UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO
GRANDE DO SUL – UNIJUI
FELIPE DALLA NORA SOARES
DESEMPENHO MECÂNICO E DURABILIDADE DE CONCRETOS
COM USO DE RESÍDUOS DA CONSTRUÇÃO CIVIL (RCC) NA
SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DOS AGREGADOS GRAÚDO E MIÚDO
Ijuí 2017
FELIPE DALLA NORA SOARES
DESEMPENHO MECÂNICO E DURABILIDADE DE CONCRETOS
COM USO DE RESÍDUOS DA CONSTRUÇÃO CIVIL (RCC) NA
SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DOS AGREGADOS GRAÚDO E MIÚDO
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador(a): Lucas Fernando Krug
Ijuí 2017
FELIPE DALLA NORA SOARES
DESEMPENHO MECÂNICO E DURABILIDADE DE CONCRETOS COM
USO
DE
RESÍDUOS
DA
CONSTRUÇÃO
CIVIL
(RCC)
NA
SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DOS AGREGADOS GRAÚDO E MIÚDO
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 04 de Dezembro de 2017
Prof. Lucas Fernando Krug Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS – Orientador Prof. Lia Giovana Sala Coordenadora do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA Diorges Carlos Lopes (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Prof. Lucas Fernando Krug (UNIJUÍ) Mestre pela Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS – Orientador
Dedico este trabalho a minha família, em especial a minha mãe Mari Dalla Nora.
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer, primeiramente, á minha mãe Mari, por se o exemplo de pessoa que eu sempre vou seguir, agradeço por todo seu esforço e dedicação e por sempre fazer o possível para que eu pudesse chegar até aqui.
Ao meus avós Euclides e Maria, por terem sidos além de avós, meus segundos pais, por terem me amado e me incentivado durante toda minha vida.
Ao meu pai Juarez, pelo amor e apoio recebido durante todos estes anos.
Às minhas irmãs Lidiane, Rafaella e Yasmim e toda minha família, pelo carinho e por tudo o que sempre fizeram por mim.
À Nicole, por sempre estar do meu lado em absolutamente tudo em todos os momentos e por representar para mim o significado do companheirismo.
Ao meu orientador, Lucas Fernando Krug, por representar o entusiasmo pela arte da pesquisa, nunca se cansando em ensinar e incentivar a busca pelo conhecimento, pela incansável dedicação que sempre teve com a pesquisa, se tornando mais que um professor, e sim, um amigo.
Ao professor e chefe, Carlos Wayhs, que me acompanhou e ajudou desde o início do curso, transmitindo diversos ensinamentos não só da vida profissional e acadêmica e se tornou muito mais que um professor e colega de trabalho, e sim, um grande amigo.
Ao MEC/SESU pela participação no Grupo PET.
À empresa de aditivos Builder, pelo fornecimento do aditivo utilizado na pesquisa e pelo tempo disponibilizado.
Ao Laboratório de Engenharia Civil da UNIJUÍ, em espacial ao laboratorista Luiz Donato e o estagiário Stéfano, pela dedicação e tempo dedicado nos diversos ensaios realizados e pela amizade criada.
Aos colegas de pesquisa Diego, Gabriela e Thainá, por toda ajuda e tempo dedicados a pesquisa, proporcionando além do contato acadêmico, uma grande amizade.
À Andressa, grande amiga que o curso proporcionou, agradeço a amizade e parceria incríveis que espero levar para o resto da minha vida.
A todos os colegas que se tornaram amigos durante a jornada acadêmica, em especial à Anna, Dirjan, Diego, Graciele, Liara e Priscila, pela grande amizade criada por todos os momentos vivenciados dentro e fora da universidade, espero levar a amizade de vocês para sempre.
A todos os colegas do Grupo PET, pela boa convivência que sempre tivemos dentro do Laboratório e pelas grandes amizades que criei lá.
As demais pessoas envolvidas direta ou indiretamente na realização do trabalho e em toda a graduação, deixo aqui o meu muito obrigado.
A vida me ensinou a nunca desistir, Nem ganhar, nem perder mas procurar evoluir. Chorão
RESUMO
SOARES, FELIPE D. N. Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
Os resíduos da construção civil são responsáveis por mais da metade dos resíduos urbanos coletados, causando grande impacto ambiental principalmente pela grande quantidade gerada. A preocupação com o meio ambiente ganha cada vez mais espaço em diversos segmentos nas mais diversas áreas e na construção civil não poderia ser diferente. Mesmo com os avanços tecnológicos e modernização das técnicas de construção, a geração de resíduos é inevitável. Assim, utilizar os resíduos da construção civil novamente dentro da construção civil torna-se uma excelente opção, que além de diminuir a quantidade de entulho gerada, também diminui a extração de matérias-primas. A pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a influência da utilização dos resíduos da construção civil como substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo na produção de concretos. Os materiais reciclados são provenientes da recicladora Resicon do município de Santa Rosa e suas características são apresentadas no trabalho. Foram estudados concretos com substituição parcial de 10% e 20% do agregado miúdo convencional pelo agregado miúdo reciclado, substituição parcial de 10% e 20% do agregado graúdo convencional pelo agregado graúdo reciclado, resultando em 4 traços de substituição de agregados que foram comparados com um concreto referência, utilizando materiais convencionais. A relação a/c utilizada para todos os traços foi de 0,44, sendo necessária a utilização de aditivo plastificante para os concretos com substituição de resíduos. Foram realizados ensaios de resistência à compressão axial e resistência à tração por compressão diametral para avaliação das propriedades mecânicas e ensaios de absorção por capilaridade e carbonatação acelerada para avaliação da durabilidade. Com os resultados obtidos, percebeu-se igualdade entre as propriedades mecânicas entre todos os traços de substituição em comparação ao concreto referência e com relação à durabilidade, os concretos com substituição de resíduos apresentaram resultados superiores ao concreto referência em todos os traços de substituição, mostrando a viabilidade da utilização dos agregados reciclados na produção de concretos.
ABSTRACT
SOARES, FELIPE D. N. Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2017.
