CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RENATA STHEFÂNIA DE ARAÚJO SILVA
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO MIÚDO CONVENCIONAL POR VERMICULITA
EXPANDIDA
ANGICOS/RN
2019
ANÁLISE DAS PROPRIEDADES DO CONCRETO COM SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO AGREGADO MIÚDO CONVENCIONAL POR VERMICULITA
EXPANDIDA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a Universidade Federal Rural do Semiárido como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof(a) Ma. Janaína Salustio da Silva
ANGICOS/RN
2019
Intelectual, respectivamente, Patentes: Lei nº 9.279/1996, e Direitos Autorais: Lei nº 9.610/1998. O conteúdo desta obra tornar-se-á de domínio público após a data de defesa e homologação da sua respectiva ata, exceto as pesquisas que estejam vinculas ao processo de patenteamento. Esta investigação será base literária para novas pesquisas, desde que a obra e seu (a) respectivo (a) autor (a) seja devidamente citado e mencionado os seus créditos bibliográficos.
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A Deus e a Nossa Senhora, por ter me dado forças para chegar até aqui e fé quando achei que nada ia dá certo.
A minha avó do céu, Senhora Sant’Ana, a quem eu sou tão devota, por ser meu amparo e minha luz.
A minha mãe, Maria Jailma de Araújo Silva e minha avó, Maria do Céu Rodrigues de Araújo, por sempre se preocuparem quando os desafios dessa jornada me entristeciam. Vocês são as mulheres mais importantes da minha vida.
A toda minha família, por sempre acreditar na minha capacidade e por me ajudar financeiramente e sentimentalmente quando precisei. Amo todos vocês.
Ao meu namorado, Tácio Moreira da Silva, por toda ajuda ao longo desses anos com suas palavras de carinho, amor e confiança, mostrando-me muitas vezes o quanto eu era capaz. Te amo.
A minha orientadora e professora, Janaina Salustio da Silva, por ter estado sempre à disposição em ajudar na elaboração deste trabalho e por todo conhecimento transmitido. Serei sempre grata.
A minha amiga Maisa Dantas, por toda ajuda e companheirismo nesses anos de curso. Saibas que serei eternamente grata por sua amizade.
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A todos os meus amigos de Angicos (todos), em especial José Bandeira e Simplícia, por toda ajuda na elaboração desse trabalho, foi fundamental. Serei sempre grata.
Aos técnicos dos laboratórios da UFERSA, IFRN e UFRN, Ádna, Valteson e Sandro, por toda ajuda nos ensaios desta pesquisa.
A todos os professores da UFERSA – Angicos, por todo o conhecimento transmitido, ajudando em minha formação. Grata a todos
contemporâneas tem sido cada vez mais constante no setor. Com isso, foi criada a norma NBR 15575/2013: Edificações Habitacionais – Desempenho, da ABNT, para normatizar requisitos básicos e critérios necessários ao conforto dos usuários. A utilização de agregados leves no concreto, como a vermiculita expandida, tem tido um crescimento significante, uma vez que esta possui características específicas, como uma baixa massa específica e uma baixa condutividade térmica. A substituição total ou parcial dos agregados convencionais pelo agregado leve ocasiona mudanças significativas nas propriedades do concreto, com destaque para trabalhabilidade, resistência mecânica, isolamento térmico e acústico e massa específica.
Nesse contexto, o presente trabalho tem o intuito de analisar as propriedades mecânicas e térmicas, além da consistência, absorção de água e massa específica dos corpos de provas produzidos, com a substituição parcial do agregado miúdo convencional por vermiculita expandida em diferentes porcentagens (15%, 35% e 45%), comparando quais as alterações provocadas em suas propriedades com relação ao traço referência. O procedimento experimental foi iniciado com a caracterização física e mecânica dos materiais constituintes do concreto produzido (cimento, areia, vermiculita e brita) e logo após, foi realizado análise dos ensaios com o concreto endurecido. Os resultados indicam que houve uma redução na trabalhabilidade e na resistência mecânica à compressão à medida que aumentou o teor de vermiculita no concreto. Também foi verificado uma melhoria do conforto térmico e um aumento na absorção de água, quando comparados ao traço referência. Para o ensaio de massa específica, verificou-se que nenhum dos traços feitos pode ser considerado concreto leve.
Palavras-chave: Propriedades termomecânicas. Norma de desempenho. Conforto térmico.
Agregado leve.
Figura 1: Concreto sem finos... 14
Figura 2: Concreto celular... 15
Figura 3: Concreto com agregados leves. ... 15
Figura 4: Superfície do agregado leve: (a) produzido pelo processo de sinterização e b) produzido em forno rotativo... 18
Figura 5: Tipos de argila em função de sua granulometria: a) Argila expandida 2215 d b) Argila expandida 1506. ... 19
Figura 6: Vermiculita: (a) no aspecto natural, (b) expandida, após aquecimento... 21
Figura 7: Vermiculita usada como isolante térmico... 22
Figura 8: Concreto leve fluído utilizado como preenchimento de laje. ... 23
Figura 9: Cimento CP V ARI- RS... 31
Figura 10: Peneiramento do cimento. ... 32
Figura 11: Ensaio de consistência do cimento no aparelho de Vicat... 33
Figura 12: Ensaio de tempo de pega... 35
Figura 13: Ensaio de expansibilidade de Le Chatelier... 36
Figura 14: Areia média... 37
Figura 15: Vermiculita expandida. ... 38
Figura 16: Conjunto de peneiras da série normal. ... 39
Figura 17: Leituras dos Frascos de Chapman. ... 39
Figura 18: Brita... 41
Figura 19: Ensaio de massa específica da brita... 42
Figura 20: Fluxograma sobre produção do concreto...43
Figura 21: Fluxograma sobre o procedimento experimental realizado...44
Figura 22: Moldagem dos corpos de prova...46
Figura 23: Processo de cura dos corpos de prova...46
Figura 24: Ensaio de compressão dos corpos de prova...47
Figura 25: Corpos de prova na estufa...48
Figura 26: Corpo de prova submetido à ebulição...48
Figura 27: Registro da massa com auxílio da balança hidrostática...49
Figura 28: Esquematização do protótipo usado para ensaio de desempenho térmico...50
Figura 29: Protótipo do ensaio de desempenho térmico: (a) lâmpadas infravermelhas como
fonte de calor incidente sobre a placa; (b) placas cimentícias encaixadas e envolvidas por uma
divisória de EPS...50
Figura 32: Curva granulométrica da vermiculita...57
Figura 33: Abatimento do tronco de cone dos traços TR REF, TR V15, TR V35 e TR V45... ...58
Figura 34: Valores do abatimento do concreto...58
Figura 35: Resistência à compressão dos concretos...60
Figura 36: Desvio Padrão do ensaio de resistência à compressão...60
Figura 37: Resultados da absorção de água...61
Figura 38: Resultados da massa específica ...62
Figura 39: Resultados obtidos para o traço referência...63
Figura 40 : Resultados obtidos para o traço V 15...64
Figura 41: Resultados obtidos para o traço V 35...65
Figura 42: Resultados obtidos para o traço V 45...66
Tabela 1: Classificação do concreto com agregados leves...16
Tabela 2: Características típicas da Vermiculita expandida...22
