É consenso no meio técnico/científico que a única maneira eficaz de se evitar o desencadeamento da reação álcali-agregado em estruturas de concreto, mostra-se através da realização de ensaios, que investiguem e classifiquem os agregados, previamente à sua utilização.
Neste capítulo, será realizado o detalhamento dos métodos de ensaios realizados para a análise do potencial de reatividade dos agregados, e são apresentados também os materiais utilizados.
Para a realização dos ensaios, foi necessária a coleta de amostras de rochas de seis pedreiras do estado de Pernambuco e um tipo de cimento padrão. As rochas foram submetidas à análise petrográfica através da NBR 15577-3 (2008) e ao ensaio acelerado das barras de argamassa, segundo procedimento proposto pelas normas (ASTM C 1260, 2005; NBR 15577- 4, 2008 e CSA A23.2-25A, 1994).
O ensaio acelerado das barras de argamassa foi realizado em um único ensaio, pois os procedimentos operacionais das três normas citadas acima são semelhantes, diferindo nos limites de expansão de cada uma delas.
Adotou-se o ensaio acelerado das barras por ainda ser o mais utilizado mundialmente para a verificação do comportamento reativo ou inócuo dos agregados quando expostos aos álcalis, e pelo fato de demandar intervalo de tempo reduzido para a sua realização, sendo o ensaio de petrografia necessário à complementação do estudo.
Os resultados dos ensaios serão analisados e discutidos em capítulo posterior. A Figura 5.1 mostra a etapa experimental do estudo.
Figura 5.1 - Fluxograma dos ensaios executados.
Para a realização do ensaio acelerado, foi necessária a moldagem de três corpos-de-prova prismáticos de argamassa por amostra de rocha avaliada, totalizando 18 barras.
5.1
Materiais selecionados
5.1.1 Agregados
Foram avaliadas amostras de rochas de seis pedreiras que fornecem ou forneceram agregados graúdos para serem utilizados em concreto na Região Metropolitana do Recife. Essas pedreiras estão situadas em cinco cidades do estado de Pernambuco (Ipojuca, Moreno, Vitória de Santo Antão, Jaboatão dos Guararapes e Cabo de Santo Agostinho), conforme mostra a Figura 5.2. ENSAIO ACELERADO DAS BARRAS ENSAIO PETROGRÁFICO AGREGADOS (6 TIPOS) ENSAIOS RAA AGREGADOS (6 TIPOS) CIMENTO PADRÃO ENSAIO ACELERADO DAS BARRAS ENSAIO PETROGRÁFICO AGREGADOS (6 TIPOS) ENSAIOS RAA AGREGADOS (6 TIPOS) CIMENTO PADRÃO
As amostras de rochas foram coletadas nas próprias pedreiras, onde os maciços rochosos já haviam sido demolidos e as rochas encontravam-se amontoadas para posterior britagem. Encontram-se especificadas abaixo as características litológicas das amostras de rochas utilizadas no estudo.
Figura 5.2 – Mapa da região leste do estado de Pernambuco mostrando os locais de coleta
5.1.1.1 Granito
O nome granito faz referência à textura granulada da rocha que é a mais abundante da crosta terrestre. O granito é uma rocha plutônica supersaturada, composta essencialmente por quartzo e feldspato aos quais, freqüentemente, agregam-se em quantidades bem menores, minerais máficos como a biotita, ou félsicos como a muscovita.
De acordo com Sanchez (2008), por ser rico em sílica (56% de SiO2), o granito apresenta
coloração clara, sendo sua tonalidade dependente do feldspato potássico presente que normalmente é branca, mas que pode ser rosada ou vermelha se contiver hematita (óxido de ferro) em forma de fíníssimas lâminas distribuídas uniformemente. Encontra-se na Figura 5.3 um dos granitos utilizados no estudo.
Figura 5.3- Granito
Figura 5.3 – Granito
5.1.1.2 Milonito
Os milonitos são os produtos de deformação cataclástica extrema de rochas quimicamente estáveis, que foram trituradas e moídas entre as massas de rochas em movimento sobre os lados opostos de uma zona de falha (WILLIAMS; TURNER; GILBERT, 1970).