Construction waste is responsible for more than half of the urban waste collected, causing great environmental impact mainly due to the large amount generated. The concern with the environment gains more and more space in several segments in the most diverse areas and civil construction could not be different. Even with technological advances and modernization of construction techniques, waste generation is inevitable. So, using construction waste again within the civil construction becomes an excellent option, which in addition to decreasing the amount of rubble generated, also decreases the extraction of raw materials. The research was developed with the objective of evaluating the influence of the use of construction waste as a partial replacement of the large and small aggregates in concrete production. The recycled materials come from the Resicon recycler of the municipality of Santa Rosa and their characteristics are presented in the work. Concrete was studied with partial replacement of 10% and 20% of the conventional small aggregate by the recycled small aggregate, partial replacement of 10% and 20% of the conventional aggregate by the recycled aggregate, resulting in 4 traces of aggregate replacement that were compared with a concrete reference, using conventional materials. The w/c ratio used for all the traces was 0.44, being necessary the use of plasticizer additive for the concrete with substitution of residues. Tests of resistance to axial compression and tensile strength by diametrical compression were carried out to evaluate the mechanical properties and tests of absorption by capillarity and accelerated carbonation to evaluate the durability. With the results obtained, it was possible to observe a similarity between the mechanical properties between all the traces of substitution in comparison with the reference concrete and with respect to the durability, the concretes with substitution of residues presented results superior to the concrete reference in all the traces of substitution, showing the feasibility of using recycled aggregates in the production of concrete.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fissuração microestrutural do concreto quando submetido a (a) tração e (b)
compressão ... 33
Figura 2 – Processo de carbonatação ... 36
Figura 3 – Percentagem de carbonatação/umidade relativa do ambiente ... 37
Figura 4 – Permeabilidade do concreto em relação a cura ... 39
Figura 5 – Delineamento da pesquisa ... 49
Figura 6 – Agregado graúdo (brita 0) ... 51
Figura 7 – Agregado graúdo reciclado ... 52
Figura 8– Curva granulométrica da areia ... 53
Figura 9 – Agregado miúdo (areia) ... 53
Figura 10 – Curva granulométrica do agregado miúdo reciclado ... 54
Figura 11 – Agregado miúdo reciclado ... 55
Figura 12 – Realização da mistura dos materiais para produção do concreto ... 58
Figura 13 – Ensaio de slump test ... 58
Figura 14 – Moldagem dos corpos de prova ... 59
Figura 15 – Corpos de prova moldados ... 60
Figura 16 – Ensaio de resistência à compressão... 61
Figura 17 – Disposição do corpo-de-prova ... 61
Figura 18 – Ensaio de absorção por capilaridade ... 63
Figura 19 – Ensaio de carbonatação acelerada ... 64
Figura 20 – Rompimento dos corpos de prova de argamassa para determinação do índice de pozolanicidade ... 65
Figura 21 – Resistência à compressão de concretos com agregado miúdo reciclado .. 66
Figura 22 – Resultados de resistência à compressão de concretos com agregado graúdo reciclado... 68
Figura 23 – Resultados de resistência à tração de concretos com agregado miúdo reciclado... 71
Figura 24 – Resultados de resistência à tração de concretos com agregado graúdo reciclado... 73
Figura 25 – Resultados de absorção por capilaridade de concretos com agregado miúdo reciclado (g/cm²) ... 74
Figura 26 – Resultados de absorção por capilaridade de concretos com agregado graúdo reciclado (g/cm²) ... 76 Figura 27 – Profundidade de carbonatação do concreto referência (cm) ... 77 Figura 28 – Profundidade de carbonatação do concreto com substituição parcial do agregado miúdo (cm) ... 78 Figura 29 – Profundidade de carbonatação do concreto com substituição parcial do agregado graúdo (cm) ... 78 Figura 30 – Resistências médias do ensaio de material pozolânico (MPa) ... 81
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Caracterização do agregado graúdo natural (brita 0) ... 51
Tabela 2 – Caracterização do agregado graúdo reciclado ... 52
Tabela 3– Caracterização do agregado miúdo natural (areia) ... 53
Tabela 4 – Caracterização do agregado miúdo reciclado ... 54
Tabela 5 – Dados técnicos do aditivo plastificante BUILDERMIX MD 40 ... 55
Tabela 6 – Traços dos concretos referência e com substituição do agregado miúdo ... 56
Tabela 7 – Traços dos concretos referência e com substituição do agregado graúdo .. 57
Tabela 8– Massa específica dos concretos referência e com substituição parcial dos agregados ... 59
Tabela 9 – Dados estatísticos de resistência à compressão de concretos com agregado miúdo reciclado ... 67
Tabela 10 – Dados estatísticos de resistência à compressão de concretos com agregado graúdo reciclado ... 69
Tabela 11 – Dados estatísticos de resistência à compressão de concretos com agregado miúdo reciclado ... 72
Tabela 12 – Dados estatísticos de resistência à compressão de concretos com agregado graúdo reciclado ... 73
Tabela 13 – Profundidade média de carbonatação (cm)... 79
LISTA DE SIGLAS
a/c água/cimento
ABCP Associação Brasileira de Cimento Portland ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CP Cimento Portland
LNEC Laboratório Nacional de Engenharia Civil NBR Norma Brasileira Regulamentadora RCC Resíduo da construção civil
RCD Resíduo de Construção e Demolição REF Concreto Referência
UNIJUÍ Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul MPa Megapascal
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 18 1.1 CONTEXTO ... 18 1.2 PROBLEMA ... 19 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 20 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 20 1.2.3 Delimitação ... 20 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 212.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 21
2.2 CONSTITUIÇÃO DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ... 22
2.2.1 Cimento Portland ... 22
2.2.2 Agregados naturais ... 24
2.2.2.1 Agregado graúdo (pedra brita) ... 24
2.2.2.2 Agregado miúdo (areia) ... 25
2.2.3 Água ... 26
2.2.4 Aditivos ... 27
2.2.4.1 Aditivos redutores de água, plastificantes e superplastificantes ... 28
2.3 CONCRETO NO ESTADO FRESCO ... 29
2.4 CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO ... 31
2.4.1 Resistência mecânica do concreto ... 31
2.4.2 Permeabilidade ... 33
2.4.3 Durabilidade ... 34
2.4.3.1 Carbonatação ... 35
2.5 INFLUENCIA DOS AGREGADOS NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO...40
2.6 UTILIZAÇÃO DO RCC NA CONSTRUÇÃO CIVIL ... 42
2.6.2 Propriedades e características dos agregados reciclados ... 45
2.6.3 Influência do RCC na produção de concreto ... 46
2.6.3.1 Influência no estado fresco ... 46
2.6.3.2 Influência no estado endurecido ... 47
3 MÉTODO DE PESQUISA ... 48
3.1 ESTRATÉGIA DE PESQUISA ... 48
3.2 DELINEAMENTO ... 48
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS ... 50
3.3.1 Aglomerante ... 50
3.3.2 Agregado graúdo natural ... 50
3.3.3 Agregado graúdo reciclado ... 51
3.3.4 Agregado miúdo natural ... 52
3.3.5 Agregado miúdo reciclado ... 54
3.3.6 Água ... 55
3.3.7 Aditivo ... 55
3.4 CÁLCULO DE DOSAGEM PELO MÉTODO DA ABCP ... 56
3.5 PROCEDIMENTOS PARA REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS ... 57
3.5.1 Moldagem dos corpos de prova ... 57
3.5.2 Resistência à compressão ... 60
3.5.3 Resistência à tração por compressão diametral ... 61
3.5.4 Absorção por capilaridade ... 62
3.5.5 Carbonatação acelerada ... 63
3.5.6 Determinação do índice de material pozolânico ... 64
4 RESULTADOS ... 66
4.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 66
4.1.1 Resistência à compressão de concretos com agregado miúdo reciclado ... 66
4.2 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO ... 70
4.2.1 Resistência à tração de concretos com agregado miúdo reciclado... 71
4.2.2 Resistência à tração de concretos com agregado graúdo reciclado ... 72
4.3 ABSORÇÃO POR CAPILARIDADE ... 74
4.3.1 Absorção por capilaridade em concretos com agregado miúdo reciclado ... 74
4.3.2 Absorção por capilaridade em concretos com agregado graúdo reciclado .. 75
4.4 carbonatação acelerada ... 77
4.5 Análise geral dos resultados ... 80
4.6 índice de material pozolânico ... 80
5 CONCLUSÃO ... 82
REFERÊNCIAS ... 85
Anexo A – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO NATURAL ... 90
Anexo B – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO RECICLADO ... 91
Anexo C – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO NATURAL ... 92 Anexo D – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO GRAÚDO RECICLADO . 93
1 INTRODUÇÃO
Este projeto tem como tema a utilização de resíduos da construção civil como substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo na fabricação de concretos. Nele foi realizado um comparativo entre 5 amostras em diferentes percentuais de substituição, sendo uma amostra referência utilizando os materiais convencionais, duas amostras com substituição parcial do agregado miúdo convencional pelo agregado miúdo reciclado nos percentuais de 10% e 20% e duas amostras com substituição parcial do agregado graúdo convencional pelo agregado graúdo reciclado também nos percentuais de 10% e 20%, objetivando avaliar as propriedades do concreto com a utilização dos resíduos da construção civil através de ensaios laboratoriais. 1.1 CONTEXTO
O uso do concreto é datado há mais de 3 mil anos pelos impérios grego e romano, onde o material já era utilizado para construções de obras complexas, como pontes e aquedutos. Atualmente, sua utilização é muito difundida em todo planeta, principalmente pela sua facilidade de produção e execução, sendo o consumo deste material inferior apenas ao da água (ISAIA, 2011). Para sua fabricação, necessita-se a exploração de diversos recursos naturais, como a dinamitação de rochas e extração da areia de rios, entre outros meios, que fazem da construção civil a maior consumidora de matéria-prima do planeta, contribuindo para a degradação dos recursos naturais (OLIVEIRA, 2009).
