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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA

COLEGIADO DE ENGENHARIA CIVIL

ÍTALO GIOVANNE CARVALHO ANDRADE LIMA

UM ESTUDO SOBRE PRODUÇÃO DO CONCRETO LEVE

ESTRUTURAL

Feira de Santana-BA

2010



ESTRUTURAL

Esta monografia é a avaliação do trabalho

de conclusão de curso realizado pela

disciplina Projeto Final II do curso de

Engenharia Civil da Universidade Estadual

de Feira de Santana.

Orientador: Professor Mestre em Estruturas Élvio Antonino Guimarães

Feira de Santana-BA

2010



ESTRUTURAL

Esta monografia é a avaliação do trabalho

de conclusão de curso realizado pela

disciplina Projeto Final II do curso de

Engenharia Civil da Universidade Estadual

de Feira de Santana

Feira de Santana, 28 Julho de 2010

___________________________________________________________________

Professor Élvio Antonino Guimarães – Mestre

Universidade Estadual de Feira de Santana

___________________________________________________________________

Professor Antonio Freitas da Silva Filho – Mestre


___________________________________________________________________

Professora Cintia Maria Ariani Fontes – Doutor


AGRADECIMENTOS

Primeiramente a mim, pelo empenho e dedicação demonstrados durante os últimos

semestres;

A minha família, em especial meus pais José Andrade e Terezinha e minhas irmãs

Lorena, Saphira e Verbena, pelo apoio incondicional;

Aos meus amigos e colegas, em especial: Carlos Alibert, Daniel Corrêa por contribuir

direta ou indiretamente na realização deste trabalho;

Ao Professor Élvio pelas orientações e conhecimento transmitido;

A toda equipe do Labotec pela ajuda e auxílio na realização do programa

experimental.

Aos colaboradores VEDACIT e CINEXPAN.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 12

1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................ 14

1.2 OBJETIVOS.................................................................................................. 15

1.2.1 Objetivo geral ................................................................................................ 15

1.2.2 Objetivos específicos .................................................................................... 15

1.3 METODOLOGIA ........................................................................................... 16

1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA ................................................................ 16

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................ 18

2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ..................................................... 18

2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO .............................................. 19

2.2.1 Exsudação e segregação ............................................................................. 20

2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO .................................... 21

2.4 PRODUÇÃO DO CONCRETO ..................................................................... 22

2.4.1 Dosagem ...................................................................................................... 23

2.5 CONCRETO LEVE ....................................................................................... 24

2.5.1 Breve histórico da utilização do concreto leve .............................................. 24

2.5.2 Definições ..................................................................................................... 26

2.5.3 Potenciais de aplicações .............................................................................. 29

2.5.4 Agregado Leve ............................................................................................. 30

2.5.4.1 Processo de fabricação ................................................................................ 33

2.6 ADITIVOS ..................................................................................................... 36

2.7 PROPRIEDADES DO CONCRETO LEVE ESTRUTURAL........................... 37

2.7.1 Concreto Fresco ........................................................................................... 37

2.7.1.1 Trabalhabilidade e massa específica ............................................................ 37

2.7.2 Concreto endurecido .................................................................................... 40

2.7.2.1 Resistência ................................................................................................... 40

2.7.3 Dosagem ...................................................................................................... 43

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL ................................................................... 45

3.1 MATERIAIS .................................................................................................. 45

3.1.1 Caracterização dos Materiais ....................................................................... 45

3.1.1.1 Cimento ........................................................................................................ 45

3.1.1.2 Agregado Miúdo ........................................................................................... 46

3.1.1.3 Agregado Graúdo ......................................................................................... 47

3.1.1.4 Incorporador de ar ........................................................................................ 52

3.2 MÉTODOS.................................................................................................... 52

3.2.1 Dosagem experimental ................................................................................. 52

3.2.2 Determinação dos traços .............................................................................. 53

3.2.2.1 Cálculo da quantidade de aditivo .................................................................. 54

3.2.3 Produção do concreto ................................................................................... 54

3.2.3.1 Pesagem dos materiais ................................................................................ 54

3.2.3.2 Mistura dos materiais .................................................................................... 55

3.2.3.3 Ensaio de abatimento de tronco de cone ..................................................... 56

3.2.3.4 Lançamento, adensamento e cura do concreto ............................................ 57

3.2.3.5 Ensaio de compressão axial ......................................................................... 59

3.2.3.6 Ensaio de determinação de massa específica.............................................. 60

4. ANÁLISE DE RESULTADOS ...................................................................... 62

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................ 69

5.1 CONCLUSÕES ............................................................................................. 69

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................................... 700

REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 711

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Cúpula do Panteão; El Tajin ..................................................................... 25

Figura 2 – Edifícios de executados com concreto leve.............................................. 26

Figura 3 – Tipos de argila expandida ........................................................................ 32

Figura 4 – Esquema do processo de fabricação em forno rotativo ........................... 35

Figura 5 – Distribuição granulométrica Agregado Miúdo 0500 .................................. 47

Figura 6 – Curva granulométrica Agregado Graúdo .................................................. 51

Figura 7 – Distribuição granulométrica Agregado Graúdo misturado ........................ 51

Figura 8 – Realização do ensaio de abatimento ....................................................... 57

Figura 9 – Sequência de execução do capeamento ................................................. 59

Figura 10 – Execução do ensaio de ruptura .............................................................. 60

Figura 11 – Esquema de ruptura dos corpos de prova ............................................. 62

Figura 12 – Resistência aos7 e 28 dias x Consumo de cimento ............................... 65

Figura 13 – Resistência aos 28 dias x Resistência teórica de Neville ....................... 65

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Classificação do Concreto Leve .............................................................. 28

Tabela 2 – Valores de referência da massa específica dos concretos leves ............ 29

Tabela 3 – Equivalência e Densidade Aparente da Argila Expandida ....................... 33

Tabela 4 – Características do Cimento CP-II Z 32 .................................................... 45

Tabela 5 – Caracterização do Agregado miúdo 0500 ............................................... 46

Tabela 6 – Composição granulométrica – Agregado miúdo 0500 ............................. 46

Tabela 7 – Caracterização do Agregado graúdo 1506 .............................................. 48

Tabela 8 – Caracterização do Agregado graúdo 2215 .............................................. 48

Tabela 9 – Composição granulométrica Agregado graúdo 1506 .............................. 48

Tabela 10 – Composição granulométrica Agregado graúdo 2215 ............................ 49

Tabela 11 – Determinação da proporção entre agregado graúdo 1506 e 2215 ........ 49

Tabela 12 – Caracterização do Agregado graúdo misturado .................................... 50

Tabela 13 – Composição granulométrica Agregado graúdo misturado ..................... 50

Tabela 14 – Características do Incorporador de ar ................................................... 52

Tabela 15 – Consumo de materiais utilizados ........................................................... 53

Tabela 16 – Dados dos traços T1, T2, T3 ................................................................. 55

Tabela 17 – Resultado do Ensaio de abatimento (Slump Test) ................................ 57

Tabela 18 – Número de camadas para moldagem dos corpos-de-prova. ................. 58

Tabela 19 – Resistência à compressão aos 7 dias ................................................... 63

Tabela 20 – Resistência à compressão aos 28 dias ................................................. 64

Tabela 21 – Massa específica do concreto fresco .................................................... 67

Tabela 22 – Massa específica do concreto seco ao ar ............................................. 67

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

a/c Relação água/cimento

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM American Society for Testing and Materials

cv Coeficiente de variação

CP Corpo de prova

σ Desvio padrão

Dmáx Dimensão máximo do agregado

Fck Resistência à compressão aos 28 dias

msub Massa do concreto determinado pela balança hidrostática

mSSS Massa do concreto saturado superfície seca

mSec Massa do concreto seco ao ar

µ Média aritmética

NBR Norma Brasileira

NM Norma Mercosul

UEFS Universidade Estadual de Feira de Santana

RESUMO

O presente trabalho faz uma abordagem sobre a potencialidade da utilização dos

concretos leves na construção civil para fins estruturais, de vedação ou enchimento,

sendo que o seu uso adequado permite ganhos na redução do peso das estruturas

e, quando utilizados em coberturas ou fechamentos, no condicionamento térmico

natural dos ambientes. A obtenção de concretos leves requer a introdução de ar em

sua composição seja diretamente na massa com o uso de incorporadores de ar,

através da eliminação dos finos ou ainda através dos vazios existentes na estrutura

dos agregados graúdos ocos ou porosos. Existem diversos agregados leves que

podem ser utilizados em substituição total ou parcial aos agregados convencionais

com o objetivo de reduzir a massa específica dos concretos. Dentre eles pode-se

destacar a pumicita (pedra pomes), a vermiculita, a escória de alto forno expandida,

a argila expandida e alguns resíduos industriais. Este estudo analisa,

particularmente, as potencialidades da argila expandida na obtenção de concretos

leves que possam ser utilizados para fins estruturais em obras de construção civil,

demonstrando graficamente a variação da resistência à compressão em função do

teor de cimento utilizado no concreto. O uso da argila expandida no desenvolvimento

experimental obteve concretos leves com resistências à compressão entre 17 e 24

MPa e massa específica do concreto seco em torno de 1200,0 kg/m³, demonstrando

que, dependendo do módulo de deformação, o material pode ser uma excelente

alternativa para a produção de concretos leves estruturais.

Palavras chave: concreto leve, dosagem, argila expandida.

ABSTRACT

This work makes an approach on the potentiality of uses of lightweight concrete in

construction for structural purposes or filling, sealing and its proper use allows gains

in weight reduction of structures and, when used in roofs or closures, in natural

environments thermal conditioning. Obtaining concrete light requires the introduction

of air into your composition is directly in the mass with the use of incorporators of air

through the elimination of fine or even through existing voids in the structure of

hollow or porous aggregates all ages. There are several lightweight aggregates that

can be used in completely or partially replacing conventional household to reduce the

density of the concrete. Among them one can highlight the pumicita (pumice stone),

vermiculite, the blast furnace slag, expanded clay expanded and some industrial

wastes. This study examines, in particular, the potential of clay expanded in obtaining

concrete light that can be used for structural purposes in civil works, charting the

variation of the compressive strength of cement used in concrete. The use of

expanded clay in experimental development expected to obtain concrete light with

resistance to compression between 17 and 24 MPa and density of the concrete dry

of 1200,0 kg/m³, demonstrating that, depending on the deformation of module, the

material can be an excellent alternative for the production of structural lightweight

concrete.

Keywords: lightweight concrete, mix, expanded clay.

12

1. INTRODUÇÃO

O concreto é um dos materiais de construção mais antigos já conhecidos, tendo

como suas primeiras utilizações datando de 1845, na construção de calhas de

concreto armado utilizadas em jardinagem e floricultura. Porém, somente a partir do

inicio do século passado é que surgiram as primeiras especificações para concreto,

estudos de seus materiais e propriedades físicas (TARTUCE, 1990).

O crescente avanço tecnológico em todos os setores, e muito particularmente em

técnicas construtivas, exigiu o aparecimento de novos materiais que viessem a

atender às necessidades impostas pelas obras. A utilização de concretos armados e

protendidos acompanham essa tendência, com isso foram desenvolvidas varias

aplicações como na fabricação de elementos pré-moldados, pavimentos entre outros

(COUTINHO, 2006; PETRUCCI, 2005).

Geralmente, o concreto tem como responsável pela fabricação o próprio engenheiro

no canteiro de obras, e deve apresentar características e propriedades compatíveis

com a finalidade a que se destina, dentro dos limites econômicos de cada obra. O

concreto exige, por parte do executor, um bom conhecimento das propriedades e

qualidade dos materiais constituintes e da proporção deste, assim como da técnica

de seu preparo e uso.

A tecnologia do concreto consiste em se determinar as propriedades que requerida

para o concreto endurecido. Portando, o estudo do concreto deve compreender:

materiais, dosagem do concreto, produção do concreto, propriedades concreto

fresco e endurecido, qualidade do concreto e principalmente o custo.

Com a ampliação de seu uso, os especialistas começaram a estudar mais a fundo

as características dos materiais componentes e das propriedades do concreto em

seu estado fresco e endurecido, bem como seu comportamento reológico, a fim de

disponibilizar ao mercado técnicas e processos que permitam o desenvolvimento

tecnológico compatível com as novas necessidades (BAUER, 1995; PETRUCCI,

2005).

