O concreto possui duas fases distintas se considerarmos o agregado e a matriz da pasta de cimento e três fases se considerarmos além destes dois sistemas a interface entre eles, chamada de zona de transição. Segundo NEVILLE (1982) a rigidez do material composto não reflete totalmente a rigidez de cada um dos seus constituintes; por isso a relação tensão-deformação do concreto fica compreendido entre as duas, quase sempre lineares, do agregado e da pasta de cimento, como mostra a figura 2.5.
Figura 2.5 - Curva tensão-deformação da pasta de cimento, agregado e concreto -
Fonte: NEVILLE (1982).
PACHECO (2006) indica que os parâmetros que influenciam a resistência à compressão também influenciam a relação tensão-deformação, embora em diferente grau; porém os agregados, principalmente os graúdos, têm particular influência nesta relação.
A figura 2.6 apresenta os parâmetros que influenciam o módulo de elasticidade segundo METHA e MONTEIRO (1994).
Figura 2.6 - Fatores que afetam o módulo de elasticidade do concreto -
Fonte : METHA e MONTEIRO (1994)
2.4.1 - Relação água/cimento
A relação água/cimento, sendo um dos fatores que define as propriedades da pasta de cimento, afeta também o módulo de elasticidade da pasta de cimento. Desta forma a relação tensão-deformação depende da resistência individual da pasta de cimento, que por sua é dependente da porosidade da pasta (MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Mantendo-se constante o abatimento do concreto, um aumento na relação água/cimento promove uma redução no módulo de elasticidade estático secante da mesma forma que
FATORES QUE INFLUENCIAM O MÓDULO DE ELASTICIDADE DO CONCRETO
Estado de umidade da amostra e condições de carregamento Módulo de elasticidade da matriz pasta de cimento Porosidade e composição da zona de transição Módulo de elasticidade do agregado Fração Volumétrica Porosidade Porosidade Parâmetros de Ensaio Matriz Pasta de Cimento Zona de Transição Agregado
na resistência à compressão. A figura 2.7, retirada de MELO NETO e HELENE (2002), ilustra esta afirmação.
Figura 2.7 - Influência da relação água/cimento sobre o módulo de elasticidade do concreto
Fonte: MELO NETO e HELENE (2002)
2.4.2 - Consumo de cimento
Segundo MELO NETO e HELENE (2002) o consumo de cimento influencia diretamente no módulo de elasticidade do concreto de duas formas antagônicas. Mantendo-se constante o fator a/c e elevando-se o consumo de cimento provoca-se uma redução no teor de agregados que possuem módulo de elasticidade maior que o da pasta de cimento: isto acarreta uma redução no módulo de elasticidade. Situação inversa ocorre quando se mantém constante o abatimento, mas se aumenta o consumo de cimento. Neste caso ocorrerá um aumento do módulo de elasticidade em função da diminuição do fator a/c. As figuras 2.8 e 2.9 mostram resultados de ensaios em concretos onde se variou o consumo de cimento conforme as situações acima.
Figura 2.8 - Influência do consumo de cimento sobre o módulo de elasticidade de concretos
Figura 2.9 - Influência do consumo de cimento sobre o módulo de elasticidade de concretos
com abatimento do tronco de cone constante- Fonte: MELO NETO e HELENE (2002)
2.4.3 - Adições minerais
DAL MOLIN (1995) e SILVEIRA et al (1999) constataram que adição de sílica ativa e aditivos químicos na produção de diversos tipos de concretos, resultou em aumento do módulo de elasticidade.
Os resultados obtidos por HELENE (2002) mostraram que adições minerais como a sílica ativa ou metacaulim e aditivos químicos, contribuem para o aumento no valor do módulo de elasticidade do concreto.
COSTA JUNIOR et. al. (2006) apud MAGALHÂES (2007) observaram que um consumo maior de escoria de alto forno, para algumas classes de resistência de concreto, produziu aumentos no módulo de elasticidade.
