PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
CENTRO MULTIDISCIPLINAR – PAU DOS FERROS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
JORGE ALVES DE ARAUJO
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE QUANTO AO ATAQUE POR CLORETOS EM CONCRETOS PRODUZIDOS COM ADIÇÃO DE TECNIL
PAU DOS FERROS – RN 2018
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE QUANTO AO ATAQUE POR CLORETOS EM CONCRETOS PRODUZIDOS COM ADIÇÃO DE TECNIL
Monografia apresentada à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Centro Multidisciplinar – Pau dos Ferros para a obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Profo. Me. José Daniel Jales Silva –
UFERSA.
PAU DOS FERROS – RN 2018
ata. A mesma poderá servir de base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a) respectivo (a) autor (a) sejam devidamente citados e mencionados os seus créditos bibliográficos.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
A658a Araujo, Jorge.
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE QUANTO AO ATAQUE POR CLORETOS EM CONCRETOS PRODUZIDOS COM ADIÇÃO DE TECNIL / Jorge Araujo. - 2018.
71 f. : il.
Orientador: José Daniel Jales Silva Silva. Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil, 2018.
1. Reaproveitamento. 2. Meio Ambiente. 3. Resíduo. I. Silva, José Daniel Jales Silva, orient. II. Título.
AVALIAÇÃO DA DURABILIDADE QUANTO AO ATAQUE POR CLORETOS EM
CONCRETOS PRODUZIDOS COM ADIÇÃO DE TECNIL
Monografia apresentada ao Centro Multidisciplinar – Pau dos Ferros para a obtenção do título de Engenheiro Civil.
APROVADA EM: 19 / 04 / 2018
Dedico este trabalho aos meus pais, Francisco Aniceto de Araújo Junior e Cláudia Rejane Peixoto Alves; as minhas tias, Jocyrrégia Peixoto Alves e Cláudia Batista de Araújo; e a minha avó Maria Peixoto Alves que sempre acreditaram e me ajudaram nessa caminhada.
Agradeço em primeiro lugar a Deus, por ter iluminado o meu caminho diante das inúmeras dificuldades encontradas e ao meu protetor pelas inúmeras inspirações positivas ao longo de toda a minha caminhada e de toda a minha vida.
Agradeço a minha mãe Claudia Rejane Peixoto Alves, por ter me instruído em toda minha caminhada, pelos conselhos e principalmente por sua energia positiva que me preenchia nos momentos de dificuldade.
Agradeço ao meu orientador professor Jose Daniel Jales, por toda a sua disponibilidade, pela ajuda nos momentos difíceis, por toda orientação prestada no desenvolvido deste trabalho.
Aos membros da banca, por participarem desta defesa, contribuindo com a minha formação acadêmica.
Agradecer a minha namorada, por todo o apoio e por toda a paciência durante a elaboração desta pesquisa, por todas as mensagens positivas e incentivadoras.
Aos grandes amigos que fiz em Pau dos Ferros, onde embora não seja possível citar todos, destaco Airlis Mendes, Victor Sombra, Larissa Kelly, Juliana Noronha, Erika Bessa, Jesus Allan, Celson Gomes de Holanda, Renata Ianca, Harranna Carneiro, Raísa Nobrega, Vidal Junior, Ronny Kley.
Agradeço especialmente ao amigo Airlis Mendes pelo auxílio na parte prática deste trabalho, como pelas correções e puxões de orelha quanto a formatação do trabalho.
Agraço também em especial aos amigos Celson Gomes de Holanda e Caio Abrantes pelo auxílio na parte prática deste trabalho.
Ao longo de grande parte de sua existência o homem utilizou os recursos naturais em seu benefício, sem que houvesse a preocupação com sua disposição ou uma maneira de reutilizar tais materiais. Nas últimas décadas, em função da constatação de grandes impactos ambientais atrelados a esse fato, surgiu a necessidade de se prover maneiras de uma adequada destinação dos resíduos. A indústria da construção civil é um ramo que se destaca no reaproveitamento de materiais buscando mecanismos para aumentar a durabilidade das estruturas. Nesse contexto, este trabalho teve como finalidade reaproveitar o subproduto da conformação de peças mecânicas que é descartado de forma irregular no meio ambiente, cujo nome comercial é Tecnil e avaliar a sua influência deste na durabilidade do concreto quanto ao ataque por cloretos. Durante a pesquisa foi realizado a caracterização de todos os materiais e calculado o traço referência segundo o método ABCP e um traço com adição de Tecnil com 5% da massa do cimento. Com a definição do traço e da quantidade de corpos de provas necessários partiu-se para a execução dos ensaios no estado fresco e no estado endurecido. Para o estado fresco foi realizado o ensaio de Slump Test e atestou-se que a adição do material diminuiu a fluidez do concreto, em torno de 20% se comparado com o traço referência. Para o estado endurecido, foram feitos os ensaios de resistência à compressão, absorção e porosidade e o de ataque por cloretos. No ensaio de resistência a compressão, percebeu-se acréscimo de resistência em algumas idades do concreto, onde aos 28 dias foi de 16,6% maior. Tal incremento se deu possivelmente em virtude do material reforçar a zona de transição. Quanto ao ensaio de absorção e porosidade, a adição do material proporcionou um aumento de 0,8% na absorção de água aos 28 dias, bem como um aumento de 1,8% no índice de vazios para o mesmo período. Com relação ao ataque por cloretos, mediu-se a frente de deterioração aos 45 dias e percebeu-se que foi maior o ataque com a adição do Tecnil e a diferença de penetração atingiu algo em torno de 35,35% o que representa 3mm em valor absoluto. Por fim, entende-se que a adição do material não causou alterações físico-químicas significativas o que pode justificar a sua incorporação frente ao benefício ambiental do processo.