13

Tendo em vista que o concreto convencional, feito com cimento Portland e

agregados miúdos e graúdos normais, apresentam diversas limitações, aumenta a

necessidade de desenvolvimento de concretos especiais, ou seja, que seja capaz de

melhorar algumas de suas propriedades. Dentre os concretos especiais estão os

concretos leves, caracterizados pela redução na massa específica. Esta redução é

obtida pela substituição do material sólido por ar, que se faz introduzindo vazios na

massa do concreto, com a incorporação de ar ou espuma, ou, formando vazios entre

as partículas de agregados, produzindo o concreto sem finos, ou ainda, utilizando

agregados com altos índices de vazios (METHA, 1994; NEVILLE 1997).

Essa propriedade (massa específica) apresentará sua importância com o volume de

concreto a ser empregado, podendo conseguir uma sensível economia de material

no dimensionamento da estrutura, além da redução de custos de pilares e

fundações nas construções de muitos pisos. Entretanto, além da redução da massa

específica, a substituição do agregado convencional por agregado leve pode

ocasionar implicações em outras características importantes do concreto, como por

exemplo, a trabalhabilidade, a resistência mecânica, retração e isolamento térmico

(SOBRAL, 1987).

A ampla utilização dos concretos leves estruturais deve-se, especialmente, aos

benefícios gerados pela redução da massa específica do concreto, como a redução

de esforços devido ao peso próprio da estrutura, a economia com fôrmas e

cimbramento bem como a diminuição dos custos com transporte e montagem de

edificações pré-fabricadas (ROSSIGNOLO, 2005).

Sendo assim, da mesma maneira como ocorre com o concreto convencional, torna-

se fundamental a escolha do método de dosagem mais eficiente e prático para à

produção do concreto leve. Isso ocorre porque existem diversos métodos de

dosagem de concretos de cimento Portland, os quais são mais ou menos complexos

e trabalhosos.

A dosagem de concretos leves preconizados através da Prática Recomendada do

American Concrete Institute – ACI, a qual se baseia na determinação de uma

proporção volumétrica inicial entre agregados miúdo e graúdo e também entre

14

agregado e concreto, a partir do qual se faz um ajuste experimental das

propriedades de interesse, em função dos materiais disponíveis para a sua

confecção (NEVILLE, 1997).

Ao se fazer um balanço entre vantagens e desvantagens do concreto leve, aponta-

se como vantagem sua baixa massa específica e seu bom isolamento térmico. Tanto

a massa específica reduzida quanto o isolamento térmico são propriedades que

estão diretamente relacionadas ao volume de vazios existentes no concreto, sendo,

portanto, a presença do ar em sua composição o fator determinante para a obtenção

de concretos leves.

Entre as desvantagens dos concretos leves são: limitação da resistência destes pela

resistência dos agregados de maiores dimensões, um maior consumo de cimento

para uma dada resistência e outro problema em sua utilização foi a maior dificuldade

em dispor de caracterizações e procedimentos para os agregados leves e para o

próprio concreto leve.

1.1 JUSTIFICATIVA

Com a crescente procura por materiais que venham satisfazer as necessidades

atuais, os especialistas aprofundam-se cada vez mais em estudos e pesquisas nos

quais visam melhorar o potencial de utilização de cada material. Um desses

materiais é o concreto, o qual atualmente assume o posto de material chave na

execução de grande parte das obras. Com isso aumenta-se o foco na melhoria de

alguma de suas propriedades, como é o caso da redução de sua massa sem que

esse fator interfira muito nas demais propriedades.

Do ponto de vista prático, a possibilidade de se executar um concreto com uma

menor massa específica, com a manutenção das demais propriedades estruturais,

permite a redução das cargas provenientes do peso próprio das estruturas. Tal fato

reflete num dimensionamento mais “enxuto” de elementos como a fundação, o que

pode gerar uma diminuição do custo final das edificações. Tendo isso em vista,

15

existe então um grande potencial de uso deste material em concretos estruturais.

Além disso, outros fatores a serem levados em consideração é a possibilidade de

construção sobre solos com menor capacidade de carga e uma menor pressão nas

fôrmas se comparados ao concreto convencional.

Para tal, torna-se necessário a escolha do método de dosagem que será utilizado,

visto que devido às propriedades do agregado leve influenciam de maneira bastante

considerável tanto na resistência, quanto no abatimento. Por esse motivo, a

dosagem do concreto leve torna-se tão importante quando se faz um estudo sobre

os concretos leves, mais ainda quando esses são para fins estruturais.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo geral

Realizar um estudo sobre a produção do concreto leve.

1.2.2 Objetivos específicos

Avaliar os efeitos da variação no teor de cimento na resistência mecânica a

compressão axial do concreto leve.

Analisar a relação entre a massa específica e à resistência mecânica do concreto.

16

1.3 METODOLOGIA

Para avaliar o desempenho da argila expandida na produção de concretos leves que

possam ser utilizados para fins estruturais, elaborou-se um programa experimental

que pode ser sintetizado em cinco etapas.

1) A primeira parte integrante deste trabalho foi uma revisão bibliográfica sobre

os assuntos pertinentes ao tema da monografia.

2) Feito isto, foi realizada uma coleta e caracterização dos materiais que

atendam aos objetivos da pesquisa.

3) Em seguida, fez-se feito um estudo de dosagem, a fim de obter as proporções

(traço) ideais para o concreto estrutural leve.

4) A próxima etapa constou o processo de produção concreto estrutural leve,

que é composto pela dosagem, moldagem, lançamento, adensamento e cura. Nessa

etapa, também, foi obtido à massa específica do concreto no estado fresco e

posteriormente a massa específica do concreto seco ao ar.

5) Após 7 e 28 dias, ocorreu o ensaio de resistência à compressão axial. Com os

resultados obtidos no ensaio foram feitas análises e estas comparadas às de

bibliografias existentes.

As etapas 4 e 5 foram realizadas no Laboratório de Tecnologia da UEFS

(LABOTEC).

1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

A estrutura da presente monografia surge assim como uma consequência dos

objetivos enunciados, sendo que o respectivo texto foi organizado em cinco

17

capítulos. Nos parágrafos que se seguem é efetuada uma descrição sumária de

cada um desses capítulos.

O capítulo 1 contempla a introdução, o objetivo geral e os específicos, bem como a

metodologia aplicada, a justificativa e a própria estruturação da monografia.

O capítulo 2 consta todo o referencial teórico do concreto leve, como o histórico de

seu uso, enunciando suas vantagens e desvantagens nas mais diversas estruturas,

fazendo-se posteriormente referências às suas principais aplicações estruturais na

atualidade. Efetuou-se também uma breve descrição dos diversos tipos de

agregados leves empregado na fabricação do concreto leve, bem como uma sucinta

descrição das suas características. Por último, foi efetuada uma descrição mais

detalhada dos agregados leves de argila expandida, com ênfase especial para o

processo de produção do concreto leve.

O capítulo 3 fez-se uma dosagem experimental dos materiais e, posteriormente,

apresentado o método de dosagem, os materiais utilizados na produção e o

procedimento adotado para dosagem e moldagem dos corpos de prova.

O capítulo 4 consta as análises dos resultados provenientes da dosagem, massa

específica e ensaios mecânicos executados. E por fim, o capítulo 5 onde foram

feitas as considerações finais e sugestões para trabalhos futuros.

18

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND

Concreto é um material resultante da mistura, em determinadas proporções, de um

aglomerante (Cimento Portland), agregado miúdo (areia), agregado graúdo (brita) e

água. Pode-se ainda, se necessário, fazer uso de aditivos. Possui massa específica

variando entre 2200,0 e 2600,0 kg/m³.

A água e o cimento, quando misturados, desenvolvem um processo denominado

hidratação e formam uma pasta que adere às partículas dos agregados. Nas

primeiras horas após o preparo é possível moldar essa mistura no formato desejado.

Algumas horas depois ela endurece e, com o passar dos dias, adquire

gradativamente resistência mecânica, transformando-se num material monolítico

com características semelhantes de uma rocha (ARAUJO et al., 1999).

A resistência do concreto é influenciada basicamente por três fatores, a resistência

do agregado, resistência da pasta e da ligação pasta agregado. Geralmente, a

resistência do agregado é muito maior que as outras duas, as quais dependem de

vários fatores, um deles é a relação água/cimento, ou seja, quanto menor for esta,

maior será a resistência do concreto.

Mas, evidentemente, deve-se haver um mínimo de água necessária para reagir com

todo o cimento e dar trabalhabilidade ao concreto, pois considerar-se a resistência

do concreto como sendo função principalmente da resistência da pasta de cimento

endurecida, do agregado e da ligação pasta/agregado (ARAÚJO et al., 1999).

Entretanto, para obter-se um conjunto monolítico e resistente, é indispensável

produzir corretamente o concreto. A produção do concreto consta de uma série de

etapas, as quais devem ser executadas e controladas de forma a conseguir, a partir

dos materiais componentes, um concreto que depois de endurecido resista aos

19

esforços solicitados, bem como apresente características de durabilidade (ARAÚJO

et al., 1999).

As etapas necessárias para a produção do concreto são: a dosagem (quantificação

dos materiais), a mistura dos materiais, transporte até o local de aplicação,

lançamento, adensamento e cura. Para um concreto de boa qualidade é necessário

que cada uma dessas etapas seja bem executada, caso contrário poderá a vir

comprometer suas propriedades.

Para obtenção de concretos com as propriedades adequadas, é necessário, além da

seleção de materiais, que seja feito uma dosagem racional do mesmo, através da

qual é obtida a melhor proporção entre os materiais constituintes do concreto, como,

cimento, água, agregados e, se necessário, aditivos. Além do aumento da

resistência, a dosagem racional, irá apresentar outras vantagens como a facilidade

na execução, uma maior durabilidade e um menor custo, tornando a obra

economicamente mais viável e competitiva.

2.2 PROPRIEDADES DO CONCRETO FRESCO

As limitações adquiridas pelo concreto fresco devido à perda de trabalhabilidade

antes ou durante o lançamento nas fôrmas, segregação e exsudação durante o

adensamento, e uma baixa taxa de crescimento de resistência, podem prejudicar um

concreto permanentemente, reduzindo a sua vida útil.

A resistência de um concreto com determinadas proporções é bastante influenciada

pelo nível de adensamento (trabalhabilidade), sendo assim, é importante que a

consistência da mistura do concreto seja tal que possa ser transportado, lançado,

adensado, e acabado com facilidade e sem segregar (NEVILLE, 1997).

Segundo Petrucci (2005), a trabalhabilidade é definida como o a propriedade que

determina o esforço necessário para manipular uma quantidade de concreto fresco,

como perda mínima de homogeneidade.

20

Segundo Metha e Monteiro (1994), a trabalhabilidade é uma propriedade composta,

tendo como principais componentes a consistência (fluidez) e a coesão

(estabilidade). A consistência é definida como a tendência de mobilidade ou fluidez

do concreto fresco, sendo medida universalmente pelo ensaio de abatimento do

tronco de cone e esta é influenciada, principalmente pela quantidade de água na

mistura. A coesão pode ser definida como uma medida qualitativa das

características da estabilidade, ou seja, segregação e exsudação.

Segundo Araújo et. al (1999), é possível afirmar que um concreto adequado para

peças de grandes dimensões e pouco armado pode não ser para peças esbeltas e

muito armadas, ou que um concreto que fornece um perfeito adensamento com

vibração, sem segregação dos componentes e sem vazios, dificilmente

proporcionará uma moldagem satisfatória com adensamento manual.

Os fatores que influenciam a trabalhabilidade são a forma e a granulometria do

agregado, utilização de aditivo e a quantidade de água na mistura. O consumo de

água é o principal desses, pois as misturas muito fluidas de concreto com elevada

consistência tendem a segregar e exsudar, desfavorecendo o acabamento. O

inverso ocorre com as misturas mais secas, pois se tornam mais difíceis de lançar e

de adensar, o que pode gerar uma segregação do agregado graúdo ainda no

lançamento (BAUER, 1995; NEVILLE, 1997).