A formação de milonito é comandada pelas propriedades reológicas da rocha que variam, também, com a menor ou maior pressão de H2O e com as condições termodinâmicas no
momento da tensão.
Muitos milonitos derivam de rochas das famílias do granito e arenito, sendo o quartzo o constituinte principal de um milonito inteiramente granulado. Alguns gnaisses facoidais são verdadeiramente miloníticos (WILLIAMS; TURNER; GILBERT, 1970).
Os prefixos proto e ultra para os termos cataclasito e milonito referem-se à porcentagem de matriz triturada da rocha, definindo-se em: protomilonito, entre 10 e 50%; milonito, entre 50 e 90%, e ultramilonito, maior que 90%. A Figura 5.4 mostra o milonito utilizado nos ensaios.
Figura 5.4 - Milonito
5.1.1.3 Gnaisse
O gnaisse é uma rocha metamórfica essencialmente quartzo-feldspática, de granulação frequentemente média a grossa. Sua estrutura é muito variável, desde maciça, granitóide, com foliação dada pelo achatamento, e derivada de processos de segregação metamórfica que culminaram em rochas migmáticas.
Os gnaisses desenvolvem orientação dos feldspatos e do quartzo, seus constituintes fundamentais, definindo a foliação ou estrutura gnáissica. Outra feição comum em gnaisses é
o bandamento que resulta da presença de faixas de coloração alternadamente mais clara e mais escura, ora mais contínuas e nítidas, ora descontínuas e difusas (RUBERTI; SZABÓ; MACHADO, 2000).
O gnaisse pode conter vários minerais, dependendo de suas condições de formação, sendo os mais importantes: a apatita (fluorfosfato de cálcio), o epídoto (silicato de cálcio e alumínio e/ou ferro), a granada (silicatos cúbicos de cálcio e ferro ou alumínio e cromo), hornblenda (aluminossilicato de cálcio e magnésio ou ferro), a ilmenita (titanato ferroso), a magnetita (óxido de ferro), a monazita (fosfato de cálcio e outros metais), a pirita (sulfeto de ferro), a pirrotita (sulfeto de ferro) e a titanita. Encontra-se na Figura 5.5 uma das rochas gnaisse utilizadas no estudo.
Figura 5.5 - Gnaisse
5.1.2
Cimento
Foi utilizado um cimento padrão formulado pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). Este cimento atende aos requisitos solicitados pelas normas do método acelerado das barras de argamassa utilizadas nesse estudo, apresentando expansão em autoclave inferior a 0,20% e um teor de equivalente alcalino total expresso em (0,90 ± 0,10)%, conforme especifica o Quadro 5.1.
Quadro 5.1 – Características do cimento padrão.
Propriedade Método de ensaio Resultado Especificação em norma
Óxido de sódio (Na2O) NBR NM 17 0,32% - Óxido de potássio (K2O) NBR NM 17 0,91% - Equivalente alcalino em Na2O* - 0,92% (0,90 ± 0,10) % Área específica Blaine NBR NM 76 4890 cm2/g (4900 ± 200) cm2/g Expansibilidade em autoclave ASTM C 151 0,02% < 0,20 %
(*) Equivalente alcalino em Na2O Na2Oeq = 0,658 K2O % + Na2O %
5.2
Métodos utilizados
Os métodos selecionados para a realização do estudo foram a análise petrográfica e o método acelerado das barras de argamassa, que serão descritos a seguir.
5.2.1 Análise petrográfica
Através da análise petrográfica, é possível se realizar a investigação das rochas quanto à susceptibilidade ou não a reações químicas, objetivando verificar-se sua potencialidade reativa através de uma correlação com vários parâmetros observados macroscopicamente e microscopicamente, tais como: granulação, características mineralógicas, textura, estrutura, alterações e deformações das rochas.
A análise petrográfica das amostras de rochas utilizadas nesse estudo foi realizada na
Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP), seguindo-se as indicações da NBR 15577-3 (2008).
