Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a
promoverem as transformações futuras”
ADIÇÃO DE METACAULIM EM BLOCOS DE CONCRETO
PARA PAVIMENTAÇÃO
KAIO CESAR RAMOS MACIEL
FOZ DO IGUAÇU – PR
2018
KAIO CESAR RAMOS MACIEL
ADIÇÃO DE METACAULIM EM BLOCOS DE CONCRETO
PARA PAVIMENTAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à banca examinadora como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil do Centro Universitário Dinâmica das Cataratas – UDC, sob a orientação do Professor Ms. Michel Fernando Albertim.
FOZ DO IGUAÇU – PR 2018
TERMO DE APROVAÇÃO
CENTRO UNIVERSITÁRIO DINÂMICA DAS CATARATAS
ADIÇÃO DE METACAULIM EM BLOCOS DE CONCRETO PARA
PAVIMENTAÇÃO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PARA OBTENÇÃO DO
GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA CIVIL
Acadêmico: Kaio Cesar Ramos Maciel
Orientador: Prof. Ms. Michel Fernando Albertim
Nota Final
Banca Examinadora:
Prof.: Ms. Julio Cesar Filla
Prof.: Roque Rodrigues
Dedico aos meus pais que sempre me apoiaram e deram todo suporte tornando possível a realização deste sonho.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus pela vida, pela minha saúde e por estar ao meu lado durante toda essa caminhada.
À minha família, por todo apoio prestado, pelo exemplo de vida e determinação.
À minha namorada, Marcieli, pelo carinho desmedido, pelo apoio ao meu curso de graduação, pois sempre esteve ao meu lado frente aos obstáculos e acreditando no meu potencial.
Aos meus amigos Alysson, Bruno, Edervan, Fábio, Gabriel, Gustavo e Robson, pela amizade sincera que construímos, por todo apoio, companheirismo e afeto.
Ao meu orientador, um amigo e profissional ético que tenho apreço e admiração, tal que obtive o melhor aprendizado frente à graduação, tendo meu respeito pela sua fiel dedicação.
Aos meus colegas da Secretaria de Obras da Prefeitura Municipal de Medianeira, por todo aprendizado e conhecimento adquirido durante todo o período de estágio realizado.
Especial agradecimento à empresa parceira que viabilizou a realização do estágio.
E a todos que de forma direta ou indiretamente contribuíram para a concretização desse curso.
“A alegria está na luta, na tentativa, no sofrimento envolvido e não na vitória propriamente dita.”
MACIEL, Kaio. C. R. Adição de metacaulim em blocos de concreto para pavimentação. 2018. Foz do Iguaçu, 74f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil). Centro Universitário Dinâmica das Cataratas, UDC.
RESUMO
Adições ao concreto possibilitaram inúmeros avanços na construção civil, desde a facilidade de execução de um concreto mais fluido ou ainda pela necessidade de se atingir uma maior resistência a fim de atender grandes solicitações. O presente estudo teve como objetivo analisar a viabilidade da adição de metacaulim na fabricação de blocos de concreto intertravados. Foram realizados ensaios com pasta de concreto contendo 10 e 15% de metacaulim em substituição ao cimento Portland CP V - ARI, sendo analisados três traços de concreto com dois teores de substiuição, com tempo de cura de vinte e oito dias para avaliação da resistência à compresão simples e estimada e redução da absorção de água por imersão e por capilaridade. A fabricação dos blocos foi realizada na indútria colaborada localizada no município de Itaipulândia, Estado do Paraná, utilizando-se como referência o traço padrão da empresa. Os resultados mostraram menor resistência característica à compressão e menor resistência estimada devido à adição de metacaulim quando comparado com o modelo de referência sem adição, porém não foram observadas diferenças significativas quanto à absorção da água nos blocos fabricados com ou sem adição dessa pozolana. Foram observadas pequenas diferenças nas médias de absorção de água por capilaridade nos ensaios do traço padrão com e sem adição de metacaulim, cujos resultados são indicativos de que a presença dessa pozolana no concreto interfere no comportamento de absorção capilar da água de blocos de concreto para pavimentação intertravada.
MACIEL, Kaio. C. R. Addition of metakaolin in concrete blocks for paving. 2018. 74f. Course Completion Work (Graduation in Civil Engineering) - Dynamic University Center of the Falls, Foz do Iguaçu, 2018.
ABSTRACT
Additions to concrete have enabled numerous advances in civil construction, from the ease of execution of a more fluid concrete or the need to achieve greater resistance in order to meet large demands. The present study aimed to analyze the feasibility of the addition of metakaolin in the manufacture of interlocked concrete blocks. A concrete slurry containing 10 and 15% of metacaulin was substituted for Portland cement CP V - ARI. Three traces of concrete with two substitution contents were analyzed, with a curing time of twenty - eight days to evaluate the resistance to simple and estimated compression and reduction of water absorption by immersion and by capillarity. The blocks were manufactured in the cooperative industry located in the city of Itaipulândia, State of Paraná, using as reference the company's standard trait. The results showed lower compressive strength and lower estimated resistance due to the addition of metacaulim when compared to the reference model without addition, but no significant differences were observed regarding the water absorption in the blocks manufactured with or without addition of this pozzolana. Small differences were observed in the capillary water absorption averages in the standard traces with and without metacaulim addition, the results of which are indicative that the presence of this pozzolan in the concrete interferes in the capillary absorption behavior of water from concrete blocks for paving interlocked.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Formato das peças pré-moldadas de concreto ... 21
Figura 2 – Tipos de intertravamento dos blocos ... 22
Figura 3 – Cassino Biarritz ... 33
Figura 4 – Máquina vibro-prensa hidráulica ... 36
Figura 5 – Fachada e palets contendo blocos fabricados da indústria do estudo ... 39
Figura 6 – Dosagem do material e misturador ... 44
Figura 7 – Inspeção visual-tátil da mistura e esteira da vibro-prensa ... 45
Figura 8 – Frasco de Chapman ... 46
Figura 9 – Curva granulométrica do agregado miúdo natural ... 47
Figura 10 – Curva granulométrica do agregado graúdo natural ... 49
Figura 11 – Prensa hidráulica usada nos ensaios ... 50
Figura 12 – Pesagem do bloco na condição de massa seca ... 52
Figura 13 – Blocos acomodados na estufa ... 53
Figura 14 – Peças colocadas na bandeja com superfície de água (5mm) no ensaio de absorção de água por capilaridade ... 54
Figura 15 – Média da resistência característica à compressão (fpk) por traço ... 57
Figura 16 – Média de absorção de água segundo o traço dos blocos ... 60
Figura 17 – Médias de absorção da água por capilaridade segundo o tempo de contato e o traço dos blocos ... 64
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Massa específica real e massa específica aparente da areia ... 46
Tabela 2 – Granulometria do agregado miúdo natural ... 47
Tabela 3 – Massa específica real e massa específica aparente do pedrisco ... 48
Tabela 4 – Granulometria do agregado graúdo natural ... 48
Tabela 5 – Fator multiplicativo p ... 51
Tabela 6 – Coeficiente student ... 51
Tabela 7 – Blocos de concreto sem adição de metacaulim ... 55
Tabela 8 – Blocos de concreto com adição de 10% de metacaulim ... 56
Tabela 9 – Blocos de concreto com adição de 15% de metacaulim ... 56
Tabela 10 – Síntese de médias da resistência característica à compressão ... 57
Tabela 11 – Valores da massa saturada e seca e absorção da água dos blocos ... 60
Tabela 12 – Valores de pesagem dos blocos tomados como corpo de prova ... 62
Tabela 13 – Absorção da água por capilaridade segundo o tempo de contato e o traço dos blocos ... 63
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Indicação do tipo de tráfego para cada espessura dos blocos ... 21
Quadro 2 – Composição do cimento portland ... 24
Quadro 3 – Nomenclatura do cimento portland ... 25
Quadro 4 – Requisitos químicos e físicos do metacaulim ... 29