Tabela 3: Valores mínimos de resistência à compressão em função da massa específica aparente para concreto leve estrutural...24
Tabela 4: Propriedades térmicas dos concretos com agregados leves e agregados convencionais...26
Tabela 5: Caracterização do cimento...52
Tabela 6: Resultados do ensaio de caracterização granulométrica e física da areia...53
Tabela 7: Resultados do ensaio de caracterização granulométrica e física da brita...54
Tabela 8: Resultados do ensaio de caracterização granulométrica e física da vermiculita...56
Tabela 9: Classes de consistência...59
1 INTRODUÇÃO ... 12
1.1 OBJETIVOS ... 13
1.1.1 Objetivo Geral ... 13
1.1.2 Objetivos Específicos ... 13
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 14
2.1 CONCRETO LEVE ... 14
2.2 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO LEVE ... 17
2.2.1 Cimento... 17
2.2.2 Agregados leves ... 18
2.2.2.1 Argila Expandida ... 20
2.2.2.2 Escória Granulada ... 21
2.2.2.3 Vermiculita Expandida ... 21
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO LEVE ... 24
2.3.1 Resistência Mecânica e Massa Específica ... 24
2.3.2 Porosidade e Teor de Absorção de Água ... 25
2.3.3 Propriedades térmicas e acústicas ... 26
2.4 ESTUDOS DESENVOLVIDOS COM CONCRETO LEVE COM VERMICULITA EXPANDIDA ... 28
3 MATERIAIS E MÉTODOS ... 31
3.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ... 31
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 31
3.2.1 Cimento... 31
3.2.1.1 Ensaio de Finura ... 32
3.2.1.2 Ensaio de consistência normal ... 34
3.2.1.3 Ensaio de tempo de início e fim de pega ... 35
3.2.1.4 Ensaio de expansibilidade de Le Chatelier ... 36
3.2.2. Agregados miúdos ... 38
3.2.2.1 Areia ... 38
3.2.2.2 Vermiculita expandida ... 38
3.2.2.3 Ensaio de granulometria ... 39
3.2.2.4 Massa específica Real ... 40
3.2.2.5 Massa unitária ... 41
3.2.4 Água ... 44
3.3 CONCRETO ... 44
3.4 ENSAIOS COM O CONCRETO ... 45
3.4.1 Ensaio do Abatimento do Tronco de Cone ... 46
3.4.2 Moldagem dos corpos de prova ... 46
3.4.3 Ensaio de Resistência à compressão axial ... 47
3.4.4 Ensaio de absorção de água e Massa específica ... 48
3.4.5 Ensaio térmico ... 50
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 53
4.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 53
4.1.1 Cimento... 53
4.1.2 Caracterização dos agregados convencionais ... 54
4.1.3 Caracterização física do agregado leve ... 56
4.2 CARACTERIZAÇÃO DO CONCRETO ... 58
4.2.1 Trabalhabilidade ... 58
4.2.2 Resistência à compressão ... 60
4.2.3 Absorção de água por imersão ... 62
4.2.4 Massa específica ... 63
4.2.5 Análise térmica ... 64
4.2.5.1 Traço referência ... 64
4.2.5.2 Traço 15%... 65
4.2.5.3 Traço 35%... 65
4.2.5.4 Traço 45%... 66
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 68
REFERÊNCIAS ... 69
1 INTRODUÇÃO
A história do concreto começou há muito tempo. No Século II a.C, por exemplo, os romanos já construíam paredes de blocos de pedra ou tijolos que serviam de fôrmas, tendo seu núcleo preenchido com pedaços de pedras entre camadas de argamassa de cal, pozolana e areia. Mas, nas duas últimas décadas, devido à evolução das técnicas e equipamentos para estudos dos concretos e uso de novos materiais, a tecnologia do concreto sofreu um grande desenvolvimento (ROSSIGNOLO, 2003).
Com o avanço tecnológico, cresceu-se a necessidade de adaptação dos materiais de construção que atendesse às exigências contemporâneas. A busca pela sustentabilidade, acompanhado de maior segurança, conforto e economia tem gerado grande número de descobertas. Entre elas: ―O desenvolvimento de concretos especiais que visam superar as deficiências do concreto normal, feito com cimento Portland e agregados natural convencional.‖ (MELO, 2010, p.12). Como alternativas, outros materiais foram acrescentados na mistura do concreto, e também a substituição dos agregados.
O concreto leve, que substitui total ou parcialmente os agregados convencionais por agregados leves, tem uma grande importância para a construção civil e um dos motivos é a redução da carga na estrutura, consequentemente na fundação e baixa resistência mecânica, devido aos agregados substituintes possuírem baixas massas específicas. ―Por essa razão, são utilizados principalmente para isolamento térmico ou para enchimento‖ (MELO, 2010, p.12).
Maycá, Cremonini e Recena (2008) relatam que existem diversos agregados leves que podem ser utilizados em substituição total ou parcial aos agregados convencionais, como argila expandida, pumicita (pedra-pomes), vermiculita e cinza volante sintetizada.
A vermiculita é um mineral industrial usado na construção civil como agregado leve, tendo uma massa específica que varia entre 300 a 800 kg/m³. ―Dentre os agregados leves, a vermiculita se mostra como o agregado que gera o concreto com menor massa específica, chegando a incríveis 300 kg/m³, ainda que sem função estrutural‖ (MICHEVIZ; SANTOS;
TEIXEIRA, 2011, p.21).
Dentre os vários agregados leves existentes, a vermiculita expandida é fonte de
pesquisa e estudo deste trabalho, procurando analisar o desempenho de suas propriedades na
produção do concreto, substituindo parte do agregado convencional (areia) pela mesma, em
proporções diferenciadas do que já foi realizado por Santos (2018), para com isso verificar o
teor mínimo de vermiculita que possa ser utilizado de maneira a possibilitar um ganho de
conforto térmico.
1.1 OBJETIVOS 1.1.1 Objetivo Geral
Analisar as propriedades mecânicas, físicas e térmicas do concreto através de corpos de prova, substituindo parte do agregado miúdo pela vermiculita expandida.
1.1.2 Objetivos Específicos
Caracterizar os materiais constituintes do concreto a ser produzido (Cimento, agregados miúdo e graúdo);
Determinar o traço padrão da mistura para atingir a resistência mecânica à compressão de 30 MPa;
Produzir e ensaiar placas de concreto com diferentes teores de adição de vermiculita expandida em relação ao agregado miúdo convencional (0%, 15%, 35%, 45%) para realizar a análise de desempenho térmico;
Avaliar de que maneira as propriedades de resistência mecânica, trabalhabilidade,
massa específica e absorção, podem ser influenciadas pela incorporação dos diferentes
percentuais de vermiculita expandida em sua composição.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Segundo Lima (2010), o concreto convencional feito com cimento Portland, agregados miúdos e agregados graúdos apresentam certas limitações, onde se faz necessário o desenvolvimento de concretos especiais para melhorar algumas propriedades. Como é o caso do concreto de alto desempenho, que se caracteriza por possuir propriedades de resistência e durabilidade superiores às dos concretos comuns; o concreto com fibras que permite ao concreto desenvolver a redução das fissuras de retração e o concreto autoadensável que tem como característica preencher os espaços vazios das formas e se auto-adensar apenas sobre o efeito da gravidade. Além desses concretos, muitos outros tipos vêm sendo desenvolvidos, e um em particular será o escopo desse trabalho: o concreto leve.