2.2.1 Exsudação e segregação

A segregação por ser definida como a separação dos constituintes de uma mistura

heterogênea de modo que sua distribuição deixe de ser uniforme. Especificamente

no caso do concreto, as diferenças de tamanho das partículas e de massas

específicas dos constituintes da mistura são as principais causas da segregação, as

quais podem ser controladas com uma granulometria adequada e cuidados no

manuseio (MEHTA, 1994; NEVILLE, 1997).

21

Neville (1997) diz que, existem duas formas de segregação. Na primeira, as

partículas maiores de agregados tendem a se separar, isso ocorre porque estas

tendem a se deslocar ao longo de declives ou a sedimentar mais do que as menores

partículas. A segunda forma de segregação, que ocorre particularmente em misturas

com grande quantidade água, se verifica pela separação de uma pasta da mistura.

O risco pode ser minimizado se o concreto não tiver que ser transportado a grandes

distâncias e evitado o lançamento a partir de grandes alturas. O uso de ar

incorporado reduz o risco de segregação.

Ainda segundo Neville (1997), exsudação também é conhecida como separação da

água, é uma forma de segregação em que parte da água da mistura tende a

ascender à superfície de um concreto recém-lançado. Esse efeito se deve ao fato de

que os constituintes sólidos da mistura serem incapazes de reter água quando

tendem a descer, pois, a água apresenta a menor massa especifica da mistura.

Inicialmente evolui a uma velocidade constante e prossegue ate que a pasta de

cimento esteja suficientemente rija.

2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO ENDURECIDO

As características que o concreto endurecido deve apresentar são: resistência,

durabilidade e impermeabilidade. Estas características são diretamente

influenciadas pela relação água/cimento. Para efeito desta pesquisa, somente a

resistência terá relevância no estudo.

Quando falamos em resistência mecânica do concreto, três tipos podem ser

considerados no estudo das propriedades do concreto em função das solicitações

impostas na prática. São elas: compressão axial, tração e tração na flexão. O

concreto é bastante resistente aos esforços de compressão axial, porém o mesmo

não ocorre quanto à tração, que fica em torno de 10% do valor obtido quando

comprimido (ARAÚJO, 1999; BAUER, 1995).

22

Quando se trata de resistência à compressão axial, a resistência da pasta é o

principal limitador. Por outro lado, é conhecida a influência da porosidade da pasta

sobre a resistência do concreto. Como porosidade depende da relação

água/cimento, assim como do tipo de cimento, pode-se afirmar que para um mesmo

tipo de cimento a resistência da pasta depende especificamente da relação

água/cimento, sendo este também um dos principais fatores determinantes da

resistência da ligação pasta/agregado (BAUER, 1995).

Para o caso do concreto convencional, a resistência do agregado deve ser igual ou

superior à resistência do concreto que se deseja produzir. No que diz respeito à

ligação pasta/agregado, esta depende, basicamente, da forma, da textura superficial

e da natureza química dos agregados.

Segundo Neville (1997), a forma e a textura, por exemplo, podem alterar

consideravelmente a superfície específica dos agregados, contribuindo diretamente

na ligação pasta/agregado. Partículas que tendem à forma cúbica apresentam maior

superfície específica do que aquelas que se aproximam da forma arredondada. Da

mesma maneira, quando a textura superficial é rugosa, a resistência mecânica do

concreto aumenta significativamente, sobretudo nos esforços de tração na flexão. O

mesmo efeito é obtido quando se reduz o Dmáx do agregado graúdo.

Finalmente, outro fator da maior importância na resistência do concreto a esforços

mecânicos é a cura - procedimento utilizado para melhorar a hidratação do cimento

que consiste no controle da temperatura e no movimento da água de dentro para

fora e de fora para dentro do concreto -, visto que as condições de umidade e

temperatura, principalmente nas primeiras idades, têm importância muito grande

para as propriedades do concreto endurecido (ARAÚJO, 1999).

2.4 PRODUÇÃO DO CONCRETO

Uma vez conhecidas as propriedades que devem possuir o concreto em suas duas

fases (fresco e endurecido), pode-se detalhar o processo de produção do concreto.

23

A produção do concreto consiste em uma série de operações de forma a se obter, a

partir dos materiais componentes o concreto desejado. As operações necessárias à

obtenção do concreto são: dosagem (obtenção do traço); mistura; transporte;

lançamento; adensamento; cura.

2.4.1 Dosagem

A dosagem é a seleção e mistura dos componentes do concreto, tendo como

finalidade a obtenção de propriedades previamente estabelecidas. Consiste em

definir o traço, ou seja, a proporção de cada componente do concreto (cimento,

água, agregado miúdo, agregado graúdo e aditivo) visando obter características de

trabalhabilidade adequada, enquanto fresco, e de resistência e durabilidade quando

endurecido (ARAÚJO et al, 1999).

A dosagem racional do concreto consiste na aplicação de um conjunto de regras

práticas, nas quais objetiva-se a obtenção de um produto com qualidade e

proporção mais adequada e econômica, com que cada material entra na

composição da mistura, a fim de atingir as propriedades previamente estabelecidas

para o concreto no estado fresco e endurecido (PETRUCCI, 2005).

Dosar é, portanto, obter um traço que atenda às condições específicas de um

projeto, utilizando corretamente os materiais disponíveis. O traço é medido em

massa.

Para obtenção do traço podem ser utilizados diversos métodos, porém os mais

usuais são o método de dosagem ABCP (adaptação do método ACI para agregados

brasileiros), o qual fornece uma primeira aproximação da quantidade de materiais,

devendo-se realizar uma mistura experimental.

Já o método de dosagem de concretos de cimento Portland recomendado pelo

Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT se baseia na

determinação de um traço prévio, obtido através de informações provenientes de

24

experiências anteriores, a partir do qual se faz um ajuste experimental das

propriedades desejadas, em função dos materiais disponíveis para a sua confecção

(Helene, 1992).

Geralmente, os parâmetros balizadores para a dosagem são a trabalhabilidade e a

resistência mecânica. A primeira é determinada pela relação água/materiais secos,

já a segunda é definida, para os mesmo materiais, numa relação inversamente

proporcional à relação a/c.

2.5 CONCRETO LEVE

O avanço crescente das tecnologias construtivas forçou o aparecimento de materiais

que correspondessem às condições impostas pelas obras. Dentre estes materiais, o

concreto é o principal alvo quando se pensa em desenvolver materiais mais

eficientes, pois sua presença é cada vez mais constante na maioria das obras.

Os concretos são classificados de acordo com as suas características como, por

exemplo, resistência, massa específica e trabalhabilidade. No que diz respeito à

massa específica, podem ser pesado, normal ou leve, sendo esse último ainda

classificado em concreto poroso, com agregado sem finos e com agregado leve

(ROSSIGNOLO, 2003).

2.5.1 Breve histórico da utilização do concreto leve

Construtores pré-colombianos que viveram na atual cidade de El Tajin (México)

fizeram uso de uma mistura de pedra-pomes com um ligante à base de cinzas

vulcânicas e cal para construção de elementos estruturais, sendo assim surge como

uma das primeiras indicações do uso de concreto leve, datando de

aproximadamente 1.100 anos a.C.. Outro exemplo de aplicação da pedra-pomes foi

25

na reconstrução do Panteão, em Roma, pelo imperador Adriano, após incêndio e

que até hoje pode ser apreciado (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Figura 1 – Cúpula do Panteão; El Tajin Disponível em: pt.wikipedia.org/wiki/Panteão; pt.wikipedia.org/wiki/eltajin

No entanto, segundo Rossignolo e Agnesini (2005), a utilização de concreto de

cimento Portland com agregado leve nos moldes que conhecemos hoje, foram a

partir da primeira guerra mundial, onde possuía massa específica de 1700,0 kg/m³ e

resistência de 30,0 MPa, sendo este valor para o concreto convencional atingia

apenas 15,0 MPa.

Ainda Segundo Rossignolo e Agnesini (2005), a evolução da utilização do concreto

leve deu-se a partir da década de 30, onde foi utilizado concreto leve na construção

da pista superior da ponte São Francisco, nos Estados Unidos, onde proporcionou

grande redução dos custos na utilização do aço. O mesmo ocorreu durante a

Segunda Guerra Mundial quando foram construídos centena de navios, tendo a

partir daí um aumento considerável de estudos e aplicações de concretos estruturais

leves.

Porém foi a partir dos anos 60 que o concreto estrutural leve teve sua utilização

voltada para a construção civil. Nessa época foram construídos importantes edifícios

com múltiplos pavimentos, tais como Austrália Square (Austrália) em 1967, Lake

Point Tower (Estados Unidos) em 1968, e o One Shell Plaza (Estados unidos) em

26

1969, além de aplicações em construções pré-fabricadas (METHA e MONTEIRO,

1994).

Figura 2 – Edifícios de executados com concreto leve

A partir da década de 70 foi possível obter concreto com altas resistências e melhor

durabilidade, isso foi só ocorreu devido ao aprimoramento de tecnologias na

execução dos concretos e desenvolvimento de novos materiais componentes.

Também nessa época, o concreto com agregados leves começou a ser disseminado

no Brasil, onde, logo em seguida, deram inicio a estudos utilizando argila expandida

nacional como agregado leve.

2.5.2 Definições

Segundo Sobral (1987), há somente uma maneira de se produzir concreto leve, que

é o de permitir ou de incorporar ar à sua composição. Isso pode ser conseguido de

três maneiras distintas:

a) Eliminando as partículas mais finas da granulometria do agregado (concreto

sem finos);

b) Introduzindo grandes vazios no interior da massa de concreto (concreto

aerado);

27

c) Substituindo os agregados normais (areia e brita) por um agregado celular,

oco ou poroso (concreto com agregados leves);

Os concretos leves são conhecidos por apresentarem baixa massa específica e um

bom isolamento térmico e acústico. Por apresentar uma alta massa específica, o

concreto convencional tem por consequência o aumento do peso próprio dos

elementos de concreto, o que representa um grande acréscimo de carga na

estrutura. Tendo isso como parâmetro, o uso de materiais que apresentem uma

menor massa especifica pode resultar em vantagens significativas quanto ao peso

próprio de elementos estruturais e uma correspondente redução das dimensões das

fundações. Porém, em muitos aspectos, o concreto com baixa massa específica tem

um comportamento semelhante ao dos concretos normais. No entanto, certas

características do concreto são relacionadas com uma massa específica menor

(NEVILLE, 1997).

A resistência mecânica e a massa específica são propriedades importantes para o

concreto leve, pois são essas que o classificam quanto a sua utilização. A densidade

do concreto leve estrutural assume valores entre 1200,0 a 2000,0 kg/m³, enquanto

que o concreto convencional se apresenta com 2300,0 a 2400,0 kg/m³. O

comportamento do concreto leve estrutural está relacionado com a massa

específica, a resistência mecânica e a durabilidade que são importantes na

qualidade deste (NEWMAN & CHOO, 2003; ROSSIGNOLO, 2005).

Segundo Neville (1997), a massa específica do concreto pode ser reduzida

substituindo parte dos materiais sólidos por ar. Os valores de massas específicas

dos concretos leves ficam em torno de 300,0 a 1900,0 kg/m³. O concreto leve é

classificado quanto a sua aplicação, se é para função estrutural, de vedação ou de

enchimento. Porém a que nos interessa é o concreto leve estrutural, o qual

apresenta massa específica entre 1350,0 e 1900,0 kg/m³ e com resistência mínima

de 17,0 MPa.

Segundo Metha e Monteiro (1994) concreto leve estrutural é um concreto estrutural

em todos os sentidos, exceto que, por razões de redução do custo total, o concreto é

28

produzido com agregados leves, tendo sua massa específica reduzida a

aproximadamente dois terços da massa específica do concreto convencional.

Segundo Newman & Choo (2003) concreto leve é a substituição completa ou parcial

do agregado convencional na mistura do concreto por agregados contendo grande

proporção de vazios (agregados leves). A massa específica do concreto leve varia

entre 300,0 e 2000,0 kg/m³, o que corresponde à resistência entre 1,0 e 60,0 MPa, a

depender de sua utilização conforme sugere a Tabela 1.