Este ensaio foi realizado primeiramente ao microscópio estereoscópico, sendo complementado por observação de lâminas delgadas (aproximadamente 30 µm) ao microscópio óptico de luz transmitida, conforme a Figura 5.6. Foram observados os minerais que compõem a rocha, sua textura, forma e coloração. Observou-se ainda a estrutura, granulação, estado de alteração, deformação, tipo, classificação petrográfica e a reatividade potencial das amostras de rochas.
5.2.2 Ensaio acelerado das barras de argamassa
Os procedimentos operacionais das normas NBR 15577- 4 (2008), ASTM C-1260 (2005) e CSA A23.2–25A (1994) do ensaio acelerado das barras de argamassa são semelhantes, diferindo nos limites de expansão apresentados por cada uma dessas normas.
Realizou-se na Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) o ensaio acelerado das barras de argamassa. Este método consiste, basicamente, em se verificar a reatividade do agregado através da variação de comprimento de barras de argamassa imersas numa solução alcalina pré-estabelecida a 80 °C.
As amostras de rochas foram submetidas ao processo de britagem para atingir as frações granulométricas estabelecidas em norma, conforme especificado na Tabela 5.1.
Tabela5.1 – Granulometria do agregado para ensaio acelerado das barras.
Os equipamentos utilizados na britagem das rochas foram o britador de mandíbula e o de rolos, conforme as Figuras 5.7 e 5.8.
O material britado foi submetido ao peneiramento e lavagem em água corrente, para remover- se o pó aderido e as partículas finas do agregado. Em seguida, realizou-se a secagem em estufa das frações retidas nas várias peneiras e o armazenamento em sacos plásticos fechados.
As fôrmas para a moldagem das barras foram montadas, e em seguida aplicada uma fina camada de óleo mineral na parte interna, para facilitar a desforma das barras, realizando-se
Figura 5.7 - Britador de mandíbula
modelo (20 x 15) cm.
Figura 5.8 - Britador de rolos modelo
(25 x 15) cm. g 99,0 247,5 247,5 247,5 148,5 Passante Retido
Peneira com abertura de malha
300 µm 150 µm 25 4,75 mm 2,36 mm 2,36 mm 1,18 mm 1,18 mm 600 µm 600 µm 300 µm 15 Quantidade de material em massa % 10 25 25
posteriormente o registro do comprimento efetivo das barras (distância entre pinos), conforme a Figura 5.9.
Foram moldadas três barras de argamassa para cada combinação de cimento e agregado, com dimensões de (25 x 25 x 285) mm, de traço 1:2,25 (cimento/agregado) e a relação água/cimento 0,47. Para cada três barras, utilizou-se 440g de cimento, 990g de agregado e 206,8g de água destilada. As Figuras 5.10 e 5.11 ilustram, respectivamente, as frações granulométricas dos agregados e o cimento, usados para a confecção das barras.
Figura 5.9 - Comprimento efetivo das barras medido na
extremidade interior de pino a pino.
Figura 5.10 - Frações granulométricas dos
Realizou-se a mistura dos materiais na argamassadeira (Figuras 5.12 e 5.13), de acordo com a sequência abaixo:
• Colocou-se toda a água de amassamento e o cimento na argamassadeira, misturando- os em velocidade baixa, durante 30 segundos;
• Sem se paralisar a operação da mistura, adicionou-se o agregado gradualmente, misturando-o por mais 30 segundos, também em velocidade baixa;
• Em velocidade alta, os materiais foram misturados por mais 30 segundos;
• Em seguida, o misturador foi desligado, iniciando-se a raspagem do fundo e das paredes da cuba, durante 30 segundos;
• A cuba foi coberta com pano úmido no intervalo de 1 minuto e 15 segundos;
• Acionou-se novamente a argamassadeira por mais 1 minuto em velocidade alta.
Figura 5.11 - Cimento padrão para moldagem
Os corpos-de-prova foram moldados (Figuras 5.14 e 5.15) em duas camadas com alturas aproximadamente iguais, realizando-se um adensamento uniformemente distribuído com 20 golpes do soquete por camada, para obtenção de uma barra de argamassa homogênea. Em seguida, os moldes foram estocados em câmara úmida a uma temperatura de (23 ± 2) °C durante 24 horas.