O concreto leve pode ser obtido por meio de diferentes maneiras, em particular, se fazendo uso da incorporação de agregados leves à mistura. ―[...] a microestrutura desses agregados são constituídas por sistema celular de poros isolados entre si por paredes impermeáveis justificando valores de baixa massa específica e unitária‖ (EUSTÁQUIO, 2016, p. 3845).
2.1 CONCRETO LEVE
O concreto leve é reconhecido pelo seu reduzido peso específico e elevada capacidade de isolamento térmico e acústico. De acordo com a NBR 12655 (ABNT, 2006) o concreto leve é definido como o concreto endurecido que, quando seco em estufa, apresenta massa específica entre 800 e 2000 kg/m³. Já os concretos normais, conforme cita a NBR 6118 (ABNT, 2007), apresentam massa específica entre 2000 kg/m³ e 2800 kg/m³.
Segundo Lima (2010) e Melo (2010) a reduzida massa específica se dá pela substituição do material sólido por ar, que se faz introduzindo vazios na massa do concreto, formando vazios entre as partículas de agregados ou, ainda, utilizando agregados com altos índices de vazios. Sendo assim, pode-se admitir que suas propriedades são diretamente impactadas pelo volume de vazios existente ao mesmo, sendo a presença do ar em sua composição um fator determinante.
O concreto leve também possui a propriedade de ser isolante térmico. O isolamento
térmico promovido supera a do concreto de densidade normal, pois sua condutividade térmica
é proporcional ao aumento de sua massa específica, resistência mecânica e condutividade
sonora (BARROS; CARDILLO, 2014).
Outra vantagem do concreto leve é promover a redução nas cargas transmitidas à estrutura e, consequentemente à fundação, trazendo como vantagens redução nos custos de produção da edificação (ROSSIGNOLO, 2003).
Segundo Natalli (2017), os concretos leves podem ser obtidos através de três métodos diferentes: substituindo total ou parcialmente os agregados convencionais por agregados leves; adicionando substâncias incorporadoras de ar à pasta de concreto; e concretos sem finos, com a ausência de agregado miúdo.
O concreto sem finos é produzido apenas por agregados graúdos e adição de aglomerantes, este apresenta aparência de concreto empedrado, como se pode ver na Figura 1.
―Este concreto pode ser usado para confecção de painéis divisórios, na construção de estruturas de drenagem e também como sub-base de quadras de esportes‖ (MAYCÁ;
RECENA; CREMONINI, 2009, p.2).
Figura 1: Concreto sem finos.
Fonte: Rossignolo (2009).
O concreto celular, também conhecido como concreto aerado, é resultante da ação de produtos que, acrescentados à pasta, produzem gases que formam bolhas. Este material tem uso, principalmente como enchimento e componentes de alvenaria (MAYCÁ; RECENA;
CREMONINI, 2009) .
Esse concreto apresenta na sua composição areia, cimento, água e adições de bolhas
de ar (Figura 2).
Figura 2: Concreto celular.
Fonte: Rossignolo (2009).
Já o concreto com agregados leves é produzido através da substituição total ou parcial dos agregados normais por agregados leves. Os agregados leves são definidos como sendo materiais de origem natural (fragmentos rochosos) ou artificial (argila expandida, ardósia e escória de alto forno), que apresentam massa específica baixa, inferior a 1120 kg/m³ (MEHTA & MONTEIRO, 2008).
A Figura 3 apresenta uma imagem da seção transversal de um concreto leve produzido a partir de agregados leves. Os agregados leves que normalmente são utilizados para obtenção do concrete leve são a argila expandida, escória granulada de alto forno e vermiculita expandida.
Figura 3: Concreto com agregados leves.
Fonte: Rossignolo (2009).
Os concretos leves com incorporação de agregados leves podem ser classificados de
acordo com a sua massa específica e sua possível utilização na construção civil. Pela
classificação da American Concrete Institute, por meio da norma ACI 213R (2003) apud Mehta & Monteiro (2008), são três os grupos existentes nessa classificação, conforme apresentado na Tabela 1.
Tabela 1: Classificação do concreto com agregados leves.
Fonte: Norma ACI 213R (2003) apud Mehta e Monteiro (2008) (Adaptado pelos autores).
Uma maneira adequada de se entender o comportamento do concreto leve é estudando a função e influência de cada um de seus constituintes na mistura. Dessa forma será apresentada uma exposição desses insumos.
2.2 MATERIAIS CONSTITUINTES DO CONCRETO LEVE 2.2.1 Cimento
O cimento é um material pulverulento, seco e fino, que com as reações químicas que ocorre entre os minerais do cimento e a água (processo de hidratação), desenvolve propriedades aglomerantes.
De acordo com Bauer (2000), o cimento é obtido através da pulverização do clínquer constituído essencialmente de silicatos hidráulicos de cálcio com certa proporção de sulfato de cálcio natural, contendo adições de certas substâncias que modificam suas propriedades ou facilitam ser emprego. O cimento usado para o concreto leve é o mesmo utilizado no concreto convencional.
O tipo de cimento é importante na confecção do concreto leve, pois, assim como a
porosidade, o desenvolvimento de sua matriz cimentícia depende da quantidade de água
incorporada na mistura. Pode-se afirmar que para um mesmo tipo de cimento, a resistência da
pasta depende especificamente da relação água/cimento, sendo este também um dos principais fatores determinantes da resistência da ligação pasta/agregado (BAUER, 2000).
2.2.2 Agregados leves
De acordo com Pereira (2012), os agregados leves são aqueles que possuem baixa massa específica em comparação aos agregados convencionais, a qual varia entre 80 e 900 kg/m³, dependendo do processo de fabricação.
Estes agregados possuem como característica principal uma estrutura porosa que resulta em uma baixa massa específica. Conforme sua origem apresentam características inerentes que podem afetar as propriedades do concreto em maior ou menor escala (MAYCÁ;
RECENA; CREMONINI, 2009).
Os agregados leves podem ser classificados segundo sua origem em naturais e artificiais. Os agregados naturais, pedra-pomes e tufo vulcânico, são obtidos por meio de extração de jazidas e é um agregado que, por ter grande variabilidade de suas propriedades, tem pouca aplicação em concreto estrutural. Os agregados artificiais, argila expandida e escória sinterizada, são confeccionados em fabricas através de processo de aquecimento da matéria-prima (ROSSIGNOLO, 2009).
Quanto sua fabricação, os dois processos mais utilizados acontecem em fornos rotativos e fornos de sinterização.
Segundo Moravia (2007), o processo de produção em forno rotativo (ou nodulação) caracteriza-se pelo fato de determinados materiais se expandirem quando submetidos a temperaturas elevadas (entre 1000ºC e 1350ºC), como algumas argilas. Nessa faixa de temperatura, parte do material se funde gerando uma massa viscosa, enquanto a outra parte se decompõe quimicamente liberando gases que são incorporados por essa massa, expandindo-a em até sete vezes seu volume inicial, sendo a estrutura porosa mantida após seu resfriamento.
Esse processo de fabricação promove a formação de uma camada vitrificada na parte externa da partícula, o que torna sua superfície com baixa porosidade diminuindo significativamente a absorção de água. A massa unitária dos agregados produzidos por esse processo varia entre 300 kg/m³ e 650 kg/m³ (BORJA, 2011). Os agregados produzidos por forno rotativo apresentam granulometria variada, formato arredondado e âmago formado por uma massa esponjosa micro-celular (ROSSIGNOLO, 2003). A argila expandida e o xisto expandido são exemplos de agregados que passam por esse processo.
