CONCRETO LEVE: ESTUDO DE DOSAGENS COM ARGILA EXPANDIDA E POLIESTIRENO EXPANDIDO MOÍDO

(1)

UNESC – Universidade do Extremo Sul Catarinense – 2016/02

CONCRETO LEVE: ESTUDO DE DOSAGENS COM ARGILA EXPANDIDA E POLIESTIRENO EXPANDIDO MOÍDO Rosielen Leopoldo Grassi (1), Elaine Guglielmi Pavei Antunes (2)

UNESC – Universidade do Extremo Sul Catarinense (1) rosi.rosielen@gmail.com (2) elainegpa@unesc.net

RESUMO

A massa específica do concreto é uma propriedade relevante, pois está relacionada diretamente com questões estruturais. Reduções dessa característica podem produzir o concreto leve, conhecido por ser utilizado na diminuição do peso próprio de estruturas e no condicionamento térmico de ambientes. O estudo tem por objetivo a formulação e caracterização de traços de concreto com a substituição total e parcial do agregado graúdo basáltico por agregados leves de argila expandida e poliestireno expandido moído. O programa experimental foi baseado na caracterização dos materiais constituintes, confecção de um traço referência e de traços de concreto leve. A determinação das propriedades das composições incluiu ensaios de consistência, resistência à compressão, massa específica, índice de vazios, absorção de água e análise da interface agregado/matriz.

Os resultados indicam ser possível a produção de concretos com massa específica reduzida. De um concreto convencional com 2373 kg/m³, atingiu-se valores de1556 kg/m³ no traço composto por apenas argila expandida e 1325 kg/m³ no traço composto por apenas poliestireno expandido. Além disso, alguns traços analisados podem ser classificados como leves e estruturais segundo a norma ACI 213R (2003), pois apresentaram valores de massa específica entre 1120 kg/m³ e 1920 kg/m³, e resistência à compressão aos 28 dias superior a 17 MPa.

Palavras-chave: concreto leve, argila expandida, poliestireno expandido

1 INTRODUÇÃO

O concreto é o segundo material mais consumido no mundo, com valores inferiores apenas ao uso de água. Estima-se que são consumidas anualmente 11 bilhões de toneladas (PEDROSO, 2009).

Por se tratar de um material extremamente difundido, inúmeros estudos são publicados anualmente como forma de contribuição para o desenvolvimento e aperfeiçoamento de suas características.

Segundo Mehta e Monteiro (2008), o concreto produzido com cimento Portland e agregados convencionais possui algumas deficiências, destacando-se a baixa

(2)

relação resistência/massa se comparado ao aço. De acordo com os autores, esse fato pode se tornar um problema econômico na construção de edifícios de múltiplos andares, pontes com grandes vãos e estruturas flutuantes.

Silva (2007) destaca que uma das variáveis mais importantes para a concepção estrutural de um edifício é o seu peso próprio, pois uma redução dessa característica pode resultar em economia de armaduras, diminuição das seções transversais dos elementos estruturais e economia nas fundações. A massa específica é um condicionante do fator de eficiência, definido como a relação entre a resistência e a massa específica do concreto (HOLM; BREMNER, 1994). A utilização de agregados leves é uma das formas de diminuir esta propriedade.

O concreto de agregados leves não é uma invenção atual, pois sua utilização data de construções gregas e romanas, como por exemplo, o Panteão, erguido em 118 à 128 d.C. (CHANDRA; BERNTSSON, 2003). No entanto, conforme afirma Angelin (2014), foi somente a partir de 1980 que foram realizadas pesquisas sobre concretos leves, com o intuito de avaliar seu potencial de utilização e obter um entendimento das propriedades físicas e químicas do material.

De acordo com Rossignolo (2003), denomina-se concreto leve estrutural aquele com massa específica inferior à dos concretos convencionais e que pode ser obtido com a substituição parcial ou total dos agregados tradicionais por agregados com massa específica reduzida. Ainda, conforme a NBR 8953 (2015), o concreto leve deve apresentar massa específica inferior a 2000 kg/m³.

A norma ACI 213R (2003) e NM 35 (1995) definem concreto leve estrutural como aquele que aos 28 dias atinge uma resistência à compressão mínima de 17 MPa. A primeira cita que o concreto leve deve possuir uma massa específica compreendida entre 1120 kg/m³ a 1920 kg/m³, enquanto que a segunda dita que a máxima massa específica é de 1840 kg/m³.

Os agregados leves utilizados podem ser naturais ou artificiais. De acordo com Maycá et al (2008, apud ANGELIN, 2014) os agregados naturais são obtidos através da extração em jazidas, possuindo pouca aplicação em concretos estruturais devido à variação de suas propriedades e pouca disponibilidade. Os agregados artificiais, por sua vez, são produzidos por meio de processos industriais.

Os agregados artificiais são obtidos por tratamento térmico de uma variedade de materiais e são classificados com base na matéria prima utilizada e no processo de fabricação. Dentre os agregados artificiais, temos

(3)

os resultantes da aplicação de calor para a expansão de argilas, poliestireno, ardósias, folhelhos, perlitas e vermiculitas [...]. (MORAVIA, 2007, p. 13).