Tabela 1 – Classificação do Concreto Leve

Classe e Tipo

Propriedades I

Estrutural

II

Estrutural/ Isolante

III

Isolante

Resistência à compressão (MPa) >15 >3.5 >0.5

Coef. de condutividade térmica (W/mK) - <0.75 <0.30

Massa Específica (kg/m³) 1600-2000 <1600 <<1450

Fonte: Newman & Choo, 2003.

Os concretos leves com baixa massa específica são utilizados, principalmente, para

isolamento térmico. Suas baixas massas específicas e coeficientes de condutividade

térmica lhe fornecem altos valores para características de isolamento. Entretanto

apresentam baixos valores de resistência, os quais não ultrapassam os 7,0 MPa

(SOBRAL, 1987).

Ainda segundo Sobral (1987), no outro lado da moeda encontram-se os concretos

leves estruturais, que geralmente são feitos com argilas, folhelhos, ardósias,

escórias expandidas e cinza volante aglomerada. Para este tipo a mínima

resistência à compressão admitida, por definição, é de 17,0 MPa.

A Tabela 2 indica os valores de referência da massa específica para concretos leves

segundo algumas normas internacionais.

29

Tabela 2 – Valores de referência da massa específica dos concretos leves

REFERÊNCIA MASSA ESPECÍFICA (kg/m³)

RILEM (1975)

CEB-FIP (1977)

NS 3473 E (1998)

ACI 213-87 (1995)

CEN prEN 206-25

Fonte: Rossignolo e Agnesini, 2005.

2.5.3 Potenciais de aplicação

Diversos estudos estão sendo feitos em diversas partes do mundo objetivando

analisar o potencial do concreto leve nas mais diferentes obras, verificando

vantagens e desvantagens em sua utilização. A presença do concreto leve pode ser

observada em diversas estruturas como pontes, plataformas, pré-moldados, na

constituição de pavimentos, barragens e em diversos outros empreendimentos

(GIACOMIN, 2005; ROSSIGNOLO, 2005; SANTIAGO, 2008).

Esses estudos decorrem de vários fatores, como por exemplo, ambientais, onde a

reciclagem de resíduos, na forma de materiais e componentes para a construção

civil, pode gerar uma série de benefícios à sociedade, como a redução do custo da

construção, do consumo de energia na produção de materiais e da emissão de

poluentes, assim como a diminuição no consumo de matérias-primas. Entre esses

estudos podemos citar a utilização de EVA (Ethylene Vinyl Acetate), resíduos

gerados, principalmente, pela indústria calçadista (SANTIAGO, 2008).

Outro exemplo é o desenvolvimento elementos de alvenaria utilizando concreto leve

de poliestireno expandido (EPS) para aumentar o rendimento da argamassa e

diminuir substancialmente o peso da estrutura. Estes materiais apresentam grandes

vantagens na execução de um projeto construtivo, pela sua leveza, facilidade no

manuseio dos elementos, pelas melhorias no aspecto termo-acústico e pelo baixo

30

custo final da construção. Obtendo-se assim, novos materiais para a construção civil

em condições ecologicamente sustentáveis.

Um estudo bastante interessante é o desenvolvimento de concretos leves estruturais

destinados à execução de habitações de interesse social produzidas segundo o

sistema construtivo de painéis monolíticos moldados “in loco”. Os resultados

apresentados nesse trabalho indicaram a viabilidade técnica do uso desse sistema.

A possibilidade desse tipo de execução torna-se importante em um momento no

qual, no Brasil, vem aumento cada vez mais a construção desse tipo de habitação.

2.5.4 Agregado Leve

Os agregados leves incorporados na produção de concreto leve podem ser

classificados segundo a sua natureza em agregados naturais e artificiais. Os

agregados naturais são obtidos através da extração direta das jazidas, seguida de

uma classificação granulométrica. Devido a grande variabilidade das propriedades e

a localização das jazidas, possuem pouca aplicação para concretos estruturais

(ROSSIGNOLO, 2003).

Os principais agregados naturais são a diatomita, a escória, a pedra pomes, cinzas

vulcânicas e os tufos; com exceção da diatomita, todos têm origem vulcânica. Por

serem encontrados apenas em algumas partes do mundo, esses tem pouca

utilização, apesar de obter um concreto com boa resistência. Em comum, todos os

agregados leves têm como principal característica a estrutura porosa, a qual resulta

em uma baixa massa específica (NEVILLE, 1997).

Os agregados artificiais são obtidos em processos industriais e, normalmente, são

classificados com base na matéria-prima utilizada e no processo de fabricação. Os

agregados leves para concretos estruturais fabricados a partir de materiais naturais

são: argilas, xistos e escórias expandidas.

31

Segundo Neville (1997), os agregados produzidos industrialmente possuem uma

grande variedade de nomes comerciais, porém sua classificação é feita segundo a

matéria prima e o processo de fabricação que causa a expansão. Somente

agregados leves obtidos por expansão da argila, xisto ou ardósia podem ser

utilizados em concretos estruturais. Estes são obtidos por meio de aquecimento

adequado em forno rotativo até à fusão incipiente, quando ocorre a expansão do

material devido à expansão dos gases aprisionados em massa tornada plástica por

ação do calor.

Existe uma grande diversidade de tipos de agregados leves, o que permite a

produção de vários tipos de concretos leves com diferentes características

mecânicas e físicas. Os agregados podem ser mais leves ou mais pesados, mais ou

menos resistentes, com maior ou menor condutibilidade térmica, etc.

Desta maneira diversos materiais como argila e escória, após utilização de

diferentes processos na produção de agregados apresentam importantes

semelhanças de estrutura e substâncias químicas. Geralmente, eles possuem uma

estrutura da matriz densa, semelhante à cerâmica e a maior parte tem uma relativa

densidade da estrutura com uma maior quantidade de vazios. Os agregados leves

são fabricados geralmente livres de substancias deletérias alem de não induzirem

reações nocivas à estrutura (NEWMAN & CHOO, 2003).

A argila expandida, a qual será utilizada neste trabalho, vem sendo bastante

estudada. Esta pode ser produzida pelo tratamento térmico da matéria-prima,

triturada e classificada granulometricamente, ou moída e pelotizada, feito,

geralmente, em forno rotativo a gás ou óleo diesel, similar aos usados na fabricação

de cimento Portland. Pode, também, ser obtido por sinterização contínua. Nesse

caso, o material umedecido é transportado numa esteira, sob queimadores de modo

que o calor atinge gradualmente toda a espessura da camada (MORAVIA et al. apud

SANTIAGO, 2008). Os tipos de argilas expandidas utilizadas em concretos leves

constam na Figura 3.

32

Figura 3 – Tipos de argila expandida

A forma e a textura superficial deste agregado influenciam nas propriedades do

concreto, principalmente na resistência, pois estas estão relacionadas com a

quantidade de água necessária para obtenção da trabalhabilidade desejada. Isso

devido à dificuldade em se determinar quanto da água será absorvida pelo

agregado. Fato este que, ocorre não só pela grande de absorção de água pelo

agregado como também pelo fato de que alguns agregados continuam a absorver

água durante várias semanas (METHA e MONTEIRO, 1994).

Outra propriedade a ser considerada é o índice de absorção, o qual, dependendo

dos valores, se torna necessário à saturação do agregado, assim evitando prejuízos

à trabalhabilidade do concreto fresco. A grande absorção de água dos agregados

pode ser desfavorável também para as propriedades dos concretos no estado

endurecido como o aumento da retração.

A argila expandida é um agregado leve que se apresenta em forma de bolinhas de

cerâmica leves e arredondadas, com uma estrutura interna formada por uma

espuma cerâmica com microporos e com uma casca rígida e resistente. Suas

principais características são: leveza, resistência, inerte quimicamente, estabilidade

dimensional, incombustibilidade, além de excelentes propriedades de isolamento

térmico e acústico (CINEXPAN S.A.). As argilas a serem utilizadas nos experimentos

estão apresentadas na Tabela 3, segundo especificação do fabricante.

33

Tabela 3 – Equivalência e Densidade Aparente da Argila Expandida

TIPO EQUIVALÊNCIA DENSIDADE APARENTE kg/m³

2215 BRITA 1 500 ± 10%

1506 BRITA 0 600 ± 10%

0500 AREIA GROSSA 850 ± 10%

Fonte: CINEXPAN S.A.

2.5.4.1 Processo de fabricação

Os dois processos mais utilizados para a fabricação dos agregados leves artificiais

são a sinterização e o forno rotativo. O processo utilizado para fabricação da argila

expandida é o forno rotativo, que consiste em aproveitar da tendência que alguns

materiais têm de se expandirem, como é o caso de algumas argilas quando

submetidas a elevadas temperaturas. Os agregados produzidos por esse processo,

geralmente, apresentam-se com uma granulometria variada e forma arredondada

regular (ROSSIGNOLO, 2005).

Santos et al. (1986), descreve resumidamente o processo de fabricação da argila

expandida em forno rotativo em oito etapas, as quais são:

a) Homogeneização: a matéria prima é lançada em depósitos para

homogeneização;

b) Desintegração: o material é lançado em um desintegrador para reduzir os

grandes torrões a um diâmetro máximo de 50 mm;

c) Mistura e nova homogeneização: o material é transportado por meio de

esteiras para um misturador com a finalidade de deixar a argila com a

trabalhabilidade adequada para extrusão. Nessa etapa ocorre a correção de

água e podendo ser adicionados aditivos para aumentar a expansão durante

a queima ou melhorar a plasticidade da argila.

34

d) Laminação: etapa onde o material passa por dois cilindros rotativos para

eliminação de torrões maiores que 5 mm, preparando a mistura para

extrusão;

e) Pelotização: é realizada por extrusão contínua em que o material é forçado

contra uma placa perfurada por orifícios circulares, estes influenciam

diretamente no diâmetro dos agregados;

f) Secagem e queima: Parte mais importante do processo. Na primeira fase,

ocorre a secagem das pelotas. Na zona de combustão, o forno atinge a

temperatura prevista para expansão das pelotas (1000 ºC e 1350 ºC). O

combustível utilizado geralmente é óleo ou gás.

g) Resfriamento: geralmente é utilizado um cilindro, na saída do forno, onde é

soprado ar por ventiladores.

h) Classificação e estocagem final: os agregados leves são classificados em

peneiras vibratórias e armazenadas para comercialização.

A Figura 3 consta do esquema do processo de fabricação em forno rotativo dos

agregados leves.

35

Figura 4 – Esquema do processo de fabricação em forno rotativo

Por serem produzidos em forno rotativo, os agregados de argila expandia

apresentam formas esféricas e uma fina camada externa com baixa porosidade,

possibilitando a obtenção de boa trabalhabilidade com baixas relações

água/cimento. Porém, em função de seu formato esférico, esse tipo de agregado

apresenta uma maior facilidade em segregar (ROSSIGNOLO, 2005)

Segundo Neville (1997), as características de porosidade e absorção de água do

agregado leve afetam sensivelmente as propriedades do concreto no estado fresco

bem como o processo de hidratação do cimento.

A absorção de água dos agregados é proporcional à consistência do concreto,

podendo aumentar com o uso de plastificantes. Com isso é recomendado fazer uma

pré-saturação dos agregados caso estes apresentem altos índices de absorção a fim

de evitar prejuízos à trabalhabilidade do concreto no estado fresco. O efeito do alto

valor de absorção de água também pode ser observado no concreto no estado

endurecido, como o aumento da retração, da massa específica e a redução da

resistência ao fogo (ROSSIGNOLO, 2005).

HOMOGENEIZAÇÃO DESINTEGRAÇÃOMISTURA E NOVA

HOMOGENEIZAÇÃO

LAMINAÇÃOPELOTIZAÇÃOSECAGEM E QUEIMA

RESFRIAMENTOCLASSIFICAÇÃO E

ESTOCAGEM FINAL

36

2.6 ADITIVOS

Aditivos são substâncias introduzidas nas misturas de concretos ou argamassas a

fim de melhorar certas propriedades da mistura básica ou evitar algumas

deficiências que não são possíveis de contornar com os materiais básicos. Os

aditivos são geralmente utilizados objetivando melhorar a trabalhabilidade, retardar

ou acelerar a pega e consequentemente o endurecimento, melhorar a durabilidade,

reduzir a água da mistura, melhorar a cura, melhorar a impermeabilidade do

concreto, causar expansão do concreto, entre outros (MEHTA & MONTEIRO, 1994;

NEVILLE, 1997).