Quadro 5 – Ensaios para agregados miúdos ... 41
Quadro 6 – Ensaios especiais para agregado graúdo ... 42
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
a/c Fator de relação água/cimento
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas Al2O3 Alumina
Ca(OH)2 Hidróxido de cálcio
CH Hidróxido de cálcio CO2 Dióxido de carbono
C-S-H Silicato de cálcio hidratado
d diâmetro
g grama
g/cm2 grama por centímetro quadrado g/cm3 grama por centímetro cúbico
h hora
kg quilograma
m metro
m2 metro quadrado
máx. máximo
MCAR Metacaulim de alta reatividade
mg miligrama
mm milímetro
MPa Mega Pascal
N Newton
NBR Norma Brasileira
PPC Peças Pré-moldadas de Concreto RAA Reação Álcali-Agregado
rpm Rotações por minuto
s segundos
SiO2 sílica
µm micrômetro
v velocidade
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1. PROBLEMA ... 14 1.2. JUSTIFICATIVA ... 14 1.3. OBJETIVOS ... 15 1.3.1. Objetivo Geral ... 15 1.3.2. Objetivos Específicos ... 15 1.4. HIPÓTESE ... 15 1.5 DELIMITAÇÃO ... 15 1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO ... 16 2REFERENCIALTEÓRICO ... 17 2.1 HISTÓRICO DA PAVIMENTAÇÃO ... 17
2.2 PAVIMENTAÇÃO COM BLOCOS DE CONCRETO ... 19
2.3 MATERIAIS EM BLOCOS DE CONCRETO ... 22
2.3.1 Materiais Permitidos na Fabricação de Blocos Pré-Moldados ... 23
2.3.2 Uso de Materiais Pozolânicos ... 25
2.3.3 Metacaulim na Fabricação de Blocos de Cimento ... 27
2.4 FABRICAÇÃO DE BLOCOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO ... 33
2.4.1 Materiais para Fabricação de Blocos para Pavimentação ... 34
2.4.2 Equipamentos na Fabricação de Blocos para Pavimentação ... 35
2.4.3 Desempenho e Qualidade dos Blocos para Pavimentação ... 37
3MATERIAISEMÉTODOS ... 39
3.1 CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO ... 39
3.2 CARACTERIZAÇÃO DO EXPERIMENTO ... 40
3.2.1 Materiais Empregados na Fabricação dos Blocos para Pavimentação .... 40
3.2.2 Ensaios de Caracterização ... 41
3.2.3 Traço e Amostras ... 42
3.3 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO ... 45
3.3.1 Ensaios de caracterização do material agregado ao cimento ... 45
3.3.2 Agregado Miúdo Natural ... 45
3.3.4 Metacaulim ... 49
3.4 ENSAIOS COM OS BLOCOS FABRICADOS NO ESTADO ENDURECIDO ... 50
3.4.1 Ensaio de Resistência à Compressão Característica dos blocos ... 50
3.4.2. Ensaio de Absorção de Água dos Blocos de Concreto Fabricados ... 52
3.4.3 Ensaio de Absorção de Água por Capilaridade dos Blocos Fabricados .. 53
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 55
4.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO CARACTERÍSTICA E ESTIMADA DOS BLOCOS FABRICADOS ... 55
4.2 ABSORÇÃO DA ÁGUA POR IMERSÃO DOS BLOCOS FABRICADOS ... 59
4.3 ABSORÇÃO DA ÁGUA POR CAPILARIDADE DOS BLOCOS FABRICADOS .. 62
5 CONCLUSÕES ... 66
1 INTRODUÇÃO
Os blocos de concreto pré-moldados, há pouco tempo usados apenas em grandes centros urbanos, chegaram às cidades brasileiras de pequeno e médio portes como oferta de materiais para pavimentação com possibilidade de equilíbrio entre os aspectos ambientais, tecnológicos, econômicos, comenta FIORITI (2007).
A Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2012) cita que em países mais desenvolvidos, como a Alemanha, por exemplo, a pavimentação que predomina é a de blocos de concreto intertravados, onde são aplicados anualmente cerca de 80 milhões de metros quadrados. No Brasil, a utilização de blocos de concreto intertravados teve início na década de 1970. Na época, os blocos eram fabricados manualmente, porém, devido a industrialização, hoje é possivel produzir peças de qualidade e com ótima estética.
Conforme FIORITI, INO, AKASAKI (2007), uma pavimentação em blocos de concreto pode perdurar por até 25 anos, desde que as exigências técnicas sejam atendidas na confecção da sub-base, além de serem utilizados peças de qualidade, e que o procedimento de execução seja feito adequadamente.
A Norma Brasileira NBR 9781/2013 definida pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 2013) determina que os blocos de concreto devem resistir as solicitações de compressão iguais ou maiores a 35 MPa para tráfego de pessoas, veículos leves, devendo atingir valores iguais ou maiores a 50 MPa quando se trata de veículos específicos e demandas que geram grandes efeitos abrasivos.
Para atender essas solicitações e obter maior vida útil para os produtos construídos à base de cimento, registram REZENDE et al. (2010), utiliza-se a adição mineral de metacaulim, que é um produto basicamente formado por sílica (SiO2) e
alumina (Al2O3) na fase amorfa e que reage com hidróxido de cálcio [Ca(OH)2]
durante a hidratação do cimento Portland, possibilitando a formação de produtos hidratados similares aos decorrentes da hidratação direta do clínquer Portland.
PELISSER, GLEIZE, MIKOWSKI (2009) explicam que o metacaulim é uma pozolana que acelera o processo de hidratação do cimento, resultando na formação do silicato de cálcio hidratado que exerce influência na maioria das propriedades físicas e mecânicas dos materiais cimentícios. Para NASCIMENTO (2009), a adição de metacaulim de boa qualidade confere alta permeabilidade e, em consequência, maior durabilidade além da redução de seu calor de hidratação.
Nesse estudo, optou-se por incorporar na fabricação de blocos pré-moldados de concreto uma adição mineral de metacaulim, em substituição parcial da quantidade de cimento empregada na mistura, a fim de responder a questão inicial e atender aos objetivos propostos a seguir.
1.1. PROBLEMA
É possível realizar a substituição de parte do cimento empregado na pasta do concreto pela adição de metacaulim na fabricação de peças de concreto pré-moldadas para pavimentação intertravada sem ocorrer perda das características de resistência previstas na norma NBR 9781/2013?
1.2. JUSTIFICATIVA
Devido à situação preocupante em que se encontra o ecossistema e a matéria-prima mais utilizada na construção civil, o cimento, possuir um processo produtivo altamente poluente, o homem procura alternativas para a construção civil tornar-se mais sustentável.
Uma alternativa encontrada até então vem a ser a substituição parcial do cimento por materiais pozolânicos, os quais, quando empregados no concreto, auxiliam na redução da emissão de gases poluentes, como, por exemplo, o dióxido de carbono (CO2).
A literatura especializada aponta que diante da crescente disponibilidade de metacaulim no mercado, há necessidade da agreação de novos conhecimentos sobre essa pozolana a fim de viabilizar a utilização de menores teores de cimento Portland em peças de concreto destinadas à pavimentação. Porém, existem poucos estudos experimentais quanto à aplicação de diferentes proporções de metacauilim em substituição ao cimento no concreto seco usado na fabricação de peças para pavimentação intertravada.
Com a realização desse estudo esperimental, espera-se obter resposta adequada para a diminuição no consumo de cimento, redução de agressões ambientais pelo uso em menor proporção desse componente que tem um processo de beneficiamento altamente nocivo ao meio ambiente, bem como obtenção de ganhos econômicos quanto à energia e custos das peças produzidas.
1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo Geral
O presente estudo tem como objetivo analisar a viabilidade da adição de metacaulim na fabricação de blocos de concreto para pavimentação.
1.3.2. Objetivos Específicos
• Definir teores de dosagem de metacaulim em relação à quantidade variável de cimento na composição do concreto.
• Analisar a resistência à compressão característica dos blocos de concreto para pavimentação sem adição e com adição (concreto-referência) de metacaulim.
• Analisar absorção de água e a absorção da água por capilaridade dos blocos de concreto sem e com adição de metacaulim.
1.4. HIPÓTESE
A hipótese básica que fundamenta o presente estudo é assim expressa: pela adição de metacaulim por substituição parcial do cimento na pasta do concreto é possível produzir blocos de concreto para pavimentação com melhor desempenho mecânico que os blocos produzidos sem adição de pozolanas.
