manual de pav rigidos 2005

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DNIT MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAÇÃO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS MANUAL DE PAVIMENTOS RÍGIDOS 2005 Publicação IPR - 714

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pavimentos rigidos

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  • 1. DNIT MINISTRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS MANUAL DE PAVIMENTOS RGIDOS 2005 Publicao IPR - 714

2. MINISTRO DOS TRANSPORTES Alfredo Pereira do Nascimento DIRETOR GERAL DO DNIT Alexandre Silveira de Oliveira DIRETOR DE PLANEJAMENTO E PESQUISA Luziel Reginaldo de Souza COORDENADOR-GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA Wagner de Carvalho Garcia COORDENADOR DO INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS Chequer Jabour Chequer CHEFE DE DIVISO - IPR Gabriel de Lucena Stuckert 3. MANUAL DE PAVIMENTOS RGIDOS 4. REVISO Engesur Consultoria e Estudos Tcnicos Ltda EQUIPE TCNICA: Eng Jos Luis Mattos de Britto Pereira (Coordenador) Eng Zomar Antonio Trinta (Supervisor) Eng Wanderley Guimares Corra (Consultor) Tec Marcus Vincius de Azevedo Lima (Tcnico em Informtica) Tec Alexandre Martins Ramos (Tcnico em Informtica) Tec Reginaldo Santos de Souza (Tcnico em Informtica) COMISSO DE SUPERVISO: Eng Gabriel de Lucena Stuckert (DNIT / DPP / IPR) Eng Mirandir Dias da Silva (DNIT / DPP / IPR) Eng Jos Carlos Martins Barbosa (DNIT / DPP / IPR) Eng Elias Salomo Nigri (DNIT / DPP / IPR) COLABORADORES: Eng Arjuna Sierra (DNIT / DPP / IPR) Eng Jorge Nicolau Pedro (DNIT / DPP / IPR) Brasil. Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes. Diretoria de Planejamento e Pesquisa. Coordenao Geral de Estudos e Pesquisa. Instituto de Pesquisas Rodovirias. Manual de pavimentos rgidos. 2.ed. - Rio de Janeiro, 2005. 234p. (IPR. Publ., 714). 1. Pavimento de concreto Manuais. I. Srie. II. Ttulo. Impresso no Brasil / Printed in Brazil 5. MINISTRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS Publicao IPR - 714 MANUAL DE PAVIMENTOS RGIDOS 2 Edio Rio de Janeiro 2005 6. MINISTRIO DOS TRANSPORTES DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRA-ESTRUTURA DE TRANSPORTES DIRETORIA DE PLANEJAMENTO E PESQUISA COORDENAO GERAL DE ESTUDOS E PESQUISA INSTITUTO DE PESQUISAS RODOVIRIAS Rodovia Presidente Dutra, Km 163 Vigrio Geral Cep.: 21240-000 Rio de Janeiro RJ Tel.: (0XX21) 3371-5888 Fax.: (0XX21) 3371-8133 e-mail.: [email protected] TTULO: MANUAL DE PAVIMENTOS RGIDOS Primeira Edio: 1989 Reviso: DNIT / Engesur Contrato: DNIT / Engesur PG 157/2001-00 Aprovado Pela Diretoria Colegiada do DNIT em 26 / 07 / 2005 7. APRESENTAO O Instituto de Pesquisas Rodovirias do Departamento Nacional de Infra-Estrutura de Transportes, dando prosseguimento ao Programa de Reviso e Atualizao de Normas e Manuais Tcnicos vem apresentar comunidade rodoviria o seu Manual de Pavimentos Rgidos, objeto de reviso dos Volumes I, II e III do homnimo Manual do DNER de 1989. A presente edio erradica as normas de pavimentos rgidos que compunham o antigo Manual, que agora revisadas passam a integrar a Coletnea de Normas .do DNIT. Assim sendo este Manual foi integralmente reformulado no s para aperfeioar metodologias, como tambm incluir novas tecnologias que esto sendo adotadas na pavimentao rgida, tais como Whitetopping e o pavimento estruturalmente armado. Por outro lado, o IPR apreciaria receber quaisquer comentrios, observaes, sugestes e crticas que possam contribuir para o aperfeioamento da tcnica e do estado da arte dos pavimentos rgidos, os quais sero analisados e, se for o caso, aproveitados numa prxima edio. Eng Chequer Jabour Chequer Coordenador do Instituto de Pesquisas Rodovirias Endereo para correspondncia: Instituto de Pesquisas Rodovirias A/C Diviso de Capacitao Tecnolgica Rodovia Presidente Dutra, Km 163, Centro Rodovirio, Vigrio Geral, Rio de Janeiro CEP 21240-330, RJ Tel.: (21) 2471-5785 Fax.: (21) 2471-6133 e-mail: [email protected] 8. SUMRIO APRESENTAO .......................................................................................................... 3 1. INTRODUO ...................................................................................................... 11 2. MATERIAIS PARA CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ............................... 15 2.1. Estudo dos Agregados ............................................................................... 17 2.1.1. Introduo ....................................................................................... 17 2.1.2. Estudo Geolgico ............................................................................ 18 2.1.3. Prospeco de Jazidas e Pedreiras ................................................ 19 2.1.4. Caracterizao Tecnolgica ............................................................ 22 2.2. Estudo do Cimento Portland ....................................................................... 26 2.2.1. Introduo ....................................................................................... 26 2.2.2. Seleo das Fontes de Abastecimento ........................................... 28 2.2.3. Caracterizao Tecnolgica ............................................................ 29 2.2.4. Exigncias Normativas para os Diversos Tipos de Cimento para Uso em Pavimentao ............................................................................ 29 2.3. Estudo da gua de Amassamento ............................................................. 31 2.3.1. Introduo ....................................................................................... 31 2.3.2. Impurezas e suas Influncias .......................................................... 31 2.3.3. gua do Mar .................................................................................... 35 2.3.4. guas Residuais de Indstrias ........................................................ 36 2.3.5. O Efeito das Impurezas na gua de Mistura, Segundo Abrams ..... 36 2.3.6. A Prtica Corrente para Verificao da Qualidade da gua Empregada no Amassamento dos Concretos para Pavimentos ......................... 37 2.3.7. Normas Aplicveis............................................................................ 38 2.4. Estudo dos Aditivos e Adies ................................................................... 39 2.4.1. Definies ........................................................................................ 39 9. 2.4.2. Uso dos Aditivos .............................................................................. 39 2.4.3. Classificao ................................................................................... 39 2.4.4. Descrio dos Efeitos dos Aditivos mais Usados sobre o Concreto ..40 2.4.5. Retardadores ................................................................................... 47 2.5. Estudo dos Selantes de Juntas .................................................................. 48 2.5.1. Objetivos da Selagem de Juntas ..................................................... 48 2.5.2. Requisitos Necessrios aos Materiais Selantes .............................. 49 2.5.3. Dimensionamento do Reservatrio do Selante - Fator de Forma ... 53 2.5.4. Concluso ....................................................................................... 58 3. ESTUDO DOS CONCRETOS ............................................................................... 59 3.1. Introduo .................................................................................................. 61 3.2. Estudo do Trao do Concreto ..................................................................... 62 3.3. Ensaios de Caracterizao dos Materiais .................................................. 62 3.4. Ensaios de Caracterizao do Concreto .................................................... 63 3.5. Controle de Qualidade dos Materiais e do Concreto................................... 63 3.6. Normas Aplicveis....................................................................................... 63 3.6.1. Para o Estudo do Trao, Caracterizao dos Materiais e Ensaios no Concreto........................................................................................... 63 3.6.2. Para os Ensaios de Controle da Qualidade do Concreto Durante a Execuo do Pavimento................................................................... 63 4. PROJETO E DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTOS RGIDOS........................ 65 4.1. Introduo ................................................................................................... 67 4.2. Caractersticas do Subleito.......................................................................... 69 4.3. Estudo de Traado ...................................................................................... 70 4.4. Projeto de Sub-base.................................................................................... 71 4.4.1. Objetivos .......................................................................................... 71 4.4.2. Recomendaes .............................................................................. 72 10. 4.4.3. Tipos de Sub-Base........................................................................... 73 4.4.4. Coeficiente de Recalque .................................................................. 77 4.5. Projeto de Drenagem .................................................................................. 82 4.5.1. Objetivos ......................................................................................... 82 4.5.2. Sistemas de Drenagem ................................................................... 82 4.5.3. Dimensionamento da Drenagem ..................................................... 83 4.6. Dimensionamento da Espessura dos Pavimentos Rgidos ......................... 87 4.6.1. Objetivo ............................................................................................ 87 4.6.2. Pavimentos de Concreto Simples Mtodo da Portlad Cement Association PCA 1984................................................................ 87 4.6.3. Pavimentos de Concreto Simples Mtodo da Portland Cement Association PCA 1966................................................................ 119 4.6.4. Pavimento Tipo Whitetopping........................................................... 132 4.6.5. Sobrelaje Sobre Estrutura de Concreto............................................ 133 4.6.6. Pavimento Estruturalmente Armado................................................. 134 4.6.7. Pavimento com Peas Pr-Moldadas de Concreto .......................... 151 4.7. Projeto Geomtrico do Pavimento Rgido ................................................... 152 4.7.1. Introduo ....................................................................................... 152 4.7.2. Caracterstica das Juntas em Pavimentos Rodovirios de Concreto (Tipos e Funes) ........................................................................... 153 4.7.3. Tipos de Materiais Selantes e de Enchimento de Juntas ................ 164 4.8. Projeto de Acostamentos ............................................................................ 167 4.8.1. Espessura ....................................................................................... 