O consumo de recursos naturais torna-se, cada vez mais, uma preocupação para o setor da construção civil. Além de causar impactos a fauna e a flora, a utilização dos recursos naturais como matéria-prima tem causado grandes preocupações. Por ser uma fonte de recursos não-renováveis, a utilização de matéria-prima torna-se cada vez mais escassa e, com isso, seu custo torna-se mais alto, principalmente pelas maiores distâncias das indústrias do segmento para os grandes centros, além de que encontrar agregados de boa qualidade também está se tornando um desafio (LEITE, 2001).
Além de ser a maior consumidora de matéria-prima do planeta, a indústria da construção civil é também a maior poluidora, em razão da grande quantidade de entulho gerada. O grande aumento da população urbana e a grande demanda de matéria-prima para a construção acabam gerando um intenso consumo dos recursos naturais e consequentemente, causam grande aumento do descarte de resíduos (MORAIS, 2006). Com isso, utilizar o entulho da construção
civil novamente dentro da construção civil torna-se uma solução duplamente inteligente e eficaz, pois reduz simultaneamente o consumo de recursos naturais e a geração de resíduos sólidos, contribuindo para preservação do meio ambiente e diminuindo os custos das obras.
É valido ressaltar que as estruturas são projetadas para durar, em média, de 50 a 100 anos, porém, sua vida de serviço irá depender de diversos fatores e não possui uma idade previsível. Analisando a concepção total da vida útil de uma estrutura, desde a fase de construção, manutenção, reforma e, ao final de sua vida útil, a demolição para dar lugar a uma nova construção, percebe-se a contínua geração de resíduos, que estão presentes em todas as fases citadas (LEITE, 2001).
Hoje, mais do que nunca, a sustentabilidade é um dos focos principais em qualquer ramo da sociedade e, buscar alternativas sustentáveis para solucionar problemas de qualquer natureza, além de contribuir com o meio ambiente pode ser uma oportunidade empreendedora. Tendo isso em vista, reutilizar os resíduos da construção civil, além de sustentável, pode se tornar uma boa alternativa econômica.
1.2 PROBLEMA
A construção civil é a indústria que mais gera resíduos no planeta, desde a fase da construção onde boa parte dos matérias já são descartados até a fase de demolição, a qual contribui significativamente para o aumento deste índice. Estima-se que sejam descartados, em média, 3,5 milhões de toneladas de entulho por ano em todo planeta, o equivalente a 500Kg de entulho por habitante (OLIVEIRA, 2009).
Os RCC apresentam um grave problema em diversas cidades brasileiras. Além da disposição irregular destes resíduos gerar problemas de ordem estética, ambiental e de saúde pública, os resíduos representam mais de 50% da massa dos resíduos sólidos coletados no município, gerando muitos gastos e sobrecarregando os locais de descarte (BRASIL, 2005).
Utilizar os resíduos da construção como matéria prima reduz a exploração de recursos naturais e descarte inadequado, prolongando a vida útil das reservas e reduzindo a destruição da paisagem, flora e fauna, sendo esta contribuição significativa, inclusive onde os recursos são abundantes (JOHN, 1999).
Ainda há diversas questões a serem vencidas para que os agregados reciclados possam ser introduzidos na fabricação de concretos. Como, por exemplo, a necessidade de aumentar o número de pesquisas com este material, para que sejam encontradas as melhores soluções de
emprego do mesmo, bem como a obtenção de um preço final compatível com os materiais convencionais (AGOPYAN e JOHN, 2011).
1.2.1 Questões de Pesquisa Questão principal
É possível fazer a utilização dos resíduos da construção civil (RCC) como substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo na produção de concreto de cimento Portland sem comprometer as suas propriedades?
Questões secundárias
Qual o comportamento que terá o concreto com a utilização dos resíduos da construção civil em substituição parcial dos agregados?
1.2.2 Objetivos de Pesquisa Objetivo Geral
Analisar a viabilidade do uso do RCC como substituto parcial dos agregados graúdo e miúdo em concretos, através da comparação de um concreto referência, utilizando os agregados convencionais, com concretos com substituição de resíduos
Objetivos específicos
Avaliar o desempenho dos concretos referência e com uso de RCC e realizar a sua comparação, através dos ensaios de:
a. Resistência à compressão simples;
b. Resistência à tração por compressão diametral; c. Absorção por capilaridade;
d. Carbonatação acelerada. 1.2.3 Delimitação
Análise do desempenho mecânico e da durabilidade de concretos com substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo pelos resíduos da construção civil. O resíduo em estudo é oriundo da recicladora Resicon do município de Santa Rosa – RS.
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND
O concreto é o material de construção mais utilizado no planeta, sendo que o seu consumo só é inferior ao da água. Mesmo sendo um material menos resistente e duro quanto o aço, o uso do concreto no planeta é dez vezes maior. Essa preferência pela sua utilização se dá principalmente pela sua facilidade em tomar diversas formas e tamanhos, ótima trabalhabilidade, excelente resistência à água, baixo custo e rápida disponibilidade de materiais (MEHTA E MONTEIRO, 2008).
Para Pedroso (2009), o concreto é um material que em seu estado fresco pode assumir inúmeras formas geométricas, tomando diversas formas a que for designado. Em seu estado endurecido torna-se uma rocha artificial, adquirindo altas resistências. Fusco (2008), relata que, embora seja um material essencialmente poroso, o concreto assemelha-se às rochas naturais, tendo grande durabilidade natural em virtude de suas propriedades físico-químicas.
A mistura do cimento com a água forma a pasta de cimento. Adicionando o agregado miúdo, como a areia, obtém-se a argamassa de cimento. Juntando o agregado graúdo, como a pedra britada ou seixos rolados, tem-se o concreto simples (FUSCO, 2008, p.13) Estima-se que a utilização do concreto já exista há mais de 3000 anos. Nos impérios grego e romano, sua utilização era amplamente difundida, desde a construção de edificações, até a construção de pontes e aquedutos. Obras construídas no império romano há quase 2 milênios surpreendem: só foram superadas em vão livre depois do século XX (ISAIA, 2011).
Com o passar dos anos, os materiais utilizados para a fabricação de concreto foram se aperfeiçoando, até que em 1824 o Cimento Portland foi fabricado pela primeira vez, porém, apenas em 1845 foi fabricado com precisão. Após essa data, a fabricação do cimento se expandiu por toda Europa, evoluindo cada vez mais suas propriedades, até chegar nos cimentos que possuímos atualmente (ISAIA, 2011).
No Brasil, a utilização do concreto de cimento Portland iniciou-se no final do séc. XIX e as primeira estruturas de concreto armado foram realizadas no início do séc. XX (ISAIA, 2011). No ano de 2000, a utilização de cimento Portland no Brasil chegou a 39,7 milhões de toneladas, uma média de 202 Kg/hab. e em 2014, a produção aumentou quase 80%, chegando a produzir 71,2 milhões de toneladas, uma média de 345 Kg/hab. (SNIC, 2015).
2.2 CONSTITUIÇÃO DO CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND 2.2.1 Cimento Portland
O nome “Cimento Portland” é originado devido a semelhança da cor e da qualidade do cimento endurecido com a pedra de Portland (NEVILLE, 2016).