A argila expandida, conforme Moravia et al. (2006), é produzida por aquecimento de determinados tipos de argila em temperatura de aproximadamente 1200ºC. Ao atingir essa temperatura, parte dos constituintes da argila se funde e outra parte se decompõe quimicamente liberando gases que não são expelidos devido à fase líquida que envolve a partícula. Desta forma, os gases são incorporados pela massa sinterizada e a partícula pode expandir em até sete vezes o seu volume inicial.

Conforme Rossignolo (2003) é possível obter resultados de resistência à compressão aos 28 dias superiores a 38 MPa e massas específicas inferiores a 1605 kg/m³ através do uso de argila expandida.

Os resultados obtidos por Angelin (2014) evidenciam a mudança da massa específica do concreto proporcionada pela substituição total e parcial do agregado convencional por argila expandida. A massa específica do produto final resultante decaiu de 2400 kg/m³ (apenas agregado convencional) para 1687 kg/m³ (apenas agregado leve).

O poliestireno expandido, de acordo com Andrade (2010, apud CATOIA, 2012), é o produto resultante da polimerização do estireno em água e posterior expansão através do gás pentano. As pérolas de EPS podem apresentar um aumento de seu volume de até 50 vezes, sendo constituídas de 95% a 98% de ar e o restante de poliestireno.

Segundo Catoia (2012) pérolas de poliestireno expandido podem ser empregadas para a confecção de concretos leves. O resultado mais satisfatório foi conseguido para uma composição com massa específica de 1355 kg/m³ e resistência à compressão aos 28 dias de 17,2 MPa.

Portanto a presente pesquisa tem como objetivo formular e caracterizar compostos de concreto leve estrutural de cimento Portland confeccionados com argila expandida e poliestireno expandido moído.

Como objetivos específicos destacam-se: (a) caracterizar os materiais constituintes dos traços confeccionados; (b) determinar a influência da variação e proporção de argila expandida e EPS moído sobre o concreto; (c) analisar os resultados de resistência à compressão axial, massa específica, absorção de água e resistência à

(4)

tração por compressão diametral; (d) confeccionar o diagrama de dosagem para os traços de concreto leve; e (e) analisar a interface agregado/matriz.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 MATERIAIS

2.1.1 Cimento

O tipo de cimento empregado no estudo foi o Cimento Portland IV-32. A massa específica foi determinada através da técnica de picnômetro de gás hélio, sendo utilizado o equipamento ULTRAPYC 1200e da marca Quantachrome, localizado no laboratório de cerâmica técnica (CerTec).

2.1.2 Agregado Miúdo

Para a confecção dos traços utilizou-se como agregado miúdo uma areia natural quartzosa. Para este material determinou-se a distribuição granulométrica segundo a NBR NM 248 (2003), módulo de finura e diâmetro máximo característico de acordo com a NBR 7211 (2009). Os ensaios de massa específica e massa unitária foram realizados conforme as normas NBR NM 52 (2009) e NBR NM 45 (2006), respectivamente. O ensaio de absorção de água seguiu os preceitos da NBR NM 30 (2001).

2.1.3 Brita

A Figura 1 identifica a brita, sendo a mesma classificada visualmente como basáltica, cuja origem está ligada às rochas ígneas (FRASCÁ, 2007). Por meio das normas NBR NM 248 (2003) e NBR 7211 (2009) o agregado foi caracterizado quanto à composição granulométrica, módulo de finura e diâmetro máximo característico. Para a determinação da massa específica e absorção de água, seguiu-se as instruções da NBR NM 53 (2009). Através da NBR NM 45 (2006), determinou-se a massa unitária.

(5)

Figura 1 – Brita basáltica empregada nos traços

Fonte: Do Autor, 2016

2.1.4 Argila Expandida

O agregado leve de argila expandida está apresentado na Figura 2-a. Os ensaios realizados foram massa unitária conforme NBR NM 45 (2006), distribuição granulométrica segundo NBR NM 248 (2003), módulo de finura e diâmetro máximo de acordo com a norma NBR NM 7211 (2009). Além disso, determinou-se a absorção de água e massa específica, segundo recomendações da NBR NM 53 (2009). No entanto, houve certa dificuldade em realizar na íntegra o procedimento desta norma para a determinação da massa específica, pelo fato de os agregados boiarem quando submersos (Figura 2-b). Desta forma, a metodologia proposta incorporou conceitos da NBR NM 52 (2009) – sendo a substituição do recipiente submerso por um recipiente de volume conhecido.

Para o uso da argila expandida nos traços, a mesma foi previamente seca em estufa 105±5°C, peneirada em malha 2,36mm para a retirada de material fino e preparada na condição de saturada superfície seca.

(6)

Figura 2 – Argila expandida utilizada como agregado leve

2.1.5 EPS Moído

O poliestireno expandido moído foi adicionado como agregado leve, assim como a argila expandida. A massa específica aparente pode variar de 10 a 32,5 kg/m³, de acordo com NBR 11752 (2007), justamente por ser uma mistura de várias classes do material (Figura 3). Para este agregado determinou-se apenas a massa unitária, segundo a NBR NM 45 (2006).