1.5 DELIMITAÇÃO
O estudo se caracterizou como pesquisa experimental que propôs a adição de um material pozolânico em blocos para pavimentação. O estudo se limita a definição de teores de substituição, produção dos corpos de prova na indústria colaborada, caracterização do material empregado na mistura de concreto, análises experimentais e, posteriormente, análises estatísticas elaboradas no laboratório pertencente ao Centro Universitário Dinâmica das Cataratas (UDC).
1.6. ESTRUTURA DO TRABALHO
O estudo se estrutura em cinco capítulos, divididos por seções e subseções, sendo o primeiro este, Introdução, que justificativa a importância da pesquisa, seus objetivos, hipóteses, delimitação e a estrutura do trabalho.
No segundo capítulo encontra-se o referencial teórico, composto por temas julgados relevantes à compreensão sobre o significado de pavimentação, pavimento intertravado com blocos de concretos fabricados com pastas contendo adição de metacaulim em substituição a determinadas porcentagens de cimento.
No terceiro capítulo apresenta-se a metodologia, parte experimental da pesquisa, com explicações sobre os ensaios experimentais, materiais utilizados, procedimentos de mistura, moldagem e cura dos blocos e os procedimentos de análise dos ensaios segundo as categorias analíticas eleitas.
O quarto capítulo destina-se a apresentação e discussão dos resultados obtidos nos ensaios e as respectivas análises estatísticas.
Por fim, no quinto capítulo são apresentadas as considerações finais, conclusões, referentes à análise dos resultados alcançados nos ensaios, assim como, sugestões para futuros trabalhos.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Esse capítulo apresenta o referencial teórico que fornece base para o estudo. Nele pauta-se brevemente a historicidade da pavimentação, no contexto que lhe deu origem, com especial foco na pavimentação intertravada, objeto desse estudo. Define-se pavimentação com blocos de concreto e pavimento intertravado, contemplam-se abordagens sobre materiais que constituem o bloco de concreto, com atenção especial aos materiais pozolânicos composto por adição de minerais, e apresentam-se alguns componentes dos processos de fabricação de blocos de concreto para pavimentação intertravada.
2.1 HISTÓRICO DA PAVIMENTAÇÃO
A origem da pavimentação praticamente acompanha a história evolutiva da própria humanidade. Explicam BERNUCCI et al. (2010) que se inicialmente o homem sentiu a necessidade de facilitar o rolamento ele se utilizou da alavanca, com o tempo criou mecanismos de locomoção que deram origem aos veículos com rodas de madeira, e, mais tarde, de ferro, os quais necessitavam de superfícies que facilitasse o rolamento.
Entre as civilizações da Mesopotâmia, Egito, Babilônia, China, Índia, latino-americanas (incas, maias e astecas), a prática do pavimento se tornou comum. Conforme BERNUCCI et al. (2010), essa prática deu origem às primeiras vias que, sobretudo, facilitaram a movimentação de pessoas, o transporte de materiais e impulsionaram as práticas comerciais.
Os autores comentam que, desde os mais rudimentares materiais como os lajões justapostos e umedecidos para amenizar o atrito, usados na primeira estrada construída no Egito entre os anos 2600 a 2400 a. C, passando pela primeira rodovia asfaltada como material pastoso de piche retirado de lagos da Babilônia, nos anos 625 a 604 a. C até a década de 1900, quando toma corpo a especulação sobre a pavimentação asfáltica com base no petróleo, passaram-se anos de crescente evolução tecnológica. Paralelo à pavimentação asfáltica especulava-se também a pavimentação de concreto.
As primeiras experiências de pavimentação de concreto são atribuídas ao farmacêutico e químico norte-americano George Bartholomew que revestiu a Court Avenue, em Bellefontaine, Ohio, no ano de 1891, em duas camadas, rachaduras a cada 10 cm para que os cavalos das carruagens não escorregassem. Conforme a American Concrete Pavement Association (ACPA, 2013), o sucesso da experiência possibilitou a expansão da pavimentação para outras ruas da avenida em 1893. Entre 1947 e 1948, o engenheiro norte-americano James W. Johnson inventou a primeira máquina pavimentadora deslizante, reconhecida pela Comissão de Rodovias do Estado de Iowa, que impulsionou a evolução dessa tecnologia. Atualmente, os pavimentos de concreto de cimento Portland são utilizados na construção de estrada e vias urbanas de alto tráfego em países como, por exemplo, Japão, Alemanha, Itália, Inglaterra e Bélgica (aproximadamente 50% do total de estradas), e nos Estados Unidos (cerca de 26%).
A Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2012) registra que, na América Latina, a execução de obras com pavimentação de concreto é comum, porém expressivamente menor que na Europa e Estados Unidos.
No Brasil, encontram-se pavimentos de concreto em construções de rodovias, portos e aeroportos, principalmente, e, com menor frequência em corredores de ônibus e pisos industriais. Mas, apesar de ser quase inexpressiva a extensão da pavimentação de concreto (2% do total das vias pavimentadas), conforme a ABCP (2012), o país foi pioneiro mundial na implantação dessa tecnologia. Na cidade de Pelotas, Estado do Rio Grande do Sul, por exemplo, em 1925, diversas ruas foram pavimentadas com cimento. Em 1926 foi pavimentada a Estrada do Caminho do Mar, no Estado de São Paulo (conhecida com Estrada Velha de Santos), em 1929, a Estrada de Itaipava, no Estado do Rio de Janeiro, em 1935, Estrada em Pernambuco, e, em 1940, os aeroportos Santos Dumont, no Estado do Rio de Janeiro, e Congonhas, no Estado de São Paulo.
SHACKEL (1990) apud CRUZ (2003) comenta que a aplicação de peças fragmentadas na pavimentação vem desde a Idade Média (entre os séculos V a XV). Nesse período, basicamente, as peças eram usadas em função da oferta de material local e de técnicas de execução. Ao longo da história da pavimentação fragmentada, basicamente foram usados [alguns ainda são] quatro tipos de materiais: bloco de tijolo de argila (usado na Mesopotâmia há cinco mil anos); pedras talhadas e aparelhadas manualmente (preferida pela antiga civilização romana); bloco de tijolo
de madeira (tecnologia difundida a partir do século XVIII) e peças pré-moldadas de concreto (tecnologia surgida no final do século XIX). Interessa nesse estudo, a pavimentação executada com peças pré-moldadas de concreto (PPC), usadas na pavimentação intertravada em praças, passeios públicos, parques, dentre outros. 2.2 PAVIMENTAÇÃO COM BLOCOS DE CONCRETO
Quanto à pavimentação com blocos de concreto intertravados, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) tem definidas as seguintes normas: (i) NBR 9781/2013 que trata de definições sobre as peças de concreto, especificação e métodos de ensaio; (ii) NBR 15953/2011 com regras de execução de pavimento intertravado com peças de concreto, destinado ao tráfego de pedestres e de veículos, bem como uso em áreas de armazenamento de produtos.
Para FIORITI, INO, AKASAKI (2007), o intertravamento do sistema consiste na capacidade de resistência ao movimento de deslocamento individual que os blocos adquirem. O movimento de deslocamento individual da peça pode ocorrer nos sentidos vertical, horizontal, de rotação ou de giração em relação à suas peças vizinhas. Esse intertravamento é proporcionado pela contenção.
Conforme a ABCP (2010), o pavimento intertravado compõe-se por peças de concreto justapostas, travadas entre si por contenções laterais, assentadas sobre uma camada de areia. O intertravamento é que dá a capacidade do bloco resistir ao movimento de deslocamento individual.
ARY JÚNIOR (2007) destaca as características funcionais da pavimentação intertravada, cujos processos de fabricação e controle de produção são simples, permitem variabilidade na estética dos blocos sem gerar prejuízo à qualidade devido à versatilidade do material aplicado na fabricação.
Na classificação da pavimentação intertravada utilizam-se critérios que se relacionam com a rigidez, o tipo de material usado na fabricação dos blocos, o formato dos arranjos das peças no intertravamento do conjunto e o tipo de intertravamento, que é proporcionado pelo design e espessura dos blocos em correlação com o tipo de tráfego a que será submetida à pavimentação.