Segundo a Associação Brasileira de Cimento Portland:
O cimento Portland é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ação da água. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido à ação da água, o cimento Portland não se decompõe mais. (ABCP, 2002, p. 5).
A composição do cimento pode apresentar diversas composições, para que atendam diferentes áreas da indústria da construção civil. O principal componente, o qual está presente em todos os tipos de cimento é o clínquer, cuja sua principal função é ser um ligante hidráulico, que endurece em contato com a água (ABCP, 2002).
O clínquer possui como matéria-prima o calcário e a argila, os quais são obtidos em jazidas que, geralmente, estão situadas próximas as fábricas de cimento. Primeiramente ocorre a britagem da rocha calcária, que em seguida é misturada com argila moída, em proporções adequadas. Essa mistura passa por um aquecimento de aproximadamente 1450 °C, e com a alta temperatura se transforma em um novo material, denominado “clínquer”. Ao sair do forno, o material é bruscamente resfriado, formando pequenas pelotas, as quais passam por processo de moagem, para finalmente ser transformado em pó (ABCP, 2002). Nesse processo, é muito importante que a cal seja completamente misturada com a argila, para que não resulte cal livre em quantidade prejudicial (PETRUCCI, 1998).
A composição química do clínquer constitui-se basicamente de silicatos e aluminatos de cálcio, tendo como principal componente os silicatos de cálcio. Em sua composição também conta com íons de alumínio, ferro e magnésio, os quais ajudam na formação dos silicatos de cálcio. Em pequenas quantidades, também estão presentes os álcalis, cujos principais são os óxidos de sódio e potássio (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Outro composto presente em todos os tipos de cimento é o gesso (sulfato de cálcio), que tem como função básica controlar o tempo de pega (início do endurecimento do clínquer). Sem a adição de gesso, o endurecimento do clínquer em contato com a água seria instantâneo. O percentual de gesso na composição é muito pequeno, podendo variar de 2,0% a 3,0% (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
As reações pelas quais o cimento se torna um material aglomerante, se dão pelo seu contato com a água. A mistura destes dois materiais resulta em uma massa firme e resistente, denominada pasta de cimento hidratada (NEVILLE, 2016).
A reação se dá através dos silicatos e aluminatos de cálcio do cimento, que se hidratam na presença da água, produzindo uma massa sólida e resistente. Os principais componentes do cimento (C3S e C2S) possuem diferentes reações em contato com a água, sendo que o primeiro
se hidrata muito mais rápido que o segundo e que, se não fosse a adição do sulfato de cálcio, resultaria na pega instantânea (NEVILLE e BROOKS, 2013).
Quando o cimento começa sua troca de estado, de fluido para rígido, dá-se o nome de “tempo de pega”, que é quando a pasta de cimento começa seu processo de enrijecimento, impossibilitando a trabalhabilidade (NEVILLE, 2016). Esse processo ocorre quando os grãos de cimento vão se aglutinando uns aos outros, por efeito de floculação, formando um esqueleto sólido (OLIVEIRA, 2012).
A perda de plasticidade do concreto ao longo do tempo acontece devido a diminuição da água livre no sistema, que se dá devido a formação de produtos de hidratação, adsorção superficial e evaporação, fazendo com que a pasta enrijeça, até atingir o seu endurecimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
O tempo de pega possui dois estágios, o “inicio da pega” e o “fim da pega”. O início da pega se dá com o enrijecimento da pasta e o fim da pega é dado pelo seu endurecimento. Este fenômeno pode ser medido com precisão pelo ensaio do aparelho de Vicat, o qual se faz com a penetração de uma agulha (PETRUCCI, 1998).
A pega não se inicia instantaneamente, leva-se um certo tempo para seu início. Ao final da pega, quando a pasta torna-se rígida, ela tem pouca ou nenhuma resistência. A partir do fim da pega é que a pasta de cimento começa a ganhar resistência, com o início da hidratação do C3S, que continua durante semanas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Além dos componentes já listados, o cimento pode conter adições de diferentes materiais, buscando novas características ao cimento, o que faz mudar a sua classificação. As principais adições realizadas são de escórias de alto-forno, materiais pozolânico e filler calcário, porém também podem ser adicionados outros materiais (BATTAGIN, 2011).
2.2.2 Agregados naturais
Os agregados são materiais que possuem atividade química praticamente nula (EPUSP, 2012), contudo, a qualidade dos agregados é de grande importância, tendo em vista que o mesmo constitui pelo menos 3/4 do volume total do concreto (NEVILLE, 2016).
Comparado ao preço do cimento, os agregados possuem um custo muito baixo, então quanto maior o seu emprego, menor será o custo final. Porém, a economia não é a única vantagem destes materiais, os agregados proporcionam diversas outras vantagens à pasta de cimento, que serão abordadas adiante (NEVILLE, 2016).
Diferente do cimento, os agregados não são constituídos por compostos que reagem com a água e formam produtos complexos de hidratação. Na maioria dos casos, são considerados apenas como materiais inertes de enchimento, sem que seja dado a devida atenção aos mesmos. No entanto, devem ser estudados da mesma forma, tendo em vista sua influência nos custos, trabalhabilidade, resistência e durabilidade do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Sua classificação varia de acordo com alguns fatores, porém, o fator determinante e mais utilizado para sua classificação é de acordo com o tamanho das partículas e é divido em agregado graúdo e agregado miúdo (EPUSP, 2012).
2.2.2.1 Agregado graúdo (pedra brita)
Segundo a NBR 7211 (2005), os agregados graúdos são “Agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 4,75 mm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISO 3310-1” (NBR 7211, p. 03).
O agregado graúdo mais utilizado na construção civil é a pedra britada. As matérias-primas deste material vão depender, principalmente, das rochas com predominância na região a que está inserida. As rochas predominantes e mais exploradas no Brasil são: granito, basalto e calcário (EPUSP, 2012). Os agregados britados são produzidos em pedreiras através da explosão de rochas, que em seguida passam por processos de britagem e seleção granulométrica (NETO, 2011).
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As pedras são dividias em seis diferentes faixas granulométricas, cada uma mais indicada para certo tipo de atividade. No concreto, os tipos mais utilizados são a brita 0, brita 1 e brita 2 (EPUSP, 2012).
Segundo Epusp (2012), as britas são divididas em 6 tamanhos, de acordo com seus respectivos diâmetros: Pó de pedra: > 4,8 mm; Brita 0 ou pedrisco: 4,8 mm a 9,5 mm; Brita 1: 9,5 mm a 19 mm;’ Brita 2: 19 mm a 25 mm; Brita 3: 25 mm a 50 mm; Brita 4: de 50 mm a 76 mm;
Falando em estruturas de concreto armado deve-se atentar para o diâmetro máximo do agregado graúdo empregado, tendo em vista que o mesmo pode ser superior ao espaçamento das armaduras (FUSCO, 2008).
2.2.2.2 Agregado miúdo (areia)
A NBR 7211 (2005), define o agregado miúdo: “Agregado cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha de 150μm, em ensaio realizado de acordo com a ABNT NBR NM 248, com peneiras definidas pela ABNT NBR NM ISO 3310-1” (NBR 7211, p. 03).
O material predominante utilizado como agregado miúdo em concretos é a areia. Sua origem pode ser de rios, de cava, britagem, escória e de praias e dunas (EPUSP, 2012). No estado do Rio Grande do Sul, a predominância é da areia extraída de rio, sendo que aproximadamente 70% é extraída do Rio Jacuí (BUGIM, 2013).
Segundo Epusp (2012), as areias são subdividas em três principais faixas, de acordo com seus diâmetros: areia fina, média e grossa:
Areia fina: 0,15mm a 0,6mm;
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Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo
Areia grossa: 2,4 mm a 4,8 mm.