Figura 3 – Poliestireno expandido moído

(7)

2.2 METODOLOGIA

O procedimento experimental foi divido em três etapas seguindo o fluxograma apresentado na Figura 4.

Figura 4 – Fluxograma do procedimento experimental

Na primeira etapa, descrita no tópico materiais, realizou-se a caracterização da brita, areia, cimento, poliestireno expandido e argila expandida.

A segunda etapa baseou-se na determinação de um traço de referência com teor de argamassa (α) de 50% constituído por cimento, areia e brita. De acordo com Recena (2015) o teor de argamassa seca para um concreto convencional fica compreendido entre 49 e 60%, com poucas variações inerentes ao tipo de material utilizado. O agregado graúdo foi parcial e totalmente substituído em volume pelos agregados leves de argila expandida e EPS moído, desta forma o traço em volume permanece constante, variando apenas as massas.

Elaboração de três traços com mesmo percentual de agregado. Variando-se cimento/areia e água/cimento Ensaios realizados  Consistência;  Resistência à compressão 7 dias;

 Massa específica seca;  Índice de vazios;  Absorção de água.

ETAPA 1

Caracterização dos materiais

Areia, Brita e Argila expandida  Composição granulométrica e módulo de finura;  Absorção de água;  Massa específica;  Massa unitária. Cimento  Massa específica. EPS  Massa unitária. ETAPA 2 Confecção do traço de referência e substituições Traço 1:2:3 α 50% (cimento:areia:brita) com substituições em volume por argila expandida e EPS moído.

ETAPA 3

Confecção dos traços de concreto leve Ensaios realizados  Consistência;  Resistência à compressão e tração 28 dias;  Módulo de elasticidade;  Massa específica seca;  Índice de vazios;  Absorção de água;

 Confecção do diagrama de dosagem;

(8)

Com o intuito de verificar a influência da argila expandida e poliestireno expandido sobre o traço de referência foram elaborados cinco traços com substituições de 50% e 100% de cada agregado, como expresso na Tabela 1.

Avaliaram-se os parâmetros de consistência (NBR NM 67:1998), resistência à compressão aos 7 dias (NBR 5739:2007), massa específica, absorção de água e índice de vazios (NBR 9778:2005). Os corpos de prova foram moldados segundo instruções da norma NBR 5738 (2015).

Tabela 1 – Traços confeccionados na Etapa 2 Traço unitário em volume 1:2,26:2,88

Composições Ref. T1 T2 T3 T4 T5

B100 B50/A50 A100 B50/E50 E100 A50/E50 Traço unitário em massa:

cimento:areia:agregado variável 1:2:3 1:2:2,05 1:2:1,11 1:2:1,51 1:2:0,02 1:2:0,56

Cimento (kg) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Areia (kg) 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

Brita (kg) 3,00 1,50 - 1,50 - -

Argila expandida (kg) - 0,55 1,11 - - 0,55

EPS moído (kg) - - - 8,05E-03 1,61E-02 8,05E-03

Relação a/c 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48 0,48

A utilização do traço em volume foi necessária devido às diferenças nas massas unitárias de cada material, pois não seria comparável substituir diretamente em massa. O cálculo do traço em volume é feito a partir da divisão do traço em massa pela massa específica do material correspondente, dividindo-se o resultado pelo volume de cimento, segundo exemplificado na Tabela 2.

Tabela 2 – Conversão do traço em massa para volume

Traço em massa - A Massa específica -

B (kg/m³) (A/B)*1000 (L) Traço em volume Cimento (kg) 1,00 2789 Cimento (L) 0,36 1,00 Areia (kg) 2,00 2472 Areia (L) 0,81 2,26 Brita (kg) 3,00 2909 Brita (L) 1,03 2,88 Água (kg) 0,48 1000 Água (L) 0,48 1,34 Fonte: Do Autor, 2016

Na terceira etapa foram elaborados três traços (TA, TB, TC – Tabela 3), a fim de

compor um diagrama de dosagem a partir da composição com maior fator de eficiência obtida na Etapa 2. Portanto, o traço T2 foi escolhido para esta etapa, pois

(9)

apresentou resistência à compressão acima de 17 MPa e redução da massa específica, gerando o maior fator de eficiência comparado com as outras amostras.

Tabela 3 – Traços confeccionados na Etapa 3

Traço Materiais Proporção

em massa (%) Cimento (%) Areia (%) Agregado leve (%) Consumo materiais (kg) por m³ de concreto 1:2,5 1:1,52 (TA) Cimento 1,00 77,32 39,65 37,67 29,33 618,89 Areia 0,95 587,95 Argila exp. 0,57 354,01 Água 0,35 216,61 1:4 1:2,61 (TB) Cimento 1,00 77,30 27,75 49,54 29,37 445,32 Areia 1,79 794,90 Argila exp. 0,82 364,27 Água 0,41 182,58 1:5 1:3,10 (T2) Cimento 1,00 73,17 24,39 48,78 36,67 376,32 Areia 2,00 752,64 Argila exp. 1,10 413,95 Água 0,48 180,63 1:5,5 1:3,68 (TC) Cimento 1,00 77,31 21,35 55,96 29,36 342,96 Areia média 2,62 898,90 Argila exp. 1,06 364,57 Água 0,52 178,34 Fonte: Do Autor, 2016

A primeira coluna da Tabela 3 indica os traços convencional e de concreto leve. Exemplificando o traço TA, se o concreto fosse composto por brita apresentaria a

proporção em massa de 1:2,5. No entanto, por utilizar argila expandida seu traço em massa é de 1:1,52.