167 4.8.2. Geometria ........................................................................................ 168 4.8.3. Subleito ........................................................................................... 168 4.8.4. Projeto de Juntas ............................................................................ 168 4.8.5. Continuidade entre a Pista e o Acostamento .................................. 170 11. 4.8.6. Selagem de Juntas .......................................................................... 171 4.8.7. Caractersticas da Superfcie de Rolamento ................................... 172 4.8.8. Acostamento de Solos Estabilizados ............................................... 172 5. EXECUO E CONTROLE TECNOLGICO DE PAVIMENTOS RGIDOS ......... 175 5.1. Execuo de Sub-Base............................................................................... 177 5.2. Execuo de Pavimentos Rgidos............................................................... 178 5.2.1. Concreto Simples ............................................................................. 178 5.2.2. Pavimento Tipo Whitetopping........................................................... 179 5.2.3. Pavimento Estruturalmente Armado................................................. 181 5.2.4. Concreto Rolado .............................................................................. 183 5.2.5. Pavimento com Peas Pr-Moldadas de Concreto ......................... 184 6. CONSERVAO DOS PAVIMENTOS RGIDOS .................................................. 189 6.1. Introduo ................................................................................................... 191 6.2. Inspeo de Pavimento Rgido.................................................................... 192 6.3. Critrios de Severidade............................................................................... 192 6.4. Tipologia dos defeitos.................................................................................. 192 6.5. Procedimento para o clculo do ICP - (ndice da Condio do Pavimento) ............................................................ 192 6.6. Diretrizes para Operao de Pavimentos Rgidos e Prticas de Conservao .......................................................................................... 193 6.6.1. Diretrizes para Operao de Pavimentos Rgidos ........................... 193 6.6.2. Prticas de Conservao de Pavimentos Rgidos ........................... 198 6.7. Reabilitao dos Pavimentos Rgidos ........................................................ 215 6.7.1. Diretrizes Gerais para a Avaliao das Condies Estruturais do Pavimento a ser Reabilitado ............................................................ 215 6.7.2. Levantamento dos Dados do Pavimento Existente ......................... 215 6.7.3. Avaliao da Condio Global do Pavimento Existente .................. 217 12. 6.7.4. Anlise das Solues Potenciais para a Reabilitao ..................... 218 6.7.5. Escolha da Alternativa de Reabilitao Mais Adequada ................. 219 6.7.6. Tipos de Reabilitao ...................................................................... 220 APNDICE I ................................................................................................................... 223 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS................................................................................ 229 13. 11 11 -- IINNTTRROODDUUOO 14. 13 1 INTRODUO O Manual de Pavimentos Rgidos foi editado inicialmente em 1989, como sendo o resultado de uma pesquisa sobre o assunto, na qual foi realizada uma ampla consulta bibliogrfica para compilao e anlise das metodologias adotadas por rgos rodovirios nacionais e internacionais, alm da reviso e elaborao de normas tcnicas, que contou com a participao de especialistas nas reas de pavimentao rgida, tecnologia do concreto, geologia e geotcnica. Foram desenvolvidos, ainda, estudos experimentais complementares, sobre temas no consensuais na poca, tais como: o comportamento dos materiais selantes de juntas, a utilizao de correlao entre as resistncias mecnicas do concreto e as tcnicas de inspeo dos defeitos e avaliao de pavimentos. Aps cerca de 12 anos de utilizao deste Manual considerou-se necessria a sua reviso, no apenas para aperfeioar metodologias e normas tcnicas, bem como torn-lo mais atualizado, incluindo novas tecnologias que esto sendo adotadas na pavimentao rgida, tais como o Whitetopping e o pavimento estruturalmente armado, para as quais tambm foram desenvolvidos estudos experimentais e de acompanhamento de desempenho. Outra alterao introduzida na reviso deste Manual foi a supresso dos textos das normas tcnicas, para as quais so feitas apenas referncias. A reviso deste Manual composta das seguintes partes: a) Materiais para concreto de cimento Portland b) Estudo dos concretos c) Projeto e dimensionamento d) Execuo e controle tecnolgico de sub-bases e de pavimento e) Conservao e Reabilitao A aplicao criteriosa das recomendaes contidas neste Manual, por pessoal tcnico especializado, certamente conduzir obteno de pavimentos seguros, durveis e mais econmicos, tanto em relao a investimentos iniciais, quanto os recursos necessrios para a sua manuteno. 15. 15 22 MMAATTEERRIIAAIISS PPAARRAA CCOONNCCRREETTOO DDEE CCIIMMEENNTTOO PPOORRTTLLAANNDD 16. 17 2 MATERIAIS PARA CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND Os principais materiais empregados em pavimentos de concreto de cimento Portland, so o cimento portland, agregados grados, agregados midos, gua, aditivos e materiais selantes de junta. Nesta seo so apresentados os tipos destes materiais mais adequados e o modo de aferir suas qualidades e critrios para a seleo de fornecedores. O estudo dos materiais foi subdividido nos seguintes itens: a) Estudo dos Agregados b) Estudo do Cimento Portland c) Estudo da gua de Amassamento d) Estudo dos Aditivos e) Estudos dos Materiais Selantes de Juntas Em cada um desses itens so descritos os aspectos peculiares que o material deve apresentar quando empregado em obras de pavimentao, os critrios para a seleo de fontes ou de fornecedores, os procedimentos para a sua caracterizao tecnolgica e a indicao das Normas da ABNT (em suas ltimas edies), DNER e DNIT para a qualificao destes materiais. 2.1 ESTUDO DOS AGREGADOS 2.1.1 INTRODUO Nas obras rodovirias so produzidos agregados para diversos fins, cada um deles exigindo caractersticas tecnolgicas especficas. Para os agregados destinados produo de concreto de cimento portland destinado para as obras de pavimentao rgida, so exigidas condies especiais que diferem daquelas adotadas para concreto de edificaes, pontes e outros tipos de estruturas. Isto se deve ao fato de ser necessrio para o concreto de pavimentao, que ele tenha maior resistncia trao, menores variaes volumtricas, menor suscetibilidade fissurao, resistncia fadiga e elevada durabilidade ao do meio ambiente e ao abrasiva do trfego. A investigao das ocorrncias de areais, cascalheiras e pedreiras, bem como os ensaios de caracterizao tecnolgica realizados em amostras extradas destas ocorrncias, devero ser programados visando a obteno daqueles objetivos. 17. 18 2.1.2 ESTUDO GEOLGICO Estes estudos devero ser desenvolvidos em linhas gerais conforme o estabelecido nas instrues IS-02 do DNER Instrues de Servio para Estudo Geolgico - devendo, entretanto, ser considerados na escolha de ocorrncias para explorao, os aspectos geolgicos e petrogrficos peculiares aos materiais rochosos e granulares naturais destinados produo de agregados para concreto de cimento portland. Tais aspectos esto relacionados com a compatibilidade que os agregados devem apresentar com o cimento Portland e a influncia da sua forma e textura na trabalhabilidade do concreto. No caso de materiais granulares naturais, principalmente aqueles de dimenso maior do que 4,8 mm, devem tambm ser considerados na escolha das ocorrncias, os requisitos granulomtricos e de dimenso mxima exigidos na produo do concreto. A origem e processo de formao de um depsito mineral tm influncia fundamental nas caractersticas dos agregados dele extrados e, tambm, na maior ou menor aptido que esta ocorrncia ter para se transformar em uma jazida produtiva, tcnica e economicamente. No caso de jazidas de areia e pedregulho, a sua origem pode estar ligada a solos residuais provenientes da decomposio de rochas, devida aos processos intempricos, ou solos transportados pelos diversos agentes naturais, sendo esta segunda hiptese a mais comum para a maioria das regies brasileiras. Quanto s pedreiras, a natureza petrogrfica da rocha e o sistema produtivo empregado na obteno do material britado, assim como a sua origem, condicionaro fortemente suas caractersticas e, deste modo, pode-se esperar boa qualidade quando a matria prima mineral rocha gnea intrusiva isotrpica, como por exemplo o granito. Quanto s rochas extrusivas, tais como o basalto, podem resultar agregados mais lamelares e angulosos, alm do mais, sujeitos ocorrncia de minerais deletrios, como as argilas expansivas do tipo da nontronita. No caso de rochas sedimentares, pode-se esperar uma homogeneidade menor ao longo de uma mesma pedreira, proveniente de sua origem, que envolve produtos de degradao fsica e qumica de outras rochas aglutinadas por cimento natural. Dentre as rochas sedimentares, os melhores agregados para concreto so provenientes de calcrios que os tornam menos friveis, menos porosos e, portanto, mais coerentes e resistentes a aes mecnicas. Quanto s rochas metamrficas, que so o resultado da ao de presso e temperatura sobre rochas pr-existentes, aquelas que apresentam o melhor desempenho, quando transformadas em material granular, so os gnaisses, desde que sua foliao no seja exagerada. A presena de sistemas de descontinuidades no macio rochoso pode, s vezes, inviabilizar o seu aproveitamento como fonte de matria prima para agregado, 18. 19 especialmente se houver preenchimento por material secundrio inconsistente. Alm disso a ocorrncia de camada espessa de estril recobrindo a ocorrncia mineral e o excesso de alterao intemprica podem inviabilizar a explorao comercial de jazimentos minerais. Assim, um criterioso levantamento geolgico de campo deve ser executado para avaliao das caractersticas da jazida. 2.1.3 PROSPECO DE JAZIDAS E PEDREIRAS Na investigao das ocorrncias de areais, cascalheiras e pedreiras devero ser procuradas ocorrncias que apresentem menores custos de escavao, transporte e beneficiamento e que os materiais delas provenientes, alm de serem adequados como agregados para concreto de pavimentao, possam originar concretos econmicos e mais durveis. Na escolha dessas fontes, portanto, o importante avaliar o custo do concreto obtido com os diversos tipos de agregados disponveis e no apenas o custo direto da produo desses agregados. Os principais aspectos tecnolgicos a serem observados nos agregados para concreto de pavimentao so: a) Influncia do agregado na resistncia mecnica do concreto, principalmente na resistncia trao na flexo; b) Presena de materiais deletrios nos agregados que possam ao longo do tempo provocar variaes volumtricas ou ento causar-lhes degradao, conferindo-lhes a condio de no-inerte. 