Quanto à rigidez, a pavimentação intertravada é classificada em três categorias: flexível, semiflexível e rígido. Pela NBR 15953/2011 (ABNT, 2011), classifica-se o pavimento intertravado como flexível, porque todas as camadas estão
sujeitas a significativa deformação elástica em função do carregamento aplicado sobre a pavimentação. SHACKEL (1990) apud CRUZ (2003) explica que os pavimentos intertravados são flexíveis porque suas características assemelharem-se às da pavimentação asfáltico, como deflexão e distribuição de cargas, por exemplo.
Em relação aos outros critérios de classificação, Ary Júnior (2007) explica que a pavimentação intertravada pode ser classificada:
a) quanto ao tipo de material usado: blocos pré-moldados de concreto, em blocos de pedras talhadas no formato paralelepípedo, em blocos de tijolos cerâmicos e, por fim, em blocos de madeira;
b) quanto ao tipo de intertravamento dos blocos, o pavimento intertravado é dito: espinha de peixe, fileira ou corredor e trama;
c) quanto ao tipo de intertravamento que o design e a espessura do bloco tem-se: intertravamento nos quatro lados, em dois lados e em formatos geométricos característicos (Figura 1).
A norma NBR 9781/2013 (ABNT, 2013) divide os possíveis formatos, designs, das peças de concreto em quatro grupos (Figura 1), assim descritos:
a) Tipo I – peças com formato próximo ao retangular, com relação comprimento/largura igual a dois, arranjadas entre si nos quatro lados e podem ser assentadas em fileiras ou em espinha de peixe.
b) Tipo II – peças com formato único, diferente do retangular e que só podem ser assentadas em fileiras.
c) Tipo III – peças com diferentes formatos geométricos e com peso individual superior a 4 kg.
d) Tipo IV – conjunto de peças de diferentes tamanhos, ou uma única peça com juntas falsas, que podem ser usadas com um ou mais padrões de assentamento.
Figura 1 – Formato das peças pré-moldadas de concreto
Fonte: Adaptado da ABNT (2013, p. 20-1).
A classificação da pavimentação intertravada quanto à espessura dos blocos ocorre segundo o tipo de tráfego a que será submetida, conforme Quadro 1. Quadro 1 – Indicação do tipo de tráfego para cada espessura dos blocos
Tipo de Tráfego Espessura (mm)
Áreas para pedestres, ciclovia (trânsito livre) 40 Ruas residenciais, estacionamentos (tráfego médio) 60
Vias urbanas (tráfego urbano) 80
Rodovias, portos e aeroportos (tráfego pesado) 100
Fonte: ABCP (2010).
A resistência mecânica das PPC usadas na pavimentação intertravada é especificada na NBR 9781/2013 (ABNT, 2013), definindo-se que pavimentos com tráfego de pedestres, veículos leves e veículos comerciais requerem resistência característica à compressão maior ou igual a 35 MPa; pavimentos com tráfego de veículos especiais e solicitações capazes de produzir efeitos de abrasão acentuados requerem resistência característica à compressão maior ou igual a 50 MPa.
Alguns exemplos de arranjos visuais das peças de pavimentação intertravadas foram coletados na literatura e apresentados na Figura 2.
Figura 2 – Tipos de intertravamento dos blocos
Fonte: ABCP (2010, p. 11).
Na construção de calçadas de pavimento intertravado em ambientes externos, por exemplo, devem ser considerados aspectos como abrasão, tráfego de pedestres, cadeirantes e intempéries, o que independe do uso de peças de variadas formas, texturas e diferentes cores e tonalidades.
2.3 MATERIAIS EM BLOCOS DE CONCRETO
Dentre as vantagens listadas na literatura sobre a pavimentação intertravada estão os blocos que, pelo fato de serem semipermeáveis contribuem na solução do problema da drenagem das águas pluviais em áreas urbanas. Na composição dos blocos há a possibilidade de uso de resíduos ou outros materiais já experienciados na literatura mundial em substituição ao cimento Portland, cuja utilização diminui a produção de CO2 atmosférico. Porém, há necessidade de serem
a fim de garantir a durabilidade, preservar as condições ambientais e adequar as peças para o uso e a finalidade do pavimento construído.
Observa-se que, normalmente, o tipo de cimento, agregados miúdos e graúdos, aditivos, pigmentos e água seguem as especificações definidas para o concreto segundo as normas existentes em cada país. Há casos em que a norma nacional registra especificações sobre a faixa granulométrica do agregado graúdo destinado à fabricação de blocos pré-moldados de concreto, por exemplo. A NBR 7211/2009 (ABNT, 2009) define limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo e da composição granulométrica do agregado graúdo.
2.3.1 Materiais Permitidos na Fabricação de Blocos Pré-Moldados
A NBR 9781/2013 (ABNT, 2013) determina que seja usado cimento Portland, agregados e água, sendo permitido o uso de aditivos e pigmentos na fabricação de blocos pré-moldados de concreto para uso na pavimentação intertravada. O cimento Portland utilizado na fabricação dos blocos pode ser de qualquer tipo e classe, desde que observadas às definições de outras NBR já publicadas (ver composição, tipos e classes nos Quadro 2 e 3). Os agregados podem ser naturais, industriais ou reciclados, obedecidas às definições expressas na NBR 7211/2009 (ABNT, 2009). Igualmente, a água de amassamento deve atender à NBR 15900-1/2009 (ABNT, 2009a) e os aditivos à NBR 11768/2011 (ABNT, 2011a).
Pela NBR 7211/2009 (ABNT, 2009), os agregados naturais são materiais encontrados na natureza em forma particulada, como areia, pedregulhos e cascalhos, e os agregados artificiais são resultantes de processamento industrial, como pedras brotadas, areias artificiais, argila expandida. Conforme as dimensões das partículas, os agregados são classificados em miúdos (areia) e graúdos (cascalhos e britas); segundo a densidade dessas partículas classificam-se em leves, médios e pesados.
Os aditivos formam o quarto grupo de componentes do concreto Portland. Conforme a NBR 11768/2011 (ABNT, 2011a), adicionados em pequena quantidade, os aditivos modificam algumas das propriedades do cimento Portland, no sentido de melhor adequá-las a determinadas condições, os quais são classificados como:
a) aditivo plastificante (tipo P): aumenta o índice de consistência;
c) aditivo acelerador (tipo A): diminui os tempos de início e fim de pega do concreto, acelera o desenvolvimento das suas resistências iniciais; d) aditivo plastificante retardador (tipo PR): combina os efeitos dos
aditivos plastificante e retardador;
e) aditivo plastificante acelerador (tipo PA): combina os efeitos dos aditivos plastificante e acelerador;
f) aditivo incorporador de ar (tipo IAR): incorpora pequenas bolhas de ar; g) aditivo superplastificante (tipo SP): aumenta o índice de consistência; h) aditivo superplastificante retardador (tipo SPR): combina os efeitos dos
aditivos superplastificante e retardador;
i) aditivo superplastificante acelerador (tipo SPA): combina os efeitos dos aditivos superplastificante e acelerador.
Além dos aditivos classificados pela NBR 11768/2011 (ABNT, 2011a) existem outros conhecidos como aditivos especiais que são usados em casos mais específicos, como, por exemplo, os modificadores de viscosidade, inibidores de corrosão, de permeabilidade capital, retentores de água, aceleradores para concreto projetado, redutores de reação álcali-agregado (RAA), com finalidade de preparação de concreto, extrusado e vibro-prensado, expansores, controladores de hidratação, redutores e compensadores de retração por secagem. Na mistura do concreto, esses materiais compõe a chamada adição.
O cimento Portland classifica-se segundo sua composição em: Portland comum, composto, alto-forno, pozolânico e alta resistência inicial (Quadro 2). A nomenclatura do cimento Portland é identificada pelo nome técnico, respectiva NBR, sigla, classe e o tipo-classe correspondente (Quadro 3).