Ressalta-se que dependendo de qual granulometria será usada no concreto, os resultados podem ser bem diferentes, e o ideal é que a areia possua estes três tipos em sua composição, em proporções adequadas, e não apenas uma dessas granulometrias (EPUSP, 2012).
A areia seca absorve água, formando uma película em torno dos grãos, o que denomina-se inchamento. A água preenche os vazios dos grãos, fazendo com que estes se afastem uns dos outros, proporcionando o inchamento (EPUSP, 2012).
Devem-se tomar cuidados quanto as impurezas presentes nas areias, como argila em torrões, materiais pulverulentos, friáveis, carbonosos e orgânicos, os quais podem comprometer o funcionamento do concreto. Todas essas impurezas podem ser retiradas por processo de lavagem (EPUSP, 2012).
2.2.3 Água
Elemento indispensável para vida de todos os seres vivos, a água também é indispensável para o concreto. A qualidade da água é muito importante para o bom desempenho das estruturas e caso a mesma possuir impurezas, pode afetar diretamente na pega do cimento, na resistência do concreto e até mesmo causar agressão as armaduras (NEVILLE e BROOKS, 2013).
Em geral, para uso em concretos, considera-se que o ideal seja a utilização de água potável, porém, quando há excesso de sódio e potássio torna-se inadequada para uso. Da mesma forma, águas não potáveis também podem servir para uso, desde que seu pH seja entre 6,0 e 8,0 e não possuam sabor salino ou salobro (NEVILLE e BROOKS, 2013).
Estudos sobre a qualidade da água no concreto nunca foi um tema muito enfatizado, tanto é que, no Brasil, apenas em 2009 foi criada a primeira Norma Brasileira que trata do assunto, a NBR 15900 (2009), cujo título é “Água para amassamento do concreto” (ISAIA, 2011).
A água proporciona a devida aglutinação dos agregados com a pasta de cimento, bem como dá a trabalhabilidade desejável ao concreto fresco. A quantidade de água utilizada na mistura é fator determinante para resistência e durabilidade das estruturas de concreto (ISAIA, 2011).
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O fator água/cimento (a/c), como já mencionado, é um fator fundamental e de extrema importância no cálculo de dosagens. Fatores água/cimento baixos podem proporcionar alta resistência ao concreto, porém deixando-o com pouca ou nenhuma trabalhabilidade. Fatores muito altos, podem comprometer a durabilidade e resistência e também ultrapassar a trabalhabilidade ideal. Devido a isso, deve-se buscar o fator que atenda todos esses requisitos (BAUER, 2012).
Após a fabricação do concreto, o mesmo deve passar pelo processo denominado cura, o qual se refere ao procedimento que promove a hidratação do cimento, sendo seu principal objetivo é impedir a retração, que resultaria em baixa resistência e durabilidade (NEVILLE e BROOKS, 2013).
O objetivo da cura no concreto é mantê-lo saturado, evitando a evaporação da água antes do cimento ser completamente hidratado. O tempo ideal de cura vai depender das condições climáticas as quais o concreto está inserido, de modo geral, quanto maior for a temperatura e menor a umidade relativa do ar, mais tempo deve ser empregado para a cura. O tipo de cimento também influenciará o tempo de cura (NEVILLE e BROOKS, 2013).
2.2.4 Aditivos
O uso de aditivos pode ser empregado no concreto visando a melhoria de alguma de suas propriedades, tanto no estado fresco quanto no endurecido. Sua utilização em concretos de cimento Portland iniciou-se no início do século XX, com o aditivo plastificante, na Inglaterra (HARTMANN et al, 2011).
O principal objetivo com o uso de aditivos é elevar a resistência e a durabilidade do concreto, mas também existem aditivos com outras finalidades. Em sua maioria possuem mais de uma característica, sendo difícil classificá-los de acordo com uma função específica (MEHTA e MONTEIRO, 2008). Devido essa multifuncionalidade, os aditivos são classificados de acordo com sua função principal (BAUER et al, 2012).
Dentre os diversos tipos de aditivos, Bauer (2012) cita os principais e mais utilizados:
Aceleradores: Aceleram o tempo de pega, provocando o acelerado endurecimento do concreto;
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Retardadores de pega: Aumentam o tempo de pega, provocando o aumento do tempo de endurecimento do concreto;
Redutores de água (plastificantes e superplastificantes): Proporcionam a diminuição do fator a/c e/ou aumento da trabalhabilidade do concreto;
Polímeros: Melhoram aderência de concreto fresco com concreto endurecido, usados principalmente em obras de reparos;
Impermeabilizantes: Evitar a penetração de água no concreto. 2.2.4.1 Aditivos redutores de água, plastificantes e superplastificantes
Aditivos redutores de água também são conhecidos como plastificantes e superplastificantes. Como o nome sugere, os superplastificantes tem um efeito redutor superior aos plastificantes, enquanto os plastificantes normais podem reduzir a quantidade de água em pelo menos 5%, os superplastificantes podem reduzir até 40% (HARTMANN et al, 2011).
A NBR 11768 (2011) define os plastificantes como:
Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 6% da quantidade de água de amassamento para produzir um concreto com determinada consistência (ABNT, NBR 11768, p. 02).
A mesma norma também define os superplastificantes:
Produto que aumenta o índice de consistência do concreto mantida a quantidade de água de amassamento, ou que possibilita a redução de, no mínimo, 12% da quantidade de água de amassamento, para produzir um concreto com determinada consistência (ABNT, NBR 11768, p. 02).
A principal finalidade destes aditivos é produzir concretos com altas resistências mantendo uma boa trabalhabilidade. Ao utilizar estes aditivos, consegue-se a diminuição do fator a/c – o que acarreta a diminuição do volume de vazios, proporcionando ganho de resistência e durabilidade (HARTMANN et al, 2011).
A função dos aditivos redutores de água é dispersar as partículas de cimento em hidratação, liberando a água que fica presa entre seus grãos, consequentemente aumentando a fluidez da mistura. As reações ocorrem em consequência da repulsão entre os grãos de cimento, devido a
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forças eletrostáticas, fazendo com que a água que está entre os flocos seja liberada, reduzindo a viscosidade da mistura (HARTMANN et al, 2011).
Os aditivos plastificantes simples são compostos por lignosulfonatos, sais de ácido hidroxicarboxílico e polissacarídeos. O lignosulfonato (mais utilizado) é obtido a partir do rejeito líquido do processo de extração da celulose da madeira (HARTMANN et al, 2011).
Os aditivos superplastificantes são formados a base de formaldeído-sulfonato de melamina ou de naftaleno. De modo geral, tanto os plastificantes quanto os superplastificantes, atuam da mesma maneira, porém em intensidades diferentes (NEVILLE e BROOKS, 2013).
2.3 CONCRETO NO ESTADO FRESCO
O concreto fresco é composto pelos agregados graúdo e miúdo envolvidos pela pasta de cimento e espaços cheios de ar. A pasta de cimento é composta por grãos de cimento em solução aquosa. O fator determinante para a resistência e outras propriedades do concreto endurecido, será limitado, principalmente, pela quantidade de água utilizada (SOBRAL, 2012).
O cimento Portland comum é composto pelo clínquer e sulfato de cálcio, o cimento Portland composto possui os mesmos materiais e adições ou substituições do clínquer por fíler calcário, materiais pozolânicos e escórias de alto forno. O clínquer é composto por silicatos tricálcico e dicálcico, aluminato tricálcico e ferroaluminato tetracálcico. Considerando este conjunto, o cimento Portland comum terá cinco substâncias que irão reagir com a água e o cimento Portland composto terá seis, formando um complexo sistema onde cada material terá um papel fundamental na reação (CINCOTTO, 2011).