2.1.3.1 NA FASE DE ANTEPROJETO Os procedimentos recomendveis para prospeco de jazidas e pedreiras, na fase de anteprojeto, podem ser divididos em duas etapas: a) 1 Etapa A primeira etapa envolve a localizao, inspeo geolgica e geotcnica e cadastramento de ocorrncias. Ela dever ser iniciada com a coleta de informaes regionais, inspeo visual e registro de ocorrncias que tenham se efetivado anteriormente no sentido da explorao de materiais rochosos na regio de interesse. Os materiais rochosos destinados produo de agregados devem apresentar como condio limite de resistncia, aquela que permita sua britagem, isto , que seja produzido no mnimo cerca de 70% de material com gros de tamanho superior a 4,8 mm para cada m de rocha britada. Caso contrrio, o material rochoso anti- econmico para a produo de agregado, devendo essa ocorrncia ser descartada. Para se avaliar simplesmente a resistncia da rocha, existe o ensaio de compresso puntiforme, que pode ser realizado no campo. Entretanto, para se ter idia da 19. 20 possibilidade de obteno econmica de britas do material ptreo em estudo, podem ser realizados os ensaios de esmagamento ou impacto, que informam de maneira expedita se a rocha apresenta resistncia suficiente para ser britada. Estes ensaios apresentam, contudo, a dificuldade de no poderem ser feitos no campo e, portanto, exigirem transporte de amostras para Laboratrios Centrais. As cartas topogrficas, levantamentos aerofotogramtricos e bibliografia tcnica devem ser procurados para o acervo de dados que ir complementar as informaes colhidas no campo. No caso de areia e pedregulho, devem ser obtidas informaes preliminares sobre composio granulomtrica, constituio mineralgica que possa ser reconhecida vista desarmada ou lupa porttil, e estimativa grosseira de espessura das camadas etc. A friabilidade dos pedregulhos e o tipo de matriz que os envolve, so caractersticas que devem ser verificadas nesta fase, devido influncia delas no rendimento de produo de agregados com os materiais dessas ocorrncias. Para pedreiras, devem ser colhidas informaes preliminares sobre o tipo de rocha, descontinuidades presentes, grau de intemperismo e, quando possvel, espessura de estril. b) 2 Etapa A segunda etapa constar da pr-seleo das ocorrncias mais promissoras, que sero alvo de detalhamento; baseia-se, geralmente, no resultado de programas de prospeco por sondagem, orientados pelos dados iniciais da primeira etapa, objetivando uma avaliao do volume e da qualidade do material disponvel. importante uma racionalizao do nmero de sondagens a ser efetuado, evitando-se os excessos que oneram sensivelmente os custos da prospeco e, neste caso, a primeira etapa adequadamente conduzida contribuir com resultados extraordinrios neste sentido. Quando a pesquisa se destina a areia ou pedregulho, as tcnicas de prospeco so condicionadas principalmente pelo tipo de depsito, caractersticas geomtricas da ocorrncia, topografia, vias de acesso e, quando for o caso, pela espessura da lmina dgua. Nesta etapa pode-se lanar mo, nos depsitos submersos, da sondagem a varejo, na qual uma barra metlica ou de madeira com ponteira de ao introduzida no fundo do rio, a partir de uma pequena embarcao que se movimenta de forma sistemtica. Essa tcnica permite o reconhecimento da distribuio do depsito e uma noo da granulometria de seu material constituinte. Para investigao em depsitos no submersos, as tcnicas mais comumente empregadas so os trados manuais, trincheiras e poos de inspeo. Com o trado manual possvel alcanar at 10 metros de profundidade; entretanto, h limitaes devidas ao nvel dgua, compacidade e granulometria do depsito. As trincheiras, em geral, alcanam profundidades bem menores, mas permitem melhor visualizao da distribuio espacial da ocorrncia. Os poos de inspeo tambm possuem, em escala menos ampla, essa caracterstica, porm vo alm das profundidades 20. 21 atingidas pelas trincheiras e podem ter seu alcance ampliado, efetuando-se sondagens a trado a partir do seu fundo. Quando se tratar de pesquisa de pedreiras, esta etapa dever envolver tcnicas prospectivas, tais como as sondagens manuais para avaliao de estril, sondagens rotativas e mtodos geofsicos (que podem ser eltricos ou ssmicos). As amostras podem ser colhidas, portanto, por percusso com ponteira e marreta, pela coleta de blocos e fragmentos que estejam visualmente inalterados ou serem constitudas de testemunhos de sondagem. Uma verificao importante a ser feita nessa fase a presena de materiais deletrios no-inertes, tanto no material ptreo como nos materiais granulares naturais, que podero se constituir no futuro, em elementos destruidores do pavimento, reduzindo a sua durabilidade e conseqentemente a sua vida til. Alguns desses elementos podero ter seus efeitos neutralizados por meio de providncias corretivas no sendo, portanto, fatores de restrio ao uso do material no concreto, mas tais providncias podero trazer nus desnecessrios para a obra. Para outros elementos deletrios, tais como a pirita e argilo-minerais expansivos, no se dispe de providncias corretivas e as ocorrncias, onde for detectada a presena deles, no devem ser consideradas como fontes de obteno de agregados. 2.1.3.2 NA FASE DE PROJETO Na fase de projeto dever ser complementada a caracterizao dos depsitos que foram levantados na fase de anteprojeto, envolvendo a determinao dos volumes disponveis e possibilidade de produo. Nessa fase deve-se visar o conhecimento mais acurado das ocorrncias mais promissoras que foram selecionadas na etapa de anteprojeto. Assim, quando se tratar de jazida de areia ou pedregulho, promover-se- a intensificao das sondagens a trado ou poos, ou ento a investigao de profundidades maiores, utilizando-se sondagens mecnicas, em geral com dimetro de at 20 cm. A malha de sondagens, com distncia entre os pontos que pode variar de 20 metros a 60 metros, deve ser criteriosamente estudada em funo dos dados geolgicos levantados na fase de anteprojeto. Nesta fase devem ser executados ensaios completos de caracterizao, sendo recomendvel para cascalho com dimenso mxima at 5,0 cm, a coleta de 50 a 100 kg de material por camada. Para pedreiras, nesta fase, devero ser completadas as informaes sobre o volume do material lavrvel da jazida e do estril, com sondagens rotativas de dimetro de 20 a 30 cm. Blocos de rocha, tambm, quando possvel, devero ser retirados com marreta e ponteira, ou por pequenas cargas explosivas. Para testes de britagem podem ser coletados blocos de 30 cm a 60 cm de aresta; estes testes podem ser efetuados por esmagamento, ou mais raramente por impacto, dependendo dos equipamentos que se pretenda utilizar 21. 22 durante a explorao da pedreira. Tais testes so de grande importncia, pois permitem estimar as quantidades e a forma das britas de cada graduao que podero ser obtidas, as perdas e os finos resultantes, incluindo a areia artificial, tambm denominada de p-de- pedra. Para reconhecimento e amostragem para fins de caracterizao de pedregulho e areia dever ser adotada a norma NBR 6491. 2.1.4 CARACTERIZAO TECNOLGICA 2.1.4.1 NA FASE DE ANTEPROJETO Na fase de anteprojeto, por ocasio da pr-seleo das fontes de suprimento dos agregados para concreto, a caracterizao tecnolgica deles ter por objetivo a seleo definitiva destas fontes, mediante ensaios nos prprios agregados ou em argamassas e concretos obtidos com eles, segundo estabelecido nas normas da ABNT (em suas ltimas edies), DNER e DNIT. Nas amostras provenientes dessas fontes, dever ser feita inicialmente a apreciao petrogrfica dos materiais rochosos e dos pedregulhos e a anlise mineralgica do agregado mido, conforme a Norma NBR 7389, para verificar a existncia de minerais deletrios neles ocorrentes, que podem prejudicar o desempenho deles como agregado para concreto. Para completar esta seleo de fontes devero ser pelo menos analisadas as caractersticas discriminadas a seguir: a) Material Rochoso absoro e massa especfica (NBR 9937); abraso Los Angeles (NBR 6465); esmagamento (NBR 9938). b) Pedregulhos granulometria, dimenso mxima caracterstica e mdulo de finura (NBR 7217); teor de argila em torres e materiais friveis (NBR 7218); absoro e massa especfica (NBR 9937); teor de material pulverulento (NBR 7219); ndice de forma (NBR 7809); abraso Los Angeles (NBR 6465); esmagamento (NBR 9938); 22. 23 teor de partculas leves (NBR 9936); 10% de finos (DNER-ME 96/98). c) Agregados Midos granulometria, dimenso mxima caracterstica e mdulo de finura (NBR 7217); teor de argila em torres e materiais friveis (NBR 7218); massa especfica e absoro (NBR 9776); teor de material pulverulento (NBR 7219); teor de impurezas orgnicas hmicas (NBR 7220); teor de partculas leves (NBR 9936). Dependendo das informaes fornecidas pela apreciao petrogrfica, outros ensaios devero ser realizados. Entre eles: a) resistncia compresso axial da rocha (NBR 5739); b) ciclagem artificial e acelerada, para rochas e pedregulhos (NBR 12696 / NBR 12697); c) reatividade potencial aos lcalis, para agregados midos, pedregulhos e rochas (Mtodo Acelerado ASTM-C-1260). quando houver dvidas sobre a reatividade do material, utilizar a Norma NBR 9733; para as rochas carbonticas, utilizar a Norma NBR 10340; d) teor de cloretos e sulfatos solveis em gua para o agregado mido natural, quando houver suspeita de contaminao por essas substncias (NBR 9917). A freqncia de cada ensaio dever ser fixada em funo das caractersticas da jazida, da obra, do clima e da confiana nos fornecedores, podendo estar ela relacionada a amostras simples ou compostas, de acordo com o programa de controle definido. No caso de haver disposies especficas para amostragem, os procedimentos para este fim devero seguir os princpios gerais da norma NBR NM-27. 2.1.4.2 NA FASE DE PROJETO Na fase de projeto devero ser realizados, nas amostras coletadas por ocasio do detalhamento das jazidas, alm dos ensaios especificados na fase de anteprojeto, os seguintes ensaios: a) ensaio de consistncia, comparando a quantidade necessria de gua para manter a mesma plasticidade em argamassa de mesmo trao, variando apenas os tipos de areia em estudo. 23. 24 b) qualidade do agregado grado, comparando-se as resistncias obtidas em concretos de traos de iguais caractersticas, nos quais varia-se apenas o tipo do agregado grado. c) qualidade do agregado mido, comparando-se as resistncias obtidas em argamassas de traos iguais, variando-se apenas o tipo de agregado conforme a Norma ABNT- NBR 7221. De posse dos resultados obtidos nas amostras das fontes selecionadas, tanto na fase de anteprojeto como na fase de projeto, devero ser estabelecidos os ndices de qualidade dos agregados na especificao da obra. Esses ndices de qualidade devero ser, em princpio, aqueles de uso corrente e padronizado, que constam na Norma NBR 7211. possvel, entretanto, dependendo do tipo de material encontrado ou do processo executivo de pavimentao, que haja necessidade de se estabelecer outros ndices ou a modificao dos valores exigidos nos ndices normalmente utilizados. O controle de qualidade do agregado, a ser exercido durante a obra, visa detectar alteraes na sua qualidade, que podem ocorrer, entre outras causas, por: a) Mudana nos pontos de extrao, que poder provocar at mesmo o fornecimento de agregados de rochas de diferentes estruturas e falta de homogeneidade granulomtrica; b) Intempries, que alteram sensivelmente os teores de impurezas orgnicas, materiais argilosos e pulverulentos; c) Problemas relacionados com a britagem do material rochoso, tais como alterao na calibrao dos britadores, britagem em dias chuvosos, britadores trabalhando afogados ou mais vazios; d) Excesso de abertura da malha nas peneiras classificatrias, devido ao seu uso prolongado, ou utilizao de malhas com abertura sem conformidade com a especificao; e) Misturas nas pilhas de estocagem, etc. Todas as caractersticas dos agregados que afetam a qualidade do concreto, devero ser consideradas no programa de controle de qualidade elaborado para a obra. 2.1.4.3 DURANTE AS CONCRETAGENS As caractersticas dos agregados midos e grados que devero ser verificadas no transcorrer da obra so: a) granulometria, dimenso mxima caracterstica e mdulo de finura (NBR 7217); b) teor de argila em torres e materiais friveis (NBR 7218); 24. 