Gráfico 1 - Análise gráfica acerca da granulometria de agregado miúdo ... 54
Gráfico 2 - Análise gráfica da granulometria do agregado graúdo ... 55
Gráfico 3 – Análise gráfica acerca da resistência a compressão nas primeiras idades ... 58
Gráfico 4 – Análise gráfica acerca da absorção de água ... 60
Tabela 1 - Influência das características granulométricas da areia nas argamassas de
assentamento ... 21
Tabela 2 - Limites de compostos ... 22
Tabela 3 - Abatimento do tronco de cone necessário para determinadas atividades ... 24
Tabela 4 - Influência da relação água/cimento e do tipo de cimento na resistência a compressão ... 27
Tabela 5 - Influência da idade na resistência do concreto ... 28
Tabela 6 - Fatores que influenciam a permeabilidade e a absorção ... 29
Tabela 7 - Principais produtos das reações de hidratação ... 31
Tabela 8 - Tipos de cimento Portland comercializados no Brasil ... 32
Tabela 9 - Aspectos a serem considerados nos agregados e a influência em suas características ... 34
Tabela 10 - Níveis de agressividade ambiental ... 38
Tabela 11 - Traço utilizado na dosagem dos corpos de prova... 45
Tabela 12 - Quantitativo de corpos de prova necessário para o desenvolvimento da pesquisa 45 Tabela 13 - Quantitativo em massa dos materiais (Kg)... 46
Tabela 14 - Granulométria Agregado Miúdo ... 53
Tabela 15 - Granulometria do agregado graúdo ... 55
Tabela 16 - Resumo geral da caracterização dos materiais ... 56
Tabela 17 - Resultados do ensaio de consistência ... 57
Tabela 18 – Resistência a compressão ... 58
Tabela 19 – Absorção de água ... 59
Tabela 20 – Resultados obtido referente ao índice de vazios ... 61
Figura 1 - Fases da microestrutura ... 18
Figura 2 - Tarugo de Tecnil ... 36
Figura 3 - Reação de formação da Poliamida 6.6 ... 36
Figura 4 – Rebarbas obtidas a partir da conformação das peças mecânicas ... 37
Figura 5 - Mecanismos de deterioração das estruturas de concreto armado ... 39
Figura 6 – Mecanismos de transporte e penetração dos íons cloreto ... 40
Figura 7 – Resumo geral da metodologia ... 41
Figura 8 – Processamento do Tecnil no moinho de facas ... 44
Figura 9 - Mistura dos materiais sem a presença de Água ... 46
Figura 10 - Adensamento manual ... 47
Figura 11 - Moldes metálicos após a aplicação do desmoldante ... 48
Figura 12 - Cura dos corpos de prova em baldes plásticos ... 48
Figura 13 – Materiais utilizados no ensaio de Slump Test ... 49
Figura 14 - Elemento submetido a prensa ... 50
Figura 15 - Pesagem saturado ... 51
Figura 16 - Pesagem Saturado Superfície Seca ... 51
Figura 17 – Exposição dos corpos de prova em solução salina ... 52
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR Norma Brasileira
UFERSA Universidade Federal Rural do Semi-Árido CPS Corpos de prova
NM Norma Mercosul A/C Relação água cimento
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 OBJETIVOS ... 15 1.1.1 Objetivo geral ... 15 1.1.2 Objetivos específicos ... 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 16 2.1 CONCRETO ... 16 2.2 MACROESTRUTURA ... 17 2.3 MICROESTRUTURA ... 17 2.3.1 Cimento ... 19 2.3.2 Cal ... 19 2.3.3 Agregado miúdo ... 20 2.3.4 Aditivos ... 21 2.3.5 Água ... 22 2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO ... 22
2.4.1 Propriedades no estado fresco ... 22
2.4.1.1 Trabalhabilidade...23
2.4.1.2 Consistência...24
2.4.1.3 Coesão e exsudação...24
2.4.2 Propriedades no estado endurecido ... 25
2.4.2.1 Massa específica...26 2.4.2.2 Resistência a compressão...26 2.4.2.3 Absorção e permeabilidade...28 2.5 MATERIAIS CONSTITUINTES ... 29 2.5.1 Aglomerantes ... 29 2.5.2 Agregados ... 33 2.6 ADIÇÕES MINERAIS ... 34 2.6.1 Tecnil ... 35 2.7 DURABILIDADE ... 37
2.7.1 Ataque por Cloretos ... 39
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 41
3.2.2 Agregado miúdo ... 42
3.2.3 Agregado graúdo ... 43
3.2.4 Tecnil ... 43
3.2.5 Água ... 44
3.3 DOSAGEM E PRODUÇÃO DOS CORPOS DE PROVA ... 44
3.3.1 Escolha do traço e dosagem ... 44
3.3.2 Quantitativo de materiais ... 45
3.3.3 Produção do concreto com moldagem dos corpos de prova e cura ... 46
3.4 ENSAIOS PARA O ESTADO FRESCO ... 49
3.4.1 Ensaio de Consistência (Slump Test) ... 49
3.5 ENSAIOS PARA O ESTADO ENDURECIDO ... 49
3.5.1 Resistência a Compressão ... 49
3.5.2 Absorção e Porosidade ... 50
3.5.3 Ataque por Cloretos ... 52
4 RESULTADOS E DISCURSÕES ... 53
4.1 GRANULOMETRIA ... 53
4.1.1 Agregado Miúdo ... 53
4.1.2 Agregado Graúdo ... 54
4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 56
4.3 ENSAIOS PARA O ESTADO FRESCO ... 56
4.3.1 Ensaio de Consistência (Slump Test) ... 56
4.4 ENSAIOS PARA O ESTADO ENDURECIDO ... 57
4.4.1 Resistência a compressão ... 57
4.4.2 Absorção e Porosidade ... 59
4.4.3 Ataque por cloretos ... 62
5 CONCLUSÕES ... 63
5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 64
1 INTRODUÇÃO
Ao longo de grande parte de sua existência, o homem se utilizou dos recursos naturais do planeta, seja para sua sobrevivência ou para o desenvolvimento da civilização, e como consequência disso ocorreu a produção de resíduos advindos desta exploração. No entanto, a preocupação com a disposição final e uma maneira de reutilizar esses resíduos era escassa ou inexistente já que a natureza aceitava e processava esses materiais.
Com o surgimento das indústrias de transformação, intensificou-se a produção de resíduos, denominado resíduos industriais, que são gerados a partir de tais atividades. Sabe-se que a geração de resíduos nesse tipo de atividade é algo inevitável já que se baseiam em transformar matérias prima em produtos industrializados. Segundo Donaire (1999), as primeiras industrias se desenvolveram em uma época onde havia pequenas demandas de recursos naturais, resultando em menores escalas de produção e problemas ambientais de pequena expressão. Ou seja, a baixa demanda das atividades industriais condicionava uma menor exploração dos recursos naturais e consequentemente a ocorrência de baixos impactos ambientais advindo desta exploração.
A crescente urbanização e a revolução tecnológica proporcionaram a intensificação da globalização e favoreceram o crescimento do contingente populacional, bem como sua concentração nos grandes centros urbanos, resultando assim, na ampliação da exploração dos recursos naturais, devido ao aumento do consumo de produtos industriais. Tal conjectura acarretou aumento do volume de resíduos gerados proporcionando inúmeros impactos ambientais atrelados a este aumento, principalmente devido a má disposição destes resíduos. Diante desta realidade surgiu a necessidade de prover a destinação adequada para os materiais gerados desta exploração, bem como a utilização destes em outros processos.
As normas ISO 14000 dispõe de parâmetros e diretrizes para que as empresas implantem a gestão ambiental e promovam ações para combater as modificações que os processos industriais promovem. Segundo Seiffert (2007) as dificuldades atuais das empresas modernas estão na adaptação a altos parâmetros de desempenho ambiental com pena de perder espaço em um mercado extremamente competitivo. Porém torna-se imprescindível aplicar os parâmetros da gestão ambiental, indo de encontro ao desenvolvimento sustentável.
Nesse contexto estão inseridos as empresas de metalurgia e usinagem, que devido aos materiais utilizados e os seus processos produtivos resultam na produção de resíduos. Um ramo específico deste tipo de atividade é a produção de peças mecânicas, onde as matérias primas
são usinadas dando forma às peças desejadas. Uma das matérias primas utilizadas é o Tecnil, um polímero cuja estrutura é advinda da poliamida reforçada com fibras minerais ou sintéticas. Durante o processo de usinagem, ao material ganha a forma da peça mecânica, e parte da matéria prima se transforma em “rebarbas” que são os resíduos advindos da conformação do material na forma desejada.
O setor da construção civil é um ramo que se destaca na reutilização de resíduos de processos industriais. Um exemplo disso é a utilização de cinzas volantes obtidos em centrais termoelétricas a carvão e que são utilizadas na fabricação do cimento Portland, além dos inúmeros trabalhos referente a adição de compostos minerais na matriz do concreto.
Segundo Silva (2015), a indústria cimentícia, devido ao seu processo produtivo peculiar, surge como uma potencial receptora para os mais variados tipos de descartes.
Uma das principais dificuldades atuais na indústria da construção civil é aumentar a durabilidade e a vida útil das edificações, buscando combater as patologias e as intempéries que causam danos aos elementos da edificação. Para isso surgem inúmeras pesquisas no ramo da construção civil visando garantir uma performance melhor para as edificações. A adição de compostos minerais oriundos de atividades industriais pode ser um mecanismo para auxiliar no ganho de durabilidade das edificações. Diante disso, desenvolveu-se neste trabalho um estudo que visa caracterizar o resíduo da conformação de peças mecânicas proveniente da usinagem do Tecnil, buscando avaliar seu comportamento quanto a durabilidade em misturas de concretos.
Dessa forma, o referido trabalho busca analisar a influência na durabilidade, ao se incorporar o resíduo de usinagem Tecnil na matriz do concreto, indo em consonância com a tendência mundial de reutilizar os resíduos de processos industriais atrelado a potencialidade da indústria cimentícia em receber os mais variados descartes.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Avaliar a durabilidade quanto ao ataque por cloretos em concretos de cimento Portland produzidos com adição de resíduo de Tecnil.