O aditivo é definido como sendo a substância utilizada em porcentagem inferior a

5% da massa do cimento, com a finalidade de modificar certas propriedades destes

materiais no estado fresco, endurecido ou na passagem de um estado a outro. Em

geral os aditivos apresentam muitos efeitos, por isso torna-se necessário classificá-

los determinando sua ação principal (COUTINHO, 2006; PETRUCCI, 2005).

Aditivos são produtos utilizados na produção de concretos, argamassas e caldas de

cimento para modificar certas propriedades do material fresco ou endurecido,

tornando os mais fáceis de manusear e incrementando sua resistência diante das

solicitações físico-químicas (VEDACIT, 2005).

Alguns aditivos são eficientes para se obter as propriedades desejadas, porém pode

ocorrer casos em que o seu uso não seja plenamente justificável. Para se decidir

sobre o uso ou não de determinado aditivo alguns fatores devem ser levados em

consideração, como a possibilidade de se obter o resultado desejado comum a

pequena modificação da mistura básica (COUTINHO, 2006).

Os incorporadores de ar são aditivos que, como o próprio nome indica, incorporam à

massa de concreto minúsculas bolhas de ar. Para uma mesma trabalhabilidade,

permite uma redução de até 10% na água de amassamento. O uso correto do

aditivo incorporador de ar confere ao concreto benefícios como melhoria da

trabalhabilidade, redução da água de amassamento, redução da segregação,

redução da exsudação (VEDACIT, 2005).

37

Os incorporadores de ar são tensoativos iônicos, orgânicos ou sintéticos,

caracterizados por cadeias longas de carbono, que reduzem a tensão superficial da

água, mediante a introdução de microbolhas de ar estáveis. Os incorporadores

fluidificam e plastificam pela dispersão dos finos, incluindo o cimento, graças à

grande quantidade de bolhas de ar que se repelem devido á carga de igual

polaridade atuante. Os diâmetros variam de 100 a 300 mícrons, dependendo da

base química utilizada. Estas bolhas agem como um fluido substituindo parte da

água (MEHTA & MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997).

A utilização de incorporadores de ar melhora as propriedades do concreto fresco,

tornando-o mais coeso, reduzindo a segregação e reduzindo a impermeabilidade.

Outro efeito positivo é o aumento da durabilidade do concreto, tornando-o mais

resistente à ação de elementos agressivos que penetrando no concreto pelos poros,

reagem com o cimento formando cristais expansivos, que assim, alojados criam

tensões internas que podem acarretar sua ruptura.

2.7 PROPRIEDADES DO CONCRETO LEVE ESTRUTURAL

2.7.1 Concreto Fresco

2.7.1.1 Trabalhabilidade e massa específica

O aumento da absorção reduz a massa específica e limita a avaliação do agregado

leve, devendo ser levada em consideração quando se faz a dosagem do concreto. A

água absorvida é grande de importância. Todos os agregados, seja ele natural ou

artificial, absorvem água em uma razão que diminui com o tempo. Desta maneira a

absorção é importante de modo que, esteja o agregado insaturado ou parcialmente

saturado, influencia de maneira direta nas propriedades do concreto fresco como

trabalhabilidade, além de afetar as propriedades do concreto endurecido como

densidade e resistência ao fogo (NEWMAN & CHOO, 2003).

38

Segundo Newman & Choo (2003), a absorção do agregado depende de alguns

fatores principalmente o tamanho dos poros, a distribuição dos poros e sua estrutura

(se possui ligação entre eles). Com relação às partículas de agregado leve, que

possui uma grande quantidade de poros, a absorção de água é maior do que os

agregados comuns. Nos agregados leves esses valores geralmente estão entre

5,0% e 15,0%, enquanto os agregados normais não ultrapassam 2,0%. As

características da superfície das partículas do agregado têm uma grande influência

na absorção de maneira que diferencia os agregados naturais e leves pode não ser

a grande diferença esperada para a densidade.

As propriedades do concreto fresco feito com agregado leve e os fatores que as

afetam são praticamente as mesmas que influenciam no concreto convencional.

Devido à baixa massa específica e a uma alta absorção de água do agregado, a

trabalhabilidade merece uma atenção especial. A alta porosidade do agregado

implica numa perda de abatimento devido à contínua absorção de água. Com isso

deve-se limitar em 100 mm o abatimento máximo do concreto leve, a fim de evitar a

sua segregação (METHA e MONTEIRO, 1994).

A demanda de água do concreto leve é bastante influenciada pela textura superficial

e pela forma das partículas. Uma consequência importante da grande variação da

demanda de água dos concretos feitos com diferentes agregados leve é que, para

se obter uma determinada resistência mecânica, não é necessária uma variação

correspondente do teor de cimento, dessa maneira, se mantém a relação

água/cimento, porém o valor real dessa relação é desconhecido (NEVILLE, 1997).

Segundo Neville (1997), para um mesmo abatimento, o concreto leve, possui uma

melhor trabalhabilidade se comparado com os concretos convencionais. Porém,

deve-se notar-se que um abatimento elevado pode causar segregação, com as

partículas grandes de agregado flutuando na parte superior. Assim, a vibração

prolongada pode resultar numa segregação muito maior do que em concretos

convencionais.

A fim de melhorar a trabalhabilidade do concreto leve é necessário limitar a Dmáx

dos agregados leves graúdos em 19 mm. Outra hipótese é utilizar areia natural, em

39

substituição do agregado leve miúdo, porém este procedimento acarreta num

aumento da massa específica do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

Newman e Choo (2003) afirmam que a trabalhabilidade dos concretos leves é

subestimada quando medida pelo método do abatimento do tronco de cone, isto

porque os vazios incorporados à mistura melhoram a coesão do concreto.

A massa específica do concreto leve depende da densidade dos agregados

utilizados nas composições e das proporções da mistura. Também o teor de água

inicial e final dos agregados influencia na densidade do concreto, pois uma

quantidade de água acima da saturação na mistura pode levar à formação de vazios

no concreto, reduzindo a sua densidade (METHA e MONTEIRO, 1994).

Rossignolo (2003) diz que o valor da massa específica dos concretos leves

apresenta variação progressiva, desde sua condição inicial até um estado mais

estável, que depende das condições de exposição. Com isso, é recomendado para

estimativa de cargas a serem suportadas por fôrmas e escoramentos, por exemplo,

utilizar o valor da massa específica de seu estado fresco e para estimativa de peso

próprio deve ser considerado o valor da massa específica do concreto seco ao ar,

ligeiramente maior que a do concreto seco em estufa.

A propriedade mais importante dos concretos leves é a massa específica, que, por

ser menor que a do concreto convencional, representa a principal vantagem para

utilização deste tipo de concreto. E ainda determina a sua resistência à compressão.

Segundo Neville (1997), tratando-se de concreto leve é necessário uma qualificação

cuidadosa quanto à massa específica. A massa específica do concreto no estado

fresco pode ser facilmente determinada como será demonstrado posteriormente.

Porém, após secagem ao ar em condições ambientes, o concreto perde umidade até

uma situação de quase equilíbrio, então este apresenta uma massa específica do

concreto seco ao ar. Caso este seja submetido à secagem a uma temperatura de

105 ºC irá apresentar a massa específica do concreto seco em estufa. Se

comparados aos concretos convencionais, as diferenças entre essas três massas

40

específicas são maiores e apresentam-se mais importante para o seu

comportamento, no caso do concreto leve.

A massa específica do concreto no estado fresco é inferior ao valor teórico da massa

específica do concreto saturado, estando este valor 100 kg/m³ e 120 kg/m³. Devido à

dificuldade em se determinar o equilíbrio no caso do concreto seco ao ar,

geralmente recomenda-se adotar a massa específica do concreto no estado fresco.

O valo do primeiro pode ser obtido subtraindo a massa de água perdida pela

exposição ao ar, sendo este valor entre 100 kg/m³ e 200 kg/m³, para concreto

somente com agregados leves, e 50 kg/m³ a 150 kg/m³ para concreto com agregado

miúdo normal. A massa específica de equilíbrio, que interessa no cálculo da massa

específica do concreto, possui cerca de 50 kg/m³ a mais do que se comparado com

o concreto seco em estufa (NEVILLE, 1997).

2.7.2 Concreto endurecido

2.7.2.1 Resistência mecânica

Segundo Neville (1997), para uma mesma resistência mecânica, o teor de cimento

em concretos leves é superior quando comparado ao concreto convencional. As

partículas de agregado graúdo podem ser um fator limitador da resistência, porém

não existe uma relação definida entre a resistência do agregado com a do concreto.

Essa influência pode ser controlada limitando a dimensão máxima do agregado.

Rossignolo (2003) afirma que, a resistência à compressão e a massa específica são

as propriedades mais utilizadas na caracterização dos concretos leves, estando

diretamente relacionadas com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado. A

granulometria tem mais influência na massa específica e na resistência mecânica

nos concretos leves do que nos concretos convencionais, isso porque a massa

específica, no caso das argilas expandidas, é inversamente proporcional à

dimensão.

41

Ainda segundo Rossignolo (2003), na análise das propriedades dos concretos leves,

tem-se de levar em consideração que os agregados possuem resistência mecânica

relativamente baixa, sendo assim, a resistência mecânica da matriz de cimento

possui grande importância na resistência do concreto.

Os concretos leves apresentam estabilização dos valores finais de resistência à

compressão, se comprado com os concretos convencionais. Geralmente, aos 7 dias,

os concretos leves já alcançam mais de 80% da resistência à compressão aos 28

dias, e após esse período não há ganhos significativos de resistência. (Eurolightcon

apud ROSSIGNOLO, 2003).

Metha e Monteiro (1994) afirmam que a resistência à compressão do concreto leve

deve ser relacionada ao teor de cimento para um dado abatimento, e não para

quantidade de água. Isso ocorre devido à dificuldade em se determinar o quanto de

água é absorvido pelo agregado, não sendo possível estabelecer uma relação

água/cimento precisa.

O consumo de cimento dos concretos leves de alto desempenho varia entre 400 a

600 kg/m³. Segundo Aïtcin (2000), valores acima disto pouco contribuem para o

aumento da resistência à compressão do concreto, uma vez que a resistência da

matriz seria maior que a do agregado leve. Logo, o consumo de cimento é limitado a

uma quantidade que possibilite o aumento da resistência à compressão do concreto

leve.

Segundo Metha e Monteiro (1994), na maioria dos casos, a resistência à

compressão, para dados teores de cimento e água, pode ser aumentada, reduzindo-

se a dimensão máxima do agregado ou substituindo o agregado leve miúdo por uma

areia natural de boa qualidade. Porém, deve-se levar em consideração que isso

acarretará em um aumento considerável de massa específica do concreto.

Segundo Newman & Choo (2003), assim como ocorre no concreto convencional,

uma vasta gama de agregados produz uma gama correspondente de resistências.

Ao comparar concreto leve com concreto convencional, é importante considerar os

42

tipos de materiais constituintes em ambos os casos. Os fatores que afetam a

resistência são:

Resistência e rigidez das partículas agregadas – onde as partículas mais

fracas exigem maior teor de cimento. A resistência do concreto depende do

tipo de agregado, ligação partícula-matriz e semelhança entre partículas.

Relação água /cimento – este tem o mesmo efeito sobre a resistência como

para o concreto convencional. No entanto, a redução da relação a/c devido à

absorção de água pelos agregados leves é difícil de prever e, portanto, a

determinação da relação a/c para as misturas não é possível uma vez que é

difícil de medir e verificar. Com isso, a mistura requer maior teor de água total.

Teor de cimento – para uma dada trabalhabilidade, a resistência mecânica é

aumentada com o acréscimo no teor de cimento, dependendo do tipo de

agregados utilizados. Embora o aumento da resistência para um aumento

constante do teor de cimento dependa do tipo de agregado utilizado, para um

agregado leve com acréscimo do teor de cimento de 10% superior dará um

aumento da resistência mecânica de aproximadamente 5% .