No processo de sinterização, uma porção adequada de combustível é adicionada à
matéria-prima. Após essa mistura, deposita-se o material em forma não compactada em uma
grelha móvel e queima-o, com consequente expansão, em função da formação de gases e formação de uma camada ou leito sinterizado, que é depois britado e separado em frações granulométricas adequadas (BORJA, 2011). O agregado obtido pelo processo de sinterização apresenta poros abertos e com altos valores de absorção de água, sua massa específica varia entre 650 e 900 kg/m³ (ROSSIGNOLO, 2003). O fato do agregado que passa por esse processo possuir poros abertos e altos valores de absorção de água, pode promover o aumento da relação a/c do concreto ou ainda a redução de sua trabalhabilidade e resistência. A cinza volante sinterizada é um exemplo de agregado que passa por esse processo.
A vermiculita expandida, mineral utilizado nesse estudo, é produzida por forno rotativo. A amostra seca de vermiculita é peneirada em várias frações, conforme sua classificação granulométrica, em seguida é pesada, e então, submetida ao processo de expansão térmica em fornos com temperatura na faixa de 800 a 1.100 ºC. Após o resfriamento, a vermiculita expandida é novamente pesada, e a ganga residual é removida por meio de separação a seco ou a úmido (UGARTE; SAMPAIO; FRANÇA, 2005).
As figuras 4a e 4b mostram a diferença na porosidade da superfície dos agregados que produzidos pelo processo de sinterização e forno rotativo.
Figura 4: Superfície do agregado leve: (a) produzido pelo processo de sinterização e b) produzido em forno rotativo.
Fonte: Rossignolo (2003).
Segundo Rossignolo (2003), os agregados produzidos pelo processo de sinterização
apresentam alta rugosidade, formas angulares e superfície porosa, o qual proporciona boa
aderência à pasta de cimento, mas apresenta altos valores de absorção de água, aumentando a
quantidade de água da mistura para a obtenção de uma melhor trabalhabilidade. Outra
desvantagem desse processo é a penetração da pasta de cimento nos poros externos, que pode
variar de 30 a 100 kg de cimento por m³, o que faz aumentar o consumo de cimento e a massa
especifica do concreto.
Ainda segundo o autor, os agregados produzidos em fornos rotativos normalmente apresentam forma esférica e uma fina camada externa com baixa porosidade, possibilitando uma boa trabalhabilidade com baixa relação a/c. Mas, uma desvantagem é que esse tipo de agregado apresenta maior facilidade de segregação do que o produzido por sinterização, devido o seu formato esférico.
Alguns dos tipos mais comuns de agregados leves e que podem ser usados na produção de concreto leve são a argila expandida, a escória granulada e a vermiculita expandida.
2.2.2.1 Argila Expandida
A argila expandida é um material obtido através do aquecimento de alguns tipos de argila a temperatura entre 1000°C e 1200°C, no qual uma parte dos seus constituintes se funde gerando uma massa viscosa e a outra se decompõe quimicamente, liberando gases e expandindo-se em até sete vezes o seu volume inicial (MORAVIA, 2007).
A argila expandida nacional é produzida pelo processo de forno rotativo, existindo dois tipos disponíveis (Figura 5a e 5b) que são utilizadas como agregados graúdos em concretos estruturais: a argila expandida 2215, com dimensões dos grãos variando entre 15 e 22 mm e a argila expandida 1506, com grãos variando entre 6 e 15 mm (MAYCÁ; RECENA;
CREMONINI, 2009).
De acordo com Rossignolo (2009), o fato de passar por esse processo de fabricação, a argila expandida apresenta formato arredondado regular e núcleo esponjoso, envolto por uma camada vitrificada, com baixa permeabilidade.
Figura 5: Tipos de argila em função de sua granulometria: a) Argila expandida 2215 d b) Argila expandida 1506.
Fonte: Maycá; Recena; Cremonini (2009).
2.2.2.2 Escória Granulada
A Escória de alto forno granulada é formada pelo resfriamento rápido da escória líquida numa estrutura química vitrificada, utilizando jatos de água em alta pressão lançados diretamente na saída da escória fundida. Nesse processo não ocorre à cristalização do material, possibilitando o seu uso na produção de cimentos ou como agregado miúdo em concretos (SANTOS, 2013).
Ainda de acordo com a autora, apesar da heterogeneidade do subproduto, a escória de alto forno tem um grande potencial de utilização como agregado para concreto, podendo ser viável a substituição da brita comum por escória de alto forno cristalizada britada.
Moura (2000) afirma que as escórias de alto forno resfriadas lentamente podem ser moídas e graduadas para uso como agregado miúdo ou britadas para serem utilizadas como agregado graúdo.
Dentre os benefícios para utilização da escória granulada de alto forno em concretos estão a sustentabilidade ambiental a ser adquirida com a utilização de um produto residual secundário, em vez de um material de fonte primária; ajuda a evitar a entrada de cloreto à estrutura de concreto, diminuindo a corrosão dos membros de reforço de aço e, financeiramente, o uso da escória de alto forno como uma mistura de concreto é geralmente menos caro do que misturas OPC (Cimento Portland) padronizadas (PORTAL METÁLICA, 2018).
Ribeiro et al. (2006) fizeram um estudo utilizando escória e/ou areia como agregado miúdo, brita zero como agregado graúdo e aditivos plastificantes. De acordo com os traços e os ensaios realizados, os pesquisadores concluíram que a escória atende de forma geral aos requisitos de resistência e de durabilidade no concreto.
2.2.2.3 Vermiculita Expandida
De acordo com Barros e Cardillo (2014), a vermiculita expandida é um mineral
formado de ferro, alumínio, magnésio hidratado e lamelar, que sofre expansão quando
aplicado sobre ele uma alta temperatura, transformando-o em flocos com ar aprisionado,
dando-lhe a característica de ser termo acústico. Por essa razão, é um material com grande
aplicação na construção civil, uma vez que melhora as propriedades térmicas e acústicas da
parte interna das residências.
―A vermiculita é um mineral hidratado, produto da alteração de micas, mais comumente a biotita. Os minerais comumente associados à vermiculita são: biotita, hidrobiotita, apatita, anfibólio, flogopita, diopsídio, clorita, amianto, talco e minerais argilosos‖ (CARVALHES, 2015, p.116).
Segundo Ugarte, Sampaio e França (2005), a faixa de composições da vermiculita vai depender da composição da mica que a originou, da variação química durante o intemperismo e da troca iônica durante o processo de formação.
Silva (2014) afirma que, embora a vermiculita seja comercializada na forma natural, sua utilização se dá na forma expandida, onde a mesma é submetida a temperaturas entre 800 e 1100°C. A Figura 6 ilustra a vermiculita em sua forma natural e expandida.
Figura 6: Vermiculita: (a) no aspecto natural, (b) expandida, após aquecimento.
Fonte: Barros (2018).
O processo pelo qual a vermiculita na sua forma natural passa é chamado de esfoliação ou expansão térmica. Para Ugarte, Sampaio e França (2005):
O objetivo do processo consiste em remover a água estrutural associada ao mineral, no menor intervalo de tempo possível, com o melhor rendimento do processo. O aquecimento converte, bruscamente, a água interlamelar em vapor, expandindo a vermiculita natural.