1.1.2 Objetivos específicos
• Fazer a caracterização dos materiais que são utilizados para a produção dos concretos;
• Verificar a influência dos resíduos nas propriedades do concreto no estado fresco e endurecido;
• Aferir a profundidade de degradação provocada pelos cloretos em concretos produzidos com e sem o resíduo;
• Comparar a resistência química ao agente agressivo considerado para o concreto referência e para o concreto com Tecnil.
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 CONCRETO
Conforme os estudos de Ribeiro (2002), concreto é um material composto a partir da mistura de cimento, agregados e água, podendo ainda ser adicionado algum tipo de aditivo que irá influenciar em seu desempenho. Aliado a essa definição, pode-se ainda conter materiais incorporados ao concreto visando somar ou substituir parcialmente a quantidade de cimento na mistura. Esse tipo de material é chamado de adição.
O concreto representa um dos materiais mais utilizados na construção civil, pois apresenta características favoráveis a execução de edificações. Para Mehta & Monteiro (2008) a disponibilidade deste material aliado à sua facilidade de manuseio e seu baixo custo, o tornou um dos mais utilizados pelo homem ao longo dos séculos.
A dosagem dos materiais na mistura representa o que se define como “traço”, ou seja, é a proporção de cada material e que influencia em suas características, buscando assim suprir as necessidades requisitadas. O conjunto de propriedades essenciais ao concreto são divididos segundo o estado em que se encontra. Assim, tem-se as propriedades do concreto no estado fresco e no estado endurecido.
Pela necessidade de se atender aos padrões cada vez mais exigentes, surgiram os chamados concretos especiais, que segundo Neville (2016) se trata de concretos com propriedades específicas, desejáveis em determinadas circunstâncias. Os exemplos mais conhecidos são: Alto desempenho, alto adensável, concreto leve, concreto pesado, com adição de fibras, dentre outros.
Devido a sua grande utilização na construção civil e a necessidade de se atingir determinadas características ou determinadas funções, desenvolveu-se ao longo do tempo técnicas e processos produtivos que visam melhorar a qualidade e as propriedades do concreto. Nesse contexto, segundo os estudos de Sampaio (2013), o recurso de adição de determinados materiais na matriz de concreto surge como uma alternativa para melhorar suas propriedades. As pesquisas que visam a adição de materiais no concreto sofreram um grande impulso já que esses materiais podem agregar novas propriedades ou melhorar as já existentes.
A partir da necessidade de se obter um melhor desempenho do concreto utilizado nas estruturas, bem como entender de onde advém as suas propriedades, surgiu a necessidade de estudar a microestrutura deste material e entender como funcionam as inter-relações micro
estruturais, buscando assim, correlaciona-las com as propriedades apresentadas pelo concreto, seja no estado fresco ou no estado endurecido. Sabe-se que tais propriedades apresentadas pelo concreto tem sua origem na microestrutura interna do mesmo, com isso, faz-se necessário conhecer os elementos que compõem essa estrutura.
2.2 MACROESTRUTURA
Conforme Avelino (2011) tem-se que a macro estrutura do concreto é entendido como o que pode ser visto a olho nu, podendo ser composto por duas fases bem evidentes: a fase agregado, envoltos pela fase pasta matriz.
Os agregados representam o esqueleto do concreto, ou seja, é a área que confere estabilidade dimensional. É formado a partir dos agregados graúdos e miúdos. A composição dos agregados irá influenciar indiretamente na resistência do concreto. Parâmetros como textura, composição mineralógica, forma e densidade devem ser levados em consideração na hora da dosagem do concreto.
Outro parâmetro a ser considerado é a porosidade do agregado, já que agregados mais porosos podem absorver uma quantidade maior de água e então dificultar a hidratação do cimento, ocasionando assim, menor resistência para o concreto.
Percebe-se também que a pasta de concreto no estado endurecido, foi descrita pelos materiais citados na microestrutura e que ocupam maior parte da macroestrutura do concreto. Percebe-se também a presença de vazios que irão caracterizar a porosidade e a permeabilidade do concreto.
2.3 MICROESTRUTURA
De acordo com Mehta & Monteiro (2008), o conhecimento das propriedades do concreto e de sua microestrutura, bem como a relação entre eles, é de grande uso para o controle tecnológico do concreto, buscando confiabilidade na previsão do seu comportamento a partir do controle de suas propriedades, bem como contribuindo com a durabilidade do concreto utilizado nas estruturas e a prevenção das manifestações patológicas.
Ainda a partir das contribuições de Mehta & Monteiro (2008), a microestrutura pode ser definida como sendo a caracterização das partes presentes no sólido e a distribuição destas fases presentes. A caracterização desta microestrutura é de grande complexidade, já que se apresenta
de forma heterogênea, sendo complicado elaborar um modelo realista que resuma a microestrutura do concreto.
Mesmo com essa difícil caracterização da microestrutura, existem modelos que buscam ilustrar e entender as fases que a definem. Diante disso, tem-se três fases que são de grande importância para essa caracterização: fase agregado, fase pasta matriz e a zona de transição. A Figura 01 abaixo ilustra essas três fases e o contato entre elas.
Figura 1 - Fases da microestrutura
Fonte: Duart (2008).
A partir desta ilustração, percebe-se que a zona de transição é o elo que separa a fase agregado e a fase pasta matriz, tem-se portanto, que essa zona é a área mais vulnerável do concreto já que representa uma região heterogênea e que possui inúmeros vazios. A presença dos vazios e das falhas podem ocasionar o aparecimento de microfissuras e aberturas no concreto. Essas lesões no material provocam diminuição da resistência e deixam o concreto mais susceptível ao ataque de agentes externos ocasionando patologias indesejáveis para a estrutura.
Segundo Aitcin (2000), a microestrutura da zona de transição em concretos convencionais é relativamente fraca. Esta zona irá condicionar a resistência do concreto, já que ocorre rompimento, mesmo em baixos níveis de tensão devido a fragilidade dessas áreas.
Já com relação à pasta matriz, sabe-se que é formada a partir da hidratação de diferentes tipos de compostos presentes no cimento e tem sua composição formada a partir dos compostos desta hidratação. Com isso tem-se a parte sólida da pasta, e também uma porção de vazios. A parte sólida é essencialmente constituída de três materiais, o Silicato de cálcio hidratado (C-S-H), o Hidróxido de cálcio (C-H) e a Etringita (C-A-S-H). Esses compostos são responsáveis por propriedades como resistência a compressão, permeabilidade e retenção de água.
2.3.1 Cimento
Conforme a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP, 2002), o cimento é um aglomerante hidráulico em pó fino, com propriedades ligantes ou aglutinantes que endurece na presença de água. É produzido através da junção de argila e rocha calcária. Por meio do processo de calcinação desse composto é obtido o clínquer, uma substância granulosa, de constituição química basicamente de silicatos hidráulicos de cálcio, podendo conter outros componentes, que mudam suas propriedades e ajudam em suas aplicações.
Hagemann (2011) afirma que os principais componentes do cimento (cerca de 95%,) são:
• Cal (CaO); • Sílica (SiO2); • Alumina (Al2O3); • Óxido de Ferro (Fe2O3); • Magnésia (MgO); • Impurezas.
Silva (2006), expõe que os cimentos Portland mais utilizados para produção de argamassas são cimento portland CPII-Z (com adição de material pozolânico) e o CPII-F (com adição de material carbonático – fíler).
2.3.2 Cal
As argamassas a base de cal são bastante utilizadas por conseguir manter suas características durante muito tempo. É uma argamassa que não altera seu comportamento facilmente e, relacionada a estética (acabamentos), é bastante aceita pelos usuários. São materiais de muita plasticidade que favorecem a restauração de diversos tipos de edificações (KANAN, 2008).
Conforme a NBR 7175 (ABNT, 2003), através do processo adequado de hidratação da cal virgem, é possível produzir o pó seco de cal hidratada. Sabe-se que a cal é um aglomerante formado principalmente por hidróxido de cálcio. Todavia, pode ser constituído pela combinação do hidróxido de cálcio e do hidróxido de magnésio, bem como, mistura de hidróxido de cálcio, hidróxido de magnésio e óxido de magnésio.