Idade de ruptura – relações de resistência x idade de ruptura são

semelhantes aos de concreto convencional. Quanto à hidratação, para o

concreto leve é melhor do que para o concreto convencional, isso ocorre

devido à reserva de água disponível no total dos poros dos agregados leves

que é denominado “cura interna”. Assim o concreto com agregado leve é

mais tolerante a cura inadequado do que o concreto convencional.

Densidade – a densidade do concreto é afetada principalmente pela

densidade de partículas agregadas que está relacionado à porosidade das

partículas e, portanto, força de partículas. Assim, os agregados de diferentes

densidades irão resultar em diferentes resistências do concreto, bem como as

densidades.

43

2.7.3 Dosagem

Segundo Metha e Monteiro (1994), o método do volume absoluto utilizado na

dosagem de concreto normal, não é indicado para a dosagem do concreto leve. Isso

porque é difícil de determinar a quantidade de água que será absorvida pelo

agregado. Além disso, alguns agregados continuam a absorver água durante várias

semanas.

Como citado anteriormente, devido ao problema de segregação, se torna necessário

impor limite máximo para o abatimento, além de incorporar ar, entre 5% e 7%, a fim

de reduzir a relação a/c mantendo o abatimento desejado e reduzindo a tendência

de segregação e exsudação (METHA e MONTEIRO, 1994).

Sendo assim, resistência à compressão do concreto leve está geralmente

relacionada com o teor de cimento e não com a relação água/cimento, como

normalmente ocorre com o concreto convencional. Com isso, torna-se necessário a

utilização de incorporadores de ar, tanto para reduzir o consumo de água quanto

para reduzir a exsudação e segregação, mantendo o mesmo abatimento.

A dependência entre a resistência à compressão e a relação água/cimento se

aplicam, do mesmo modo, aos concretos leves e concretos convencionais, podendo

seguir o procedimento normal de dosagem de concretos leves. Porém, devido à

dificuldade em se obter a quantidade total de água absorvida pelo agregado, torna-

se mais difícil usar a relação água/cimento para dosagem do concreto. Sendo assim,

é indicado a dosagem a partir do teor de cimento (NEVILLE, 1997).

Segundo Rossignolo (2005), pode se utilizar os mesmos métodos de dosagem dos

concretos convencionais aos concretos leves. Porém, alguns fatores devem ser

levados em consideração, como:

a) A necessidade de projetar um concreto leve com massa específica particular;

b) A absorção de água pelo agregado leve;

44

c) A variabilidade da massa específica do agregado devido a sua dimensão;

d) A influência das características do agregado leve nas propriedades do

concreto;

Sendo assim, na falta de recomendações apropriadas ou experiência, pode ser

usada a Pratica Recomendada do ACI como é indicado por Neville (1997).

Denominado método volumétrico, pode ser utilizado tanto para concretos somente

com agregados leves quanto para concretos leves com agregado miúdo normal.

Como o próprio nome indica, a dosagem é obtida limitando-se a proporção de

volume de agregado em relação ao do concreto. Geralmente, esta relação está entre

1,05 e 1,25 para o volume total de agregados no estado solto, sendo que entre 40%

e 60% é representado pelo volume do agregado miúdo leve.

Ainda segunda Neville (1997), quando o tamanho máximo do agregado for 20 mm, é

conveniente fazer a dosagem experimental utilizando proporções iguais de agregado

miúdo e graúdo, porém mantendo o teor de cimento correspondente à resistência

desejada.

45

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL

O programa experimental é composto de duas etapas, a caracterização dos

materiais componentes do concreto e sua produção. Quanto à produção foram

moldados 16 corpos de prova, sendo 12 para ensaio mecânico e 4 para

determinação da massa específica do concreto no estado fresco e deste seco ao ar.

3.1 MATERIAIS

Para a produção dos concretos foi realizada a caracterização dos materiais, com

objetivo de conhecer as principais propriedades dos materiais componentes do

concreto.

3.1.1 Caracterização dos Materiais

3.1.1.1 Cimento

O cimento utilizado foi o tipo CP-II Z 32, da marca Nassau, cujas características

fornecidas pelo fabricante encontram-se na Tabela 4.

Tabela 4 – Características do Cimento CP-II Z 32

Características e Propriedades Unidade Valores

Finura % 1,50

Tempo de Início de Pega h 2:30

Tempo de Fim de Pega h 3:40

Massa Específica kg/dm³ 2,93

46

3.1.1.2 Agregado Miúdo

Como agregado miúdo foi utilizado a argila do tipo 0500, produzida pela empresa

CINEXPAN lotada no estado de São Paulo. Suas propriedades podem ser

observadas na Tabela 5, porém vale ressaltar que por se tratar de um material

industrializado, os valores de massa específica e absorção adotados foram os

fornecidos pelo fabricante. Sendo assim, foi somente determinada à composição

granulométrica do agregado, segundo a NBR 7217/1987, como é mostrado na

Tabela 6.

Tabela 5 – Caracterização do Agregado miúdo 0500

Características Unidade Valores

Diâmetro Máximo mm 6,3

Densidade aparente kg/m³ 850 ± 10

Absorção de água (24 h) % 6,0

Tabela 6 – Composição granulométrica – Agregado miúdo 0500

Peneiras (mm)

Material retido (g)

Percentual retido (%)

Percentual

retido

acumulado (%)

9,5 0,0 0 0

6,3 0,0 0 0

4,75 219,0 11 11

2,36 637,6 32 43

1,18 428,3 21 64

0,6 436,2 22 86

0,3 178,4 9 95

0,15 81,3 4 99

Fundo 18,1 1 100

TOTAL 1.998,9

47

Figura 5 – Distribuição granulométrica Agregado Miúdo 0500

Observa-se, através da Figura 5, que o agregado 0500 ficou fora da zona utilizável

superior, isto ocorre porque o procedimento de ensaio da NBR 7217/87 refere-se ao

agregado natural, não tendo, portanto, um procedimento normatizado específico

para o agregado artificial.

3.1.1.3 Agregado Graúdo

Como agregados graúdos foram utilizados as argilas dos tipos 1506 e 2215,

produzida pela empresa CINEXPAN lotada no estado de São Paulo. Suas

propriedades podem ser observadas nas Tabela 7 e 8, porém vale ressaltar que por

se tratar de um material industrializado, os valores de massa específica e absorção

adotados foram os fornecidos pelo fabricante. Sendo assim, foi somente

determinada a composição granulométrica do agregado, segundo a NBR 7217/1987,

conforme é demonstrado nas Tabelas 9 e 10.

48

Tabela 7 – Caracterização do Agregado graúdo 1506



Densidade aparente kg/m3 600 ± 10


Tabela 8 – Caracterização do Agregado graúdo 2215



Densidade aparente kg/m3 500 ± 10


Tabela 9 – Composição granulométrica Agregado graúdo 1506

Peneiras (mm)

Material retido (g)


Percentual

retido

acumulado (%)

19 0,0 0 0

12,5 473,2 9 9

9,5 2.368,6 48 57

6,3 1.609,7 32 89

4,8 445,6 9 98

Fundo 101,6 2 100

TOTAL 4.998,7

49

Tabela 10 – Composição granulométrica Agregado graúdo 2215

Peneiras (mm)

Material retido (g)


Percentual retido

acumulado (%)

31,5 0,0 0 0

25 3031,4 61 61

19 1754,7 35 96

12,5 201,4 4 100

9,5 8,2 0 100

6,3 0 0 100

4,8 0 0 100

Fundo 0 0 100

TOTAL 4.995,7

Porém, por serem utilizados dois tipos de agregados graúdos, tipo 1506 e 2215, foi

conveniente fazer uso do método preconizado pela NBR 7810/1982 para a

determinação da massa unitária no estado solto, a fim de obter uma mistura

adequada entre duas as faixas de agregados graúdos. Os resultados do ensaio

constam na Tabela 11.

Tabela 11 – Determinação da proporção entre agregado graúdo 1506 e 2215

Proporção

entre

1506/2215

Volume do

recipiente (dm³)

Quantidade

2215 (kg)

Quantidade

1506 (kg)

Acréscimo

1506 (kg)

Massa total

agregado

(kg)

Massa

unitária

(kg/dm³)

16% 15,00 6,00 0,96 - 6,98 0,47

23% 15,00 6,00 1,39 0,425 7,2 0,48

30% 15,00 6,00 1,81 0,425 7,39 0,49

36% 15,00 6,00 2,14 0,326 7,57 0,50

42% 15,00 6,00 2,54 0,400 7,66 0,51

52% 15,00 6,00 3,11 0,570 7,72 0,51

A escolha da composição considerada ideal baseia-se no valor obtido para a massa

unitária no estado compactado, no qual não variação significativa, ou seja, onde esta

atinja o equilíbrio de massa unitária. Sendo assim, o teor ótimo, de agregado leve

1506 em relação ao 2215, determinado foi de 42%. Suas propriedades podem ser

50

observadas na Tabela 12. Somente foi determinada a composição granulométrica do

agregado, conforme é demonstrado na Tabela 13.

Tabela 12 – Caracterização do Agregado graúdo misturado



Densidade aparente kg/dm3 0,51*

*Valor obtido através de média ponderada

Tabela 13 – Composição granulométrica Agregado graúdo misturado

Peneiras (mm)

Material retido (g)


Percentual

retido

acumulado (%)

31,5 0,00 0 0

25 3.946,40 33 33

19 2.787,20 23 56

12,5 1.187,50 10 66

9,5 1.404,60 12 78

6,3 1.243,40 10 88

4,8 899,30 7 96

Fundo 517,20 4 100

TOTAL 11.985,6

A Figura 6 apresenta a curva granulométrica dos dois tipos de agregados (1506 e

2215), e também do agregado graúdo misturado. Já a Figura 7 demonstra em qual

zona utilizável a mistura de agregado melhor se encaixou.

51

Figura 6 – Curva granulométrica Agregado Graúdo

Figura 7 – Distribuição granulométrica Agregado Graúdo misturado

52

Nota-se, na Figura 7, uma tendência retilínea da curva do agregado misturado, ou

seja, este apresenta regularidade em suas proporções para cada peneira. Sendo

assim, este não se encaixa em nenhuma das zonas da NBR 7211 (2005).

3.1.1.4 Incorporador de ar

Foi utilizado o incorporador Cemix-air, da marca VEDACIT e suas características de

acordo com o fornecedor, estão apresentadas na Tabela 14.

Tabela 14 – Características do Incorporador de ar

Características Básicas Unidade Dados Técnicos

Base Química - Alquil-aril-sulfonado

Cor - Amarelo Claro

Densidade g/cm³ 1,02

3.2 MÉTODOS

3.2.1 Dosagem experimental

Seguindo o método indicado no item 2.7.3, torna-se necessário fazer ensaios

preliminares na intenção de se determinar tanto a relação a/c real, bem como a

proporção entre agregados leves miúdos e graúdos e entre o volume de agregado

com o volume de concreto. Para tal, foram fixados valores iniciais de volume de

agregado leve em relação ao volume de concreto, a proporção entre agregados

leves miúdos e graúdos, relação a/c e abatimento.

Os valores iniciais de volume de agregados foram determinados escolhendo o valor

médio de cada intervalo indicado no item 2.7.3, ou seja, o volume total de agregados

foi de 1,10 do volume de concreto e a proporção entre agregados miúdos e graúdos

53

foi de 53%. O abatimento adotado foi de 80 ± 10 mm. A relação a/c inicial de 0,45 foi

determinada levando-se em consideração que, é um valor usualmente utilizado,

segundo Rossignolo (2005), para concretos com agregado graúdo leve e agregado

miúdo normal. Além disso, foi utilizado consumo de cimento de 330 kg/m³ e o teor de

aditivo de 0,08% da massa de cimento.

Escolhidas às proporções, foi determinado o consumo inicial para cada material, em

massa, tendo como base o volume de concreto para 9 CP’s (≈14,15 litros). Para

determinar a quantidade em massa dos agregados, foi utilizado à densidade

aparente como recomendado por Neville (1997). A dosagem experimental tinha

como balizador o valor do abatimento adotado. Os resultados desta dosagem podem

ser verificados na Tabela 15.