Quadro 2 – Composição do cimento portland
Cimento Sigla Clínquer + Gesso (%) Escória (%) Pozolana (%) Filler Calcário (%) Portland comum CP I 100 - - - CP I-Z 99-95 - 1-8 -
Portland composto CP II-E 94-56 6-34 - 0-10
CP II-Z 94-76 - 6-14 0-10
CP II-F 94-90 - - 6-10
Portland de alto-forno CP III 65-25 35-70 - 0-5
Portland pozolânico CP IV 80-45 - 15-50 0-5
Portland de alta resist. inicial CP V-ARI 100-95 - - 0-5
Quadro 3 – Nomenclatura do Cimento Portland
Nome Técnico Sigla Classe Identificação do
tipo e classe Cimento Portland Comum (NBR 5732)
Cimento Portland comum CP I 25
32 40
CP I-25 CP I-32 CP I-40 Cimento Portland comum
com adição CP I-S
25 32 40 CP I-S-25 CP I-S-32 CP I-S-40 Cimento Portland Composto (NBR 11578)
Cimento Portland composto
com escória CP II-E
25 32 40 CP II-E-25 CP II-E-32 CP II-E-40 Cimento Portland composto
com pozolana CP II-Z
25 32 40 CP II-Z-25 CP II-Z-32 CP II-Z-40 Cimento Portland composto
com filer CP II-F
25 32 40 CP II-F-25 CP II-F-32 CP II-F-40 Cimento Portland de alto-forno (NBR
5735) CP III 25 32 40 CP III-25 CP III-32 CP III-40 Cimento Portland pozolânico (NBR 5736) CP IV 25
32 CP IV-25 CP IV-32 Cimento Portland alta resistência inicial
(NBR 5733) CP V-ARI - CP V-ARI
Cimento Portland resistente aos sulfatos (NBR 5737)
- 25
32 40
Siglas e classes dos tipos originais acrescido do sufixo
RS. Cimento Portland de baixo calor de
hidratação (NBR 13116)
- 25
32 40
Siglas e classes dos tipos originais acrescido do sufixo BC. Cimento Portland branco (NBR 12989)
Cimento Portland Branco
estrutural CPB 25 32 40 CPB-25 CPB-32 CPB-40 Cimento Portland branco não
estrutural
CPB - CPB
Cimento para poços petrolíferos (NBR
9831) CPP G CPP- classe G
Fonte: E-CIVIL (2011).
2.3.2 Uso de Materiais Pozolânicos
polozânicos como metacaulim e sílica ativa tem por “objetivo melhorar o desempenho mecânico e reduzir a porosidade das pastas, em igualdade de relação água-cimento” (a/c).
NITA, JOHN (2007, p. 1) definem materiais polozânicos como àqueles que em suas respectivas composições possuem silicatos ou sílico-aluminatos amorfos com nenhuma ou pouco atividade aglomerante, porém quando há contato com a água em temperatura ambiente reagem com o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] e
formam componentes com propriedades cimentantes.
Os supracitados autores explicam que o principal produto da reação entre a pozolana e Ca(OH)2 é o silicato de cálcio hidratado [C-S-H], mas pode ocorrer
formação de aluminatos de cálcio hidratado. A precipitação do C-S-H ocorre pela dissolução da pozolana em meio alcalino com sua combinação com os íons Ca2+
presentes em solução. Entre os polozânicos, por exemplo, no metacaulim há produtos de reação entre Ca(OH)2 e aluminatos que, em temperatura ambiente, não
agem na sílica ativa. Esses produtos de reação são o C-S-H mal cristalizado e o C2ASH8 (gelenita hidratada ou Stratilingit), com pequenas quantidades de aluminato
de cálcio hidratado [C4AH13].
As origens da pozolana determinam sua classificação em dois grupos: natural e artificial. Conforme a norma NBR 12653/2014 (ABNT, 2014), entre as pozolanas naturais, encontam-se materiais de origem vulcância, além de terras de diatomáceas, que não têm exploração econômica no Brasil, mas são as principais substâncias pozolânicas encontradas na natureza. As artificiais provêm de tratamento térmico de argilas calcinadas ou termicamente ativada ou subprodutos industriais e agroindustriais com atividade pozolânica como, por exemplo, cinza volantes, cinzas de casca de arroz, sílica ativa, bauxita, metacaulim, dentre outros.
Quanto à origem, a NBR 12653/2014 (ABNT, 2014) classifica os materiais pozolânicos em três classes: (i) Classe N: pozolanas de origem natural ou artificial, materiais vulcânicos, argilas calcinadas e terras diatomáceas. Nessa classe se inclui o metacaulim de interesse nesse TCC. (ii) Classe C: pozolana gerada pela combustão de carvão mineral oriundo de usinas termoelétricas. (iii) Classe E: pozolanas não enquadradas nas classes anteriores.
NITA, JOHN (2007) chamam a atençao que essa NBR, na edição de 1992, não previa a utilização de pozolanas provindas de cinzas vegetais, originadas na queima de casca de arroz, baganço de cana-de-açúcar ou outros vegetais. A
revisão de NBR em 2014 também não acrescentou a previsão de uso dessas cinzas. Os autores comentam que a incorporação de pozolana em matrizes cimentícias beneficia pelo menos três aspectos associados à reação pozolânica: aumento da resistência a fissuração térmica e da resistência final e maior durabilidade em ambientes ácidos em função do aumento de impermeabilidade do sistema. Todavia, HELENE, ANDRADE (2010) alertam que é necessário ocorrer a determinação das características físicas e mineralógicas da pozolana, utilização e dosagem, condições de cura, temperatura e relação adiçao+água+aglomerante a fim de que a adição mineral no cimento Portland seja bem sucedida.
Na seção seguinte aborda-se a adição de metacaulim na pasta de cimento com especial atenção à fabricação de blocos de concreto destinados à pavimentação intertravada. As adições minerais com propriedades pozolânicas em substituição ao cimento têm se revelado como alternativa para a redução de custos, bem como porque promovem melhorias nas propriedades mecânicas do concreto. 2.3.3 Metacaulim na Fabricação de Blocos de Cimento
REZENDE et al. (2012) entendem que o metacaulim é um pozolânico resultante da calcinação de argilas cauliníticas submetidas a altas temperaturas (estabelecida entre 500 ºC e 800 ºC).
Conforme KAUR, SINGH, SINGH (2015), acima faixa de temperatura estabelecida, a caulinita, que é um argilo-mineral de alumínio hidratado, torna-se metacaulina ou metacaulim, definido como geopolímero pozolânico constituído basicamente de sílica e alumina na fase amorfa, com ordem bidimensional na estrutura cristalina. Os autores explicam que a desidroxilização de areias cauliníticas na formação da pozolana metacaulim é um processo endotérmico em função da grande quantidade de energia requerida na remoção das ligações químicas.
A NBR 15894-1/2010 (ABNT, 2010, p. 2) em vigor a partir de 28 de novembro de 2010, define metacaulim como produto de calcinação e moagem de argilominerais cauliníticos, constituindo um tipo de pozolana formada essencialmente por partículas lamelares com estrutura predominanentemente não cristalina.
SOUZA (2003) apud SOUZA et al. (2015) registra que essa pozolana, recentemente, é obtida pela moagem e calcinação de argilas especiais (caulinítica e caulim de alta pureza), em baixas temperaturas variadas, que dá origem a um
material de adição com alta atividade pozolânica, denominado de metacaulim de alta reatividade (MCAR). Além dessa fonte de origem, o MCAR pode ser obtido pela indústria produtora de cobertura de papel que resulta em um caulim de extrema finura, brancura e pureza, explicam Do Carmo, Portella (2008).
Independenemente da origem da adição mineral, depois da comparação do desempenho de quatro tipos de metacaulim com fillers calcários e silicoso, na produção de peças pré-moldadas, CASSAGNABÈRE et al. (2009) concluiram que a utilização de metacaulim em substituição ao cimento Portland se apresenta como uma solução promissora à indústria, ao meio ambiente e à população, transeunte de passeios públicos, praças, etc., onde há pavimentação com bloco de concreto.
DO CARMO, PORTELLA (2008) definem que o metacaulim ou MCAR são pozolanas com composição química formada por proporções semelhantes de SiO2 e
Al2O3. A composição química da caulinita, que origina argilas cauliníticas, é formada,
basicamente, por 39,8% de Al2O3; 46,3% de SiO2 e 13,9% de H2O. Mas, os fatores
essenciais que podem propiciar a alta atividade pozolânica são as características físicas do metacaulim (tamanho das partículas e área específica).