Segundo Giacomin (2005 apud SCHWANTES, 2012) para que um concreto leve seja trabalhável o teor de argamassa deve ser maior ou igual a 65%. Nesta etapa buscou-se manter o teor de argamassa acima desse número, seguindo a tendência do traço produzido na etapa anterior, cujo valor foi de 73,17%. O incremento do teor de argamassa foi em função da diminuição do percentual de agregado leve, com o propósito de aumentar a resistência à compressão. Além disso, Pereira (2008) afirma que, para um concreto leve, é necessária uma quantidade maior de cimento a fim de atingir uma mesma resistência de um concreto convencional.

O percentual de agregado leve é medido em função do somatório das massas secas de cimento e areia.

(10)

O ensaio analisado no estado fresco foi consistência das composições por meio da NBR NM 67 (1998).

Os corpos de prova confeccionados de acordo com as instruções da NBR 5738 (2015) foram ensaiados quanto à resistência à compressão aos 28 dias (NBR 5739:2007), massa específica, absorção de água e índice de vazios segundo a norma NBR 9778 (2005), resistência à tração por compressão diametral (NBR 7222:2011) e determinação do módulo de elasticidade à compressão (NBR 8522:2008). Para os ensaios de resistência à compressão e resistência à tração por compressão diametral foi utilizada a prensa hidráulica EMIC modelo 200I. O equipamento usado para o ensaio de módulo de elasticidade foi a prensa hidráulica EMIC modelo PC200CS.

Conjuntamente foi feita análise da interface agregado/matriz de cimento por meio da microscopia eletrônica de varredura com o equipamento modelo EVO-MA-10 da marca Zeiss.

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1 ANÁLISE DOS RESULTADOS ETAPA 1

Os primeiros resultados obtidos foram referentes à caracterização das matérias primas para a elaboração dos traços de concreto.

3.1.1 Cimento

Para o cimento realizou-se apenas o ensaio de massa específica, resultando em um valor de 2789 kg/m³.

3.1.2 Areia

Através da análise da Figura 5, percebe-se que a distribuição do tamanho de partículas oscila entre as zonas de utilização ótima superior/inferior e utilizável inferior, determinadas pela norma NBR 7211 (2009). O módulo de finura obtido foi de 2,05 e dimensão máxima característica de 2,4 mm. A massa específica e massa

(11)

unitária foram de 2472 kg/m³ e 1590 kg/m³, respectivamente. O ensaio de absorção de água resultou em 0,23%.

Figura 5 – Distribuição granulométrica do agregado miúdo

3.1.3 Brita

Apresenta-se na Tabela 4 os resultados da caracterização quanto à distribuição granulométrica. O módulo de finura encontrado foi de 6,8 e dimensão máxima característica de 19 mm. Os valores resultantes para massa específica, massa unitária e absorção de água foram, respectivamente, de 2909 kg/m³, 1490 kg/m³ e 1,11%.

Tabela 4 – Composição granulométrica da brita

Abertura da peneira (mm)

BRITA

Retido (%) Retido acumulado (%)

31,5 0,0 0,0 25 0,0 0,0 19 2,8 2,8 12,5 37,0 39,8 9,5 38,0 77,7 6,3 21,4 99,1 4,75 0,5 99,7 2,36 0,1 99,8 Fundo 0,2 100,0 Fonte: Do Autor, 2016 0 20 40 60 80 100 0,15 0,3 0,6 1,18 2,36 4,75 6,3 9,5 Reti do a c um ul a do (% )

Abertura das peneiras (mm)

Areia natural quartzosa Zona utilizável inferior Zona ótima inferior Zona ótima superior Zona utilizável superior

(12)

3.1.4 Argila Expandida

A argila expandida apresentou massa unitária de 550 kg/m³, massa específica de 1104 kg/m³ e absorção de água de 13,16%.

Na Tabela 5 é exibida a composição granulométrica, sendo que o diâmetro máximo característico foi de 12,5 mm e módulo de finura de 6,5.

Por meio da análise da Figura 6, percebe-se que ambos os agregados estão contidos dentro dos limites das faixas 1 e 2, conforme classificação disposta na norma NBR 7211 (2009).