25 c) massa especfica e absoro (NBR 9937); d) teor de material pulverulento (NBR 7219); e) teor de impurezas orgnicas hmicas (NBR 7220); f) teor de umidade (NBR 9775). Em relao aos ensaios indicados, deve ser observado que as anlises do prprio concreto, nos estados frescos e endurecido, podero indicar a necessidade de introduo de outros ensaios no programa de controle. 2.1.4.4 ASPECTOS A SEREM CONSIDERADOS NAS NORMAS DE ENSAIOS DE CARACTERIZAO DOS AGREGADOS a) No ensaio de resistncia ao esmagamento (NBR 9938), dever ser adotada a mdia de pelo menos duas determinaes, induzindo maior confiabilidade aos resultados obtidos. b) Na determinao da resistncia mecnica pelo mtodo de 10% de finos (DNER-ME 96/98), a utilizao de amostras provenientes da cominuio de gros maiores deve ser evitada e somente empregada, quando o exame visual sob a lupa no revelar danos nos gros a serem ensaiados, que possam interferir no resultado do ensaio. Recomenda-se que o resultado deva ser a mdia de duas determinaes, o que aumentar a confiabilidade no resultado do ensaio, pela possibilidade de que eventuais enganos possam ser detectados. c) O ensaio de equivalente de areia, originalmente desenvolvido como um procedimento de determinao quantitativa expedita de partculas finas em solos, no tem aplicao consagrada na tecnologia de agregados para concreto, mas muito utilizado no controle de pavimentao, principalmente quando se utilizam britas graduadas. Na tecnologia de concreto, so utilizados tradicionalmente os ensaios de determinao do teor de argila em torres e de materiais pulverulentos, que so bastante simples e utilizam utenslios amplamente disponveis em todo o territrio nacional. Assim, deve ser adotada neste ensaio a norma DNER-ME 054/63. d) A determinao da sanidade do agregado com a utilizao de ciclagem em soluo saturada de sulfato de sdio ou magnsio foi criada com a finalidade de simular as condies de congelamento e degelo a que se submetem os concretos em regies frias. Esse tipo de clima, envolvendo queda de neve e formao de gelo por temporadas mais ou menos prolongadas no ocorre em nosso pas, o que torna desnecessrio esse ensaio na prtica habitual da tecnologia de concreto. A realizao desse ensaio somente se justifica como uma informao acessria sobre o estado de degradao intemprica do agregado, quando no for disponvel a apreciao petrogrfica ou ensaios especficos de ciclagem. Nesse caso, deve ser adotada a norma DNER-ME 89/97. e) Em relao Foto-interpretao Geolgica, deve-se dar continuidade aplicao da Norma DNER-PRO 12/95 - Foto-interpretao Geolgica Aplicada Engenharia Civil. 25. 26 Esta norma dever ser reavaliada pelo DNIT, por se tratar de um texto bastante completo, envolvendo desde definies bsicas at indicaes de entidades que dispem de documentao foto-geolgica, a escolha de escalas compatibilizadas com a fase de trabalho da engenharia a que se destina o levantamento, incluindo critrios de interpretao e simbologias empregadas. f) A massa especfica dos agregados adotada e utilizada em tecnologia de concreto, especialmente na dosagem dos materiais, a massa especfica no estado saturado superfcie seca, definida como sendo a relao entre a massa do agregado na condio saturada superfcie seca e o seu volume, excludos os vazios permeveis. Os vazios permeveis so definidos como sendo as descontinuidades ligadas diretamente superfcie que, na condio saturada superfcie seca, so passveis de reter gua. g) A determinao do teor de partculas leves, baseia-se na separao por imerso em lquidos densos (soluo de cloreto de zinco e tetrabromoetano), das partculas leves com densidade, em geral, inferior a 2,00 g/cm, tais como carvo, lignito, fragmentos vegetais etc. h) Os cloretos e os sulfatos podem interferir negativam i) ente nas caractersticas do concreto fresco e endurecido e na sua durabilidade. Assim, a contribuio que o agregado pode dar para incrementar suas concentraes no concreto pode ser avaliada por esse mtodo. j) A reatividade de certos tipos de agregados com o lcalis do cimento ou proveniente de outras fontes, atualmente determinada pelo mtodo acelerado ASTM-C-1260, que em 16 dias informa sobre a probabilidade de ocorrer esta reao expansiva. Se a expanso observada naquela idade for inferior a 0,10%, considera-se o agregado incuo. Se esta expanso for maior que 0,20%, o agregado considerado reativo. Se a expanso estiver entre 0,10% e 0,20% h dvidas quanto ocorrncia da reao, dvida esta que dever ser esclarecida com o ensaio de longa durao (6 meses) da Norma NBR 9733. Para avaliar a reatividade de agregados de natureza calcrea, deve ser adotada a Norma NBR 10340. 2.2 ESTUDO DO CIMENTO PORTLAND 2.2.1 INTRODUO O cimento Portland composto de clinquer e de adies, que so misturadas ao clinquer na fase de moagem e que podem variar de um tipo de cimento para outro, sendo elas um dos fatores que definem os diferentes tipos de cimentos. Estas adies, que devem ser finamente modas, so: A escria de alto forno, obtida durante a produo de ferro gusa nas indstrias siderrgicas e que tem forma e granulometria de areia, mdia para grossa, para as 26. 27 quais se exige que tenham o ndice de basicidade, definido na Norma NBR 5735, igual ou maior que 1. Os materiais pozolnicos podem ser provenientes de rochas vulcnicas, de certos tipos de argilas queimadas em elevadas temperaturas e as cinzas provenientes da queima de carvo mineral. Estes materiais devem apresentar uma atividade pozolnica com o cimento, determinada conforme a Norma NBR 5752, maior que 75% aos 28 dias. Materiais carbonticos, com pelo menos 85% de CaCO3. Em funo do tipo e teor de adies, so normalizados pela ABNT os seguintes tipos de cimento: a) Cimento Portland comum - tipo CPI (NBR 5732) Sem adio : tipo CPI Com adio de materiais carbonticos: tipo CPI-S b) Cimento Portland composto - tipo CPII (NBR 11578) Com adio de escria: tipo CPII-E Com adio de materiais pozolnicos: tipo CPII-Z Com adio de materiais carbonticos: tipo CPII-F c) Cimento Portland de alto forno - tipo CPIII (NBR 5735) d) Cimento Portland Pozolnico - tipo CPIV (NBR 5736) e) Cimento Portland de Alta Resistncia Inicial (ARI) - tipo CPV (NBR 5733) f) Outros tipos: Cimento Portland Branco Estrutural - tipo CPB (NBR 12989) Cimento Portland resistente aos sulfatos (NBR 5737) Cimento Portland de baixo calor de hidratao (NBR 13116) Quanto resistncia compresso, os cimentos CPI, CPII e CPIII, so classificados em CP-25, CP-32 e CP-40, que apresentam resistncia mnima a compresso pelo ensaio padro ABNT, na idade de 28 dias de respectivamente 25 MPa, 32 MPa e 40 MPa. Para o cimento CPIV so produzidos apenas os tipos CP25 e CP32, enquanto para o cimento CPV, normalizado apenas um tipo quanto resistncia. Para a execuo dos pavimentos de concreto no so feitas exigncias especiais quanto ao tipo de cimento e quanto aos ndices fsicos e qumicos que estes tipos devem apresentar. Entretanto, os cimentos que apresentam maior eficincia no concreto (com maiores resistncias para menores consumos) so aqueles cujo processo de endurecimento com o tempo seja mais lento (desde que no haja necessidade de abertura rpida ao trfego), tm-se mostrados mais adequados para este tipo de obra. A 27. 28 escolha do tipo ou marca do cimento mais conveniente, quando esta escolha for possvel, poder trazer maior economia para a obra, alm de maior qualidade e durabilidade, pela reduo da probabilidade de fissurao. Para a execuo de pavimentos de concreto, os tipos de cimento recomendados so: a) Cimento Portland Comum (NBR 5732); b) Cimento Portland Composto (NBR11578); c) Cimento Portland de Alto Forno (NBR 5735); d) Cimento Portland Pozolnico (NBR 5736). Eventualmente, no caso de reparos em pequenas reas, onde deve ser mnima a interrupo do trfego, pode-se utilizar o Cimento Portland de Alta Resistncia Inicial (NBR 5733). O cimento branco estrutural, desde que se disponha deste tipo de cimento, pode ser uma boa opo, principalmente quanto segurana no trfego, devido sua cor mais clara. 2.2.2 SELEO DAS FONTES DE ABASTECIMENTO O cimento, diferentemente das rochas, cujas caractersticas so determinadas por processos naturais, tem suas propriedades dentro de limites bastante variveis, originadas por formulaes do produtor. Certas propriedades especficas dos cimentos, conferem s argamassas e concretos variaes de desempenho, que podem vir a ser tcnica e economicamente significativas. Os fabricantes de cimento produzem os tipos que mais lhes convm, de acordo com a localizao de cada fbrica e a facilidade de obter insumos. Portanto, o primeiro critrio para a seleo dos fornecedores de cimento diz respeito disponibilidade do tipo adequado a uma determinada obra. Esse tipo adequado ser relacionado s caractersticas do meio ambiente, dos outros constituintes do concreto e do sistema construtivo previsto. A escolha ser feita levando-se em considerao ensaios conjuntos com os demais constituintes do concreto, visando obter concreto mais econmico e com menor suscetibilidade fissurao e exsudao. Quando o agregado disponvel for reativo com os lcalis do cimento, dever ser escolhido para uso na obra, um cimento que seja eficaz na inibio desta reao. De uma maneira geral, um cimento com adio de no mnimo 50% de escria e 30% de material pozolnico, costuma ser eficaz na neutralizao daquela reao. Esta condio deve entretanto ser confirmada em ensaios. 28. 29 Objetivando assegurar a continuidade do suprimento obra, sempre que o volume da obra permitir e houver disponibilidade de fornecedores a distncias de transporte economicamente viveis, devero ser selecionadas, no mnimo, duas fontes de fornecimento. 