2.4.4 - Características do agregado graúdo
De acordo com NEVILLE (1982), o módulo de elasticidade do concreto é, geralmente, tanto maior quanto maior o módulo dos agregados. Ao ensaiar concretos de alta resistência fabricados com diferentes tipos de agregados, GONÇALVES et al. (1994), observaram maiores valores de módulo de elasticidade para concretos produzidos com agregados de rochas com módulos mais elevados.
A porosidade do agregado é definida como a relação entre o volume total de vazios e o volume absoluto de sólidos. Os maiores poros dos agregados podem ser vistos ao microscópio ou mesmo ao olho nu; porém, os poros menores, geralmente são maiores que os poros de gel da pasta de cimento. O módulo de elasticidade do concreto convencional é pouco influenciado pela porosidade do agregado graúdo; porém em concretos de alta resistência, a porosidade do agregado influencia o módulo de elasticidade de forma intensa. Agregados densos têm um módulo de elasticidade alto. Em geral, quanto maior a quantidade de agregado graúdo com módulo de elasticidade alto em uma mistura de concreto, maior será o módulo de elasticidade do concreto (PACHECO 2006).
2.4.5 - Dimensão máxima do agregado
METHA e MONTEIRO (1994) indicam que o aumento da dimensão máxima do agregado afeta a quantidade de água necessária para uma dada consistência. Para um mesmo abatimento, o aumento do diâmetro máximo do agregado leva a uma diminuição no consumo de água o que, por conseguinte provoca aumento da resistência à compressão e do módulo de elasticidade do concreto. No entanto pode ocorrer uma diminuição de fc e Ecs com agregados com grande quantidade de partículas chatas e alongadas, pois haverá uma tendência do filme de água se acumular próximo a superfície do agregado, enfraquecendo assim a zona de transição entre a pasta e o agregado. Este fenômeno é conhecido como exsudação interna. Entretanto, o aumento da dimensão máxima do agregado fica limitado ao espaçamento existente entre as barras de aço nas vigas, e deve-se respeitar uma regra prática usada na construção civil em que dimensão máxima do agregado não deve ser maior que 1/5 da dimensão mais estreita da forma e que 3/4 da menor distância livre entre as armaduras de aço.
2.4.6 - Fração volumétrica do agregado graúdo
Segundo MELO NETO e HELENE (2002), o aumento do teor de agregados tem seu efeito positivo prejudicado pelo aumento da relação água-cimento para manter o abatimento constante resultando numa pasta mais fraca e, conseqüentemente, num valor de módulo menor. Por outro lado, os resultados mostrados na Figura 2.10, onde se
manteve constante a/c, indicam que o aumento do teor de agregados acarreta um aumento do valor do módulo de elasticidade.
Figura 2.10 - Influência do teor de agregado sobre o módulo de elasticidade do concreto
Fonte: MELO NETO e HELENE (2002).
2.4.7 - Condições de cura
Segundo NUNES (2005) as condições de cura influenciam o módulo de elasticidade e a resistência à compressão do concreto; porém, esta influencia pode não ser da mesma ordem de grandeza.
2.4.8 - Condições de ensaio
De acordo com NEVILLE (1982), a determinação do módulo de elasticidade é influenciada pelas condições de umidade do corpo-de-prova: quando molhado apresenta um módulo de elasticidade maior do que seco, ao passo que a resistência varia em sentido contrário.
A velocidade de aplicação da carga, durante o ensaio do módulo de elasticidade, influencia na deformação do corpo-de-prova de concreto e, por conseguinte no valor do módulo de elasticidade. Quando a carga é aplicada rapidamente, as deformações observadas são menores, levando a valores maiores para o módulo. Aumentando-se o tempo de carregamento de 5 segundos até cerca de 2 minutos, a deformação pode aumentar em até 15% (NEVILLE 1982).