Tabela 5 – Composição granulométrica da argila expandida

Abertura da peneira (mm)

ARGILA EXPANDIDA

Retido (%) Retido acumulado (%)

25 0,0 0,0 19 0,0 0,0 12,5 1,0 1,0 9,5 60,7 61,7 6,3 21,8 83,5 4,75 11,0 94,5 2,36 2,6 97,2 Fundo 2,8 100,0 Fonte: Do Autor, 2016

Figura 6 – Distribuição granulométrica brita e argila expandida

Fonte: Do Autor, 2016 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 2,36 4,75 6,3 9,5 12,5 19 25 Reti do a c um ul a do (% )

Abertura das peneiras (mm)

Brita

Argila expandida Limite inferior faixa 1 Limite superior faixa 2

(13)

(1)

Média e desvio padrão de 2 corpos de prova cilíndricos de 100 cm de diâmetro e 200 cm de altura (2)

Relação entre valores médios de resistência à compressão e massa específica

3.1.5 EPS Moído

O ensaio de massa unitária do poliestireno expandido moído resultou em um valor de 8,0 kg/m³.

Os resultados da Etapa 2, referente a confecção do traço de referência e dos traços com substituições, estão resumidos na Tabela 6.

Tabela 6 – Características traços Etapa 2

Traços Agregados (%) Slump (cm) Absorção de água (%) (1) Índice de vazios (%) (1) Resistência compressão aos 7dias (MPa) (2) Massa específica seca (kg/m³) (1) Fator de eficiência (MPa.dm³/kg) (3) Ref. B100 8,5 5,2 ± 0,2 12,3 ± 0,4 21,6 ± 0,5 2373 ± 14 9,1 T1 B50/A50 12,0 6,7 ± 0,3 13,1 ± 0,5 17,5 ± 0,9 1965 ± 11 8,9 T2 A100 14,0 8,6 ± 0,1 13,4 ± 0,2 20,9 ± 0,2 1556 ± 5 13,4 T3 B50/E50 13,0 7,6 ± 0,5 14,5 ± 0,6 10,3 ± 0,7 1896 ± 38 5,4 T4 E100 7,0 12,6 ± 0,1 16,7 ± 0,1 4,6 ± 0,3 1325 ± 6 3,5 T5 A50/E50 4,5 11,8 ± 0,1 16,4 ± 0,1 6,0 ± 0,5 1388 ± 14 4,3 Fonte: Do Autor, 2016 3.2.1 Consistência

A medida da consistência, indicada pelo ensaio de Slump, demonstrou que os traços com substituição de brita por argila expandida apresentaram um abatimento maior com a mesma quantidade de água na mistura. O aumento da fluidez está associado ao formato esférico do agregado e à condição de saturado superfície seca. O maior Slump do traço T3 pode estar relacionado com o efeito deslizante provocado pelas

partículas de EPS (GUIMARÃES, 2005). No entanto, os traços T4 e T5 mostraram

um comportamento oposto, que pode ser explicado devido à maior coesão destas misturas e menor quantidade em massa de agregado.

(14)

3.2.2 Absorção de água, massa específica e índice de vazios

Figura 7 – Massa específica x A.A x I.V.

Observa-se na Figura 7 que a absorção de água variou entre valores de 5,2%, para o traço de referência, a 12,6% para o traço T4. A massa específica apresentou uma

redução de 2373 kg/m³, representado pelo traço de referência, para valores de 1556 kg/m³ no traço T2 e 1325 kg/m³ no traço T4. Os resultados para essas duas

propriedades indicam que são inversamente proporcionais, ou seja, na medida em que se reduz a massa específica, aumenta-se a absorção de água. Esse comportamento é explicado pelo índice de vazios, que indica a relação entre o volume de poros permeáveis e o volume total da amostra. Esta propriedade está associada à absorção de água, uma vez que a água tende a ocupar os poros permeáveis do concreto. Portanto, um aumento do índice de vazios corresponde a um aumento na absorção de água.

3.2.3 Resistência à compressão aos 7 dias e massa específica

Através da Figura 8, pode-se perceber a redução da massa específica para as diferentes composições, na medida em que se aumenta o percentual de agregados leves. 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00

Ref T1 B50/A50 T2 A100 T3 B50/E50 T4 E100 T5 A50/E50

M a s s a e s pe c ífi c a s e c a (k g/ m ³) A b s o rç ã o d e á g u a (% ) Ín d ic e d e v a z io s (% ) Traços

(15)

Figura 8 – Massa específica x resistência à compressão

Os traços T2,T4 e T5 são os únicos que, segundo a NBR NM 35 (1995), podem ser

considerados leves. No entanto, apenas o traço T2 apresentou resistência à

compressão acima da marca de 17 MPa, também sendo considerado como aquele com maior fator de eficiência.

As composições com EPS apresentaram resistência à compressão abaixo de 17 MPa e não devem ser utilizadas como concreto estrutural. O valor reduzido de resistência foi ocasionado por dois fatores. Primeiro, pela baixa resistência do poliestireno expandido e, segundo, pela quantidade de vazios incorporada à mistura através do uso deste agregado.

Na Tabela 7 e nas Figuras 9 e 11 estão dispostos os resultados da Etapa 3, na qual foram feitas composições de concreto leve. A principal diferença entre os três traços está na proporção cimento/areia e na relação água/cimento.