Tabela 15 – Consumo de materiais utilizados

Material Consumo inicial Correção

Cimento (kg) 4,67 -

Agregado 0500 (kg) 5,95 7,96

Agregado 1506 (kg) 1,87 1,82

Agregado 2215 (kg) 2,58 2,51

Água (kg) 2,10 2,80

Relação a/c 0,45 0,60

Nota-se que houve acréscimo de agregado miúdo e água, e por consequência a

redução dos agregados graúdos. Isso foi necessário para que fosse alcançada à

trabalhabilidade desejada.

3.2.2 Determinação dos traços

Como abordado no item 3.1.1.4, foi utilizado o aditivo incorporador de ar (Cemix-Air)

com objetivo de reduzir a tendência de segregação do agregado leve, além de

melhorar a trabalhabilidade da mistura. O cimento utilizado durante a moldagem foi

do fabricante Nassau. Para todos os traços, foram utilizadas a mesma relação a/c e

54

a quantidade de agregado leve, além da fixação do abatimento. Os traços foram

classificados da seguinte maneira:

Traço 1 – Consumo de cimento = 330 kg/m³



3.2.2.1 Cálculo da quantidade de aditivo

A quantidade de aditivo foi determinada de acordo com as recomendações do

fabricante. No caso do Cemix-air, a dosagem recomendada compreendia entre os

valores 0,04% e 0,12% da massa de cimento utilizada no traço. Foi utilizado o valor

médio, 0,08% da massa de cimento. Para o cálculo do valor em volume do

incorporador de ar, foi considerado o valor da densidade mostrada na tabela 15, que

corresponde a 1,02 g/cm³. Multiplicando este valor pela massa calculada em cada

traço, obtém-se a quantidade em mililitro (ml) do incorporador.

3.2.3 Produção do concreto

3.2.3.1 Pesagem dos materiais

A produção do concreto tem inicio na pesagem do material. Após a determinação do

traço, procurou utilizar uma quantidade de material suficiente para o preenchimento

do tronco de cone para a determinação do abatimento, e posteriormente a

moldagem de 16 corpos de prova por traço, sendo 4 para determinação da massa

específica e 12 para realização do ensaio de compressão axial. A quantidade em

massa de cada componente utilizado para a produção do concreto está

representada na Tabela 16.

55

Tabela 16 – Dados dos traços T1, T2, T3

Lote T1 T2 T3

Cimento (kg) 4,67 5,23 5,80 Agregado 0500 (kg) 7,96 7,96 7,96 Agregado 1506 (kg) 1,82 1,82 1,82 Agregado 2215 (kg) 2,51 2,51 2,51 Água (kg) 2,80 3,14 3,48 Aditivo (ml) 3,65 4,10 4,55 Relação a/c 0,60 0,60 0,60

Traço 1 1:1,70:0,39:0,54 Traço 2 1:1,52:0,35:0,48 Traço 3 1:1,37:0,31:0,43

3.2.3.2 Mistura dos materiais

Nesse trabalho foi utilizado o agregado seco, já que com a utilização deste o

concreto leve apresentou uma melhor resistência mecânica em relação ao uso de

agregado pré-saturado segundo Giacomin (2005). Com isso, foi necessário um

maior cuidado com a alta absorção do agregado.

Após a dosagem experimental, as etapas seguintes são compostas pela mistura,

lançamento e adensamento do concreto. A mistura dos materiais, ocorrida em

equipamento de eixo inclinado (betoneira), seguiu o seguinte roteiro:

1. Imprimação da betoneira com objetivo de promover uma espécie de

impermeabilização, evitando assim, a absorção de água na superfície interna

da betoneira e minimizar as diferenças de moldagem entre os traços. Foi

utilizado cimento e agregado miúdo comum, com traço 1:3 num total de 6 kg

de materiais, além de água com relação a/c 0,70.

2. Após a imprimação, foi adicionado parte da água, cerca de 70%.

3. Foi adicionado cimento, com objetivo de minimizar os efeitos da absorção de

água pelo agregado, que assim absorveria a pasta.

56

4. Nessa etapa foi onde se adicionou os agregados em ordem decrescente de

tamanho, ou seja, do maior para o menor.

5. Introdução de mais uma parte da água para ajudar na mistura.

6. E por fim, após aproximadamente 5 minutos, foi adicionado à quantidade

calculada de aditivo incorporador de ar misturado com o restante da água.

3.2.3.3 Ensaio de abatimento de tronco de cone

Para a realização do ensaio foi utilizado o procedimento preconizado pela NBR NM

67/1998. Na elaboração do ensaio de abatimento, o cone foi molhado internamente

e colocado sobre uma chapa metálica, também molhada. Uma vez assentado

firmemente sobre a chapa, enche-se o cone com concreto em três camadas de

iguais alturas. Cada uma dessas camadas foi adensada com 25 golpes, com a haste

de compactação, distribuídos uniformemente sobre a seção de cada camada.

A camada inferior foi compactada em toda a sua espessura. A segunda camada e a

camada superior foram compactadas, cada uma através de toda sua espessura e de

forma que os golpes apenas penetrassem na camada anterior. No preenchimento e

na compactação da camada superior, acumulou-se concreto sobre o molde. Após o

adensamento, o excesso de concreto sobre a superfície do molde foi rasado com

uma desempenadeira e com movimentos rolantes da haste de compactação.

Em seguida, após a limpeza da placa de base, foi retirado o molde do concreto

levantando-o cuidadosamente na direção vertical. A operação de retirada do molde

foi realizada com um movimento constante para cima, sem submeter o concreto a

movimentos de torção lateral, como pode ser visto na Figura 8. O resultado do

ensaio pode ser verificado na Tabela 17.

57

Figura 8 – Realização do ensaio de abatimento

Tabela 17 – Resultado do Ensaio de abatimento (Slump Test)

TRAÇO ABATIMENTO (mm)

1 90

2 70

3 85

Nota-se na Tabela 17 que todos os traços obtiveram abatimento dentro da faixa

fixada anteriormente.

3.2.3.4 Lançamento, adensamento e cura do concreto

Foram moldados 16 corpos-de-prova para cada traço, como citado anteriormente.

Para a moldagem e cura dos corpos-de-prova foram utilizados os seguintes e

equipamentos: moldes cilíndricos, com diâmetro e altura de 100 e 200 mm,

respectivamente; haste de adensamento de aço, cilíndrica, com superfície lisa, de

58

(16,0 ± 0,2) mm de diâmetro e comprimento de 600 mm, com dois extremos em

forma arredondada, com diâmetro igual ao da haste.

Antes da moldagem dos corpos-de-prova, os moldes e suas bases foram

convenientemente revestidos internamente com uma fina camada de óleo mineral. A

superfície de apoio dos moldes deve ser rígida, horizontal, livre de vibrações e

outras perturbações que possam modificar a forma e as propriedades do concreto

dos corpos-de-prova durante sua moldagem e início de pega.

O concreto foi introduzido no molde em camadas de volume aproximadamente igual.

Cada camada foi adensada utilizando a haste, que deve penetrar no concreto com

seu extremo em forma de arredondada, sendo que os 12 golpes aplicados por

camada foi definido segundo a Tabela 18.

Tabela 18 – Número de camadas para moldagem dos corpos-de-prova.

Tipo de corpo

de prova

Dimensão

básica (d) mm

Número de camadas em função

do tipo de adensamento

Número de

golpes para

adensamento

manual

Mecânico Manual

Cilíndrico

100

150

200

250

300

450

1

2

2

3

3

5

2

3

4

5

6

9

12

25

50

75

100

225

Prismático

150

250

450

1

2

3

2

3

--

75

200

--

1) Para concretos com abatimento superior a 160 mm, a quantidade de camadas deve ser reduzida à metade da

estabelecida nesta tabela. Caso o número de camadas resulte fracionário, arredondar para o inteiro superior mais próximo.

Fonte: NBR 5738/03

Como o adensamento foi realizado com a haste, a primeira camada foi atravessada

em toda a sua espessura, evitando-se golpear a base do molde. Os golpes foram

distribuídos uniformemente em toda a seção transversal do molde. Cada uma das

59

camadas subsequentes foi adensada em toda sua espessura, fazendo com que a

haste penetrasse na camada anterior aproximadamente 2 cm.

Após a moldagem, os corpos de prova foram colocados sobre uma superfície

horizontal rígida, livre de vibrações e de qualquer outra causa que pudesse perturbar

o concreto. Durante as primeiras 24h, todos os corpos-de-prova foram armazenados

em local protegido de intempéries. Por fim, os corpos-de-prova foram desmoldados

e identificados, e em seguida, colocados em câmara úmida, à temperatura de (23 ±

2)°C e umidade relativa do ar superior a 95%, até a idade dos ensaios mecânicos.

3.2.3.5 Ensaio de compressão axial

O ensaio de compressão axial seguiu os procedimentos estabelecidos pela NBR

5739/2007. Para o ensaio de compressão dos corpos-de-prova foi utilizada a

máquina servo-hidráulica microprocessada para ensaios HD 200T.

Até a idade de ruptura, 7 e 28 dias, os corpos-de-prova foram mantidos em câmara

úmida à temperatura de (23 ± 2)°C e umidade relativa do ar superior a 95%. Para a

regularização da superfície dos corpos de prova cilíndricos, foi realizado o

capeamento à quente de enxofre conforme a Figura 9.

Figura 9 – Sequência de execução do capeamento

As faces dos pratos de carga e do corpo-de-prova foram limpas e secas antes do

corpo-de-prova ser colocado em posição de ensaio. O corpo-de-prova foi

60

cuidadosamente centralizado no prato inferior, com auxílio do(s) círculo(s)

concêntrico(s) de referência, conforme a Figura 10.

A escala de força utilizada para promover a ruptura do corpo-de-prova, foi pré-

determinada pelos técnicos do laboratório. Além disso, a carga de ensaio foi

aplicada continuamente e sem choques, com velocidade de carregamento

aproximadamente de 0,6 MPa/s. A resistência à compressão foi obtida, dividindo-se

a carga da ruptura pela área da seção transversal do corpo-de-prova, onde o

resultado foi expresso com aproximação de 0,1 MPa.

Figura 10 – Execução do ensaio de ruptura

3.2.3.6 Ensaio de determinação de massa específica

Foram determinadas as massas específicas do concreto no estado fresco e seco ao

ar livre. Para a massa específica no fresco o procedimento adotado foi o prescrito

pela NBR 9833/87, porém o recipiente utilizado foi o próprio molde do corpo de

prova. Para tal ensaio foram utilizados os mesmos equipamentos indicados no item

3.2.3.4, além de uma balança eletrônica com aproximação de 0,01g. Antes da

execução da moldagem dos corpos de prova, foram determinadas as taras de cada

molde. Logo após a moldagem foi executada uma nova pesagem a fim de se

determinar a massa total do recipiente juntamente com o concreto. Devido à

61

dificuldade em se determinar o volume do molde pelo método indicado pela NBR

9833/87, este foi determinado de maneira direta recolhendo, com auxilio de um

paquímetro, as dimensões dos corpos de prova, após sua desmoldagem, em três

pontos diferentes e obtendo uma média entre esses valores. Com todos esses

resultados em mãos, a massa específica do concreto no estado fresco foi

determinada pela fórmula abaixo:

Onde,

mtotal= massa do conjunto (concreto + molde)

mtara= massa do molde

v= volume do molde/concreto

O método de determinação da massa específica do concreto seco ao ar foi uma

adaptação da recomendação da ASTM C 567 – 94. O ensaio consiste em medir a

massa específica seca ao ar, retirando os corpos de prova da sua condição de cura

no sexto dia, mergulhando-os em água a 23 ± 2 ° C por 24 h. Após isso, é medido a

massa aparente destes enquanto suspensa e totalmente submersa na água (mSub).

Feito isso este é retirado da água e deixando-o escorrer por cerca de 1 minuto. O

próximo passo é remover a água visível com um pano úmido, determinando a massa

saturada superfície seca (mSSS). Após isso, os corpos de prova são colocados para

secagem ao ar livre, fazendo-se sua pesagem a cada 24h. Este procedimento é

repetido até que as amostras apresentem variação de massa não superiores à 0,5%.