2.2.3 CARACTERIZAO TECNOLGICA Na fase de anteprojeto, as caractersticas da qualidade dos cimentos devem ser obtidas por coleta de informaes junto aos prprios fabricantes. A caracterizao tecnolgica na fase de projeto dever ser feita segundo prescries da especificao correspondente ao tipo de cimento escolhido. Os contratos de fornecimento, portanto, devero contemplar tais prescries. Deve-se ressaltar, entretanto, que em contratos objetivando o fornecimento contnuo por vrios meses, a introduo de clusulas especiais de controle de uniformidade tem se mostrado conveniente. Estas clusulas so imprescindveis para a obteno de informaes necessrias correta interpretao dos ensaios e constatao da manuteno das caractersticas do produto ao longo do tempo. Durante a obra, aconselhvel que os lotes, antes de liberados pelo produtor, sejam submetidos a inspeo na prpria fbrica, procedimento que no dispensaria o controle de recepo a ser executado no laboratrio da obra ou de terceiros. No sendo estabelecido nenhum critrio especial, a amostragem dever seguir os princpios da norma NBR 5741 Extrao e Preparao de Amostras - Cimento Portland. Para compatibilizar as caractersticas diferentes dos cimentos produzidos por mais de uma fonte, com as necessidades da obra, a utilizao de mistura de cimentos de marcas diferentes dever, quando for o caso, ser prevista na especificao da obra, onde sero estabelecidas as condies para realizao dessa mistura. 2.2.4 EXIGNCIAS NORMATIVAS PARA OS DIVERSOS TIPOS DE CIMENTO PARA USO EM PAVIMENTAO As exigncias estabelecidas para o cimento Portland destinado a obras de pavimentao rgida constam da Norma DNIT 050/2004-EM. Tais exigncias, em resumo, constam nas Tabelas 1, 2 e 3, apresentadas a seguir: 29. 30 TABELA 1 Teores dos componentes (% em massa) TIPO SIGLA CLASSE DE RESISTNCIA CLNQUER + SULFATO DE CLCIO (GESSO) ESCRIA GRANULA DA DE ALTO- FORNO MATERIAL POZOLNICO MATERIAL CARBONTICO CIMENTO PORTLAND COMUM CPI CP-IS 25-32-40 25-32-40 100 99 - 95 - - - - - 1 - 5 CPII E 25-32-40 94 - 56 6 - 34 - 0 - 10 CPII Z 25-32-40 94 - 76 - 6 - 14 0 - 10 CIMENTO PORTLAND COMPOSTO CPII F 25-32-40 94 - 90 - - 6 - 10 CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTNCIA INICIAL CPV ARI - 100 - 95 - - 0 - 5 CIMENTO PORTLAND DE ALTO FORNO CPIII 25-32-40 65 - 25 35 - 70 - 0 - 5 CIMENTO PORTLAND POZOLNICO CPIV 25-32 85 - 45 - 15 - 50 0 - 5 TABELA 2 Exigncias qumicas (% em massa) TIPO DE CIMENTO PORTLAND RESDUO INSOLVEL PERDA AO FOGO MgO SO3 CO2 S CPI CPI-S 1,0 5,0 2,0 4,5 6,5 4,0 1,0 3,0 - - CPII-E CPII-Z CPII-F 2,5 16,0 2,5 6,5 6,5 4,0 5,0 - - - CPIII 1,5 4,5 - 4,0 3,0 1,0 CPIV (1) 4,5 6,5 4,0 3,0 - CPV-ARI 1,0 4,5 6,5 3,5 (2) 4,5 (2) 3,0 - (1) O teor de material pozolnico no cimento pode ser avaliado pelo ensaio de resduo insolvel. (2) O teor de SO3 igual a 3,5 aplica-se quando C3A 8,0%. O teor de 4,5% quando C3A >8,0%. Nota: As exigncias qumicas do cimento Portland resistentes aos sulfatos e do cimento Portland de baixo calor de hidratao constam das normas NBR 5737 e NBR 13116, respectivamente. 30. 31 TABELA 3 Exigncias fsicas e mecnicas Finura Tempos de pega (h) Expansibilidade (mm) Resistncia compresso (MPa) Tipo de Cimento Portland Classe de Resistncia Resduo na peneira 75 (%) rea especfica (m2 /kg) Incio Fim A frio A quente 1 dia 3 dias 7 dias 28 dias 91 dias CPI CPI-S 25 32 40 12,0 12,0 10,0 240 260 280 1 10 (1) 5(1) 5 - 8,0 10,0 15,0 15,0 20,0 25,0 25,0 32,0 40,0 - CPII-E CPII-Z CPII-F 25 32 40 12,0 12,0 10,0 240 260 280 1 10 (1) 5(1) 5 - 8,0 10,0 15,0 15,0 20,0 25,0 25,0 32,0 40,0 - CPIII 25 32 40 8,0 - 1 12 (1) 5(1) 5 - 8,0 10,0 12,0 15,0 20,0 23,0 25,0 32,0 40,0 32,0 40,0 48,0 CPIV 25 32 8,0 - 1 12 (1) 5(1) 5 - 8,0 10,0 15,0 20,0 25,0 32,0 32,0 40,0 CPV-ARI 6,0 300 1 10 (1) 5(1) 5 14,0 24,0 34,0 - - (1) Ensaio facultativo. Outras caractersticas podem ser exigidas, como a inibio da expanso devida reao lcali- agregado, tempo mximo de incio de pega. 2.3 ESTUDO DA GUA DE AMASSAMENTO 2.3.1 INTRODUO A gua destinada ao amassamento e cura deve ser isenta de substncias prejudiciais ao processo de pega e endurecimento do concreto, presumindo como satisfatrias as guas tratadas e utilizadas para o abastecimento das populaes das cidades. Entretanto, a idia geral que parte da premissa de que se a gua boa para beber, tambm ser boa para o uso na fabricao do concreto, nem sempre traduz a verdade. A presena de pequenas quantidades de acar, por exemplo, no torna a gua imprpria para beber, mas pode torn-la insatisfatria como gua de amassamento. Em caso de dvidas ou ento quando a gua disponvel para uso no concreto for no tratada, isto , quando for proveniente de poos, crregos, rios ou reservatrios naturais, devero ser realizados ensaios de caracterizao tecnolgica em amostras desta gua. 2.3.2 IMPUREZAS E SUAS INFLUNCIAS A respeito da adequao da gua fabricao do concreto, algumas especificaes requerem apenas que ela seja limpa e livre de substncias deletrias. Outras especificaes estabelecem que, se a gua no provm de fonte de qualidade comprovada, devem ser feitos ensaios comparativos de tempo de pega e de resistncia 31. 32 compresso. No entanto, a possibilidade de uma gua ser ou no empregada como gua de amassamento, fica condicionada a duas questes fundamentais: a) Como e quais as impurezas que, carreadas pela gua, afetam negativamente o concreto? b) Qual o teor mximo permissvel de impureza? 2.3.2.1 SUBSTNCIAS EM SUSPENSO Normalmente, as substncias que se encontram em suspenso na gua so o silte e a argila, caracterizando-se sua existncia pela turbidez do lquido. O Bureau of Reclamation estabelece o ndice mximo de turbidez em 2000 partes por milho, para guas de amassamento. A prtica corrente brasileira limita a ocorrncia mxima de resduo slido em 5000 mg/l. Quanto influncia dessas partculas, observa-se que uma pequena quantidade de argila bem dispersa, de dimenses coloidais (iguais ou inferiores a 2 m), poder fechar os poros capilares do cimento endurecido, ou os que existem entre o cimento e o agregado, contribuindo para o aumento de compacidade da massa. Apesar disso, a presena de maior quantidade desse material impede a cristalizao perfeita dos produtos da hidratao, interpondo-se entre os cristais em crescimento e em vias de colagem e comprometendo a coeso interna do meio resultante. Quantidades de substncias em suspenso superiores mencionada podem no afetar as resistncias mecnicas do concreto, mas, sim, outras propriedades da mistura. 2.3.2.2 SUBSTNCIAS EM SOLUO As substncias em soluo encontradas nas guas naturais so compostas principalmente de sais, cuja influncia se manifesta pela ao dos seus ons, que pode ser classificada em trs tipos: a) ons que alteram as reaes de hidratao do cimento; b) ons que podem levar expanso a longo prazo (como, por exemplo, os sulfatos e os lcalis); c) ons capazes de provocar a corroso das armaduras. No primeiro caso, a pega e o endurecimento podem ser prejudicados pela combinao com o clcio, que elimina ou reduz o teor de hidrxido de clcio livre, alterando a hidratao dos componentes, em especial dos aluminatos. As guas mais enquadrveis nessa situao so as magnesianas e as que contm matria orgnica sob a forma de cidos hmicos. 32. 33 No segundo caso, dentre os ons capazes de agir prejudicialmente a longo prazo, encontram-se os ctions Na+ e K+ , e o nion SO4 -- , podendo atuar diretamente sobre o cimento (on SO4 -- ) ou sobre o agregado (ons SO4 - - , Na+ , K+ ), uma vez que o cimento, meio altamente alcalino, favorece as reaes expansivas; da, resulta a necessidade de limitar a concentrao destes ons. Normalmente, os lcalis (expressos em Na2O), se superiores a 0,6 % da massa de cimento, so perigosos quando o agregado contm slica criptocristalina, devendo limitar- se o teor de lcalis da gua nessa proporo. Tambm o teor permissvel de sulfatos (expresso em ons SO4 - - ) limitado, tolerando-se uma ocorrncia mxima de 600 mg/l. Quanto aos ons que agem na corroso das armaduras, os mais importantes so os cloretos, os sulfetos, os nitratos e o amnio, com danos, principalmente quando se trata de concretos protendidos, nos quais, por estar a armadura submetida a tenses muito elevadas, a energia interna grande, facilitando o desenvolvimento das reaes qumicas. No caso do concreto para pavimentos a nica restrio feita quanto concentrao de cloretos, expressa em ons Cl - , permitindo-se uma taxa mxima de 1000 mg/l. H ainda outros sais comumente encontrados nas guas naturais, como o carbonato de sdio (Na2CO3) e o bicarbonato de sdio (NaHCO3) que, segundo resultados de ensaios, exercem influncia que depende do tipo de cimento empregado. Grandes quantidades de carbonato de sdio aceleram a pega, ao passo que o bicarbonato de sdio pode funcionar como acelerador ou retardador de pega, conforme o tipo de cimento; assim, torna-se aconselhvel a execuo de ensaios para a determinao do tempo de pega e da resistncia compresso aos 28 dias, sempre que a soma das concentraes de carbonato e bicarbonato de sdio ultrapasse a 1000 ppm. 2.3.2.3 A INFLUNCIA DO PH Embora o pH das guas naturais praticamente no tenha influncia nas propriedades dos concretos, algumas consideraes merecem destaque. Raramente tais guas apresentam valores de pH inferiores a 4, sendo o cido contido rapidamente neutralizado pelo contato com o cimento. A acidez das guas naturais comumente atribuda concentrao de dixido de carbono (CO2) em soluo, que raramente excede a 10 ppm de CO2. O cido clordrico (HCl) e o cido sulfrico (H2SO4) so outros indicadores de acidez do meio, funcionando como retardadores de pega do cimento, cuidando-se, no entanto, que os teores de ons SO4 -- e Cl- no se elevem acima dos limites permitidos. A alcalinidade das guas conferida pelos carbonatos e bicarbonatos alcalinos. Os bicarbonatos, conforme j mencionado, retardam ligeiramente a pega; em propores superiores a 0,2 % - conforme a composio qumica do cimento - aceleram-na, diminuindo, no entanto, as resistncias em idades elevadas. 33. 34 2.3.2.4 A INFLUNCIA DAS SUBSTNCIAS ORGNICAS Dentre as substncias orgnicas que, presentes na gua, podem alterar as caractersticas dos concretos, os leos minerais, hidratos de carbono e os acares merecem especial ateno. Os leos minerais, numa concentrao de at 2 % da massa do cimento, no afetam a resistncia mecnica do concreto; o aumento dessa concentrao - por exemplo, de 10% provocam redues que podem exceder 30%. A natureza da matria orgnica determina a influncia mais provvel: se composta de cidos hmicos ou hidratados de carbono, normalmente retarda a pega, mas no tem qualquer outro efeito prejudicial a longo prazo, o que no se verifica quando a matria orgnica provm de certas algas, podendo nesse caso ocasionar sensveis variaes, para menos, na resistncia compresso. Quanto aos acares, tidos como agentes retardadores de pega e redutores da resistncia do concreto, requerem um estudo mais aprofundado, pois nem sempre eles se comportam da maneira mencionada. Os estudos de laboratrio tm mostrado que pequenas quantidades de acar retardam a pega mas melhoram as resistncias desenvolvidas ao longo do tempo. Aumentando a quantidade de acar, observa-se um retardamento muito grande da pega e uma reduo acentuada das resistncias nas primeiras idades (entre 2 e 7 dias), sendo que nas idades posteriores s resistncias, se no melhoram, tambm no so prejudicadas. Concentraes ainda maiores tornam ultra-rpidas a pega, reduzindo efetivamente as resistncias finais do concreto. A quantidade de acar que causa esses diferentes efeitos, depende, entre outros fatores, do tipo de cimento. Tuthill, Adams & Hemme verificaram que a sacarose, em concentraes entre 0,03 % e 0,06 % da massa de cimento, provoca atraso na pega do concreto e aumenta as resistncias mecnicas nas idades de 2 e 3 dias. Bloem verificou que concentraes de 0,1 % em relao massa de cimento retardam consideravelmente a pega, mas aumentam a resistncia aos 3 dias de idade da argamassa, e concluiu que parece ocorrer acelerao da pega quando a concentrao de acar est em torno de 0,15 %. A mesma referncia mostra que essa concentrao e a de 0,2 % afetam prejudicialmente as resistncias aos 3 dias; a taxa de 0,2 % reduz a resistncia aos 7 dias, mas melhora a de 28 dias. Os trabalhos desenvolvidos por Burchartz & Wrochem, Dautreband, Brocard, Vaicum mostram resultados de ensaios de laboratrio que analisam detalhadamente o comportamento dos concretos em funo da concentrao de acar, fornecendo bons subsdios para estudos posteriores. 