Figura 5.12 - Mistura dos materiais
na argamassadeira.
Após o tempo decorrido, as barras foram removidas dos moldes, fazendo-se a sua devida identificação e colocando-as depois em um recipiente de aço inox (Figuras 5.16 e 5.17) com água suficiente para imergi-las totalmente. O recipiente foi selado e inserido em estufa (Figura 5.18) com temperatura inicial de 23 °C até 80 °C, onde permaneceram por mais 24 horas. As barras de argamassa estão mostradas na Figura 5.19.
Figura 5.15 - Rasamento da superfície na
moldagem das barras.
Figura 5.14 - Adensamento da argamassa na
Após este período, as barras foram removidas do recipiente para a realização da leitura inicial. Após a leitura, as barras foram novamente imersas em outro recipiente de aço contendo solução de hidróxido de sódio (NaOH) na concentração de 1N a 80 °C (solução previamente aquecida) e o recipiente inserido novamente na estufa, realizando-se leituras periódicas.
Figura 5.16 - Recipiente de armazenamento
das barras. Figura 5.17 - Recipiente com barras imersas em soda.
Figura 5.18 - Estufa para
armazenamento dos moldes.
Foi realizada a leitura da barra padrão (barra de aço de 285 mm de comprimento) no relógio comparador (Figura 5.20), antes da leitura das barras de argamassa, visando calibrar-se o relógio.
Para a realização das leituras (Figura 5.21), o recipiente foi removido da estufa e em seguida cada barra foi retirada da solução de NaOH à 80°C e colocada no relógio comparador, registrando-se a menor leitura. Após a leitura, cada barra foi submersa novamente na solução, sendo cada leitura realizada num período máximo de 15 segundos. O recipiente foi vedado, retornando à estufa.
As leituras foram feitas durante os 28 dias em que as barras ficaram imersas na solução, totalizando 3 leituras semanais, aproximadamente na mesma hora do dia, sempre examinando-as durante e após a realização das leituras, de forma a se identificar quaisquer anomalias em sua superfície, tais como a formação de gel e fissuras. A Figura 5.22 mostra uma das barras de uma amostra com provável formação de gel.
Figura 5.20 - Leitura da barra
padrão no relógio comparador.
Figura 5.21 - Leitura da barra de argamassa
A variação de comprimento ou expansão de cada barra de argamassa numa determinada idade representa a diferença entre seu comprimento na idade considerada e seu comprimento inicial (leitura inicial), sendo expressa em porcentagem do comprimento efetivo de medida, conforme equação a seguir:
−
=
1 0×
nL
L
E
100
L
onde:E Expansão expressa em porcentagem (%) Ln Comprimento efetivo (mm)
Lo Comprimento inicial da barra após 24 horas de imersão em água (mm) L1 Comprimento da barra na idade de ensaio (mm)
A porcentagem de expansão numa determinada idade foi calculada considerando-se a média das expansões das três barras de argamassa correspondentes, com aproximação de 0,01%.
Figura 5.22 – Barra com provável
De acordo com a ASTM C 1260 (2005), as barras que apresentarem expansões médias inferiores a 0,10% aos 14 dias, a partir da leitura inicial, são constituídas de agregado inócuo. Quando as expansões aos 14 dias forem superiores a 0,20%, trata-se de um comportamento deletério. Se as expansões forem superiores a 0,10% e inferiores a 0,20% nessa idade, tem-se um comportamento potencialmente deletério.
A NBR 15577-4 (2008) considera que nas barras apresentando expansões médias inferiores a 0,19% aos 28 dias, a partir da leitura inicial, os agregados são classificados como inócuos. Nas barras com expansões maiores ou iguais a 0,19% aos 28 dias, os agregados são considerados reativos.
A norma canadense CSA A23.2-25A (1994) estabelece que expansões inferiores a 0,15% aos 14 dias são consideradas inócuas e expansões maiores 0,15% na mesma idade são consideradas reativas.
Em muitos casos, os agregados apresentam um comportamento lento no ensaio, então, as medições se estenderam até os 28 dias, para que não ocorressem conclusões precipitadas sobre a sua potencialidade reativa.