os experimentos feitos neste trabalho, observa-se a
funcionalidade do concreto leve autoadensável como material de construção, porém o
controle tecnológico tem que ser minucioso e é primordial a utilização de materiais que
melhorem sua resistência.
112
SUGESTÕES DE PESQUISAS FUTURAS
No desenvolvimento e pesquisas desenvolvidas para execução deste trabalho alguns
aspectos nos chamaram a atenção e que podem ser semente para novos estudos:
estudos mais profundos sobre agregados leves para utilização em concretos
auto adensáveis;
o uso de materiais alternativos como adições que melhorem a resistência do
concreto leve autoadensável;
análise microscópica de concretos contendo agregados leves.
113
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