Segundo Silva (2006) a cal é classificada pela sua composição química em relação a quantidade de óxidos totais em:
• Cálcica: teor de CaO ≥ 90% e; • Magnesianas: 65% < CaO < 90%; • Dolomítica: teor de CaO ≤ 65%.
Além das vantagens já citadas acima, argamassas com cal em sua constituição desenvolvem elevada resistência mecânica, inércia térmica, durabilidade e não condensa a umidade nos espaços. Apresenta processo de cura lento e é aplicado em muitas construções e, além disso, atua como material de sacrifício protegendo a estrutura da edificação (KANAN, 2008).
2.3.3 Agregado miúdo
Conforme a NBR NM 248 (ABNT, 2003) são classificados como agregado miúdo as areias que passam na malha de abertura de 4,75 mm e ficam retidas na malha de 0,075 mm.
Segundo Rodrigues (2013), o tipo de areia é classificado pelo módulo de finura (MF), ou seja, areia fina (MF < 2,0), média (3,0 ≥ MF ≥ 2,0) e grossa. (MF > 3,0). O módulo de finura nada mais é do que a soma das porcentagens retidas acumuladas, em massa de um agregado, nas peneiras da série normal (somente) dividida por 100. Dessa forma sabe-se que quanto maior o valor do módulo de finura, maior serão seus grãos, implicando em uma textura mais áspera da argamassa.
Através da análise dos agregados seguindo a NBR 7389-1 (ABNT, 2009) é possível saber a forma das partículas que é intimamente ligada ao grau de arredondamento (arredondado, ângulos, lamelar) e também pelas dimensões (alongadas, achatadas).
A Tabela 1 mostra a interferência das características do agregado miúdo nas propriedades das argamassas de assentamento.
Tabela 1 - Influência das características granulométricas da areia nas argamassas de assentamento PROPRIEDADES CARACTERISTICAS DA AREIA QUANTO AO MODULO DE FINURA QUANTO MAIS DESCONTÍNUO FOR A GRANULOMETRIA QUANTO AO MAIOR TEOR DE GRÃO ANGULOSOS
Trabalhabilidade Melhor Pior Pior
Retenção de água Melhor Variável Melhor
Resiliência Variável Pior Pior
Retração na secagem Aumenta Aumenta Variável
Porosidade Variável Aumenta Variável
Aderência Pior Pior Melhor
Resistência Variável Pior Variável
Impermeabilidade Pior Pior Variável
Fonte: Silva (2006).
O agregado miúdo mais utilizado na fabricação das argamassas é a areia quartzosa proveniente de rios, britagem, erosão de rochas e sedimentação mineral. As propriedades das argamassas, como textura, cor, porosidade, resistência mecânica são bastante controladas pela escolha dos agregados, sendo indispensável o conhecimento sobre características da composição química e mineralógica (tipo de agregado); granulometria (tamanho, forma e cor) e distribuição granulométrica (distribuição dos grãos) (KANAN, 2008; DUBAJ, 2000).
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2.3.4 Aditivos
A NBR 13281 (ABNT, 2005) classifica os aditivos que são utilizados para revestimentos de paredes e tetos de argamassa inorgânica, como produtos inorgânicos em pó, de origem natural ou artificial, que são misturados à argamassa com a finalidade melhorar suas características.
Nos dias de hoje, os aditivos são materiais de origem química, usados para modificar as propriedades das argamassas no estado fresco e endurecido, ampliando suas aplicações e desempenho. Os mais conhecidos são os retentores de água, incorporadores de ar e plastificantes (RODRIGUES, 2013).
2.3.5 Água
De acordo com a Amthauer (2001), na produção de argamassas é recomendado o uso de água potável que tenha pH de 5,8 a 8. Valores fora dessa faixa interferem na qualidade da argamassa, prejudicando as estruturas de alvenaria armada. Além disso, não deve apresentar composto de cloretos e sulfatos que pode causar corrosão das estruturas.
A Tabela 2 expõe os limites máximos de compostos que a água pode apresentar para produção de argamassa:
Tabela 2 - Limites de compostos
COMPOSTOS QUANTIDADES
Matéria Orgânica (expressa em oxigênio consumido) 3mg/l
Resíduo sólido 500mg/l
Sulfatos (expressos em íons SO4-) 300mg/l
Cloretos (expressos em íons Cl-) 500mg/l
Açúcar 5mg/l
Fonte: Adaptado de Amthauer (2001).
2.4 PROPRIEDADES DO CONCRETO
O concreto deve possuir um conjunto de propriedades que facilitem o seu uso, bem como execute sua função nas estruturas. Segundo Avelino (2011), no estado fresco deve apresentar propriedades de trabalhabilidade, facilitando o seu transporte e lançamento. No estado endurecido por sua vez deve apresentar propriedades referentes a resistência a compressão, aceitável deformação, entre outros.
2.4.1 Propriedades no estado fresco
O estado fresco do concreto é aquele em que o material se encontra após a mistura de seus componentes até que se inicie o tempo de pega. Assim, faz-se necessário que as propriedades nesse estado estejam intimamente ligadas com a facilidade de utilizá-lo, bem como garantir as propriedades no estado endurecido. Segundo Avelino (2011), as propriedades do estado fresco são a trabalhabilidade, a consistência, a coesão e a exsudação.
2.4.1.1 Trabalhabilidade
Esta propriedade está relacionada com a facilidade de o concreto ser utilizado, transportado ou adensado, sem que perca homogeneidade. Conforme Petrucci (1978), é a propriedade que define a capacidade do concreto ser manuseado sem a perda de sua homogeneidade. Ainda segundo Mehta & Monteiro (2008), essa propriedade se divide em duas características: a fluidez e a coesão.
A fluidez está ligada a capacidade do material de escoar, caracterizando uma menor viscosidade. A coesão está relacionada com a capacidade de atração entre as partículas permitindo que não ocorra segregação dos materiais ou exsudação da água na mistura.
A trabalhabilidade é influenciada desde a escolha dos materiais para o traço, bem como o método de dosagem utilizado e se estende até atividades de utilização do concreto. Segundo Souza (2007), os principais fatores que influenciam a trabalhabilidade podem ser divididos em fatores internos e externos.
• Fatores Internos: • Consistência
• Dosagem do concreto
• Granulometria e forma dos agregados utilizados • Uso de aditivos • Fatores externos: • Tipo de mistura • Tipo de transporte • Adensamento • Lançamento • Tipo de armadura • Finalidade de uso
Outro fator que é imprescindível para se garantir a trabalhabilidade necessária é o uso ou não de aditivos e adições. O tipo de aditivo mais vendido são os plastificantes e têm a função de garantir maior trabalhabilidade a mistura. As adições feitas na matriz do concreto parte de compostos inorgânicos que buscam garantir melhoria na trabalhabilidade, como também em outras propriedades da matriz do concreto.
2.4.1.2 Consistência
No que diz respeito a propriedade de consistência, representa a maior facilidade de escoar, ou seja, está ligado a maior fluidez da mistura. Com isso, representa a facilidade de deformação no material. É uma propriedade que se caracteriza como o inverso da viscosidade, pois mede-se a consistência a partir da facilidade com que o fluido adquire movimento.
Segundo Mehta & Monteiro (2008), a consistência representa um índice que mede a mobilidade ou fluidez do concreto fresco e pode ser medido a partir do ensaio de abatimento de tronco de cone, cuja perda desta se caracteriza pela perda do abatimento no ensaio. A Tabela 3 abaixo ilustra o abatimento necessário para que se proceda a execução de determinada atividade.
Tabela 3 - Abatimento do tronco de cone necessário para determinadas atividades
TIPO DE OBRA OU SERVIÇO
VALOR DE ABATIMENTO
MÍNIMO(cm) MÁXIMO(cm)
Bloco sobre estaca e sapata
2 8
Viga e parede armada 2 10
Pilar de edifício 2 10
Laje maciça e nervurada
2 8
Fonte: Adaptado de NBR 6118/2007.