A partir da adição de água à mistura inicia-se a dissolução, que é influenciada por cada uma das partes constituintes do cimento, os quais vão formar os produtos hidratados. Ao se dissolver na água, cada elemento atua de uma forma diferente. A água é dissociada em íons H+ e OH-, conferindo alcalinidade à solução. Quanto maior for a dispersão das partículas de cimento, mais fácil será a interação com a água. (CINCOTTO, 2011).
Para se trabalhar com o concreto no estado fresco, busca-se um certo grau de trabalhabilidade. Um concreto que pode ser adensado facilmente é considerado um concreto
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trabalhável, porém, dizer que a trabalhabilidade se resume a apenas isto é uma definição muito vaga. Neville (2016), define a trabalhabilidade como: “a quantidade de energia interna útil necessária para produzir o adensamento completo” (NEVILLE, 2016, p. 194).
Tendo em vista a melhora na plasticidade, pode ser feito o uso de aditivos sem interferir no fator água/cimento, teor de água/mistura seca e relação agregado/cimento, o qual não trará as consequências que a modificação desses fatores pode trazer e conferirá uma melhor plasticidade ao concreto (ROMAN, et al 2007).
Além da trabalhabilidade, outro termo utilizado para o concreto fresco é a sua consistência. A consistência pode ser definida pela fluidez do concreto, sendo que o ponto determinante neste caso será o fator a/c. Quanto maior for este fator, mais fluído e trabalhável será o concreto, e quanto menor o fator, o concreto será mais seco e com pouca trabalhabilidade. Essa consistência pode ser medida pelo abatimento do tronco de cone (NEVILLE, 2016).
É importa que se tenha uma trabalhabilidade e consistência ideal, pois são os vazios do concreto que vão ditar a resistência do mesmo e, quanto melhor a trabalhabilidade significa seu melhor adensamento, logo, menor número de vazios. Com isso, busca-se o fator a/c ótimo, o qual proporcionará a maior eficiência (NEVILLE, 2016).
Outros fatores que devem ser atentados nesse processo são a segregação e a exsudação. O primeiro refere-se a separação dos constituintes da mistura, impedindo a obtenção de um concreto com características de uniformidade. Pode ocorrer, principalmente, por dois fatores: os grãos maiores dos agregados tendem-se a se separar dos demais, podendo se depositar nos fundos das formas ou por se transportarem mais rapidamente quando o concreto é conduzindo por calhas; o outro fator é a separação da pasta, que acontece em misturas muito plásticas (SOBRAL, 2012).
A exsudação pode ser considerada uma forma de segregação, pois ocorre devido ao excesso de água, que eleva-se à superfície do concreto recém lançado. Os constituintes sólidos não conseguem fixar toda a água presente na mistura e na maioria dos casos, além do excesso de água, depende das propriedades do cimento. Como causas da exsudação, pode-se obter um concreto poroso, o que confere uma menor resistência e alta permeabilidade (SOBRAL, 2012).
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Para um melhor desempenho, além do fator a/c, outro fator importante é a granulometria dos agregados. Quanto mais bem graduado, maior será o fechamento das partículas, proporcionando mais resistência e durabilidade. Também deve-se salientar o formato dos grãos: grãos arredondados proporcionam maior plasticidade para mesmos fatores a/c, comparando-os com grãos angulares, lamelares ou aciculares (SOBRAL, 2012).
2.4 CONCRETO NO ESTADO ENDURECIDO
A qualidade do concreto vai depender da atividade a qual for designado. Concretos utilizados em estruturas submersas serão diferentes de concretos utilizados na estrutura de um edifício. Logicamente, o concreto utilizado para uma estrutura submersa deverá ser impermeável e ter uma resistência mais elevada do que a de um concreto da estrutura de um simples edifício, porém, isso não quer dizer que um ou outro é de menor qualidade, e sim que os dois poderão ser consideradas de mesma qualidade, desde que atendam aos esforços que lhe forem designados (WOLLE e ALMEIDA, 2012).
A massa específica do concreto pode variar de acordo com seu tipo, que pode ser dividido em concretos leves, médios e pesados. Os mais utilizados são os médios, os quais possuem massa específica entre 2.300 Kg/m³ a 2.400 Kg/m³ e quando há armaduras, geralmente fica próximo aos 2.500 Kg/m³ (PETRUCCI, 1998).
As três propriedades essências do concreto são a resistência mecânica, porosidade e durabilidade. Essas três propriedades vão depender de diversos fatores, como a pasta de cimento, os agregados utilizados e principalmente, em como se dará a ligação entre esses dois elementos (PAULON e KIRCHHEIM, 2011).
2.4.1 Resistência mecânica do concreto
Define-se como resistência mecânica do concreto: “a capacidade do material de suportar as cargas aplicadas sobre ele, sem que o mesmo entre em ruína. De forma prática, considera-se a resistência do concreto como a carga máxima aplicada sobre um corpo-de-prova” (ANDRADE e TUTIKIAN, 2011, p. 616).
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Para Neville (2016), a resistência é considerada a propriedade mais importante do concreto. Embora também seja muito importante a permeabilidade e a durabilidade, a resistência fornece uma ideia geral da qualidade do concreto.
Um dos fatores, se não o principal fator, que influencia na resistência do concreto é a relação a/c. Como regra geral, pode-se dizer que a resistência é inversamente proporcional a esse fator (PETRUCCI, 1998).
A resistência do concreto vai crescendo ao longo do tempo, sendo que atinge praticamente o seu maior valor após 1 ano. Até ter 1 ano de idade, o crescimento de resistência vai variar de acordo com o tipo de cimento empregado. Falando do cimento Portland comum, em ensaios realizados em laboratório, os quais são utilizados corpos de provas cilíndricos de 100mm x 200mm, aos 28 dias de idade o concreto terá atingido, em média, 80% da sua resistência final, aos 90 dias 90% e aos 365 dias 100% (PETRUCCI, 1998).
Mehta e Monteiro (2008) destacam a relação inversa entre resistência e porosidade. Essa porosidade está diretamente relacionada a zona de transição pasta-agregados, que na maioria dos casos é o local onde ocorre a ruptura. A zona de transição apresenta uma grande quantidade de número de vazios, que pode ter diferentes comportamentos quando o concreto é submetido a diferentes esforços.
Quando submetidos a esforços de tração, à medida que aumenta as tensões aplicadas, começam aparecer microfissuras. Essa propagação é mais intensa na zona de transição, onde as microfissuras vão se interligando tridimensionalmente, até causar a ruptura do concreto (ANDRADE e TUTIKIAN, 2011).
Quando submetidos à compressão, o processo ocorre praticamente da mesma forma. Quando as microfissuras vão se interligando, as superfícies de fratura começam a se desagregar do concreto, até que o limite de resistência seja atingido, causando um desplacamento superficial acentuado do material, conforme representa a Figura 1 (ANDRADE e TUTIKIAN, 2011).