0 5 10 15 20 25 0 500 1000 1500 2000 2500

Ref T1 B50/A50 T2 A100 T3 B50/E50 T4 E100 T5 A50/E50

Res is tê nc ia à c om pre s s ã o 7 d ia s (M Pa ) M a s s a e s pe c ífi c a (k g/ m ³) Traços

(16)

(1)

Relação entre valores médios de resistência à compressão e massa específica

Tabela 7 – Resultados da Etapa 3 Parâmetros analisados Composições

TA TB TC

Slump (cm) 10,5 16,5 18,5

Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) (2) 32,6 29,7 24,7 Resistência à tração aos 28 dias (MPa) (2) 2,8 2,1 2,2

Módulo de elasticidade (GPa) (2) 15,5 15,7 18,1

Massa específica seca (kg/m³) (1) 1565 1595 1579

Índice de vazios (%) (1) 12,7 13,6 13,5

Absorção de água (%) (1) 8,1 8,5 8,6

Fator de eficiência (MPa.dm³/kg) (3) 20,8 18,6 15,6

Os resultados de Slump apontam a influência da relação água/cimento sobre a consistência, sendo que quanto maior a relação, maior o abatimento encontrado.

3.3.1 Módulo de elasticidade, resistência à compressão e à tração aos 28 dias

Figura 9 – Módulo de elasticidade x resistência à compressão e à tração

Os resultados obtidos para resistência à compressão indicam que essa propriedade sofre mais influência dos agregados leves do que da quantidade de cimento

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 10 15 20 25 30 35 TA TB TC Res is tê nc ia à traç ã o (M Pa ) Res is tê nc ia à c om pre s s ã o (M Pa ) M ód ul o de e la s tic id a de (G Pa ) Traços

(17)

adicionada. Do traço TC para o traço TB houve um aumento no consumo de cimento

de aproximadamente 103 kg/m³, o que correspondeu a um incremento de 16,8% na resistência à compressão. Do traço TB para o traço TA um aumento de 174 kg/m³ no

consumo de cimento conferiu apenas um acréscimo de 8,9%.

A ruptura dos corpos de prova ilustrada na Figura 10-a foi classificada como colunar segundo a NBR 5739 (2007), sendo este comportamento também observado por Pereira (2008), Sim et al (2013) e Angelin (2014). De acordo com os autores, em um concreto leve a propagação de fissuras ocorre, geralmente, nos agregados devido a sua fragilidade. Em um concreto convencional a ruptura por compressão ocorre na matriz de cimento ou na interface agregado/matriz, devido a maior resistência do agregado, que absorve uma quantidade significativa de energia.

Figura 10 – Rompimento por compressão (a) e rompimento por tração (b)

Quanto à resistência à tração houve pouca variação entre os traços, sendo que a média representou cerca de 8,2% do valor da resistência à compressão. Resultados semelhantes foram obtidos por Rossignolo (2003), Pereira (2008) e Angelin (2014). Observa-se na Figura 10-b que o plano de ruptura do ensaio de resistência à tração por compressão diametral passa exatamente pelos agregados.

(18)

O módulo de elasticidade de um agregado leve é função de sua porosidade e pode variar de 7 GPa até 28 GPa, enquanto que um agregado basáltico pode atingir até 138 GPa (MEHTA; MONTEIRO, 2008). Ainda, conforme os autores, o módulo de deformação de um concreto leve fica compreendido entre 14 e 21 GPa. Os resultados obtidos estão em concordância com a literatura. Embora o traço TC tenha

apresentado o menor valor de resistência à compressão, foi o traço com o maior módulo de elasticidade. Dados próximos a este foram obtidos por Schwantes (2012), sendo uma possível explicação o aumento da quantidade de areia, que possui um módulo de elasticidade superior ao da argila expandida e da pasta de cimento.

3.3.2 Absorção de água, índice de vazios, massa específica e fator de eficiência

Através da análise da Tabela 7, percebe-se que o índice de vazios e a absorção de água não sofreram mudanças significativas entre os traços, o que sugere que o consumo de cimento tem pouca influência sobre essas propriedades. Esse comportamento foi observado por Rossignolo (2003) e Angelin (2014).

Figura 11 – Massa específica x fator de eficiência

A comparação entre os traços demonstra que a maior variação entre as massas específicas representa menos de 2% sobre a menor massa. O traço TA apresentou

um fator de eficiência de 20,8 MPa.dm³/kg, mas para a sua produção são necessários, aproximadamente, 619 kg de cimento por metro cúbico de concreto.

10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 22,0 1550 1560 1570 1580 1590 1600 TA TB TC Fa tor de e fic ie nc ê nc ia (M Pa .d m ³/k g) M a s s a e s pe c ífi c a s e c a (k g/ m ³) Traços

(19)

Para uma melhor visualização, elaborou-se um diagrama de dosagem, expresso na Figura 12.

Figura 12 – Diagrama de dosagem

Por meio do diagrama de dosagem é possível obter qualquer composição intermediária. Por exemplo, para produzir um concreto com resistência de 27 MPa seria necessária uma relação água/cimento de 0,47, uma proporção de cimento/agregados de 1:3,15 e um consumo de cimento de 390 kg/m³.

Para o primeiro quadrante, sugere-se trabalhar entre os traços TB e TC, pois a maior

inclinação da reta indica que é necessária uma menor quantidade de cimento para elevar a resistência à compressão.