Pode-se perceber pela tabela que existem diferentes índices de consistência necessários para que facilite a execução de determinadas atividades. Os valores variam de 2cm até 10cm e estão condicionados pelo tipo de atividade que irá desempenhar. Os valores mínimos para essas atividades foram 2cm, mas em algumas atividades os valores máximos aceitáveis sofreram alterações. No caso de Bloco sobre estaca e sapata o máximo abatimento foi de 8cm diferente do obtido em um Pilar de edifício que chegou a 10cm. O maior abatimento máximo se faz necessário em um pilar para que facilite o adensamento e com isso a execução desta atividade.
A característica que mais influência nesta propriedade é a relação entre a água e os materiais secos. Segundo Giammusso (1992), o aumento do teor de água na mistura proporciona o amolecimento da mesma, garantindo assim, plasticidade e com isso conferindo melhores condições de ser usada.
A presença de água na mistura de concreto fresco condiciona a deformabilidade do material. Segundo Alves (1993), a água presente nos grãos forma uma película que os envolve, diminuindo o atrito interno entre eles, proporcionando maior mobilidade.
2.4.1.3 Coesão e exsudação
A coesão e a exsudação são propriedades que mantém entre si uma relação inversamente proporcional, pois quanto mais coeso o concreto menos exsudação ele apresentará. Conforme Mehta & Monteiro (2008), a coesão representa a capacidade da mistura de se manter homogênea, sem que haja exsudação ou segregação de seus componentes. A exsudação se caracteriza como o aparecimento de água na superfície do concreto.
Conforme os estudos de Mehta & Monteiro (2008), constaram dois tipos de segregação características do concreto:
• Separação dos agregados da argamassa • A exsudação
O primeiro tipo de segregação é típico de concretos secos, visto que a água é responsável por oferecer a coesão entre os componentes. O segundo tipo é característico de concretos fluidos, onde a falta de finos dificulta a retenção de água favorecendo que esta se desloque para a superfície. Tal fenômeno também pode se apresentar devido ao excesso de água na mistura.
Segundo Neville (1997), a massa específica dos componentes, bem como seu tamanho e a forma que apresentam, são fatores que influenciam na maior ou menor presença de exsudação.
As pesquisas de Andriolo (1984) evidenciam que a exsudação e a velocidade com que acontece envolve inúmeros fatores como a temperatura em que a mistura está sendo feita, da quantidade de água adicionada, da finura do cimento, da dosagem utilizada e da presença de certos aditivos.
2.4.2 Propriedades no estado endurecido
O estado endurecido do concreto é aquele em que a mistura se encontra após o fim de pega. Assim faz-se necessário que as propriedades referentes a este estado sejam diferentes da do estado fresco, sendo mais relevantes propriedades que visem garantir a performance e a durabilidade da estrutura. De acordo com Sampaio (2013), o estado endurecido apresenta
propriedades como: massa específica, resistência à compressão, resistência a tração, permeabilidade e absorção, fluência e durabilidade.
Nesta seção serão apresentados somente as propriedades que serão utilizadas neste trabalho.
2.4.2.1 Massa específica
A massa específica é aquela em que se considera os vazios existentes no material. Segundo a NBR NM 52/2002 é a relação entre a massa do agregado seco e seu volume, considerando portanto, os vazios existentes no material. A partir da NBR 6118/2007, massas específicas normais dos concretos estão compreendidos entre 2000 kg/m³ e 2800 kg/m³. Define-se ainda que, Define-se a massa específica não for conhecida, para efeito de cálculo, adota-Define-se o valor de 2400 kg/m³ para concreto simples e 2500kg/m³ para concreto armado. No caso dos concretos especiais, as massas específicas devem ser determinadas experimentalmente.
2.4.2.2 Resistência à compressão
Quando se analisa as propriedades do estado endurecido, a resistência a compressão é uma das principais propriedades do concreto. Segundo Mehta & Monteiro (2008), entende-se por resistência a compressão do concreto o maior valor de tensão que este material pode suportar sem que ocorra a ruptura, e por isso é definido como a tensão máxima que o material pode suportar.
Por sua importância no desempenho das estruturas vários estudos foram desenvolvidos acerca dessa propriedade. Assim sabe-se que inúmeros fatores a influenciam, destacando-se o tipo de cimento, relação água/cimento, a porosidade, a idade, o tamanho e textura dos agregados.
O tipo de cimento influencia a partir da sua massa específica, bem como a finura do mesmo, que são parâmetros utilizados nos métodos de dosagem. Conforme Giammusso (1992), o tipo de cimento afeta a resistência do concreto, bem como possui influência nessa propriedade ao longo do tempo.
A partir da Lei de Abrams, sabe-se que a resistência a compressão é diretamente influenciada pela relação agua/cimento. Portanto a metodologia de dosagem utilizado bem como a escolha do parâmetro a/c são fatores determinantes para se obter a resistência desejada.
A Tabela 4 abaixo ilustra a variação da resistência segundo a diferença na relação água cimento, bem como o tipo de cimento utilizado.
Tabela 4 - Influência da relação água/cimento e do tipo de cimento na resistência a compressão TIPO E CLASSE DO CIMENTO RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 CP I 32 28 32 37 41 47 CP II 32 24 8 31 35 39 CP II 40 28 32 36 41 46 CP III 32 23 27 31 36 41 CP III 40 27 32 37 42 49 CP IV 32 24 28 32 36 41 CP V ARI RS 30 33 38 42 46 CP V ARI 33 38 42 47 53
Fonte: Helene; Andrade (2007).
Conforme a tabela 4 acima percebe-se que a resistência varia segundo a relação água/cimento adotada na dosagem e do tipo de cimento que foi utilizado. Confirma-se também a Lei de Abrams já que uma menor relação água/cimento, mantendo-se constante o tipo de cimento, proporciona uma maior resistência a compressão.
Outro fator determinante para a resistência, é o número de vazios existentes no concreto. Estes vazios provocam a microfissuração e consequentemente prejudicam a estrutura do concreto interferindo diretamente na sua resistência. Portanto faz-se necessário atenção nos processos de mistura do concreto, bem como nas atividades de adensamento e lançamento do mesmo, buscando diminuir os vazios existentes e garantindo uma maior resistência. Segundo Avelino (2011), a relação a/c está ligado a porosidade, pois uma menor relação água/cimento proporciona uma menor porosidade e consequentemente uma maior resistência.
O ganho de resistência do concreto se dá a partir das reações de hidratação do cimento, e por isso a idade do concreto influencia em sua resistência. Sabe-se que durante 365 dias o concreto continua a ganhar resistência. Entretanto esse aumento é acentuado até os 28 dias onde praticamente se estabiliza. A Tabela 5 abaixo ilustra essa diferença de resistência quanto a idade do concreto.
Tabela 5 - Influência da idade na resistência do concreto
IDADE 3 dias 7 dias 21 dias 28 dias
Resistência 50% 70% 92% 100%
Fonte: Giammusso (1992).
Conforme ilustra a tabela 5, o ganho de resistência se dá a partir da idade que o concreto atingiu. Observa-se que se estabiliza aos 28 dias, quando o concreto atinge praticamente 100% de sua resistência característica.
A textura dos agregados e a sua granulometria, irão influenciar na dosagem do concreto, a porosidade, bem como a presença maior ou menor de exsudação, fornecem também subsídios como esqueleto do concreto, logo todas essas variáveis mencionadas quanto os agregados utilizados irão influenciar na resistência final do concreto. Sabe-se que agregados alongados provocam um número maior de vazios entre eles, já grãos arredondados favorece o rolamento entre eles e garantem um numero de vazios menor. Quanto a granulometria, é necessário que seja diversa e com proporções bem graduadas visando que os grãos se encaixem uns aos outros diminuindo portanto os vazios.
2.4.2.3 Absorção e Permeabilidade
A permeabilidade é a propriedade que mede a facilidade de entrada da água na estrutura do concreto. Sendo diretamente influenciada pela relação água/cimento já que condiciona o número de vazios existentes. A absorção é a capacidade do material de absorver a água por capilaridade. Segundo Alves (1993), permeabilidade é a maior ou menor possibilidade de ocorrer a passagem de água para dentro da estrutura do concreto. Já conforme Avelino (2011), absorção é definido como o processo físico de retenção de água no interior dos poros e dos condutos capilares.