Entretanto, no processo de calcinação das argilas ocorre aglomerados de partículas que resultam maior granulometria do material, o que requer moagagem para que tanto metacaulim como MCAR atinjam o potencial máximo de suas atividades pozolânicas. SOUZA (2003) apud SOUZA et al. (2015) explica que a composição química tem grande influência na definição do nível ótimo de substituição do cimento pela pozolana.
Conforme NITA, JOHN (2007), toda atividade pozolana é seguida por suas características físicas, químicas e morfológicas, disponibilidade de CH e umidade. No entanto, a influência do metacaulim na pasta de concreto depende de sua pureza e reatividade, do teor de cimento usado, do período e tipo de cura. Os autores explicam que o tamanho das partículas do metacaulim varia de 0,2 a 15 mm e a área específica desse pozolana é superior a 12 m2/g. Em sua composição química, aproximadamente, há 40% de alumina e 52% de sílica, o que totaliza 92% em massa, sendo o restante formado por impurezas como quartzo, feldspato, mica, gipsita, outros argilominerais, componentes do ferro e materiais orgânicos.
Conforme DO CARMO, PORTELA (2006), são requeridas espeficicações químicas pela NBR 12653/2014 (ABNT, 2014) para pozolanas do tipo metacaulim, com as seguintes especificações:
a) SiO2 + Al2O3+ Fe2O3, mínimo de 70%;
b) SiO3, máximo de 4%
c) Teor de umidade máximo de 3%;
d) Álcalis disponíveis em Na2O na quantidade máxima de 1,5%;
e) Perda ao fogo de no máximo 10%.
A NBR 15894-1/2010 (ABNT, 2010), em sua Tabela 1 (conforme transcrita no Quadro 4), determina componentes, limites e método de ensaio para identificação de cada componente químico do metacaulim.
Quadro 4 – Requisitos químicos e físicos do metacaulim
Componentes Unidade Limite Método de Ensaio
SiO2 % ≥44,0 e ≤65,0 ABNT NBR NM 22 ou
ABNT NBR 14656
Al2O3 % ≥32,0 e ≤46,0 ABNT NBR NM 11-2
ou
ABNT NBR 14656
CaO + MgO % ≤1,5 ABNT NBR NM 11-2
ou
ABNT NBR 14656
SO3 % ≤1,0 ABNT NBR NM 16
Na2O % ≤0,5 ABNT NBR NM 17
Equivalente alcalino em Na2O % ≤1,5 ABNT NBR NM 17
Umidade % ≤2,0 ABNT NBR NM 24
Perda ao fogo % ≤4,0 ABNT NBR NM 18
Resíduo em peneira com
abertura de malha de 45 % ≤10,0 ABNT NBR 15894-3
Índice de desempenho com
cimente aos 7 dias % ≥105 ABNT NBR 15894-2
Índice de atividade pozolânica
Chapelle (opcional) mg[g/material Ca(OH)2] ABNT NBR 15895 Área específica BET.
(opcional) m
2.g-1 ≥15 ASTM C - 1069
Fonte: NBR 15894-1 (ABNT, 2010, p. 3).
REZENDE et al. (2012) mencionam que a maioria dos estudos sobre adição de metacaulim no cimento, argamassa e pasta, aborda o uso em concretos plásticos ou se atém na avaliação da influência da pozolana sobre as propriedades mecânicas do concreto seco, o qual é definido por FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008) como aquele concreto que tem baixo teor de umidade.
Conforme DO CARMO, PORTELLA (2008), no cimento quando observado no estado fresco da mistura, a adição da pozolana MCAR provoca
aumento do consumo de água e, dependendo da dosagem de metacaulim ou MCAR, observa-se melhoria na trabalhabilidade do concreto. Na substituição de cimento em dosagem controlada por pozolanas com menor massa específica há aumento da quantidade de pasta fresca, o que revela melhoria do aspecto reológico da mistura. Os autores concluem que diante de resultados ainda não conclusivos, considerado o aumento do custo devido à moagem, a adoção do MCAR em pasta de cimento parece resultar em menor consumo de superplastificante.
Na análise do estado endurecido da mistura formada por cimento e pozolana de alta reatividade, segundo DO CARMO, PORTELLA (2008), comumente, observa-se melhoria em relação às seguintes variáveis: resistência à compressão e à durabilidade do produto. Essa melhoria decorre do processo de refinamento dos poros e dos cristais presentes na pasta de cimento hidratada. Conforme os autores, no estado endurecido, alguns fatores são observados como contribuição da sílica ativa para a resistência à compressão do concreto. Também, a resistência à tração é alterada com misturas de pozolana na pasta de concreto. Quando tomada a avaliação da mistura no seu 28o dia de cura, a adição de sílica ativa (10%) resulta em aumentos médios na resistência à tração por compressão diametral (≈21,74%) e na resistência à tração na flexão (≈4,15%).
A análise de superfície de resposta dos traços experimentais do estudo de REZENDE et al. (2012) mostrou melhores resultados com o uso de metacaulim em percentuais de 10% a 20% de substituição da massa do cimento aos 49 dias de cura. Os autores concluíram que a adição de metacaulim na massa do cimento, dentro desses percentuais, promove aumento na resistência à compressão e redução na absorção de água por imersão.
Em estudo DO CARMO, PORTELLA (2008) revelaram que o uso de MCAR (8%) e de sílica ativa (8%) em relação ao peso da massa de cimento, inibiu reações álcali-agregado que são observadas no concreto convencional. Para os autores, ambas as adições proporcionam ganhos em relação à resistência e aos custos financeiros na produção de estruturas de concreto, especialmente, nas primeiras idades observadas (de 28 a 90 dias de tempo de cura), quando se revelaram, praticamente, equivalentes entre si.
CASSAGNABÈRE et al. (2009) avaliaram as propriedades relativas à consistência, tempo de fluxo, resistência à compressão e propriedades de transparência da argamassa de cimento formada com adição de metacaulim e
comparam os resultados obtidos com o composto granular idêntico do concreto-referência sem adição da pozolana. Os autores constataram que não houve alteração das propriedades avaliadas devido à substituição do cimento Portland por metacaulim (25%) na argamassa.
CASSAGNABÈRE et al. (2010) comprovaram que argamassas formadas pela adição de metacaulim (25%) apresentam desempenho superior que a argamassa de controle-referência quanto às propriedades mecânicas. Para os autores, do ponto de vista ambiental, a redução de até 40% do cimento pela substituição por metacaulim é uma abordagem promissora, pois reduz o consumo de energia (≈ –23%) e a quantidade de CO2 libertada para a atmosfera (≈ –34%).
SILVA (2011) avaliou a influência da adição de metacaulim (teores de 8%, 10% e 15% do peso do cimento) em substituição de parte do cimento na massa de fabricação de telhas pré-fabricadas. Na análise dos resultados quanto à penetração de água sob pressão, a autora observou que todos os ensaios apresentaram-se como impermeáveis em condições agressivas, em destaque o uso do metacaulim e do aditivo impermeabilizante concomitantemente.
Quanto à carbonatação, SILVA (2011) observou que o metacaulim apresentou o melhor resultado, possibilitando menor cobrimento da armadura para vida útil de 50 anos. A dosagem com metacaulim (8%) apresentou redução maior na penetração de cloretos em relação às demais dosagens devido à sua atividade pozolânica, o que contribui para a durabilidade do concreto. A autora concluiu que é possível melhorar a impermeabilidade do concreto pelo acréscimo na pasta de metacaulim (8%) e de impermeabilizantes (1%) e redução de cimento (5,2%).
O estudo de GÜNEYISI et al. (2012) investigou a eficácia da adição de metacaulim e sílica ativa (nas proporções de 5% e 10% do peso do cimento) sobre as propriedades mecânicas, retração e permeabilidade relacionadas à durabilidade de concretos de alto desempenho, verificando formação de fendas em relação ao efeito da incorporação das pozolanas e esperado nível de resistência à compressão (75 à 86 MPa). A adição de água ocorreu na razão a/c = 0,25 e a/c = 0,35 na produção do concreto. Conforme os autores, os resultados revelaram que o nível de substituição de metacaulim e sílica teve efeito significativo sobre as características mecânicas, em especial, sobre a durabilidade do concreto de alto desempenho.