Ainda de acordo com Ugarte, Sampaio e França (2005), quando a vermiculita se torna
expandida com 90% em volume de ar aprisionado, sua densidade aparente é reduzida de 640-
960 kg/m3 para 56-192 kg/m³. As suas características típicas estão apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2: Características típicas da Vermiculita expandida.
Fonte: Micheviz; Santos; Teixeira (2011).
Segundo Barros e Cardillo (2014) o concreto leve com vermiculita expandida se diferencia do concreto convencional por possuir uma menor massa específica, chegando a uma massa unitária de 300 kg/m³, possibilitando a concepção de peças com maiores distâncias.
De acordo com Carvalhes (2015), o Brasil ocupa a terceira posição no cenário mundial, com 10% de reserva de vermiculita. Essas reservas se concentram em cinco estados:
Goiás (66,7%), Paraíba (19,1%), Bahia (13,3%), Piauí (0,9%) e Pernambuco (0,05%).
A vermiculita expandida é utilizada na construção civil com as finalidades de isolamento térmico para lajes e paredes (Figura 7), utilizada em contrapisos, agregado leve para concreto estrutural, na composição de argamassas acústicas e térmicas de revestimento de paredes, preenchimento de lajes (Figura 8), forro decorativo e acústico a prova de fogo, entre outras.
Figura 7: Vermiculita usada como isolante térmico.
Fonte: Barros e Cardillo (2014).
Figura 8: Concreto leve fluído utilizado como preenchimento de laje.
Fonte: Barros e Cardillo (2014).
2.3 PROPRIEDADES DO CONCRETO LEVE
Segundo Rossignolo (2003), o agregado leve influencia em várias propriedades do concreto, como a massa específica, a trabalhabilidade, resistência mecânica, propriedades térmicas, a fluência e espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz, etc.
2.3.1 Resistência Mecânica e Massa Específica
A resistência mecânica e a massa específica são umas das propriedades mais utilizadas na caracterização dos concretos leves, pois estão diretamente relacionadas com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado. O valor da massa específica dos agregados leves é inversamente proporcional à sua dimensão, logo a granulometria tem mais influencia na resistência mecânica dos concretos leves do que nos tradicionais (ROSSIGNOLO, 2003).
A NBR 35:1995 - Agregados leves para concreto estrutural, apresenta os valores
mínimos de resistência à compressão em função da massa específica aparente, apresentados
na Tabela 3.
Tabela 3: Valores mínimos de resistência à compressão em função da massa específica aparente para concreto leve estrutural.
Fonte: ABNT NBR 35:1995.
De acordo com a ASTM C 330-77, que fala sobre especificação padrão para agregados leves em concreto estrutural, o concreto leve estrutural não deve ter uma resistência à compressão inferior a 17 MPa aos 28 dias de idade, determinada em corpo de prova cilíndrico padronizado.
A resistência mecânica nos concretos com agregados leves são mais eficientes na argamassa devido à similaridade entre os valores do módulo de deformação do agregado e da argamassa e da melhor qualidade da zona de transição pasta-agregado e sua ruptura ocorre devido ao colapso da argamassa, e a linha fratura atravessa os agregados, como ocorre no concreto de alta resistência. Já nos concretos com agregados convencionais, os quais os agregados possuem módulo de deformação maior que o da argamassa, a ruptura se inicia na zona de transição, o que resulta em uma linha de fratura ao redor do agregado (fase mais resistente) (ANGELIN, 2014).
Para uma mesma resistência, o consumo de cimento em concretos com agregados leve, pode superar em até dois terços os valores obtidos para concretos com agregado convencional (MORAVIA, 2007).
2.3.2 Porosidade e Teor de Absorção de Água
As características de porosidade e absorção de água dos agregados leves afetam as propriedades dos concretos tanto no estado fresco quanto no processo de hidratação do cimento. De acordo com Rossignolo (2003), a porosidade total do agregado, a conectividade entre os poros, características da superfície do agregado e umidade do agregado antes da mistura são os principais fatores que afetam a velocidade e a quantidade de água absorvida pelos agregados.
Fatores externos que também influenciam na absorção de água dos agregados leves
são o uso de aditivos, temperatura e a pressão de bombeamento, no caso de concreto
bombeado. O uso de superplastificantes aumenta a absorção de água do agregado uma vez
que a mesma é proporcional à consistência do concreto. A utilização de agentes retardadores aumenta o tempo entre a mistura e início do endurecimento do concreto, podendo também aumentar a absorção de água dos agregados (ROSSIGNOLO, 2003).
Segundo Angelin (2014), a absorção de água dos agregados leves, apesar de ser desfavorável a algumas propriedades do concreto, como o aumento da retração por secagem, aumento da massa específica e redução da resistência ao fogo, apresentam pontos positivos, como a melhoria das propriedades da zona de transição entre o agregado e a matriz de cimento, através da redução do efeito parede.
Rossignolo (2009) recomenda que, para evitar prejuízo da trabalhabilidade do concreto, evitar a formação de bolhas ao redor do agregado e reduzir a absorção de água após a mistura, haja a pré-saturação dos agregados leves.
2.3.3 Propriedades térmicas e acústicas
A NBR 15575/2013 – Edificações habitacionais – Desempenho, aborda o desempenho da edificação para o usuário, existindo, ao todo, três grupos de requisitos: segurança, sustentabilidade e habitabilidade. Quanto ao primeiro, o usuário exige segurança estrutural, contra incêndios e no uso e operação da construção, quanto à sustentabilidade, a NBR 15575 abrange a durabilidade, a manutenibilidade e os impactos ambientais da obra e já no quesito habitabilidade, trata a responsabilidade por manter a satisfação do cliente durante a utilização do imóvel, como no desempenho térmico e acústico.
Com relação ao desempenho acústico, classifica-se segundo três tipos de requisitos: a isolação acústica de vedações externas, a isolação acústica entre ambientes e os ruídos de impacto, e para cada um deles há métodos de avaliação especificados nas NBR 15575-3 a NBR 15575-5 (NBR 15575/2013).
As propriedades térmicas dos concretos leves são diferentes das observadas nos concretos tradicionais, pois aquele possui uma menor condutividade, menor coeficiente de expansão térmica e maior estabilidade dos agregados leves quando expostos a altas temperaturas. O ar aprisionado na estrutura celular dos agregados leves faz com que a transferência e a absorção de calor diminuam, por isso em algumas edificações se utiliza o concreto leve na vedação de fachadas e em coberturas reduzindo a absorção e transferência para o ambiente interno de calor. (ANGELIN, 2014; ROSSIGNOLO, 2003)
A Tabela 4 apresenta valores de algumas propriedades térmicas, comparando
concretos com agregados leves com os que contem agregados convencionais.
Tabela 4: Propriedades térmicas dos concretos com agregados leves e agregados convencionais.
Fonte: Holm; Bremner (2000), apud Angelin (2014).
A utilização dos concretos com agregados leves para vedação de fachadas e cobertura de edificações se dá devido às propriedades térmicas do concreto leve, como menor condutividade, menor coeficiente de expansão térmica, maior estabilidade dos agregados leves quando expostos a altas temperaturas e principalmente ao ar aprisionado na estrutura dos agregados leves, as quais fazem com que haja a redução da absorção e transferência de calor quando comparados aos agregados convencionais, reduzindo a absorção e transferência para o ambiente interno de calor (ANGELIN, 2004).
Sacht, Rossignolo e Santos (2010) afirmam que a condutividade térmica é o fluxo de calor por condução que atravessa na unidade de tempo através de uma parede com espessura unitária e dimensões suficientemente grandes para que seja eliminada a influência do contorno.