Segundo Souza (2007) há escalas de absorção de água pelos concretos, mas todo concreto apresenta um grau de permeabilidade. O grau de permeabilidade dos concretos é condicionado pelo número de vazios existentes em sua estrutura. Tais vazios conforme os estudos de Petrucci (1998), se dá em função do excesso de água presente na mistura do concreto, e a evaporação desta água em excesso deixará vazios na estrutura. A Tabela 6 abaixo, ilustra segundo Petrucci (1998), os fatores que influenciam na permeabilidade e absorção.
Tabela 6 - Fatores que influenciam a permeabilidade e a absorção MATERIAIS CONSTITUINTES Agua Quantidade Pureza Cimento Composição Finura Agregados Quantidade Tipo Diâmetro Graduação Impurezas Adições Quimicamente ativos
Quimicamente inertes MODOS DE PREPARAÇÃO Mistura Lançamento Adensamento Acabamento CONDIÇÕES POSTERIORES Idade Cura Condições de ensaio Fonte: Petrucci (1998).
Percebe-se pelo Tabela 6 que os fatores que envolvem a permeabilidade e absorção englobam deste características dos materiais até condições posteriores ao uso do concreto.
2.5 MATERIAIS CONSTITUINTES
2.5.1 Aglomerantes
Os materiais aglomerantes são aqueles que possuem a função de aglomerar ou de aglutinar outros materiais, formando uma pasta e, com isso, provocando a união entre os agregados. Conforme Bauer (2000), os materiais aglutinantes são geralmente pulverulentos com a função de fixar os agregados, promovendo o ganho de resistência do material.
Os aglomerantes podem ser classificados em ativos ou inertes. Há assim uma ramificação entre os aglomerantes ativos os quais podendo-se citar:
Aglomerantes Aéreos: Conforme Tartucci & Giovannette (1990), possuem endurecimento provocado pelo contato com o CO2. O gesso e a cal aérea são exemplos deste tipo de aglomerante
Aglomerante Hidráulico: Segundo Verçoza (1984), são os materiais que ao entrar em contato com a água ocorre inúmeras reações químicas que promovam o seu endurecimento e esse fenômeno é conhecido como hidratação.
Os aglomerantes inertes, segundo Tartuce & Giovannete (1990), são aqueles cujo endurecimento está associado à secagem do material. Os betumes e as argilas são exemplos deste tipo de aglomerante.
2.5.1.1 Cimento Portland
Segundo Neville (1982), cimento é o material que pela união de minerais possui a capacidade de adesão e coesão, formando, portanto, um material coeso e compacto. O uso de materiais com propriedades cimentícias são utilizados na construção civil desde a antiguidade. Segundo Fonseca (2010), obras como o Panteão em Roma e o Coliseu na Grécia, foram construídas com materiais que apresentavam propriedades cimentícias.
Por volta de 1984, o inglês Joseph Aspdin criou o cimento Portland que é a clinquerização de pedras calcárias e argilas. Este material é um pó fino que tem a capacidade de endurecer em contato com a água, e depois de seco, apresenta um aspecto duro. Aspdin percebeu a potencialidade de usar este material na construção civil. O nome Portland associado a mistura, conforme Nobrega (2006) está associado a semelhança na cor e nas propriedades de dureza da mistura com as rochas da ilha britânica de Portland.
Segundo Fonseca (2010), os principais compostos que compõem o cimento Portland são:
• Cal (Cao); • Sílica (SiO2); • Alumina (Al2O3); • Óxido de ferro (Fe2O3); • Magnésia (MgO); • Álcalis (Na2O e K2O);
• Sulfatos (SO3).
A partir deste compostos e as reações químicas que ocorrem no processo de hidratação ocorre a formação de compostos mais complexos. Segundo Avelino (2011), o processo de hidratação refere-se as reações químicas decorrentes do contato entre o cimento e a água resultando em um material com características de endurecimento e pega. Conforme Neville (1997), o processo de hidratação se dá a partir dos componentes de maior abundancia na composição química do cimento Portland que são: C3S, C2S, C3A e C4AF. A hidratação de C3A e C4AF proporciona o início da pega do cimento ocasionando a perda de consistência, já o C3S e C2S são responsáveis pelo o ganho de resistência do material.
Segundo Peruzzi (2002) os principais compostos formados pelo processo de hidratação são o Silicato de cálcio hidratado (C-S-H), Portlandita (C-H) e Sulfoaluminatos. A Tabela 7 abaixo ilustra esses compostos.
Tabela 7 - Principais produtos das reações de hidratação
PRODUTO QUANTIDADE FORMA CARACTERÍSTICAS
Silicato de Cálcio hidratado (C-S-H) 50% a 60% do volume da pasta Partículas de 1nm a 100nm
Possui arranjo irregular de lamelas entrelaçadas
Possui influência na retração por secagem Portlandita (C-H) 20% a 25% do volume da pasta Formam prismas hexagonais
Sua contribuição para a resistência se dá por força de
Van Der Walls
Sulfoaluminatos 15% a 20% do volume da pasta
Desempenham papel menos importante na resistência
mecânica
Vulnerável ao ataque por sulfatos
A composição química do cimento Portland é determinante para se atingir determinadas propriedades. A modificação da composição química é uma técnica utilizada para atender a requisitos de construção mais específicos, como também atingir determinada propriedade. Conforme Coutinho (1997), modificando-se a composição química do cimento Portland pode-se obter um cimento com determinadas propriedades acentuadas. Os cimentos resistentes a sulfatos e os com baixo calor de hidratação são exemplos dessa técnica.
Assim, existem inúmeros tipos de cimento no mercado, com composição química variado pelo tipo de adição mineral. A Tabela 8 abaixo ilustra os tipos de cimento e se há ou não adições.
Tabela 8 - Tipos de cimento Portland comercializados no Brasil
NOME TÉCNICO DO
CIMENTO PORTLAND
SIGLA CLASSE CONTEÚDO DOS COMPONENTES
Clínquer + gesso
Escória Pozolana Fíler
Calcário Comum CP I 25,32,40 100 - 0 - Comum com adição CP I-S 25,32,40 99-95 - 1-5 - Composto com Escória CP II-E 25,32,40 94-56 6-34 0 0-10 Composto com Pozolana CP II-Z 25,32,40 94-76 0 6-14 0-10 Composto com Fíler CP II-F 25,32,40 94-90 0 0 6-10
Alto Forno CP III 25,32,40 65-25 35-70 0 0-5
Pozolânico CP IV 25,32 5-45 0 15-50 0-5 Alta Resistência Inicial CP V - ARI - - 0 0 0-5 Resistente a Sulfatos RS 25,32,40 - - - - Baixo Calor de Hidratação BC 25,32,40 - - - -
NOME TÉCNICO DO
CIMENTO PORTLAND
SIGLA CLASSE CONTEÚDO POR COMPONENTES
Clínquer + gesso
Escória Pozolana Fíler
calcário
Branco Estrutural
CPB 25,32,40 - - - -
Fonte: Kihara & Centurione (2005).
Conforme ilustra a tabela 8, percebe-se que os tipos de cimento possuem composições químicas diferentes devido ao tipo e a quantidade de adições minerais e por isso tem-se propriedades diversas e uma maior possibilidade de atender os requisitos técnicos e as exigências construtivas.
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2.5.2 Agregados
No que diz respeito aos agregados, são os matérias que ocupam maior volume no concreto. Segundo Sampaio (2013) são materiais granulares que não possuem forma ou volume definidos e bastante utilizados na engenharia civil, podendo ser de origem natural ou artificial. Esses materiais possuem diversas classificações, seja a partir da sua origem como já foi mencionado, ou a partir do seu peso específico (leves, médios ou pesados), e distinção segundo a sua granulometria (miúdo ou graúdo). A adição destes materiais representa um enorme ganho do ponto de vista técnico e econômico, pois possuem influencia em certas propriedades do concreto. Segundo Mehta & Monteiro (2008) os agregados influenciam na resistência a compressão, exercem a função de esqueleto do concreto garantindo estabilidade e possuem influência na trabalhabilidade.