O estudo de COTA (2013) avaliou o uso de resíduos de vidro (7,5% e 15%) em substituição à sílica ativa em formulações típicas de telhas de concreto
com e sem adição de metacaulim (7,5% e 15%). O autor mencionou que, em função da adição de material pozolânico, a RAA pode ser inibida, sendo que a substituição de partículas de vidro (7,5%), em combinação com metacaulim (7,5%), permitiu alcançar desempenho equivalente ao concreto-referencial usado na fabricação dos corpos de prova cilíndricos.
WENG, LIN, CHENG (2013) investigaram propriedades mecânicas e microscópicas básicas do concreto produzido com metacaulim (0%, 5%, 10%, 15%, 20% e 25% em peso de cimento) e quantificou a produção de eflorescência branca residual na pasta de concreto exposta a várias condições e ambientes. Os autores relataram que as pastas de concreto com metacaulim substituindo o cimento Portland apresentaram maior resistência à compressão e maior resistência à eflorescência. Concluíram que a substituição ótima do metacaulim se estabelece em torno de 15% do peso do cimento. Abaixo ou acima desse percentual, a eficácia dessa substituição se revela diminuída, especialmente, a adição acima de 20% de metacaulim tem efeito prejudicial sobre a resistência e a eflorescência do concreto.
KAUR, SINGH, SINGH (2015) avaliaram as características de resistência do concreto com substituição parcial do cimento Portland por metacaulim (0%, 7%, 8% e 9%) e fibras de polipropileno (0%, 0,2%, 0,5% e 0,8%), com adição de cinzas volantes e superplastificantes (0,7-10%). Os autores observaram que a adição de metacaulim (8%) e fibras de polipropileno (8%) revelou melhoria quanto à resistência da pasta de concreto, e concluíram que a substituição parcial do cimento Portland por metacaulim ajuda na melhoria da resistência e no desempenho do concreto. Conforme os autores, os efeitos dessa pozolana sobre a resistência do concreto começa em idades precoces de vida da mistura e aumentam em idades posteriores. O estudo conduzido por MOTA, OLIVEIRA, CARNEIRO (2016) investigou a contribuição de polozana na durabilidade de argamassas armadas com adição de metacaulim (teores de 8% e 15%). Os resultados mostram que a absorção de água por imersão não expressou diferença significativa entre as amostras de referência e com adição pura. As amostras com adição parcial de metacaulim em substituição ao cimento tiveram resultados menos favoráveis. Em geral, essa substituição se revelou aquém dos ensaios com adição pura e próximo ao concreto-referência, sendo observada nos dois teores estudados. Os autores concluíram que o metacaulim pode mitigar substancialmente a ação de agentes deletérios como os observados nas amostras com adição pura (15% de metacaulim) e traço forte (1:0,5:4,5:1,5).
Considerados esses resultados, MOTA, OLIVEIRA, CARNEIRO (2016, p. 1114) teceram as seguintes considerações: (i) maior resistência à compressão e módulo de elasticidade, indica menor porosidade; (ii) maior velocidade da onda ultrassônica (classificada como “bom”) denota satisfatória compacidade da amostra; menor espessura carbonatada (classificada como “média” na condição de maturação mais severa) apresenta-se como interessante condição de proteção em centros urbanos; (iii) menor teor de cloretos solúveis (presente na espessura 1-2 cm da superfície dos corpos de prova) é fator importante para regiões em áreas marinhas.
A seguir, faz-se distinção de pré-moldado e pré-fabricado, segundo a ABNT (2017), e discute-se o processo de fabricação de blocos de concreto.
2.4 FABRICAÇÃO DE BLOCOS PRÉ-MOLDADOS DE CONCRETO
Acredita-se que as vigas pré-moldadas de concreto usadas na construção do Cassino Biarritz na França, em 1891, sejam as primeiras estruturas que deram origem ao processo de fabricação de pré-moldados de concreto (Figura 3).
Figura 3 – Cassino Biarritz
Fonte: Le blog do Pérol (2017).
A NBR 9062/2017 (ABNT, 2017) diferencia moldados de pré-fabricados. Os pré-moldados são executados fora do local de utilização definitiva da estrutura sob condições de controle de qualidade; os pré-fabricados são executados de forma industrial, mesmo em instalações temporárias em canteiro de obra, por exemplo, sob rigorosas condições de controle de qualidade.
Nesse TCC interessa o processo de fabricação de peças pré-moldadas de concreto para a pavimentação intertravada de utilização em estacionamentos, vias urbanas ou similares. Nesse caso, importa a NBR 9780/1987 (ABNT, 1987), que trata da determinação da resistência à compressão, substituída pela NBR 9781/2013 (ABNT, 2013) que traz especificações das peças de concreto para pavimentação, discutindo-se o processo de fabricação de blocos para pavimentação intertravada. 2.4.1 Materiais para Fabricação de Blocos para Pavimentação
FIORITI (2007) comenta que são usados os mesmos materiais do concreto na composição da argamassa destinada à fabricação de blocos para pavimentação intertravada, tais como: aglomerante, agregados miúdo e graúdo na forma de pedrisco com dimensão específica (máx. 9,5mm), aditivos químicos, pigmentos e água. Em geral, inclui-se areia natural e/ou artificial, cimento Portland que atendas às exigências das normas brasileiras, sendo a dimensão máxima dos agregados estabelecida entre 6 e 12 mm, não sendo admitida a presença de impurezas orgânicas.
Conforme FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008), a dosagem dos componentes da composição dessa pasta cimentícia é diferente da convencionalmente usada em concretos devido à finalidade, particularidade e propriedades requeridas, sendo que o emprego de concretos com consistência superior quando comparados aos concretos plásticos (convencionais) é o que caracteriza a produção de blocos para pavimentação, os quais requerem concreto levemente umedecido, chamado de ‘concreto seco’.
A dosagem dos materiais é fator importante na elaboração da mistura que dará origem a peça final. FIORITI (2007) explica que a dosagem diz respeito à seleção dos materiais que comporão o concreto e à determinação de quantidades relativas, cuja finalidade é atender aos requisitos de resistência, durabilidade e consistência, fatores ligados à atribuição de valor econômico do produto final. O autor comenta que a metodologia usada na fabricação de blocos para pavimentação depende do tipo de técnica adotada na linha de produção.
As diferenças marcantes entre concretos plásticos e secos referem-se ao consumo de cimento, trabalhabilidade, umidade e granulometria das misturas. Conforme FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008), nos
concretos plásticos a relação a/c governa a resistência do material. Assim, definido um traço, a maior quantidade de água utilizada na fabricação do bloco de concreto determinará maior resistência. Porém, durante o processo de hidratação do cimento Portland em misturas para concretos plásticos, parte da água dessa mistura reage na formação dos compostos responsáveis pelo desempenho mecânico do material quando endurecido, e outra parte, ou se incorpora no material ou evapora pela secagem, dando origem à formação de poros.
A formação de poros no concreto exige retirada do ar aprisionado, o que é feito por meio de equipamentos especiais, como: máquinas de projeção a rotor para concretos secos; rolo compactador; máquinas vibro-prensas usadas na produção de blocos de concreto. Segundo FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008), qualidade e regulagem do equipamento, assim como o próprio processo de produção têm grande influência nas propriedades finais dos concretos secos.
Na definição dos autores, a umidade da mistura na formação de concreto seco para uso na produção de blocos deve variar entre 6,0% a 8,0%. Na produção de blocos de concreto é normal considerar-se que maior quantidade de água usada na mistura resulta em mais alta resistência mecânica do produto final, porque a água dá maior plasticidade à mistura, o que facilita a prensagem do material em máquinas vibro-prensas, resultando em maior eficiência na remoção dos vazios.
A preocupação com a textura final dos blocos produzidos tem relação com a dosagem das misturas e os traços empregados.
2.4.2 Equipamentos na Fabricação de Blocos para Pavimentação
Conforme mencionado por FIORITI (2007), os equipamentos usados na produção de blocos de concreto para pavimentação são conhecidos como máquinas de vibro-prensas multifuncionais (Figura 5), com funcionamento mecânico ou hidráulico, diferenciando-se pelo grau de compactação e capacidade de produção.
FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008) explicam que tais máquinas são fundamentais na determinação das características das peças pré-moldadas de concreto, pois imprimem elevado grau de compactação aos concretos secos, o que interfere significativamente na resistência à compressão, absorção e textura do material final produzido.