Ainda segundo os autores, por meio da condutividade térmica é possível estimar o fluxo de calor através de uma parede, o que o torna um parâmetro físico importante na engenharia civil. Considerando dois ambientes separados por um elemento, o calor é transmitido do ambiente mais quente por condução externa e radiação para a superfície da parede, atravessando-a por condutividade externa e radiação para o ambiente mais frio. A matéria é sempre muito mais condutora que o ar contido em seus poros; à natureza química do material, os materiais amorfos são geralmente menos condutores que os cristalinos; e à umidade do material estão diretamente ligados a essa propriedade.
Diante do exposto e conforme se pode ver na Tabela 4, concretos feitos com
agregados leves possuem baixo valor de massa específica e, consequentemente, baixo valor
de condutividade térmica, dessa forma, são utilizados para isolar ambientes com variações
térmicas do lado de fora em regiões como o Sul e o Norte do Brasil, por exemplo, onde as
temperaturas costumam ser muito baixas e muito altas, respectivamente.
2.4 ESTUDOS DESENVOLVIDOS COM CONCRETO LEVE COM VERMICULITA EXPANDIDA
Santos (2018) fez um estudo sobre produção de concreto leve substituindo parte do agregado miúdo convencional por vermiculita expandida, avaliando a interferência desse agregado leve nas propriedades mecânicas, absorção de água e análise térmica. Para esse estudo foram feitos corpos de prova com traço referência, substituição de 25% e 50% do agregado convencional por vermiculita expandida.
De acordo com a autora, em relação ao ensaio de resistência mecânica, observou-se que o traço referência, sem a vermiculita, obteve resistência à compressão de 30,72 MPa, no traço com 25% de vermiculita, resistência de 28,75 MPa e no traço com 50% de vermiculita, resistência à compressão axial de 10,35 MPa. Concluiu-se, então, que o concreto com adição de 25% de vermiculita pode ser denominado concreto leve estrutural, uma vez que atingiu a resistência mecânica acima de 17 MPa. Já o concreto com adição de 50% de vermiculita, por não ter atingido a resistência mínima para uso estrutural, pode ser utilizado para outros fins, como por exemplo, blocos e painéis de vedação.
No ensaio de absorção de água, verificou-se o aumento da taxa de absorção de água no concreto à medida que se aumentou a quantidade de vermiculita.
E no ensaio de análise térmica, dentre os painéis analisados, o traço referente à 50% de substituição da areia por vermiculita expandida foi o que ofereceu melhor conforto térmico no que diz respeito ao isolamento entre o ambiente externo e interno.
Silva (2014) também realizou um estudo sobre a produção de concreto leve utilizando a vermiculita expandida, através das análises de densidade, desempenho térmico e resistência à compressão de blocos de concreto com diferentes concentrações de vermiculita.
Para esse estudo foram feitos corpos de prova com traço referência, substituição de 25%, 50% e 75% do agregado convencional por vermiculita expandida.
De acordo com a autora, a densidade diminuiu com o aumento da concentração de vermiculita expandida, mas a leveza não foi alcançada, visto que a diferença de densidade foi baixa, em torno de 7%.
Com relação ao ensaio de absorção de calor, houve uma diminuição à medida que foi
acrescentada a vermiculita expandida. Então, concluiu-se que todos os traços estudados
podem ser empregados como isolante térmico na composição de blocos de concreto e
argamassas de revestimento de paredes, tetos e assoalhos, visto que a diminuição da absorção
de calor traz um grande conforto aos usuários.
Assim como no estudo de Santos (2018), o aumento da capacidade de absorção de água dos blocos foi diretamente proporcional ao aumento da concentração de vermiculita. A autora explica que isso se dá pelo fato dos flocos de vermiculita aumentarem de tamanho ao serem expandido, elevando, assim, sua porosidade. Mas, em relação ao ensaio de resistência mecânica, apenas os resultados do traço com 25% de vermiculita estão em conformidade com as normas em vigor.
Outro estudo feito com adição de vermiculita ao concreto foi o de Barros e Cardillo (2014), onde foram realizados 10 traços, totalizando 40 corpos de prova com uma proporção em volume. A vermiculita expandida foi calculada em relação a proporção do teor de cimento.
A partir dos ensaios feitos, verificou-se que a resistência à compressão foi diminuindo à medida que aumentou a quantidade de vermiculita e diminuiu a quantidade de cimento. Os traços 1, 2 e 3 podem ser utilizados para a confecção de blocos de alvenaria estrutural, pois a resistência requerida pela NBR 6136 (1994) varia entre 4,5 até 16 MPa. Os traços 8, 9 e 10 apresentaram as menores resistência a compressão, entre 0,6 MPa a 0,8 MPa, podendo ser classificados como concretos para isolamento térmico.
Verificou-se que os traços 8, 9 e 10 obtiveram menor massa unitária, pois, à medida que foi acrescentando a vermiculita, ao entrar em contato com a água, se expandiu diminuindo o volume do concreto, consecutivamente sua massa unitária.
Os traços 4 e 5 apresentaram comportamento semelhante de massa unitária e resistência à compressão. Os traços 6 e 7 apresentaram consumo de cimento abaixo de 230 kg/m³ e massa unitaria abaixo das utilizadas no Mercado. Estes concretos leves podem ser utilizados como isolamente térmico, enchimento e regularização de lajes.
Portanto, Barros e Cardillo (2014) concluíram que os resultados alcançados foram satisfatórios considerando a baixa densidade do concreto; porém esses traços não podem exercer a função de concreto estrutural, devido os mesmos não apresentarem resistências acima de 17 MPa, como explicito pela Norma ACI 213R (2003).
Eustáquio et al (2016) fizeram uma pesquisa com o intuito de analisar a resistência e
as propriedades térmicas e acústicas dos blocos de concreto leves, com a substituição total e
parcial dos agregados graúdos e miúdos por argila expandida e vermiculita expandida,
respectivamente. Foram produzidos seis traços distintos com valores de vermiculita
expandida fixado em 3% em relação à massa do cimento e teores de argila expandida de 25,
50, 75 e 100%. Os traços foram denominados: TR.0.0, T3.00, T3.025, T3.050, T3.075 e
T3.100.
O traço T3.100 mostrou ganhos satisfatórios nas propriedades térmicas, obtendo redução de temperatura em 7,1 % que equivale a 2,75 °C. E apesar de aumentar em 22,85% o custo de materiais para confecção dos blocos, os mesmos se mostraram viáveis devido a seu desempenho térmico.
A substituição de 3% de vermiculita expandida não se mostrou suficiente frente às propriedades analisadas, estando na maioria dos casos com resultados semelhantes à referência. O aumento do teor de argila expandida na composição dos blocos resultou em uma melhoria nas propriedades térmicas e acústicas.
A massa específica real do concreto diminuiu com o aumento dos teores de AE devido
à baixa massa específica do agregado, mostrando redução na casa dos 2,0 kg quando
comparando o traço T3.100 com o TR.0.0.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para alcançar os objetivos descritos nesse trabalho, foram confeccionados corpos de prova de concreto de traço em volume 1:1,74:2,17:0,64, sendo o traço referencial, com 0% de vermiculita expandida (agregado leve), um segundo traço com adição de 15%, um terceiro com 35% e por último, adição de 40% de vermiculita expandida, substituindo a areia convencional.