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Figura 1 – Fissuração microestrutural do concreto quando submetido a (a) tração e (b) compressão
Fonte: Andrade e Tutikian (2011)
O processo de cura é fundamental para determinação da resistência. A cura do concreto envolve uma combinação de condições a fim de promover a hidratação ideal do cimento, como o tempo, a temperatura e a umidade as quais o concreto será submetido após o seu endurecimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Observa-se que quanto maior o tempo de cura, mais partículas de cimento irão se hidratar, logo, maior será sua resistência. Quanto a umidade, concretos após 180 dias de cura úmida chegaram a ter valores três vezes maiores de resistência comparados a concretos de cura contínua ao ar. Em relação a temperatura, para a cura do concreto é indicado temperaturas entre 21 °C e 46 °C, sendo que quanto maior for, maior será a hidratação do cimento. Em relação a moldagem, percebe-se que para temperaturas abaixo de 21 °C, o concreto apresenta melhores comportamentos quanto a resistência, porém, para posterior processo de cura a temperatura deve ser elevada (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
2.4.2 Permeabilidade
O concreto, como já mencionado, é um material com certa porosidade e não é possível que os vazios sejam totalmente preenchidos. Petrucci (1998) destaca as principais causas da porosidade do concreto:
É sempre necessário utilizar uma quantidade de água superior à que se precisa para hidratar o aglomerante, e essa água, ao evaporar, deixa vazios;
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Com a combinação química, diminuem os valores absolutos de cimento e água que entram em reação;
Inevitavelmente, durante a mistura do concreto, incorpora-se ar à massa.
A conexão desses vazios no concreto torna-o permeável à água. A permeabilidade torna o concreto suscetível as intempéries e a ação de agentes atmosféricos (PETRUCCI, 1998).
A permeabilidade do concreto é proporcional ao fator a/c e inversamente proporcional aos finos presentes na mistura, como o cimento. O processo de cura também é fator determinante para a permeabilidade, tendo em vista que uma má cura pode deixar microfissuras devido à baixa hidratação, consequentemente, maior número de vazios (OLIVEIRA, 2012).
Agregados podem ser menos permeáveis do que a pasta de cimento, porém, quando adicionados ao sistema, ao contrário do que se espera, a permeabilidade aumenta, devido ao tamanho das partículas. Quanto maior for a dimensão do agregado, maior será o coeficiente de permeabilidade. Esse fator é explicado devido a maior granulometria dos agregados proporcionar um maior número de vazios nas microfissuras da zona de transição (MEDEIROS et al, 2011).
A permeabilidade será determinante para os processos físicos e químicos que ocorrerão na vida útil do concreto. A resistência está diretamente ligada com a permeabilidade, tendo em vista que os mesmos fatores influenciam tanto uma quanto a outra. Deve-se levar em considerações diversos cuidados quanto a moldagem de um concreto, desde a escolha do seu fator a/c, dimensão dos agregados, processo de cura, entre outros, para que consiga-se um concreto com a menor porosidade possível, resultando em melhor resistência e baixa permeabilidade (MEDEIROS et al, 2011).
2.4.3 Durabilidade
A durabilidade das estruturas de concreto simples, armado e protendido é condicionada pelos eventuais ataques de agentes agressivos, os quais estão presentes no meio ambiente e que ao longo dos anos podem agredir as estruturas. (OLIVEIRA, 2012).
Um concreto é considerado durável quando sua estrutura consegue desempenhar suas funções previstas, mantendo resistência necessária em um certo tempo, denominado vida útil, o
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qual possui um tempo tradicionalmente esperado. Esse tempo não será infinito e para que a estrutura possua o máximo de durabilidade possível, são necessários certos reparos e manutenções constantes (NEVILLE, 2016).
Para se ter o conhecimento do comportamento de uma estrutura, além de serem realizados estudos dos materiais constituintes, sua mistura e sua construção, também deve-se ter o conhecimento do meio ambiente a qual esta estrutura estará inserida, o qual será determinante na vida útil da estrutura, pois diferentes meios causam diferentes tipos de ataques (ISAIA, 2011).
Os três principais fluidos que podem causar danos as estruturas são: a água, pura ou com íons agressivos, o gás carbônico e o oxigênio. A durabilidade do concreto vai depender da facilidade, ou dificuldade, da penetração destes fluídos em seu interior. Essa penetração dos fluídos vai depender, principalmente, da permeabilidade da estrutura (NEVILLE, 2016). Ribeiro (2014) reforça que, além da permeabilidade, a distância utilizada para o cobrimento também é determinante na vida útil.
Dentre os diversos agressores do meio ambiente ao concreto, destaca-se o gás carbônico, o qual está presente em todos os lugares, variando apenas a sua concentração de um lugar para o outro. Ao longo dos anos, a penetração desse gás pode causar a carbonatação das estruturas de concreto, sendo fator determinante e principal causa do tempo de vida das estruturas (LUCENA, 2016).
2.4.3.1 Carbonatação
A concentração do gás carbônico (CO2) no meio ambiente varia de um lugar para o outro,
mas nunca chega a ser zero. Em ambientes rurais, em geral, a concentração de gás carbônico é a mais baixa, sendo cerca de 0,03%. Em grandes centros urbanos, essa concentração pode chegar a até 1% e, essa grande diferença, contribui significativamente para a diminuição da vida útil das estruturas, onde quanto maior a concentração, maior será a velocidade de carbonatação (NEVILLE, 2016).
O dióxido de carbono presente na atmosfera penetra na matriz porosa do concreto e se dissolve, alterando o equilibro químico do meio, conforme mostra a Figura 2 (LUCENA, 2016). Ao se diluir na umidade presente na estrutura, ocorre a formação do ácido carbônico (H2CO3), o
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qual reage com o hidróxido de cálcio [Ca(OH)2 ou CH] presente na pasta de cimento hidratada, resultando em água e carbonato de cálcio (CaCO3). O carbonato de cálcio não irá deteriorar o concreto, porém irá consumir os álcalis da pasta (CH e C-S-H) e, com isso, reduzir o pH. (RIBEIRO, 2014).
Figura 2 – Processo de carbonatação
Fonte: CASCUDO 2005, apud, LUCENA (2016)
O ingresso de CO2 ocorre por difusão através dos poros do concreto. Caso houver alta
umidade, a frente de carbonatação pode ser quatro vezes mais lenta do que em condições normais e, caso seja muito baixa, o CO2 permanece na forma gasosa e não reage com os componentes da
pasta (NEVILLE, 2016).
Segundo Lucena (2016), os valores de umidade onde ocorre maior carbonatação são entre 60% e 85%. Acima e abaixo desses valores, a carbonatação torna-se muito lenta. Quando acima, a difusão do gás acaba sendo muito menor, sendo que acima de 95% de umidade não ocorre carbonatação. Quando abaixo de 60% e, quanto mais baixo for a umidade, a carbonatação também será lenta, pois o CO2 necessita da água para reagir, logo, quando sua concentração é baixa, a frente
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de carbonatação se tornará mais lenta. A Figura 3 apresenta a percentagem de carbonatação de acordo com a umidade relativa do ambiente, segundo Cascudo e Carasek (2011).
Figura 3 – Percentagem de carbonatação/umidade relativa do ambiente
Fonte: Cascudo e Carasek (2011).
O processo de carbonatação, em seu início, ocorre de forma mais rápida e, ao longo dos anos, sua velocidade vai diminuindo. Essa diminuição na velocidade de carbonatação é resultado da diminuição da porosidade do concreto, que ocorre devido a precipitação do carbonato de cálcio (CaCO3), o qual preenche os poros, diminuindo a entrada do dióxido de carbono (CASCUDO e
CARASEK, 2011). Neville (2016) comprova essa teoria citando que a profundidade de carbonatação aumenta na proporção da raiz quadrada do tempo, expressa pela equação 1.
D = kt0,5 (1) Onde:
D = profundidade de carbonatação (mm); k = coeficiente de carbonatação (mm/ano0,5); t = tempo de exposição (anos).
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Essa expressão é válida para umidades onde ocorre a maior taxa de carbonatação, para teores de umidade acima e abaixo do mencionado anteriormente, essa fórmula não é válida (NEVILLE, 2016).
Cascudo e Carasek (2011) também trazem uma divergência quanto ao fato da diminuição da porosidade e desaceleração da carbonatação. Mesmo comprovada a redução da porosidade total, uma porosidade mais fina inserida nas faixas dos poros capilares é aumentada, em consequência da decomposição do silicato de cálcio hidratado (C-S-H).