3.3.3 Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

Observa-se na Figura 13 a zona de transição entre agregado/matriz para os concretos de referência e leve. Comparando-se “a” e “b”, percebe-se que o concreto de referência apresentou microfissuras na interface agregado/matriz, enquanto que no concreto leve essas fissuras não foram perceptíveis em uma mesma escala de aproximação. Rossignolo (2003) e Moravia (2007) destacam que a interface entre a

650 600 550 500 450 400 350 300 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 40 35 30 25 20 15 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Resistência à compressão (MPa)

R ela çã o a/ c Proporção 1:m Co n sum o de ciment o ( kg/m ³) R² = 0,9174 R² = 0,9818 R² = 0,9808 R² = 0,9997

(20)

argila expandida e a matriz de cimento possui melhor aderência mecânica, pois existe uma penetração da pasta de cimento no interior dos poros da superfície do agregado, devido a sua alta absorção. Segundo Moravia (2007), os poros tendem a absorver parte da água da mistura, o que causa um efeito de filtração da pasta de cimento. A fração viscosa tende a se depositar na superfície e a água absorvida poderá realizar hidratações adicionais na zona de transição. Esse fenômeno pode contribuir para uma menor incidência de microfissuras.

Figura 13 – MEV 1000x concreto referência (a) e concreto leve (b)

a)

(21)

4 CONCLUSÕES

Os resultados da Etapa 2 mostram que as composições com EPS, embora tenham uma massa específica reduzida, apresentaram resistência à compressão abaixo de 17 MPa. Nesta etapa o traço com melhor desempenho foi o T2 A100, com

resistência à compressão de 20,9 ± 0,2 MPa, massa específica de 1556 ± 5 kg/m³ e fator de eficiência de 13,4 MPa.dm³/kg.

Os concretos analisados na Etapa 3 podem ser classificados como leves e estruturais segundo a norma ACI 213R (2003), pois apresentaram valores de massa específica entre 1565 kg/m³ e 1595 kg/m³, e resistência à compressão aos 28 dias de idade entre 24,7 MPa e 32,6 MPa, estando dentro dos limites da referida norma. Esta propriedade mecânica é influenciada pelo consumo de cimento e tende a ser limitada pela resistência do agregado. Um aumento de 28% na quantidade de cimento corresponde a apenas 8,9% no aumento de resistência à compressão. Os valores de módulo de elasticidade estático do concreto leve estão na faixa entre 15 GPa e 18 GPa, o que corresponde entre 50 e 75% do módulo de um concreto de massa específica normal, considerando-se a mesma classe de resistência.

Os resultados obtidos possibilitaram a confecção do diagrama de dosagem, por meio do qual se obtém traços intermediários àqueles confeccionados no estudo, tornando-se um importante instrumento na dosagem de concretos.

O concreto leve produzido não apresentou microfissuras na interface agregado/matriz tal como verificadas no concreto de referência, para uma mesma escala de aproximação.

5 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Como sugestões para novas pesquisas citam-se (a) melhoria dos traços através de adições minerais e aditivos, (b) testar diferentes percentuais de argila expandida, (c) testar outros tipos de cimentos, (d) adição de polímeros ao concreto leve, (e) realização de ensaios de absorção de água por capilaridade, condutividade e resistência térmica, resistência a agentes químicos e medição da zona de transição por espectrografia por dispersão de energias (EDS).

(22)

6 REFERÊNCIAS

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 213R-03: Guide for structural lightweight aggregate concrete. Farmington Hills, 2003. 38 p;

ANGELIN, Fernanda Alessandra. Concreto leve estrutural - Desempenhos

físicos, térmicos, mecânicos e microestruturais. 2014. 98 f. Dissertação

(Mestrado) - Curso de Tecnologia de Materiais, Universidade Estadual de Campinas,

Limeira, 2014. Disponível em:

<http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=000928526&fd=y>. Acesso em: 15 maio 2016;

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11752: Materiais celulares de poliestireno para isolamento térmico na construção civil e refrigeração industrial. Rio de Janeiro, 2007. 11 p;

______. NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2015. 9 p;

______. NBR 5739: Concreto - Ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2007. 9 p;

______. NBR 7211: Agregados para concreto – Especificação. Rio de Janeiro, 2009. 9 p;

______. NBR 7222: Concreto e argamassa — Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2011. 5 p; ______. NBR 8522: Concreto - Determinação do módulo estático de elasticidade à compressão. Rio de Janeiro, 2008. 16 p;

______. NBR 8953: Concreto para fins estruturais - classificação pela massa específica, por grupos de resistência e consistência. Rio de Janeiro, 2015. 3 p;

______. NBR 9778: Argamassa e concreto endurecidos - Determinação da absorção de água, índice de vazios e massa específica. Rio de Janeiro, 2005. 4 p;

______. NBR NM 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003. 6 p;

______. NBR NM 30: Agregado miúdo – Determinação da absorção de água. Rio de Janeiro, 2001. 3 p;

______. NBR NM 35: Agregados leves para concreto estrutural – Especificação. Rio de Janeiro, 1995. 8 p;

______. NBR NM 45: Agregados – Determinação da massa unitária e volume de vazios. Rio de Janeiro, 2006. 8 p;

(23)