34. 35 2.3.2.5 SUBSTNCIAS INORGNICAS Dentre as substncias inorgnicas carreadas pelas guas, algumas merecem especial ateno: os iodatos, os fosfatos, os arseniatos e os boratos de sdio, os cloretos e sulfatos de zinco e cobre, os xidos de zinco, os sulfetos de sdio e potssio, que, dependendo da concentrao em que se encontram na gua de amassamento, podem causar srios distrbios tanto na pega, como nas resistncias do concreto. Existem vrios trabalhos que discorrem sobre o assunto, apresentando dados quantitativos e as concluses dos pesquisadores, entre os quais o de Brocard. 2.3.2.6 GASES DISSOLVIDOS As quantidades de gases dissolvidos na gua de amassamento so, em geral, bem pequenas, e de influncia quase nula no concreto fresco ou endurecido. O Manual on Industrial Water, da ASTM, indica que os gases mais comuns e as suas concentraes mais provveis nas guas naturais so: a) dixido de carbono livre (CO2), que raramente excede a 10 ppm; b) oxignio, cujo teor varia de 2 ppm a 8 ppm; c) cido sulfdrico (H2S), com teores de at 15 ppm; d) amnia, cujo teor pode atingir at 4 ppm. 2.3.3 GUA DO MAR As guas martimas, que contm por volta de 3,5 % de sais dissolvidos, no apresentam inconvenientes quando usadas como gua de amassamento dos concretos simples. Os sais dissolvidos so compostos principalmente pelo cloreto de sdio (cerca de 78 %) e os cloretos e sulfatos de magnsio (cerca de 15 %); os teores de carbonatos so variveis, mas seguramente baixos (cerca de 75 ppm de CO3). Quanto s resistncias do concreto com gua do mar, Narver verificou um decrscimo de apenas 6 % na resistncia compresso aos 90 dias, em relao s obtidas com a gua doce; Mather obteve redues de resistncias variando de 10 % a 20 % e McCoy constatou decrscimos de 8 % a 15 %, na mesma idade. De um modo geral, a experincia tem mostrado que, no concreto simples, a gua do mar apresenta resultados praticamente iguais queles obtidos com gua doce padro, verificando-se, s vezes, ligeira acelerao de pega, aumento das resistncias iniciais e leve diminuio das resistncias finais, dependendo do tipo de cimento empregado. No concreto armado, a opinio geral a favor de no utilizao da gua do mar, uma vez que, provavelmente, ocorrer a corroso do ao. 35. 36 Alguns autores atentam para o inconveniente das eflorescncias, ocorridas nas superfcies dos concretos, em funo do emprego da gua do mar como gua de amassamento, e de condies propcias para a sua formao: existncia de uma certa umidade no interior do concreto e uma taxa lenta de evaporao. Coutinho assim resume as recomendaes sobre o emprego das guas martimas no concreto: podem ser utilizadas sem qualquer precauo no concreto simples; s devero ser usadas no concreto armado quando a relao gua/cimento for menor ou igual a 0,70; no devero ser empregadas quando se tratar de concreto protendido. 2.3.4 GUAS RESIDUAIS DE INDSTRIAS Em se tratando de guas residuais, cada caso deve ser tratado separadamente, pois impossvel generalizar os tipos de impurezas carreadas, uma vez que funo do prprio processo industrial e do tipo de serventia da gua. Abrams analisou o comportamento de concretos executados com guas contendo diversos tipos de resduos industriais, obtendo bons resultados na maioria dos casos. O assunto ser tratado no item a seguir, quando da apresentao das concluses de Abrams sobre o comportamento de diversos tipos de guas utilizadas na mistura do concreto. 2.3.5 O EFEITO DAS IMPUREZAS NA GUA DE MISTURA, SEGUNDO ABRAMS Uma grande srie de experimentos sobre esse tema foi realizada por Abrams. Aproximadamente 6000 corpos-de-prova de argamassa e concreto e 68 tipos diferentes de gua foram ensaiados durante a pesquisa. Dentre os tipos de guas testadas martimas, alcalinas, minerais, residuais e de pntano foram includos ensaios com gua potvel de qualidade comprovada, para fins de comparao dos resultados. Determinaram-se os valores dos tempos de pega do cimento e das resistncias compresso do concreto, nas idades compreendidas entre 3 dias e cerca de dois anos e meio, para cada tipo de gua empregada. Algumas das principais concluses baseadas nos resultados finais dos ensaios: a) O tempo de pega do cimento portland praticamente no sofre grandes alteraes, exceto em poucos casos; as amostras com baixos valores de resistncia compresso tiveram, na maioria das vezes, pega bem lenta. Verificou-se, ainda, que o tempo de pega no indicativo satisfatrio da convenincia ou no da gua para fins de uso no concreto. b) A despeito da grande variao quanto ao tipo e origem das guas, a maioria das amostras proporcionaram concretos de boa qualidade, porque a quantidade de substncias prejudiciais constatadas foi relativamente pequena. 36. 37 c) A qualidade da gua melhor avaliada pela comparao das resistncias compresso de corpos-de-prova feitos com a gua suspeita e com a de qualidade comprovada. So consideradas no satisfatrias as que mostrarem uma relao entre as resistncias inferior a 90 %. d) Nem o cheiro nem a cor representam a qualidade da gua para fins de uso nos concretos. Observou-se que guas de aparncia desagradvel originaram concretos de qualidade aceitvel. guas destiladas e potveis compuseram concretos com praticamente os mesmos valores de resistncia e) Tomando como base um valor mnimo de 90 % para a relao entre as resistncias, foram consideradas no satisfatrias as seguintes guas: guas cidas; guas residuais de curtumes; guas minerais carbonatadas; guas contendo mais de 3,0% de cloreto de sdio, ou mais de 3,5 % de sulfatos; guas contendo acares ou compostos similares. Foram dadas como satisfatrias, para emprego como gua de amassamento do concreto: guas de pntanos e brejos; guas mostrando concentrao mxima de 1,0 % do on SO4 -- ; guas alcalinas, contendo at 0,15 % de sulfato de sdio (Na2SO4) e at 0,15 % de cloreto de sdio (NaCl); guas provenientes de minas de carvo e gesso; alguns tipos de guas servidas, como as provenientes de matadouros, cervejarias, fbricas de tintas e sabo. 2.3.6 A PRTICA CORRENTE PARA A VERIFICAO DA QUALIDADE DA GUA EMPREGADA NO AMASSAMENTO DOS CONCRETOS PARA PAVIMENTOS Antes de ser iniciada uma obra de pavimentao de concreto, ou quando houver dvidas a respeito da gua a ser empregada na mistura do concreto, deve-se proceder anlise qumica e aos ensaios comparativos de comportamento executados em pastas e argamassas padro. Os resultados obtidos nestes ensaios devem atender s exigncias feitas para a gua de amassamento e cura dos concretos nas normas DNIT 047/2004-ES, DNIT 048/2004-ES e DNIT 049/2004-ES. Nos ensaios qumicos executados conforme a Norma DNIT 036/2004-ME, a gua dever apresentar: 37. 38 a) pH entre 5,0 e 8,0; b) matria orgnica (expressa em oxignio consumido) at 3 mg/l; c) resduo slido at 5000 mg/l; d) sulfatos (expresso em ons SO4 -- ) at 600 mg/l; e) cloretos (expresso em ons Cl- ) at 1000 mg/l; f) acar at 5 mg/l. Nos ensaios comparativos de pega e de resistncia compresso, executados de acordo com a Norma DNIT 037/2004-ME, adotando como comparao uma gua de boa qualidade, ou de preferncia, uma gua destilada, os resultados obtidos com a pasta e argamassa executadas com a gua suspeita devero apresentar: a) o tempo de incio de pega dever ser igual, no mnimo, ao tempo de incio de pega da pasta confeccionada com gua de boa qualidade menos 30 minutos; b) o tempo de fim de pega dever ser igual, no mximo, ao tempo de fim de pega da pasta confeccionada com gua de boa qualidade mais 30 minutos; c) a reduo da resistncia da argamassa executada com a gua suspeita, em relao argamassa executada com a gua considerada satisfatria, no poder ser maior que 10 %, em qualquer das idades de ensaio. 2.3.7 NORMAS APLICVEIS As normas a serem adotadas na qualificao de guas destinadas ao amassamento e cura do concreto so as normas brasileiras da ABNT e DNIT, a saber: a) NBR 12654 - gua de Amassamento - Coleta de Amostra para Ensaios; b) DNIT 036/2004-ME - gua de Amassamento - Ensaios Qumicos - Mtodo de Ensaio; c) DNIT 037/2004 - ME - gua de Amassamento - Ensaios Comparativos - Mtodo de Ensaio. d) DNIT 047/2004 ES Concreto de Cimento Portland em equipamento de pequeno porte-Especificao de Servio. e) DNIT 048/2004 - ES - Concreto de Cimento Portland em equipamento de frma-trilho- Especificao de Servio. f) DNIT 049/2004 ES - Concreto de Cimento Portland em equipamento de frma- deslizante-Especificao de Servio. 38. 39 2.4 ESTUDO DOS ADITIVOS E ADIES 2.4.1 DEFINIES Aditivo pode ser definido como toda substncia no plenamente indispensvel composio ou finalidade do concreto em si, mas que, quando nele colocada em pequenas quantidades, antes ou durante a mistura, gera ou refora certas caractersticas do concreto, quer no estado plstico, como no endurecido. Segundo o Comit 212 do American Concrete Institute (ACI), aditivo uma substncia distinta da gua, dos agregados e do cimento, que se usa como ingrediente em concretos e argamassas, adicionado durante a mistura. 2.4.2 USO DOS ADITIVOS Os aditivos so incorporados ao concreto para que se obtenham efeitos diversos, tais como: a) melhorar a trabalhabilidade; b) acelerar ou retardar o tempo de pega; c) reduzir a permeabilidade; d) acelerar o desenvolvimento da resistncia nas idades iniciais; e) torn-lo mais resistente aos agentes agressivos; f) retardar ou diminuir o calor de hidratao; g) desenvolver propriedades fungicidas, germicidas ou inseticidas etc. Para cada finalidade h um ou mais aditivos adequados. Seu uso deve ser cuidadosamente estudado e as prescries dos fabricantes seguidas risca, pois, sendo o aditivo uma espcie de vitamina para o concreto, como tal seu emprego indiscriminado pode trazer efeitos colaterais indesejveis. 2.4.3 CLASSIFICAO possvel classificar os aditivos com base em seus efeitos, o que, apesar do menor rigor cientfico se comparado com a classificao fundada nas aes qumicas ou fsico- qumicas, de maior interesse prtico. Seguindo a classificao proposta por Coutinho, os aditivos distribuem-se em oito grupos, a saber (sempre baseado nos efeitos): a) redutores de gua (plastificantes e superplastificantes); b) incorporadores de ar; 39. 40 c) aceleradores de pega; d) retardadores de pega; e) aceleradores de endurecimento; f) impermeabilizantes; g) expansores; h) anticorrosivos, fungicidas, germicidas e inseticidas. Aqui sero objetivo de considerao apenas os aditivos de maior interesse, em pavimentos de concreto. 