Os traços foram nomeados respectivamente de TR REF, TR V 15, TR V 35 e TR V 45. O traço foi dosado em volume, pois a vermiculita é um agregado muito leve (e consequente peso específico reduzido), o que inviabilizou medir valores em massa, pois acarretaria na utilização de uma quantidade significativamente grande para a produção do concreto.
O traço em volume foi calculado com base no método de dosagem da ABCP para concreto convencional. Foram moldados um total de 20 corpos de prova com dimensões 10 x 20 cm, em conformidade com a norma NBR 5738 – Concreto – Procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova, sendo estes submetidos aos ensaios de resistência à compressão, absorção e massa específica. O ensaio de conforto térmico foi realizado a partir da avaliação de 8 placas com dimensões de 15 x 30 cm, 2 (duas) de cada traço.
A caracterização dos materiais é explicada nos tópicos a seguir.
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Esta etapa é responsável por caracterizar os materiais, identificando quais procedimentos e ensaios foram feitos. Os ensaios foram realizados no laboratório de Edificações do Instituto Federal do Rio Grande do Norte- IFRN/Mossoró, no laboratório de Engenharia Civil da Universidade Federal Rural do Semi-Árido - UFERSA/Angicos e no laboratório de materiais de construção da Universidade Federal do Rio Grande do Norte/UFRN.
3.2.1 Cimento
O cimento utilizado para o desenvolvimento dessa pesquisa foi o cimento Portland de Alta Resistencia Inicial, resistente ao ataque de sulfatos (CP V ARI- RS), do fabricante Mizu.
A escolha do cimento se deu em virtude da disponibilidade do material no comércio da cidade
de Angicos/RN. A Figura 9 ilustra o tipo de cimento utilizado. O cimento foi armazenado em local seco e fechado, visando protegê-lo das intempéries, conservando suas propriedades.
Figura 9: Cimento CP V ARI- RS.
Fonte: Autoria própria (2019).
Para caracterizar o cimento foram feitos os seguintes ensaios: o ensaio de finura, seguindo a NBR 11579/2012: Cimento Portland - Determinação do índice de finura por meio da peneira 75 μm (nº 200); o ensaio de determinação dos tempos de início e fim de pega, seguindo as recomendações da NBR NM 43/2003: Cimento Portland – Determinação da pasta de consistência normal e NBR 16607/2017: Cimento Portland – Determinação dos tempos de pega e o ensaio de expansibilidade de acordo com a NBR 11582: Cimento Portland- Determinação da expansibilidade de Le Chatelier.
3.2.1.1 Ensaio de Finura
Para a realização do ensaio de determinação do índice de finura foram necessários os seguintes materiais:
Balança de precisão com resolução de 0,01g;
Pincel;
Bastão confeccionado a partir de tubo de PVC;
Flanela;
Cronômetro;
Peneira 75 μm (nº 200) com Fundo e Tampa;
Vidro de relógio.
O ensaio de finura foi dividido em três etapas: eliminação de finos, etapa intermediária
e peneiramento final.
Primeiramente foi colocada uma amostra de 50 g de cimento na peneira nº 200 encaixada no fundo e tampada, realizando suaves movimentos horizontais de vaivém para retirar os grãos mais finos durante 4 min. Em seguida, desprezou o material passante.
Na etapa intermediária, peneirou o material retido durante 20 min com intervalos para limpeza da tela da peneira. Desprezou novamente o material passante.
Para finalizar, foi iniciado o peneiramento final, consistindo em realizar movimentos rápidos de vaivém durante 60 segundos, com a peneira posicionada na inclinação de 60°. Em seguida, juntou o material passante e pesou. A massa do material passante não deve ser superior a 0,05g, caso contrário, repete-se esta etapa do ensaio até que a massa passante atinja a quantidade especificada. Finalizado o procedimento, realizou-se a pesagem do material retido na peneira. A Figura 10 mostra o peneiramento do cimento
.Figura 10: Peneiramento do cimento.
Fonte: Autoria própria (2019).
O índice de finura do cimento é calculado pela Equação 1:
F =
x 100 (1) Onde:
F = índice de finura do cimento, em porcentagem;
R = resíduo do cimento na peneira 75 µm, em g;
M = massa inicial do cimento, em g;
C = fator de correção da peneira utilizada no ensaio, determinado de acordo com o
disposto na EB-22, devendo estar compreendido no intervalo de 1,00 ± 0,20.
3.2.1.2 Ensaio de consistência normal
Para esse ensaio foram utilizados os seguintes equipamentos:
Balança com resolução de 0,01g;
Misturador mecânico;
Espátula metálica;
Molde tronco-cônico;
Placa de vidro;
Béquer plástico;
Aparelho de Vicat.
Na cuba da argamassadeira, foram colocadas inicialmente 152 ml de água, com a finalidade de determinar a quantidade ideal da mesma.
Logo após, foi colocado 500g de cimento na argamassadeira e aguardou-se 30 (trinta) segundos e então o misturador foi ligado em velocidade baixa por também 30 (trinta) segundos. Nos 15 (quinze) segundos seguintes, rasparam-se as paredes da cuba com o auxílio da espátula. Logo após o misturador foi ligado em velocidade alta por 60 (sessenta) segundos.
Finalizado a mistura, entre um tempo de 45 (quarenta e cinco) segundos, a massa pronta foi colocada na forma tronco-cônica calçada com a placa de vidro e inserida no aparelho de Vicat, soltou-se a haste durante o tempo de 30 (trinta) segundos, então foi efetuado a leitura do indicador. A Figura 11 mostra a leitura do aparelho de Vicat.
Figura 11: Ensaio de consistência do cimento no aparelho de Vicat.
Fonte: Autoria própria (2019).
Para que a pasta possa ser considerada com sua consistência normal, é recomendado que a sonda estacione a 6 mm ± 1mm de distância da placa de vidro. Caso isso não ocorra, devem-se limpar os equipamentos e reiniciar o ensaio com uma quantidade de água diferente.
Para a determinação da consistência normal do experimento, foram necessárias a realização de 5 tentativas.
O cálculo do percentual de água necessário para obtenção da pasta de consistência normal é efetuado de acordo com a Equação 2:
𝐴 =
× 100 (2) Sendo:
A = Percentual de água (%);
Ma = massa de água (g);
Mc = massa de cimento (g).
3.2.1.3 Ensaio de tempo de início e fim de pega
Para a realização deste ensaio foram utilizados os seguintes equipamentos:
Balança com resolução de 0,01g;
Misturador mecânico;
Espátula metálica;
Molde tronco-cônico;
Aparelho de Vicat;
Cronômetro.
Primeiro foi necessário acoplar ao aparelho de Vicat a agulha, descer até a placa-base e ajustar o indicador na marca zero da escala, para poder efeituar a leitura. Para inicializar o procedimento experimental foi preparada a pasta de cimento, cuja massa do cimento foi 500g e a quantidade de água foi a estabelecida pelo ensaio de consistência normal, descrita anteriormente.
O tempo de ensaio é iniciado a partir do momento que o cimento entra em contato
com a água. O processo de mistura da pasta ocorreu de forma igualitária ao do processo do
ensaio de consistência normal da pasta. Com o equipamento pronto para uso e a pasta de
cimento preparada, o molde foi preenchido pela mesma, na qual ficou descansando por 30
(trinta) minutos.