______. NBR NM 52: Agregado miúdo - Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, 2009. 6 p;

______. NBR NM 53: Agregado graúdo - Determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro, 2009. 8 p;

______. NBR NM 67: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, 1998. 8 p;

CATOIA, Thiago. Concreto ultraleve estrutural com pérolas de EPS: caracterização do material e estudo de sua aplicação em lajes. 2012. 154 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos, 2012. Disponível em:

<http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18134/tde-19122012-104222/pt-br.php>. Acesso em: 15 maio 2016;

CHANDRA, Satish; BERNTSSON, Leif. Lightweight aggregate concrete: Science, technology and applications. Norwich: Noyes, 2003. 430 p;

FRASCÁ, Maria Heloisa Barros de Oliveira. Rocha como material de construção. In: ISAIA, Geraldo Cechella (Ed.). Materiais de Construção Civil: e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. São Paulo: IBRACON, 2007. Cap. 15. p. 437-479.

GUIMARÃES, André Tavares da Cunha. Propriedades do concreto fresco. In: ISAIA, Geraldo Cechella (Ed.). Concreto: Ensino, Pesquisa e Realizações. São Paulo: IBRACON, 2005. Cap. 16. p. 473-494.

HOLM, T.A.; BREMNER, T.W. High Strength Lightweight Aggregate Concrete. In: High performance concrete: properties and aplications. Ed. SHAH, S.P. and HAMAD. S.H.Great Britain, McGraw-Hill, 1994. p. 341-374.

ISAIA, Geraldo Cechella (Ed.). Concreto: Ciência e Tecnologia. São Paulo: IBRACON, 2011. 931 p. 1 v.

MEHTA, Povindar Kumar; MONTEIRO, Paulo J. M.. Concreto: Microestrutura, propriedades e materiais. 3. ed. São Paulo: PINI, 2008. 574 p;

MORAVIA, Weber Guadagnin. Influência de parâmetros microestruturais na

durabilidade do concreto leve produzido com argila expandida. 170 f. Tese

(Doutorado) - Curso de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2007. Disponível em:

<http://www.bibliotecadigital.ufmg.br/dspace/bitstream/handle/1843/MAPO-7RENKT/weber_moravia.pdf?sequence=1>. Acesso em: 05 ago. 2016.

MORAVIA, Weber Guadagnin. et al. Caracterização microestrutural da argila expandida para aplicação como agregado em concreto estrutural leve. Cerâmica, São Paulo, v. 52, n. 322, p.193-199, jun. 2006. Bimestral. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/ce/v52n322/30586.pdf>. Acesso em: 05 jul. 2016.

(24)

PEDROSO, Fábio Luiz. Concreto: as origens e a evolução do material construtivo mais usado pelo homem. Concreto e Construções, São Paulo, v. 53, n. 27,

p.14-19, jan. 2009. Trimestral. Disponível em:

<http://www.ibracon.org.br/publicacoes/revistas_ibracon/rev_construcao/pdf/Revista_ Concreto_53.pdf>. Acesso em: 15 jan. 2016;

PEREIRA, Maurício Rodrigues. Estudo da adição de argila expandida na

formulação de concretos leves. 82 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Ciência e

Engenharia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008.

Disponível em:

<http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/bitstream/123456789/12669/1/MauricioRP.pdf>. Acesso em: 05 ago. 2016.

RECENA, Fernando Antonio Piazza. Dosagem e Controle da Qualidade de

Concretos Convencionais de Cimento Portland. 3. ed. Porto Alegre: EDIPUCRS,

2015. 120 p.

ROSSIGNOLO, João Adriano. Concreto leve de alto desempenho modificado

com SB para pré-fabricados esbeltos - dosagem, produção, propriedades e microestrutura. 211 f. Tese (Doutorado) - Curso de Ciência e Engenharia de

Materiais, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2003. Disponível em:

<http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/88/88131/tde-25102005-104002/publico/teserossignolo.pdf>. Acesso em: 17 jan. 2016;

SCHWANTES, Caetano Guilherme Gottlieb. Concreto estrutural leve: Resistência à compressão e módulo de elasticidade usando argila expandida como agregado graúdo. 2012. 72 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. Disponível em: <https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/63166/000861222.pdf?sequence =1>. Acesso em: 25 jun. 2016.

SILVA, Bruno Miguel Martins. Betão Leve Estrutural Com Agregados de Argila

Expandida. 2007. 161 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Estruturas de

Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, 2007. Disponível em: <https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/12131/2/Texto integral.pdf>. Acesso em: 05 jun. 2016;

SIM, Jae-il et al. Size and shape effects on compressive strength of lightweight concrete. Construction And Building Materials, [S.l.], v. 38, p.854-864, jan. 2013. Disponível em: <http://ac.els-cdn.com/S0950061812007350/1-s2.0-

S0950061812007350-main.pdf?_tid=f3b90078-a1c3-11e6-a045-00000aab0f6b&acdnat=1478177546_5cd782d38d97d29d2ca6b31d6b79d2e6>. Acesso em: 20 out. 2016.