2.4.4 DESCRIO DOS EFEITOS DOS ADITIVOS MAIS USADOS SOBRE O CONCRETO 2.4.4.1 AGENTES REDUTORES DE GUA (PLASTIFICANTES) Os redutores de gua so compostos orgnicos cujas molculas tm estrutura extremamente complexa e que conferem ao concreto uma determinada trabalhabilidade, medida pelos meios usuais (como o ensaio de abatimento e ensaio Vebe), possibilitando a reduo da relao gua/cimento. Podem ser de cinco tipos, dependendo das adies que contenham, a saber: a) Agentes redutores de gua normais, que permitem a reduo da quantidade de gua sem alterar, de maneira significativa, a pega do cimento; so designados pela ASTM C 494 por TIPO A. b) Redutores de gua e retardadores, do TIPO D, sendo utilizados quando h necessidade de se manter a consistncia por um perodo maior, como por exemplo no caso de concretagem de grandes peas, longo percurso de transporte etc c) Redutores de gua e aceleradores, denominados TIPO E, que, alm de fluidificantes, so aceleradores de pega. d) Redutores de gua e incorporadores de ar, os quais introduzem na pasta de cimento, minsculas bolhas de ar, alm de manter a trabalhabilidade, com reduo da relao gua/cimento; encontrado no mercado sob as formas de normal e retardador, ambas possuindo dois nveis de incorporador de ar: o normal introduz aproximadamente de 1% a 2% de ar, sendo usado normalmente para suprir a ausncia de finos, o retardador introduz aproximadamente de 3% a 6% de ar, sendo usado para aumentar a resistncia do concreto aos agentes agressivos (a vantagem do emprego do aditivo redutor de gua em relao ao incorporador de ar a minimizao dos efeitos nocivos causados pelas bolhas, que reduzem a resistncia compresso do concreto, como mostra a Figura 1). 40. 41 e) Aditivos superplastificantes, produtos que permitem uma reduo bastante significativa de gua bem acima da obtida com o uso de plastificantes comuns ou, mantida a quantidade de gua, conferem ao concreto consistncia fluida (a Figura 2 mostra o acrscimo de resistncia alcanado pela reduo da relao gua/cimento, comparado com o concreto normal de mesma consistncia). 2.4.4.1.1 EFEITOS DOS ADITIVOS REDUTORES DE GUA NO CONCRETO FRESCO a) Reduo no consumo de gua para uma mesma consistncia - pode atingir valores importantes, para aditivos comuns, dependendo do tipo e quantidade do aditivo, da dosagem do concreto e do tipo de cimento. No caso de superplastificantes, a reduo de gua pode chegar a valores ainda mais significativos. b) Aumentam a trabalhabilidade do concreto para a mesma relao gua/cimento c) Para um mesmo abatimento, o concreto normalmente apresenta melhor trabalhabilidade, menor segregao e maior resposta vibrao. d) Podem reduzir, em pequena escala, o calor de hidratao, devido ao possvel menor consumo de cimento. e) No caso de redutores-retardadores, seu uso permite concretagem em dias muito quentes, evitando, no caso de grandes peas, a formao de juntas frias de concretagem. Figura 1 - Influncia da presena de aditivos redutores de gua e incorporadores de ar na resistncia do concreto 41. 42 Figura 2 - Relao entre a resistncia compresso e o tempo de cura, para concreto com superplastificante 2.4.4.1.2 EFEITOS DOS ADITIVOS REDUTORES DE GUA NO CONCRETO ENDURECIDO a) Os aditivos redutores e redutores-aceleradores produzem no concreto um aumento na resistncia compresso, aos 28 dias, de 10% a 20%, sendo menor este acrscimos, nas primeiras idades 24 horas a 3 dias. b) O concreto preparado com aditivos redutores-retardadores ter uma resistncia, para as idades de 16 horas a 48 horas, no mnimo iguais as do concreto sem aditivos; aos 28 dias, sua resistncia poder ser de 15% a 25% maior. c) O aumento de resistncia do concreto que contenha redutor de gua maior do que se poderia esperar pela simples reduo da relao gua/cimento. Com a mesma relao gua/cimento e o mesmo consumo de cimento, o concreto com esse aditivo quase sempre mais resistente do que o concreto simples. d) A resistncia flexo aumenta menos do que compresso. e) O concreto preparado com aditivos redutores-incorporadores de ar mais resistente a agentes agressivos. f) Os aditivos fluidificantes permitem uma melhor compactao; portanto, o concreto ser mais impermevel. g) Apesar da reduo da relao gua/cimento, alguns destes aditivos, devido a sua composio provocam um significativo aumento da retrao hidrulica. 2.4.4.2 AGENTES INCORPORADORES DE AR Os agentes incorporadores de ar so materiais orgnicos, normalmente em soluo aquosa, ou inorgnicos, como o alumnio em p, que introduzem no concreto uma 42. 43 quantidade limitada de ar, sob a forma de minsculas bolhas, desempenhando simultaneamente o papel de lubrificante e de agregado fino. A utilizao desses produtos deve ser feita de maneira bem mais cuidadosa do que os agentes redutores de gua, pois aqui o volume de ar introduzido depende de fatores como a temperatura do concreto e a granulometria (principalmente quanto aos finos), trazendo variaes imprevisveis nas propriedades da mistura. 2.4.4.2.1 EFEITOS SOBRE O CONCRETO FRESCO a) Melhoria da trabalhabilidade: as minsculas bolhas incorporadas ao concreto (Figura 3) funcionam como rolamentos, diminuindo o atrito entre as partculas dos agregados, melhorando a trabalhabilidade da massa; conseqentemente, a quantidade de gua de amassamento pode ser reduzida. Conforme Coutinho, essa reduo pode ser avaliada em torno de V%/2, onde V% o volume de ar incorporado em relao ao concreto. Figura 3 - Aspecto esquemtico do conjunto areia - bolhas de ar - pasta gro de areia bolha de ar b) Reduo da segregao, devido ao aumento da coeso. c) Diminuio da exsudao. d) Em concreto pobre de finos, supre-lhes a falta. e) No preparo de concretos leves, nos quais o agregado pode ser argila expandida, vermiculita ou outro, o incorporador de ar impede a segregao causada pela tendncia do agregado flutuar na pasta ou argamassa. f) Reduz a retrao plstica ou inicial. 2.4.4.2.2 EFEITOS SOBRE O CONCRETO ENDURECIDO a) Aumento da resistncia ao ataque de guas agressivas, pois os vazios permitem a formao de sais expansivos sem induzir tenses prejudiciais ao concreto; ao mesmo tempo, os sais selam os espaos deixados pelas bolhas de ar, no permitindo que o ataque das guas ao cimento se propague para o interior do concreto. b) Diminuio da absoro capilar, uma vez que as bolhas interrompem os canalculos, reduzindo assim a capilaridade. 43. 44 c) Reduo da massa especfica aparente. d) Eliminao de zonas fracas no concreto, posto conferir-lhe melhor homogeneidade. e) Diminuio da ordem de 15% na resistncia compresso. 2.4.4.2.3 RECOMENDAES obrigatria a medio peridica da porcentagem de ar incorporado na massa de concreto recm-misturada, que pode ser feita pelos mtodos gravimtricos (NBR 9833), de presso (NBR 11686) ou volumtrico (ASTM C 173). Bauer & Noronha recomendam, para pistas de rolamento, uma quantidade entre 4,0% e 7,0%. Segundo a Portland Cement Association (PCA), a porcentagem recomendada de ar incorporado funo da dimenso mxima caracterstica do agregado, conforme o Quadro 1. QUADRO 1 Dimenso mxima caracterstica do agregado (mm) Contedo de ar (%, em volume) (PCA) 38,0 a 64,0 19,0 a 25,0 9,5 a 12,5 2,5 a 4,0 3,5 a 5,5 4,5 a 6,0 2.4.4.3 ACELERADORES E RETARDADORES So aditivos que alteram o tempo de pega e a velocidade de endurecimento do concreto. Podem ser divididos em dois grupos: a) aceleradores, que em geral aumentam a velocidade de endurecimento, e eventualmente podem reduzir o tempo de incio de pega, b) retardadores, que aumentam o tempo de incio da pega. A ao dos aceleradores e retardadores gerada por reaes qumicas, sendo necessrio, antes de us-los, realizar ensaios que determinem a quantidade necessria para cada tipo de cimento. 2.4.4.3.1 ACELERADORES DE PEGA E DE RESISTNCIA a) Aceleradores de resistncia Os aceleradores de resistncia podem ser subdivididos em dois grupos: os quimicamente ativos e os catalizadores. No primeiro grupo h os cloretos de clcio e de sdio, os carbonatos, os silicatos, os fluossilicatos e os hidrxidos, enquanto os catalizadores podem ser, entre outros, a trietanolamina composta com outras substncias. Dentre os aceleradores de resistncia, o mais utilizado o cloreto de clcio, do qual sabe-se, comprovadamente, que vem sendo usado no concreto desde 1885. um 44. 45 aditivo de ao qumica que acelera a velocidade de endurecimento da mistura, alterando pouco, conforme se ver mais adiante, o tempo de pega da argamassa ou do concreto. Para que seu efeito seja o desejado, o cloreto de clcio deve obedecer a certas especificaes - qumicas e fsicas - de acordo com a ASTM D 98: propriedades fsicas: frao menor que 9,5 mm: 100 %; frao maior que 6,4 mm: no mais que 20%; frao maior que 0,8 mm: no mais que 10 %. propriedades qumicas: cloreto de magnsio (MgCl2): no mais que 0,5%; cloreto alcalino: no mais que 8%; outras impurezas: no mais que 1%. Os efeitos do cloreto de clcio no concreto so: Resistncia compresso: o aumento da resistncia compresso do concreto, para uma mesma quantidade de cloreto de clcio, funo da temperatura ambiente e da idade do concreto. O Quadro 2 apresenta o acrscimo da resistncia ao concreto de mesmo trao e sem aditivos. QUADRO 2 Temperatura de cura (C) % do aumento de resistncia aos 28 dias -10 0 10 20 40 90 25 16 12 7 Resistncia trao na flexo: segundo Rixom, a presena de cloreto de clcio poder acarretar um decrscimo tanto nas resistncias finais trao, como na trao por flexo. Efeito sobre o tempo de pega: a adio de 2% (em massa do cimento) de cloreto de clcio no concreto causa uma reduo mdia de uma hora no incio de pega, e de aproximadamente duas horas no fim de pega, quando a temperatura de cura de 20C; se a adio ultrapassar os 3%, poder dar-se a pega instantnea do cimento; a Figura 4 mostra a variao da velocidade de endurecimento do concreto, para uma adio de 2% de CaCl2 e temperaturas de 2C, 10C e 19C. 45. 46 Variaes volumtricas: a retrao hidrulica do concreto incrementada, quando adicionado o cloreto de clcio ao concreto; o aumento ocorre tanto na cura mida como ao ar. Figura 4 - Tempo de endurecimento do concreto com e sem acelerador A resistncia do concreto ao ataque de guas contendo sulfatos diminuda. Em concretos nos quais os agregados reajam com os lcalis do cimento, a reao se intensifica na presena do cloreto de clcio. Acelera-se o desenvolvimento do calor de hidratao, sem efeito sobre a quantidade total do calor desenvolvido. A presena do cloreto de clcio poder acelerar ou provocar a corroso da armadura; o perigo pode ser minimizado usando-se um concreto de alta qualidade e baixa permeabilidade, garantindo-se, ainda, que a quantidade total de cloreto no exceda de 1,5% em relao massa de cimento. A norma NBR 11768 (ABNT) probe o uso desse aditivo em pavimentos protendidos, j que as barras ou cordoalhas de ao estaro solicitadas por altas tenses, da sendo mais susceptveis corroso sob tenso, que, nesse caso, seria grandemente danosa integridade da estrutura. O cloreto de clcio, ao ser dissolvido em gua, aumenta-lhe a temperatura, por uma reao exotrmica, o que poder acarretar significativa reduo do tempo de pega do cimento; portanto; quando essa diminuio indesejvel, recomenda-se preparar a soluo com alguma antecedncia. 2.4.4.3.2 ACELERADORES DE PEGA So aditivos cuja funo bsica acelerar a pega do cimento, o que os torna de menor utilidade no concreto destinado pavimentao, empregvel apenas em alguns casos particulares, como reparaes limitadas a pequenas reas. 46. 47 Tem a forma lquida e, se forem adicionados diretamente argamassa seca, provocam a pega ultra-rpida do cimento - aproximadamente, 30 segundos - podendo, no entanto, serem dissolvidos em gua para diminuir esse efeito. 