Após esse intervalo de tempo, foi colocado o molde junto à placa-base no aparelho de Vicat e então realizado as leituras, até que a agulha estacionasse entre 4mm ± 1mm da placa de vidro. O intervalo de cada leitura ocorreu no tempo de 10 minutos e, a partir do momento em que a leitura passou a estacionar próxima a distância almejada, o intervalo das leituras passou a ser de 5 minutos. A Figura 12 mostra quando começou o início de pega. As leituras não devem se dar a menos de 10 mm da borda do molde, como também das leituras anteriores.
Figura 12: Ensaio de tempo de pega.
Fonte: Autoria própria (2019).
Para a determinação do tempo de fim de pega do cimento, inverteu-se o molde cheio.
Foram realizadas leituras até que a agulha não provocasse marca no conteúdo em análise. Os intervalos de leituras ocorreram inicialmente a cada 30 minutos, sendo reduzido para 10 e 5 minutos quando estava obtendo o comportamento esperado.
3.2.1.4 Ensaio de expansibilidade de Le Chatelier
Para esse ensaio foi utilizado os seguintes equipamentos:
Agulhas de Lê Chatelier com identificações individuais;
Espátula fina;
Placas de vidro quadradas de 5 cm de lado;
Régua milimetrada com divisão de 0,5 mm;
Óleo mineral;
Sala climatizada com temperatura entre 20 e 28°C e umidade relativa do ar não inferior a 50%.
Neste ensaio deve-se verificar a abertura de cada uma das 3 agulhas utilizadas no ensaio a frio.
Para isso deve-se preparar uma pasta com 500 g de cimento e a água necessária para a consistência normal. Colocar cada agulha apoiada sobre uma placa de vidro untada com fina camada de óleo mineral. Com auxílio de uma espátula fina preencher os 3 cilindros das agulhas com a pasta de cimento, rasar os topos e cobri-los com outras placas de vidro também untadas com óleo, foi necessário colocar um contrapeso sobre a placa de vidro para evitar que a agulha tombe em função do esforço de torção devido ao peso das hastes como mostra a Figura 13.
Figura 13: Ensaio de expansibilidade de Le Chatelier.
Fonte: Autoria própria (2019).
Logo após a moldagem, cada conjunto (agulha, corpo-de-prova, placas de vidro e contrapeso) deve ser imerso em tanque de água potável, para cura inicial, mantida à temperatura entre 21 e 25°C, durante 24 horas.
No ensaio a frio, terminado o período de cura inicial, retirou-se os 3 conjuntos do
tanque de imersão e removeu-se as placas de vidro. Foram medidos os afastamentos das
extremidades das agulhas, em milímetros, com aproximação de 0,5 mm e depois recolocadas
as agulhas de Le Chatelier de volta ao tanque de água para cura por mais 6 dias, em posição
tal que as extremidades das hastes fiquem de fora da água. Após a totalização dos 7 dias de
cura, fez-se nova medida em cada agulha.
Os resultados para expansibilidade a frio é a diferença entre a medida realizada aos 7 dias e a medida realizada logo após terminado o período de cura inicial. Se expressa como a média de 3 determinações.
Algumas precauções devem ser tomadas, como as agulhas devem ser examinadas antes e após a retirada das placas de vidro, com o objetivo de verificar se nesta operação houve deslocamento do corpo-de-prova na fôrma. Se verificado deslocamento, o corpo-de-prova deve ser eliminado.
3.2.2. Agregados miúdos 3.2.2.1 Areia
A areia utilizada (Figura 14) foi adquirida no comércio local da cidade de Angicos/RN, considerada como areia de granulometria média. A areia passou por uma secagem durante um período de 24 horas para retirar sua umidade e em seguida passada na peneira de abertura 4.8 mm para a retirada de possíveis substâncias indesejadas e partículas mais grossas não adequadas à produção do concreto.
Figura 14: Areia média.
Fonte: Autoria própria (2019).
3.2.2.2 Vermiculita expandida
O agregado leve utilizado como parte de agregado miúdo foi a vermiculita expandida
adquirida no comércio da cidade de Mossoró/RN. A Figura 15 ilustra o agregado leve
utilizado na produção do concreto.
Figura 15: Vermiculita expandida.
Fonte: Autoria própria (2019).
Para caracterização do agregado miúdo (areia), foram realizados três ensaios: ensaio de granulometria, conforme a NBR NM 248/03: Agregados-Determinação da composição granulométrica; ensaio de massa unitária, de acordo com a NBR NM 45/2006: Agregados- Determinação da massa unitária e do volume de vazios; e ensaio de massa específica, que foi realizado através do frasco de Chapman, normatizado pela NBR 9776/1987: Agregados- Determinação de massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de Chapmam.
Já com a vermiculita, foi realizado somente o ensaio de granulometria e massa unitária.
3.2.2.3 Ensaio de granulometria
Os equipamentos utilizados nesse ensaio foram:
Conjunto de peneiras, tampa e fundo;
Estufa;
Balança com resolução de 0,01 g;
Bandejas;
Pincel.
Foram separadas duas amostras de 350 g de areia para ser feito o ensaio, quantidade
esta recomendada pela norma. As amostras do agregado miúdo foram colocadas sobre o
conjunto de peneiras normais arrumadas com a abertura da malha em ordem crescente da base
para o topo, e em seguida peneirada mecanicamente. A Figura 16 mostra a sequência de
peneiras utilizadas no ensaio.
Figura 16: Conjunto de peneiras da série normal.
Fonte: Autoria própria (2019).
Foram utilizadas as peneiras com diâmetros de abertura 4.75 mm, 2.36 mm, 1.18 mm, 0.60 mm, 0.30 mm, 0.15 mm e o fundo. Após o peneiramento foram pesadas as porções retidas e calculadas as porcentagens retidas acumuladas, módulo de finura e dimensão máxima característica dos agregados.
3.2.2.4 Massa específica Real
Para este ensaio, foram usados os equipamentos:
Balança com resolução de 0,01 g;
Frasco de Chapman;
Funil.
Primeiramente foi colocada água no frasco de Chapman até atingir a marca de 200 cm³. Logo após, colocou 500g do agregado miúdo no frasco com água. Para retirar as bolhas de ar, foi necessário agitar cuidadosamente o frasco com movimentos circulares. Por último, foi efetuada a leitura final do nível de água, em que representa o volume de água deslocado devido à introdução do agregado, como mostra a Figura 17.
Figura 17: Leituras dos Frascos de Chapman.
Fonte: Autoria própria (2019).
A determinação da massa específica é obtida através da Equação 3:
μ =
(3)
Onde:
μ: massa específica (g/cm³) L: leitura do nível de água (cm³).
3.2.2.5 Massa unitária
Para este ensaio, foram utilizados os seguintes equipamentos:
Balança;
Recipiente (balde).
O ensaio consistiu primeiramente em pesar o recipiente seco e em seguida pesá-lo cheio com o agregado. Calculou o volume do recipiente e determinou a massa unitária da areia através da Equação 4:
ƿ= (4) Onde:
Ƿ: massa unitária (g/cm³);
m: massa do agregado (g);
V: volume do recipiente (cm³).
3.2.3 Agregado graúdo
O agregado graúdo utilizado foi a brita adquirida no comércio local da cidade de
Angicos/RN, considerada como Brita 1 (19 mm). A Figura 18 ilustra o agregado graúdo
utilizado.
Figura 18: Brita.
Fonte: Autoria própria (2019).