O funcionamento da linha de produção de blocos para a pavimentação é explicado por FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008). Assim, feita a mistura de acordo com os parâmetros desejados, essa mistura é conduzida à cuba de alimentação da vibro-prensa, que conta com um mecanismo vibratório, o qual permite a penetração do material e o preenchimento das formas de aço existente no equipamento (Figura 4).
Figura 4 – Máquina vibro-prensa hidráulica
Fonte: Autor (2018).
Enquanto ocorre a passagem da mistura da gaveta para as formas (tempo de alimentação/pré-vibração) são acionados agitadores e vibradores para alimentar a forma e acomodar dentro dela a mistura. Depois, recolhe a gaveta e desce o contramolde, que tem a finalidade de compactar o material dentro da forma, que se encontra em vibração (tempo de vibro-prensagem). Essa fase termina quando a peça atinge a altura desejada. A seguir, há a desforma, e forma e contramolde sobem consecutivamente.
Quando a moldagem das peças foi terminada, faz-se o transporte para o local de cura, evitando-se vibrações que possam danificá-las. A cura deve ser feita
em câmaras de vapor, à temperatura entre 60-70 oC, mínimo 6 horas, intermedidas
por um período de descanso de 2 horas a fim de evitar fissurações nas peças.
Conforme FIORITI (2007), a responsabilidade pelo ganho de resistência e diminuição da retração potencial das peças pré-moldadas de concreto é do processo de cura. Concluído tal processo, deve ser feita a paletização dos blocos e a armazenagem dos blocos de maneira a facilitar a identificação e o carregamento.
No entender de FRASSON JÚNIOR, OLIVEIRA, PRUDÊNCIO JÚNIOR (2008), a paletização dos blocos facilita as operações de carregamento e transporte, bem como minimiza quebras, o que reduz os custos relativos à reposição de peças.
A seguir, trata-se dos requisitos de qualidade dos blocos, visto que no estado fresco, o concreto deve revelar consistência que garanta adequado manuseio e acabamento dos blocos. Já endurecido, são os blocos que atendem requisitos de compressão, garantem durabilidade e acabamento visual, no mínimo satisfatório. 2.4.3 Desempenho e Qualidade dos Blocos para Pavimentação
Algumas características são relevantes para o controle do desempenho e qualidade dos blocos: materiais utilizados na fabricação, tolerâncias dimensionais, resistência, durabilidade e aparência. Na garantia dessas características aparecem estabelecidas normas e padrões nacionais e internacionais.
As dimensões dos blocos são interferentes na pavimentação intertravada, na execução do modelo de assentamento escolhido, no nivelamento final da base e, ainda, no intertravamento entre as peças, explica FIORITI (2007).
A NBR 9781/2013 (ABNT, 2013) define as tolerâncias dimensionais dos blocos nos quesitos comprimento e largura (2-3 mm) e espessura (2-5 mm), e os limites de aceitação do material pronto são conferidos por amostragem. Para lotes de 300 m2, devem se retiradas seis (6) peças, acrescida de uma (1) a cada 50 m2
excedente até totalizar uma (1) amostra máxima formada por 32 peças que deverão, obrigatoriamente, obedecer às tolerâncias dimensionais especificadas pela NBR.
A NBR 9781/2013 (ABNT, 2013) também estabelece limites de resistência à compressão (MPa) de acordo com a utilização e também limites mínimos de resistência à tração, sendo admissível acima de 35 MPa para pavimentação utilizada por veículos comerciais de linha e acima de 50 MPa para circulação de veículos especiais ou cargas que produzem acentuados efeitos de abrasão.
Absorção de água, resistência (à abrasão, impactos, ciclos de acentuada variação de temperatura, frenagem) e outros fatores que influenciam diretamente na vida útil da peça pré-moldada são determinantes à sua durabilidade.
Particularmente em referência ao Brasil, conforme SILVA (2011a), não há norma específica para determinar a absorção da água para blocos de concreto para a pavimentação intertravada, sendo, normalmente, aplicada a NBR 12118/2011 (ABNT, 2011) que trata de blocos vazados de concreto simples para alvenaria, determinação de absorção de água, teor de umidade e da área líquida, admitindo-se o índice de 10% de absorção de água nos blocos produzidos para a pavimentação.
Conforme HELENE, ANDRADE (2010), a qualidade potencial do concreto depende, basicamente, da relação a/c e do grau de hidratação da mistura. Esses dois parâmetros determinam propriedades fundamentais do concreto, como, por exemplo: absorção de água; permeabilidade por pressão de água ou gases; difusividade da água ou dos gases, migração elétrica de íons; propriedades mecânicas como: módulo de elasticidade, resistência à compressão e tração, fluência, relaxação, abrasão, outras.
Algumas dessas propriedades, não descritas nesse capítulo, serão contempladas no próximo capítulo quando se apresentam os materiais e os métodos utilizados no estudo experimental em correlação com suas variáveis analíticas.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Esse capítulo se destina à caracterização do estudo e dos materiais de emprego na confecção dos blocos de concreto destinados à pavimentação intertravada, informações relativas aos equipamentos necessários ao processo de produção, cura das peças e amostragem, ensaios propostos e uma correlação dos ensaios às variáveis investigadas.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DO ESTUDO
O estudo consiste em uma pesquisa experimental que tem por objetivo principal analisar a viabilidade da adição de metacaulim na fabricação de blocos de concreto intertravados a partir de ensaios e análises das propriedades do material resultante, comparativamente, com o modelo de referência sem adição.
Os blocos foram produzidos em uma indústria de médio porte, produtora de artefatos de concreto, instalada na cidade de Itaipulândia, Estado do Pararaná, cujo município do mesmo nome pertence à mesorregião Oeste, microrregião de Foz do Iguaçu (Figura 5).
Figura 5 – Fachada e palets contendo blocos fabricados da indústria do estudo
Fonte: Autor (2018).
A partir de 18 de abril do ano em curso foram realizados os ensaios de caracterização dos materiais utilizados na fabricação dos blocos de concreto para pavimentação intertravada.
3.2 CARACTERIZAÇÃO DO EXPERIMENTO
Nessa seção, apresentam-se os materiais usados na produção dos blocos de concreto, em seguida, ensaios de caracterização, traço e amostras do estudo. 3.2.1 Materiais Empregados na Fabricação dos Blocos para Pavimentação
Os materiais utilizados na composição da pasta foram: cimento, água, agregados miúdos e graúdos e adição de metacaulim.
Empregou-se o cimento Portland, CP V – ARI, fabricado pela empresa Vontorantin Cimentos, o qual atuamente é utilizado pela indústria colaboradora na fabricação de blocos de concreto intertravados que comercializa.
A opção pelo cimento CP V – ARI se relaciona à facilitação do processo de fabricação uma vez que não foram modificadas as características desejáveis dos blocos produzidos na indústria colaboradora, além de que esse tipo de concreto possibilita que as características dos blocos de concreto não sejam influenciadas pela adição de pozolana, pois sua formulação contém apenas 5%filler calcário.
A água para emprego na mistura no amassamento do concreto destinado à confecção de blocos usados na pavimentação intertravada foi fornecida pela Companhia de Saneamento do Paraná, Sanepar. A indústria colaboradora autorizou seu uso uma vez que já utiliza a água dessa fornecedora na fabricação de seus blocos de concreto para pavimentação intertravada porque atende aos requisitos da NBR 15900-1/2009 (ABNT, 2009a).
Utilizou-se como agregado miúdo a areia natural, de natureza quartzosa, encontrada na indústria colaboradora separada por baias dos demais agregados expostos a intempéries, situada ao lado do galpão em que estão acomodados a vibro-prensa e o misturador. Esse tipo de areia natural já é empregado em sua linha de fabricação comercial dos blocos de concreto.
O agregado graúdo natural usado na fabricação dos blocos foi brita zero, pedrisco. Esse material é oriundo da britagem de rochas feitas pela própria empresa colaboradora e também se encontram armazenados em baias no mesmo galpão onde estão armazenados os agregados miúdos.
A pozolana adicionada à mistura do concreto na fabricação dos blocos foi metacaulim HP ULTRA, de fabricação da Metacaulim do Brasil (2017), caracterizado