2.4.5 RETARDADORES Os retardadores so substncias que conferem ao concreto um maior perodo de trabalhabilidade, retardando a pega do cimento e permitindo maior tempo de transporte entre a usina e a obra ou, mesmo, concretagem em dias de elevada temperatura. Sua eficcia funo da quantidade utilizada e da temperatura da gua de amassamento. Os retardadores so compostos orgnicos e podem ser separados em 5 classes (segundo a Cement and Concrete Association - CCA), a saber: a) Classe 1: cidos lignossulfnicos e seus sais; b) Classe 2: derivados de cidos lignossulfnicos ou modificados deste e seus sais; c) Classe 3: cidos hidroxicarboxlicos e seus sais; d) Classe 4: derivados de cidos hidroxicarboxlicos ou derivados destes e seus sais; e) Classe 5: carboidratos (inclusive acares) que no atuam, porm, como redutores de gua. Os aditivos das Classes 2 e 4 podem ser utilizados concomitantemente com outros tipos, como os incorporadores de ar ou aceleradores de endurecimento. Excetuando-se os carboidratos, os retardadores so substncias tensoativas, que introduzem no concreto, durante a mistura, uma certa quantidade de ar, melhorando-lhe a trabalhabilidade e permitindo reduo da quantidade de gua - o que depender da classe do aditivo - para uma mesma trabalhabilidade. Os efeitos dos retardadores no concreto so: a) reduo da gua de mistura: em mdia, varia de 5% a 13%, para as Classes 1 e 2; de 3% a 8%, para as Classes 3 e 4; em torno de 1% para a Classe 5; b) exsudao: dada a ao dispersante dos agentes (exceto os de Classe 5), a exsudao diminuda, fator importante no caso de pavimentos; a diminuio funo da quantidade de ar introduzido; c) ar incorporado: a quantidade de ar incorporado depende da classe do aditivo; os de Classe 1 introduzem uma quantidade variando de 3% a 10%; Classe 3, de 2% a 5%; os carboidratos reduzem a quantidade de ar normalmente encontrada no concreto (cerca de 2%) de 1%, enquanto que os de Classes 2 e 4 introduzem uma quantidade varivel de ar; d) tempo de pega: em cimentos com teores normais de lcalis e aluminato triclcico (C3A), o retardamento da pega ser de 2 horas a 4 horas, sendo o efeito mais pronunciado para teores mais baixos de aditivo; 47. 48 e) resistncia: a resistncia obtida ser funo da composio do cimento; normalmente, a resistncia compresso de concretos com retardadores maior nas primeiras idades do que as obtidas nos concretos sem aditivos (na trao por flexo o aumento menor, pois o ar incorporado tem maior influncia). 2.5 ESTUDO DOS SELANTES DE JUNTAS 2.5.1 OBJETIVOS DA SELAGEM DE JUNTAS A selagem das juntas de um pavimento de concreto transversais ou longitudinais, serradas ou moldadas uma prtica que pretende impedir a infiltrao de gua e de materiais slidos (como areia, pequenos pedregulhos e outros corpos estranhos) atravs delas. A infiltrao de gua, mesmo quando no projeto consta a execuo de uma sub-base adequada, no-bombevel, traz conseqncias danosas durabilidade do pavimento como um todo, pois a gua, ao mover-se entre a sub-base e a placa de concreto pode produzir a eroso da primeira e prejudicar a continuidade de suporte requerida para o bom desempenho do pavimento; atingindo os acostamentos, pode passar ao subleito e provocar o seu afundamento, seja por bombeamento, como por amolecimento da camada. J a presena de materiais slidos impede que a junta se movimente livremente, fato que, em tempo quente, quando a abertura da junta se estreita, desenvolver tenses de compresso imprevistas; estas, dependendo da magnitude da temperatura, da abertura da junta, da distncia entre as juntas, do volume de trfego e do tipo de sub-base, podem atingir valores seriamente prejudiciais integridade estrutural da junta e, conseqentemente, da placa de concreto. A Figura 5 ilustra o fato. Resta pouca ou nenhuma dvida, na poca atual, quanto necessidade de prover essa vedao, posto que apenas em casos muito raros os fenmenos de infiltrao seja de gua ou de slidos incompressveis deixam de ter os efeitos descritos. Pavimentos que dispem de sub-base estabilizada com cimento, por exemplo, mostram maior resistncia s infiltraes na ranhura. Por seu turno, em pavimentos de concreto construdos em regies muito secas, a penetrao de gua to reduzida que, somada natureza normalmente arenosa dos solos dessas reas, insuficiente para provocar o bombeamento. Na maior parte dos casos que o nosso meio tcnico rodovirio ter de enfrentar, a selagem das juntas parece imprescindvel, restando determinar, para cada situao especfica, o tipo de material selante que seja tcnica e economicamente mais vivel. 48. 49 Figura 5 - Aspectos de junta transversal ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) Trao Trfego Compresso TrincaTrinca (a) Aspecto de uma junta transversal de retrao, no selada, imediatamente aps o aparecimento da trinca de retrao (b) V-se a trinca de retrao aberta (em tempo frio) e a ranhura preenchida com partculas slidas (c) A ao do trfego empurra as partculas slidas para o interior da trinca de retrao (d) Em temperaturas mais elevadas, a trinca tende a fechar dando origem a tenses de compresso que, a depender dos fatores citados no texto, podem provocar o aparecimento de trincas na regio da junta e o seu progressivo esborcinamento 2.5.2 REQUISITOS NECESSRIOS AOS MATERIAIS SELANTES A definio de quais sejam os requisitos que um material selante de junta deve apresentar, para garantia de um comportamento apropriado ao longo do tempo, depende do conhecimento do estado de tenso a que ficaro submetidos quando em servio e dos principais tipos de falhas que podem ocorrer devido a essas solicitaes. Um material selante de juntas de pavimentos de concreto pode estar sujeito a uma das trs seguintes situaes: a) alternao das tenses de trao e de compresso, caracterizando um ciclo de solicitaes opostas; b) sempre sob compresso; c) sempre sob trao. O ltimo caso , presentemente, apenas terico, pois flagrante a impraticabilidade de tracionar o selante previamente sua colocao dentro da junta e mant-lo nessa 49. 50 condio. A segunda hiptese corresponde a uma condio em que o selante colocado na junta quando comprimido e, qualquer que seja a abertura da junta ante a variao ambiental, ele permanece sob compresso, o que traz a vantagem de garantir a ligao entre a parede da junta e a lateral do selante. Este, por seu lado, deve ser de natureza elstica, sem sofrer deformaes irrecuperveis. Na verdade, o mais comum em pavimentos de concreto simples o primeiro estado de tenses mencionado, em que o selante, vazado na junta sob a forma lquida ou pastosa, adquire consistncia slida e, por sua aderncia s paredes da junta, acompanha as suas movimentaes, permanecendo ora tracionado quando a junta abre, pela retrao da placa ora comprimido, quando ela fecha, pela dilatao da placa de acordo com a temperatura predominante no momento. Sujeitos aos tipos de solicitaes descritos, principalmente aos ciclos alternados de trao e compresso, os materiais selantes que compem com as paredes verticais da junta um conjunto, mantido unido pela aderncia entre o selante e a parede podem apresentar defeitos causados por fenmenos ocorridos no prprio selante, ou nas paredes da junta, ou na superfcie de ligao entre os dois componentes. As falhas devidas ao comportamento do selante ocorrem: a) por falta de coeso, que permite o dilaceramento do material quando tracionado (Figura 6a); b) por intruso, quando o selante no impede que o trfego empurre para o seu interior corpos slidos que eventualmente estejam sobre a junta (Figura 6b); c) por extruso, quando o estado de compresso leva o selante a derramar-se na superfcie da placa contgua junta (Figura 6c). As paredes da junta podem sofrer quebra ou esborcinamento, cuja razo principal o mau acabamento do local, que no resiste aos esforos de trao gerados no selante pela retrao do concreto das placas em tempo frio (Figura 6d). O conjunto parede- selante falha, geralmente, pela perda de adeso entre os dois componentes da junta, quando esta se encontra muito aberta (Figura 6e), e pode configurar um segundo estgio da ruptura por esborcinamento. Um material selante de funcionamento apropriado dever, portanto, possuir propriedades fsico-qumicas e mecnicas que lhe propiciem longa vida de servio e resistncia s solicitaes e situaes causadoras dos defeitos e falhas mencionadas. Essas caractersticas so: a) fluidez; b) perodo de cura; c) adesividade, d) elasticidade, e) resistncia fissurao 50. 51 f) coeso. Figura 6 - Defeitos e falhas no material selante 6e - Falta de adeso6d - Esborcinamento6c - Extruso 6b - Intruso6a - Falta de coeso Os selantes de juntas em pavimentos de concreto podem ser divididos em dois grupos, a saber: a) selantes vazados no local; selantes vazados a quente selantes vazados a frio. b) selantes pr-moldados. Os selantes a quente so alcatres, asfaltos e compostos de asfalto e borracha, conhecidos tambm como termoplsticos, e os mstiques, associao entre um lquido viscoso (por exemplo, emulses, leos no secativos, asfaltos de baixa penetrao) e um filer (como fibras de amianto, cimento portland, cal apagada, areia fina), em propores variveis. Os mstiques a quente tm sido largamente utilizados em nosso Pas, sob a forma de produtos industrializados ou no. Em geral, os termoplsticos no so recomendveis em selagem de juntas de pavimentos modernos de concreto, pelas dificuldades de aplicao e sua pequena durabilidade. Em favor dos selantes a quente, est o seu baixo custo inicial; a desvantagem maior sua baixa resistncia ao calor, a leos e combustveis, que os amolecem e, quase sempre, fazem com que extravasem da junta. As altas temperaturas de aplicao exigem, sobretudo, muito cuidado quanto segurana do operador. comum, quando da aplicao, o esfriamento do material e seu posterior reaquecimento, o que perturba a estrutura qumica do selante. Alm disso, exigem manuteno pesada cada 2 4 anos, cujo montante pesa no custo final do pavimento. 51. 52 Os selantes vazados a frio incluem como bases resinas epxicas, polissulfetos orgnicos, uretanos, silicones e polimercaptanos. Compem-se, em regra, da mistura de uma dessas bases e de um agente de cura, os quais reagem de modo a formar o selante propriamente dito, um elastmero, ou polmero. So todos produtos industrializados, aplicveis temperatura ambiente e necessitam quase sempre de um produto acessrio de imprimao da junta, que dever estar limpa e seca antes da vedao. Em nossas condies atuais, levam a desvantagem aparente do custo inicial, se bem que tenham baixssima necessidade de manuteno e, conseqentemente, mnimo custo de conservao ao longo da vida de servio do pavimento. As bases de polissulfetos so as utilizadas h maior tempo, no exterior, enquanto que os uretanos so de um tempo de uso menor. Os silicones e os polimercaptanos encontram-se sob pesquisa intensa, j existindo no mercado brasileiro alguns tipos de selantes com essas bases. Alm da associao base-agente de cura, certos produtos contm, ainda, fleres e plastificantes, e podem ser de natureza asfltica. Os polissulfetos usados desde os anos 50 so de grande capacidade de relaxao de tenses, ou seja, atingem rapidamente a condio de equilbrio de forma aps submetidos a perodos longos de compresso. Os uretanos so elsticos, e somente chegam estabilidade de forma quando retornam p