Dessa forma é imprescindível garantir que os agregados possuam características favoráveis a sua utilização na construção civil, buscando assim, maior controle tecnológico do concreto. A Tabela 9 demonstra quais aspectos devem ser levados em consideração acerca da qualidade dos agregados e quais propriedades podem ser alteradas.
Tabela 9 - Aspectos a serem considerados nos agregados e a influência em suas características CARACTERÍSTICAS ASPECTOS Porosidade Composição química e mineralógica Condições de fabricação Massa específica aparente Resistência Tamanho Absorção de Água Módulo de elasticidade Forma Resistência Substâncias deletérias Textura das particulas Módulo de elasticidade Cargas elétricas Sanidade
Fonte: Adaptado de Farias e Palmeira (2007).
A partir da tabela 9 acima, percebe-se que aspectos como porosidade, composição química e as condições de fabricação exercem influência nas características dos agregados. Observa-se também a quantidade de água que o agregado irá absorver, pois isso pode ocasionar falhas na hidratação do cimento, e enfraquecimento da estrutura. Pode-se citar que a textura do material que irá influenciar no empacotamento das partículas, e, portanto, no número de vazios. Além disso, tem-se que a massa específica dos agregados irá influencia na massa específica do concreto. Esse parâmetro possui enorme interferência em parâmetros construtivos, porque em determinadas situações se faz necessário um concreto mais leve.
2.6 ADIÇÕES MINERAIS
Tomando por base a normatização brasileira NBR 11172/1990 as adições minerais são materiais adicionados ao concreto, as argamassas e até mesmo ao cimento, para modificar determinadas propriedades. Segundo Duart (2008) as adições podem ser divididas em três tipos: Inertes: São os materiais que não apresentam reação química considerável, agindo na nucleação dos produtos de hidratação de cimento
Hidráulicos: São materiais que reagem em contato com a água e possuem propriedades cimentantes
Pozolanas: Reagem na presença de Hidróxido de Cálcio (CaOH2), para formar compostos aglomerantes como silicatos e aluminatos de cálcio.
Segundo Fonseca (2010) grande parte das adições minerais são provenientes das siderurgias, usinas termelétricas e indústrias. Essas atividades produzem subprodutos que são descartados.
Conforme Dal Molin (2011) tem-se a adição destes materiais na matriz de concreto é positiva em termos ambientais, pois são subprodutos oriundos de outros processos industriais e que seriam descartados na natureza, podendo ocasionar a contaminação do solo e de corpos hídricos.
Além da possibilidade de reutilização destes materiais, segundo Mehta & Monteiro (2008) podem proporcionar a diminuição dos custos atrelados a fabricação do concreto, podendo substituir parcialmente o cimento da mistura.
2.6.1 Tecnil
Tecnil é o nome comercial dado ao material da família do Nylon. É um compósito de base polimérica geralmente formado por poliamidas com a adição de fibras, sejam elas vegetais ou minerais, com o intuito de melhorar suas propriedades.
Segundo Contant (2004), compósitos poliméricos são materiais constituídos por uma matriz polimérica acrescido de um reforço. O autor destaca também as possíveis vantagens dessa junção que seria a elevada resistência à corrosão e melhora nas propriedades mecânicas. Por sua característica polimérica é um material formado a partir da junção de macromoléculas constituídas por repetições de pequenas estruturas. A Figura 2 ilustra uma peça de Tecnil em uma de suas formas de comercialização.
Figura 2 - Tarugo de Tecnil
Fonte: Plásticos Macedo (2018).
A classe de polímeros utilizados para a fabricação do Tecnil são as poliamidas. Segundo Dasgupta & Hammond (1996) , os polímeros mais representativos desse grupo são as poliamidas 6 e 6.6, que segundo Factori (2009) são polímeros obtidos a partir do ácido dicarboxílico, do ácido hexandióico (ácido adípico) e o hexano-1,6-diamina, através do aquecimento entre a amina e o ácido carboxílico, havendo a eliminação de uma molécula de água formando um composto amida. Tal reação é repetida inúmeras vezes até a formação de um polímero de cadeia longa. A Figura 3 abaixo ilustra a formação da poliamida 6.6.
Figura 3 - Reação de formação da Poliamida 6.6
Fonte: Kohan (1995).
As poliamidas segundo Bassani (2002) representam uma classe de polímeros de diversos usos na engenharia por apresentarem propriedades como boa resistência, estabilidade dimensional e fácil processamento.
A adição de fibras nestes compostos representa um ganho em suas propriedades, segundo o estudo de Fiori (2009), a adição da fibra de vidro acarretou maior estabilidade dimensional e maior resistência a tração na ruptura. Tal compósito pode ser moldado para a obtenção de peças rígidas utilizadas na indústria automobilística. Segundo a companhia Ferro e Aço Paraná (2015), o composto apresenta excelente propriedades elétricas, mecânicas e térmicas proporcionando aplicação em quase todos as áreas da engenharia.
Segundo Silva (2017), as principais aplicações para o Tecnil são a confecção de peças mecânicas, roldanas, dentre outras aplicações neste ramo.
2.6.1.1 Obtenção do rejeito do Tecnil advindo da conformação de peças mecânicas
Como citado anteriormente, o Tecnil pode ser utilizado na confecção de peças mecânicas. A partir desse processo há o surgimento das “rebarbas” que são o rejeito final deste processo. A Figura 4 a seguir ilustra o estado do material ao ser recolhido
Figura 4 – Rebarbas obtidas a partir da conformação das peças mecânicas
Autor: Silva (2017).
2.7 DURABILIDADE
No que se refere a durabilidade das estruturas de concreto, a NBR 6118/2014 exige que tais estruturas sejam projetadas e construídas conforme padrões específicos visando garantir a segurança, a estabilidade e comportamento adequado sob influências ambientais previstas em projeto.
Segundo Chust (2014), a durabilidade requer que todos os envolvidos na edificação estejam em cooperação, seja o proprietário, o usuário e os responsáveis técnicos, unindo
esforços e garantindo controle na construção das estruturas, como também garantindo melhor vida útil.
Ainda Segundo Chust (2014) um dos principais fatores que interferem na durabilidade das estruturas é o ambiente a que está exposto este elemento. É em função disto que se estabelece a agressividade a que está submetido a estrutura. Tal parâmetro está relacionado às ações física e químicas que irão atuar sobre a estrutura. Com isso, entende-se que a durabilidade está intimamente ligada a interação entre a estrutura com o meio ambiente, como também ao uso e manutenção deste elementos.
A NBR 6118/2014 estabelece um quadro com níveis de agressividade segundo condições de exposição. A Tabela 10 ilustra os níveis de agressividade
Tabela 10 - Níveis de agressividade ambiental
NÍVEL DE AGRESSIVIDA DE AGRESSIVIDADE CLASSIFICAÇÃ O QUANTO AO TIPO DE AMBIENTE RISCO DE DETERIORAÇÃ O DA ESTRUTURA
I Fraca Rural Insignificante
Submersa
II Moderada Urbana Pequeno
III Forte Marinha Grande
Industrial
IV Muito forte Industrial Elevado
Respingos de maré
Fonte: NBR 6118: 2014 (Adaptado).
Devido ao concreto ser um material poroso, os principais fenômenos de deterioração deste material estão intimamente ligados ao ataque físico-químico a partir desse poros, já que em condições normais a estrutura está em contato direto com gases e em contato com a água, o grau de ataque é proporcional a permeabilidade deste material.
Segundo Helene (2001), entre os principais agentes nocivos ao concreto estão os ácidos, os sulfatos e a reação álcali-agregado. A Figura 5 abaixo ilustra alguns mecanismos de deterioração do concreto de acordo com sua natureza.
Fonte: Helene (2011).