Cascudo e Carasek (2011) ainda relatam que a carbonatação pode induzir a retração do concreto, devido à perda de moléculas de água na reação principal e a diminuição do volume da pasta de cimento endurecida, os quais implicam na redução volumétrica do concreto. Essa retração pode trazer fissuras a superfície exposta, porém, não é um fenômeno significativo, pois o fenômeno ocorre apenas na região carbonatada e a mesma apresenta um volume relativamente pequeno em relação a toda estrutura.
A utilização de cimentos compostos, como com adições de escórias de alto-forno e pozolanas, pode contribuir positivamente quanto negativamente à frente de carbonatação. Quando há adições destes minerais ao concreto, a quantidade de Ca(OH)2 é reduzida, tendo em vista a
reação deste composto com a sílica presente nas cinzas volantes. Devido à redução do Ca(OH)2, a
quantidade de CO2 necessária para remoção total do composto é menor. Porém, o efeito fíler
(físico) e pozolânico (químico), produz um sistema de poros mais denso, resultando em uma menor porosidade do concreto, o que dificulta a entrada do gás (NEVILLE, 2016).
O que irá determinar se a utilização de cimentos compostos trará benefícios ou malefícios a estrutura será o processo de cura. A utilização de cimentos compostos necessita de uma cura adequada, para total reação das adições. Esse processo de cura sendo realizado da maneira indicada (mais prolongado do que o cimento comum), reduzirá a permeabilidade do concreto. Contudo, se este processo não for adequado, ficando as adições sem reagir completamente, a utilização de cimentos compostos será prejudicial, aumentando a permeabilidade do concreto (CASCUDO e CARASEK, 2011). A Figura 4 exemplifica essa relação entre a cura e a permeabilidade.
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Figura 4 – Permeabilidade do concreto em relação a cura
Fonte: Cascudo e Carasek (2011).
O principal fator negativo com o processo de carbonatação é a corrosão das armaduras. Quando o concreto armado está em pleno funcionamento, as armaduras possuem uma camada de passivação, a qual está aderida fortemente ao aço, protegendo contra reações do oxigênio e da água. Essa camada possui pH elevado, desse modo, quando o pH baixo atinge essa camada, o filme de óxidos que constituem a camada de passivação é removido, deixando as armaduras expostas a ação do oxigênio, facilitando a corrosão (NEVILLE, 2016).
O concreto possui um meio altamente alcalino, com seu pH variando entre 12,5 a 13,5. Essa alta alcalinidade é proveniente da fase líquida constituinte dos poros, a qual é composta essencialmente de hidróxidos alcalinos, tendo uma alta concentração de íons OH-. Os compostos presentes nos poros são constituídos por uma solução mista de hidróxido de sódio (NaOH) e de hidróxido de potássio (KOH), originados dos álcalis do cimento (CASCUDO e CARASEK, 2011). De modo geral, o pH de precipitação do composto formado pela reação, o CaCO3, situa-se
entre 8,3 e 9,0 à temperatura ambiente. A película passivadora possui um valor crítico de pH entre 11,5 a 11,8, a qual estando abaixo disso, pode resultar na despassivação. Então, quando a frente de carbonatação atinge essa camada, devido ao baixo pH, provocará essa instabilidade (CASCUDO e CARASEK, 2011).
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Desempenho mecânico e durabilidade de concretos com uso de resíduos da construção civil (RCC) na substituição parcial dos agregados graúdo e miúdo
Ao atingir esta frente de carbonatação e posterior despassivação das armaduras, começa a corrosão do aço, tal como se estivesse exposto à atmosfera sem qualquer proteção, porém com um agravante: a umidade presente no interior do concreto (CASCUDO e CARASEK, 2011). Inicialmente, começam a aparecer manchas sobre as barras de aço, seguidos por fissuras e por fim reduz-se o tamanho da seção, junto com a perda de aderência da barra ao concreto. Esses fatores levam ao comprometimento da segurança estrutural ao longo do tempo (RIBEIRO, 2014). Além de mudanças nas propriedades do concreto, como o traço, fator a/c, entre outros fatores já mencionados, outras medidas podem ser adotadas a fim de evitar a corrosão das armaduras: utilização de aditivos inibidores de corrosão; proteção catódica da armadura; revestimento da armadura; utilização de barras em aço inox; revestimento do concreto com recobrimentos protetores. Todas essas medidas podem elevar o custo final, porém, dependendo do ambiente em que a estrutura estará exposta, como por exemplo túneis, onde há alta concentração do CO2, essas medidas podem ser viáveis, tendo em vista a diminuição dos custo com manutenção
(RIBEIRO, 2014).
No Brasil, a alternativa de proteção mais utilizada é a de revestimento do concreto. O objetivo é evitar ou minimizar o ingresso do dióxido de carbono nas estruturas e os materiais mais utilizados são: tintas à base de resina epóxi, acrílica, poliuretana, vinílica, tintas asfálticas e betumes, além do possível revestimento de argamassas impermeáveis. Para cada material empregado, devem ser respeitadas as indicações do tempo e quantidade de aplicação, para que não atrapalhe os processos químicos do concreto (RIBEIRO, 2014).
2.5 INFLUENCIA DOS AGREGADOS NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO
Os agregados mais utilizados na construção civil são a areia e a pedra britada. Mesmo que estes materiais sejam praticamente considerados como padrões, os mesmos irão variar suas características e composições de um lugar para outro, dependendo de onde serão extraídos e explorados (FRASCÁ, 2007).
Os agregados terão influência direta nas propriedades do concreto. Seu formato, dimensões máximas e mínimas, rugosidade, porosidade, entre outras características, irão afetar diretamente a
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trabalhabilidade, resistência, porosidade e durabilidade das estruturas (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A forma e a textura dos agregados irá variar em decorrência de alguns fatores, como as características da rocha-mãe e o processo de britagem, resultando em formatos diversos de grãos, os quais irão influenciar diretamente na trabalhabilidade do concreto. Para um mesmo grau de trabalhabilidade, partículas de agregados arredondadas e lisas necessitam uma menor quantidade de água do que comparados aos agregados angulosos e ásperos. Porém, texturas muito lisas, principalmente referindo-se ao agregado graúdo, podem proporcionar pouca aderência à pasta de cimento (NETO, 2011).
A resistência dos agregados, em geral, é superior a resistência de concretos de composição usual (fck 20-30 MPa), sem haver restrição ao seu uso quanto a este quesito (BAUER, 2012). Contudo, da mesma forma que afeta a trabalhabilidade, o formato e a textura dos grãos influencia também na resistência final do concreto, sendo o caso de grãos lamelares e alongados, que além de necessitarem de maior quantidade de água, podem acabar acumulando bolhas de ar e água ao seu redor, diminuindo a resistência (FARIAS e PALMEIRA, 2007). Paulon e Kirchheim (2011) reforçam a ideia, atribuindo o fato de que a quantidade de água ao redor do agregado acaba formando um filme que enfraquece a pasta de cimento.
Além do formato, textura e mineralogia do agregado interferir na relação a/c do concreto, este também afeta a zona de transição na interface, o qual também é fator de grande importância para a resistência final (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Mehta e Monteiro (2008) também afirmam que a granulometria contribui diretamente para a definição da resistência. Diâmetros de agregados maiores podem proporcionar uma menor quantidade de água na mistura, entretanto, estes agregados tendem a formar uma zona de transição mais fraca, com maior quantidade de microfissuras.
A permeabilidade dos agregados, em geral, é mais baixa do que das pastas de cimento. Contudo, quando os mesmos são adicionados a mistura, a permeabilidade do concreto aumenta. O principal fator que contribui para este aumento é novamente o diâmetro dos agregados e sua causa