Assim foi determinada a massa específica seca ao ar (mSec). Com esses dados

definidos, aplica-se a fórmula a seguir:

Onde,

= Massa específica seca ao ar

62

4. ANÁLISE DE RESULTADOS

Os resultados referentes ao ensaio de resistência à compressão axial podem ser

observados nas Tabelas 19 e 20. Nas Tabelas constam os valores médios dos

diâmetros e das alturas dos corpos de prova. A Figura 11 mostra as formas de

ruptura em um corpo de prova. As Figuras 12 e 13 demonstram os gráficos

Resistência x Consumo de cimento.

Figura 11 – Esquema de ruptura dos corpos de prova

63

Tabela 19 – Resistência à compressão aos 7 dias

Rompimento aos 7 dias – Traço 1

Nº do

CP

Diâmetro

(mm)

Altura

(mm)

Carga de Ruptura

(tf)

Resistência

(MPa)

Forma de

Ruptura

1 100,1 200,4 11,15 13,9 C

2 100,0 200,2 11,36 14,2 C

3 100,1 200,0 10,96 13,7 C

4 100,2 200,1 11,28 14,1 C

5 100,2 200,3 11,52 14,4 C

6 100,0 200,2 11,67 14,6 C

µ 14,2

σ 0,3

cv(%) 2,3


Nº do

CP

Diâmetro

(mm)

Altura

(mm)

Carga de Ruptura

(tf)

Resistência

(MPa)

Forma de

Ruptura

7 100,0 200,1 13,36 16,7 C

8 100,0 200,3 12,97 16,2 C

9 100,1 200,4 12,76 15,9 C

10 100,0 200,0 12,85 16,0 D

11 100,2 200,2 12,69 15,8 D

12 100,0 200,2 11,90 14,9 C

µ 15,9

σ 0,6

cv(%) 3,7


Nº do

CP

Diâmetro

(mm)

Altura

(mm)

Carga de Ruptura

(tf)

Resistência

(MPa)

Forma de

Ruptura

13 100,2 200,4 14,79 18,5 D

14 100,2 200,2 14,32 17,9 C

15 100,1 200,4 14,55 18,2 C

16 100,0 200,1 13,23 16,5 D

17 100,1 200,3 15,36 19,2 C

18 100,0 200,3 14,63 18,3 D

µ 18,1

σ 0,9

cv(%) 5,0

64

Tabela 20 – Resistência à compressão aos 28 dias


Nº do

CP

Diâmetro

(mm)

Altura

(mm)

Carga de Ruptura

(tf)

Resistência

(MPa)

Forma de

Ruptura

19 100,0 200,3 15,63 19,5 C

20 100,0 200,1 16,01 20,0 C

21 100,0 200,1 14,96 18,7 D

22 100,0 200,2 15,13 18,9 D

23 100,0 200,0 15,35 19,2 D

24 100,2 200,1 7,18 9,0* C

µ 19,3

σ 0,5

cv(%) 2,7


Nº do

CP

Diâmetro

(mm)

Altura

(mm)

Carga de Ruptura

(tf)

Resistência

(MPa)

Forma de

Ruptura

25 100,1 200,2 13,36 16,7 C

26 100,2 200,2 16,39 20,4 C

27 100,0 200,3 15,78 19,7 C

28 100,3 200,2 16,31 20,2 C

29 100,1 200,0 13,36 16,6 C

30 100,2 200,1 11,84 14,7* C

µ 18,7

σ 1,9

cv(%) 10,3


Nº do

CP

Diâmetro

(mm)

Altura

(mm)

Carga de Ruptura

(tf)

Resistência

(MPa)

Forma de

Ruptura

31 100,4 200,1 18,59 23,0 D

32 100,1 200,5 19,16 23,9 C

33 100,1 200,4 19,89 24,8 C

34 100,0 200,1 18,85 23,5 D

35 100,1 200,2 19,02 23,7 C

36 100,2 200,1 17,56 21,8 C

µ 23,5

σ 1,0

cv(%) 4,3

*Valores desconsiderados no cálculo da média

65

Figura 12 – Resistência aos7 e 28 dias x Consumo de cimento

Figura 13 – Resistência aos 28 dias x Resistência teórica de Neville

66

Nota-se, através das Tabelas 19 e 20, que os traços 1 e 2 apresentaram valores

próximos de resistência, indicando que ocorreu algum problema na produção do

traço 2, pois neste foi utilizado um teor maior de cimento. Com relação ao ganho de

resistência de uma idade para a outra, observa-se que os traços 1 e 3 apresentaram

bons resultados se comparados com o traço 2. Outro fato que vale ressaltar é a

tendência de ruptura por cisalhamento dos corpos-de-prova em todos os traços.

O valor do coeficiente de variação para o traço 2 foi ligeiramente superior a 10%,

indicando que houve um ou mais CP’s apresentaram distorções significativas quanto

aos valores médios de resistência. Sendo este menor que o encontrado no traço 1.

As Figuras 12 e 13 demonstram graficamente a variação da resistência à

compressão em função do consumo de cimento dos 3 traços estudados. A Figura 12

mostra a evolução da resistência em relação à idade, o que mais uma vez fica

evidenciado que o traço 2 pouco evoluiu em relação aos demais. Os traços 1 e 3

apresentaram um bom ganho de resistência em relação ao traço 2. Vale ressaltar

também, que o gráfico da resistência na idade de 7 dias tende a uma reta, fato não

ocorrido na idade de ruptura de 28 dias.

Na Figura 13, observa-se que os valores de resistência se apresentaram bem

aquém em relação aos valores previstos por Neville (1997). Nota-se também que o

traço 1 se aproximou mais do valor previsto, tendo valores próximos, mesmo com

um menor consumo de cimento, com o traço 2.

As Tabelas 21 e 22 mostram, respectivamente, os valores de massa específica do

concreto no estado e fresco e para o concreto seco ao ar livre.

67

Tabela 21 – Massa específica do concreto fresco

Massa específica do concreto fresco (kg/m³)

Corpo de

prova

TRAÇO

1

2

3

1 1.308,0 1.221,1 1.248,5

2 1.302,4 1.202.5 1.291,6

3 1.336,6 1.257,4 1.254,9

4 1.288,4 1.278,3 1.271,3

µ 1.308,9 1.252,3 1.266,6

σ 20,3 28,9 19,2

cv(%) 1,5 2,3 1,5

Tabela 22 – Massa específica do concreto seco ao ar

Massa específica do concreto seco ao ar (kg/m³)

TRAÇO

CP

mSec (g)

mSSS (g)

mSub (g)

УS

µ

σ

Cv(%)

1

1 1.871 1.943,8 362,9 1.180,0

1.194,6

16,7

1,4 2 1.914 1.986,1 419,8 1.218,3

3 1.856 1.930,3 371,3 1.186,9

4 1.880 1.952,7 381,9 1.193,3

2

5 1.840 1.901,2 344,9 1.178,7

1.187,7

25,7

2,2 6 1.823 1.885,1 312,3 1.155,6

7 1.897 1.963,8 393,4 1.204,3

8 1.931 1.994,9 406,6 1.212,1

3

9 1.870 1.939,4 376,8 1.193,1

1.205,3

14,5

1,2 10 1.940 2.007,7 423,1 1.220,6

11 1.896 1.964,1 379,1 1.192,6

12 1.902 1.972,8 411,7 1.214,7

As propriedades dos concretos leves analisadas neste estudo foram a resistência à

compressão aos 7 e 28 dias e a massa específica do concreto no estado fresco e

seco ao ar. Para a massa específica observa-se o comportamento esperado, ou

seja, a diminuição de seu valor com adição de agregados leves. Contudo, o traço 1

apresentou o maior valor de massa específica no estado fresco mesmo tendo o

68

menor consumo de cimento. Todos os traços resultaram em valores considerados

como concretos leves. Porém todos os traços apresentaram resistências bem abaixo

do limite mínimo recomendado por Neville (1997) para concreto leve estrutural, que

é de 1350,0 kg/m³.

O traço 2 apresentou a menor massa específica no estado fresco bem como seco ao

ar, em relação aos demais traços. A menor diferença entre as massas específicas

quando seco ao ar ocorreu no traço 3, tendo assim perdido menos água que os

demais traços.

Nota-se que a massa específica do concreto fresco para o traço 1, apresentou o

maior entre os demais traços, mesmo possuindo um menor teor de cimento. Os

valores de massas específicas do concreto seco ao ar apresentaram valores bem

próximos se comparados à massa específica no estado fresco.

69

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

5.1 CONCLUSÕES

O presente estudo focou-se nas duas propriedades utilizadas para caracterização

dos concretos leves estruturais: a resistência à compressão e a massa específica.

Sob o enfoque da resistência mecânica, a utilização da argila expandida em

substituição total aos agregados tradicionais demonstrou ser tecnicamente viável, na

produção de concretos leves com características estruturais, pois apresentou

resistência mecânica mínima para concretos leves estruturais. Este apresentou, em

sua maioria, resistência à compressão acima de 17,0 MPa, que conforme discutido

anteriormente, só são considerados concretos estruturais com agregado leve,

aqueles que apresentarem resistência à compressão aos 28 dias acima de 17,0

MPa e massa específica até 1700,0 kg/m³.

Tratando-se da massa específica, esta ficou abaixo do valor esperado, porém pode

ser aumentada facilmente, desde que seja feita uma pequena alteração no traço,

adicionando-se, por exemplo, areia lavada em substituição parcial do agregado leve

miúdo, visando corrigir principalmente a sua massa específica. Como discutido

anteriormente, um ajuste no traço poderá também, ocasionar em um ganho de

resistência mecânica e tornar o concreto mais econômico.

A resistência mecânica dos traços estudados ficou abaixo dos valores previstos por

Neville (1997). Alguns fatores podem justificar esses resultados como a falha em

alguma etapa da produção do concreto, ou seja, mistura, lançamento ou

adensamento; a granulometria do agregado graúdo; a betoneira utilizada, pois

devido ao pequeno volume produzido pode ter interferido de maneira significativa na

produção do concreto. Outro fator que pode ter contribuído de forma mais acentuada

na resistência mecânica, foi à baixa massa específica apresentada pelo concreto

seco ao ar que, como citado anteriormente, tem como limite mínimo 1350,0 kg/m³.

70

Apesar da utilização de elevados teores de cimento, para se obter a resistência

mínima, acarretar em um maior custo de produção do concreto leve, o preço global

tende a reduzir, sendo essa a principal vantagem do concreto leve. Isso pode ser

constatado quando se compara a massa específica do concreto leve estrutural, que

neste trabalho apresenta-se na faixa de 1200,0 kg/m³, com a do concreto

convencional que é cerca de 2400,0 kg/m³, tendo assim a redução do peso próprio

das estruturas e por consequência uma diminuição das cargas nas fundações. Além

disso, outros fatores a serem levados em consideração é a possibilidade de

construção sobre solos com menor capacidade de carga e uma menor pressão nas

fôrmas, se comparados ao concreto convencional.

Assim sendo, conclui-se que os concretos obtidos, apesar de, em alguns traços,

terem atingidos resistências à compressão que atendem as normas de concretos

estruturais, não se explorou todo o potencial do material que, com reajustes nos

traços, pode-se obter resistências mecânicas maiores com massas específicas

dentro da faixa estabelecida e mais econômicos.

5.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Estudo das propriedades do concreto leve com adição de materiais

cimentícios suplementares;

Comparar o desempenho do concreto leve com o agregado leve saturado e

com o agregado leve seco;

Avaliar a resistência do concreto leve estrutural substituindo parte do

agregado miúdo leve por areia;

71

REFERÊNCIAS

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Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água:

NBR NM 53. Rio de Janeiro, 2003.

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Determinação da absorção de água: NBR NM 30. Rio de Janeiro, 2001.

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Determinação da massa específica e massa específica aparente: NBR NM 52. Rio

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Composição granulométrica: NBR 7217. Rio de Janeiro, 1987.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Agregados – Determinação

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da composição granulométrica: NBR NM 248. Rio de Janeiro, 2003.

72

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do inchamento de agregado miúdo – Método de ensaio: NBR 6467. Rio de Janeiro,

2006.

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Especificação: NBR 7211. Rio de Janeiro, 2005.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Argamassa e concreto

endurecidos – Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa

específica: NBR 9778. Rio de Janeiro, 2005.

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto - Determinação da

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – Ensaio de

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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – Procedimento

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