Entre os mecanismos citados na figura acima, quase todos os mecanismos apresentam a longo prazo a diminuição do ph, tornando o concreto um meio ácido favorecendo a corrosão das armaduras, bem como o aparecimento de fissuras e a deterioração do concreto.
Dos mecanismos citados, o ensaio que avalia a degradação pela concentração salina é um dos mais utilizados, e por isso usa-se esse parâmetro na comparação entre as misturas de concreto.
2.7.1 Ataque por Cloretos
Conforme Mehta e Monteiro (2006), em ambientes marinhos a água salgada é o principal agente de degradação das estruturas, seja por processos químicos ou por processos físicos. Como já mencionado, a porosidade do concreto é um fator de enorme importância para a avaliação da sua durabilidade. Nos ataques por cloretos essa característica é essencial.
umidade relativa (UR) de 60% a 80%
A deterioração por cloretos se dá porque este elemento acelera a corrosão das armaduras e altera o ph do concreto favorecendo sua degradação. A Figura 6 ilustra os mecanismos de transporte e penetração dos cloretos na estrutura.
Figura 6 – Mecanismos de transporte e penetração dos íons cloreto
Fonte: Helene (1993).
A Figura 6 acima ilustra os mecanismos de contato entre os íons cloreto e a estrutura. Para a atual pesquisa, cabe citar a difusão de íons e a permeabilidade, pois os corpos de provas serão imersos em uma solução de água com concentração salina, cita-se também a permeabilidade porque esta característica influenciar diretamente o movimento dos íons cloreto para dentro dos corpos de prova.
Segundo Andrade (2001) a difusão de íons se dá pela diferença de concentração deste eletrólito nos meios, ocorrendo o movimento da maior concentração para a menor concentração. Conforme mencionado em 2.4.2.3 neste trabalho, a permeabilidade é a propriedade que mede a facilidade da entrada de água no interior da estrutura, e assim quanto maior for a facilidade de entrada de água contendo íons cloreto, maior será a degradação deste material.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Neste tópico serão abordados todos os processos utilizados na manipulação dos materiais, bem como todas as normatizações e concepções adotadas na elaboração desta pesquisa, visando garantir confiabilidade e precisão dos resultados, cumprindo assim os objetivos traçados inicialmente.
Como o objetivo principal é avaliar o ataque por cloretos em concretos com adição de Tecnil em sua matriz, procedeu-se primeiramente com a caracterização dos materiais que serão utilizados para a confecção dos concretos. Posteriormente, executou-se a confecção dos concretos com posterior cura, até tempo hábil para execução dos ensaios. Para o estado fresco, foi realizado o ensaio de Slump Test a fim de avaliar a fluidez nos concretos. Para o estado endurecido foram analisados a resistência a compressão para entender como se comportou a resistência com a adição, além do ensaio de a absorção e porosidade cuja finalidade é verificar se a adição interferiu na absorção de água e no índice de vazios dos corpos de prova testados. Acerca da análise de durabilidade, o concreto foi exposto a uma solução com 3,5% de concentração salina para mensurar o nível de degradação que a solução com cloretos proporcionou. A Figura 7 ilustra um resumo geral de toda a metodologia descrita.
Figura 7 – Resumo geral da metodologia
3.1 LOCAL DA PESQUISA
A obtenção do rejeito que foi adicionado ao concreto foi feito no laboratório de Usinagem na UFERSA – Campus Mossoró. Os ensaios de caracterização dos materiais, confecção dos corpos de prova e execução dos ensaios foram realizados no laboratório de matérias de construção da UFERSA – Campus Pau dos Ferros.
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAS
Esta etapa é de vital importância para a pesquisa, pois os resultados obtidos podem sofrer grandes discrepâncias caso os materiais não estejam devidamente caracterizados. Diante disso, foi realizado uma pesquisa acerca das normatizações referente a esta etapa, buscando garantir confiança e aceitabilidade nos parâmetros necessários para o desenvolvimento da pesquisa.
3.2.1 Cimento
Para a execução dos corpos de prova utilizou-se o Cimento Portland CP II – Z, que segundo pesquisas realizadas, é o tipo de cimento mais utilizado na região. Segundo Sampaio (2013), o cimento é caracterizado como um material ligante, ou seja, possui propriedades adesivas e coesivas com capacidade de unir os materiais formando uma pasta.
O cimento utilizado possui adição de Pozolana, segundo Pouey (2006), essa variação do cimento composto é indicado quando se deseja diminuir o calor de hidratação sendo bastante utilizado em obras onde há concretagem de peças de grandes dimensões.
A massa específica utilizada foi a fornecida pelo fabricante, informado na embalagem do cimento adquirido.
3.2.2 Agregado miúdo
O material foi adquirido em uma loja de materiais de construção na cidade de Pau dos Ferros – RN, e seu armazenamento foi feito em baldes plásticos guardados no interior do laboratório. Acerca da caracterização do agregado miúdo que utilizou-se na produção dos concretos, deve-se obter a massa específica real, massa unitária e a granulometria. Para
obtenção da massa específica real utilizou-se a NBR NM 52/2002 que descreve todo o processo para obtenção desse parâmetro.
Para a obtenção da amostra realizou-se o quarteamento, segundo o que prescreve a NBR NM 26/2009, de 1kg do agregado miúdo. Com a amostra devidamente selecionada parte-se para o procedimento ilustrado na NBR NM 52/2002, onde por correlações matemáticas obtém-se as massas específicas deobtém-sejadas.
Para obtenção da massa unitária utilizou-se a NBR NM 45/2006, o enumera os processos necessários para obtenção deste parâmetro.
Por fim, para a determinação da composição granulométrica do material tomou-se por base a NBR 248/2003.
Para obtenção da curva granulométrica, deve-se anotar os valores retidos em cada peneira, e com isso proceder com a elaboração da curva.
3.2.3 Agregado graúdo
Para este material, foram obtidos os parâmetros de massa específica real, massa específica aparente, massa unitária e granulometria. No que diz respeito a massa unitária e a granulometria, a metodologia adotada para a caracterização destes materiais foi a mesma utilizada para o agregado miúdo, seguindo portanto, as normatizações necessárias, atentando-se para as peculiaridades encontradas devido a diferença do material ensaiado.
Para a massa específica e massa específica aparente, foi consultado a NBR NM 53 /2009, que descreve todo o procedimento necessário para obtenção destes parâmetros, bem como os materiais necessários para a execução deste ensaio.
A amostra foi selecionada segundo a NBR NM 27/2001, a partir do quarteamento, foram respeitados todos os procedimentos descritos na norma buscando a confiabilidade nos resultados obtidos. Assim obteve-se a massa específica real e a massa específica aparente do agregado graúdo a partir de correlações matemáticas descritas na referida norma.
3.2.4 Tecnil
Após a obtenção do rejeito do Tecnil, procedeu-se com a obtenção da sua massa unitária, para obtenção de informações para cálculo do traço que será utilizado na confecção do concreto utilizado na moldagem dos corpos de prova. O processamento deu-se a partir do moinho de
facas com peneira de corte de 2,36mm. A Figura 8a abaixo ilustra o moinho de facas, e as Figura 8b e 8c ilustram o resultado do processamento do Tecnil no referido equipamento.
Figura 8 – Processamento do Tecnil no moinho de facas a) b) c)
Fonte: Autor (2018).
3.2.5 Água
A água de amassamento utilizada para a confecção dos corpos de prova foi a cedida pela concessionária local, e a coleta se deu no laboratório onde foram realizados os ensaios.
3.3 DOSAGEM E PRODUÇÃO DOS CORPOS DE PROVA
3.3.1 Escolha do traço e dosagem
Para a escolha do traço e posterior dosagem dos corpos de prova, utilizou-se como auxílio uma planilha de cálculo com o método ABCP de dosagem de concretos. Para esta pesquisa, foi definido que o concreto apresentaria um Fck igual 18MPa.
Com o intuito de se comparar os resultados da adição do Tecnil, utilizou-se um traço referência com 0% de adição em relação a massa do cimento e outro com 5% de adição do resíduo, porcentagem escolhida para viabilizar a comparação dos resultados com outros