UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO
CENTRO MULTIDISCIPLINAR DE ANGICOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
MAYTÊ TÁBATA NASCIMENTO CUNHA
INFLUÊNCIA MECÂNICA DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUO DE CERÂMICA VERMELHA NA ARGAMASSA DE
ASSENTAMENTO UTILIZADA EM ALVENARIA ESTRUTURAL DE BLOCOS CERÂMICOS
ANGICOS - RN 2018
MAYTÊ TÁBATA NASCIMENTO CUNHA
INFLUÊNCIA MECÂNICA DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUO DE CERÂMICA VERMELHA NA ARGAMASSA DE
ASSENTAMENTO UTILIZADA EM ALVENARIA ESTRUTURAL DE BLOCOS CERÂMICOS
Trabalho Final de Graduação apresentado a Universidade Federal Rural do Semi-Árido – campus Angicos como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Me. Klaus André de Sousa Medeiros.
ANGICOS-RN 2018
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Ci
Cunha, Maytê Tábata Nascimento.
INFLUÊNCIA MECÂNICA DA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO PORTLAND POR RESÍDUO DE CERÂMICA VERMELHA NA ARGAMASSA DE ASSENTAMENTO UTILIZADA EM
ALVENARIA ESTRUTURAL DE BLOCOS CERÂMICOS / Maytê Tábata Nascimento Cunha. - 2018.
62 f. : il.
Orientador: Prof. Me. Klaus André de Sousa Medeiros.
Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Civil, 2018.
1. Bloco estrutural. 2. Prismas. 3. Ensaios mecânicos. 4. Eficiência. I. Medeiros, Prof. Me. Klaus André de Sousa , orient. II. Título.
O serviço de Geração Automática de Ficha Catalográfica para Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC´s) foi desenvolvido pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de São Paulo (USP) e gentilmente cedido para o Sistema de Bibliotecas da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
―Alguns homens veem as coisas como são, e dizem ‗Por quê?‘ Eu sonho com as coisas que nunca foram e digo ‗Por que não?‘‖
AGRADECIMENTOS
A Deus, por toda força, animo, coragem e saúde, que me permitiram alcançar minha meta.
Aos meus pais, João Cunha e Rejane Nascimento, que batalharam anos para garantir uma boa educação para cada um de seus filhos e todos os dias foram minha fonte de inspiração. Obrigada por todo incentivo, gestos, palavras de amor e apoio para que eu pudesse superar qualquer dificuldade. Sei o quanto vocês se doaram para a realização desse sonho.
Aos meus irmãos (Maíza Tainá e Marvin Nascimento), e sobrinhos (Diego e Miguel), que acreditaram no meu sonho e me ajudaram a conquista-lo a cada dia.
A UFERSA, por ter me recebido de portas abertas e com condições que me proporcionaram finalizar o curso de Engenharia Civil.
Ao meu orientador e amigo, Klaus André, pelo esforço, ensinamentos, paciência е confiança ao longo das supervisões e da vida. Esses foram os recursos para que eu evoluísse todos os dias.
Aos técnicos Adna, Valterson e Sandro, pela confiança, e dedicação em compartilhar seus conhecimentos.
À banca avaliadora, pela disponibilidade. Especialmente, à Kleber Cabral e Cintia Duarte por toda ajuda.
Agradeço também a todos os professores da UFERSA, sem vocês nada seria possível. Em especial tenho gratidão pela oportunidade de conhecer o professor Luís Henrique, minha fonte de inspiração a me tornar uma profissional melhor a cada dia.
Ao programa de iniciação científica (PICI) e ao professor Francisco Edcarlos, pela concessão da bolsa e ensinamentos.
Lucas de Araújo, obrigada por todas as ajudas ao longo do curso, incentivos e força. Agora posso dizer que esses são os frutos do nosso empenho!
Arthur Soares, obrigada pelo carinho, paciência е por sua capacidade de me trazer paz na correria de cada semestre.
Aos amigos de todo coração, Hericassia Sayonnah, Karem Karennine, Lorena Cavalcante, Amanda Mendes, Matheus Carlyelton, Emerson Martins, Andrielle Barros, Jesus Allan, Ana Luiza, Cecília Alves, Gerbeson Carlos, Matheus Andrade, Alisson Silva, e Wilamy Carlos, sou grata a todos por fazerem parte da minha vida e não me deixarem desistir. Esse TFG também é de todos vocês!
Agradeço a Prefeitura de Assú, em especial Paulo Leite e Dr. Sande, que me deram a oportunidade de praticar os conhecimentos adquiridos na universidade através do estágio supervisionado.
A cidade de Angicos, que me acolheu com tanto amor e cada pessoa que passou pela minha vida nessa linda cidade, levarei todos em meu coração e serei eternamente grata.
Dedico esse trabalho aos meus maiores exemplos, meus pais, meus queridos irmãos e sobrinhos por todo amor e apoio.
RESUMO
Na busca por economia, eficiência e produtividade a alvenaria estrutural se destaca pela utilização de vários processos produtivos aplicando o raciocínio sistemático, lógico e resolutivo, evitando desperdícios. Esse sistema construtivo tem como principal característica a existência de paredes estruturais e lajes enrijecedoras como principal composição de suporte de edifícios. Portanto, blocos, graute e argamassa são os maiores responsáveis pela resistência à compressão da estrutura, determinado através de ensaio de paredes ou mesmo de prismas, além de determinar a técnica de coordenação modular do projeto. O tipo de bloco é um dos fatores mais importantes para essa determinação, pois quando se utiliza os blocos estruturais percebe-se que a diferença entre materiais cerâmicos e cimentícios influi na eficiência do prisma, devido a reação dos materiais do bloco com a argamassa. Com base nessas informações surge esse trabalho com intuito de realizar uma análise da eficiência da utilização de diferentes incorporações de RCV na argamassa de assentamento, utilizada na construção com blocos cerâmicos quando substituídas em porcentagens de 15% e 30% no cimento, possibilitando uma possível redução de custos e impactos ambientais. Para isso, realizou-se ensaios de caracterização química e física dos materiais constituintes da argamassa de assentamento e ensaios de compressão de argamassas e prismas ocos. Após análise, é possível notar que a variação da resistência mecânica exibiu melhor resultado para o traço de substituição de 15%, enquanto que a substituição de 30% se apresentou pouco significativa para a alvenaria devido gerar uma diminuição expressiva de resistência e aspecto tátil ―esfarelado‖.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Detalhes de aplicação da argamassa sobre blocos. ... 25
Figura 2 - Modelos de prismas que podem ser utilizados experimentalmente. ... 27
Figura 3 - Caracterização da areia com utilização do frasco Chapman... 35
Figura 4 - Agregado miúdo em recipiente com volume pré-definido. ... 36
Figura 5 - Agitador mecânico com peneiras de abertura de serie normal. ... 37
Figura 6 - Amostra de RCV. ... 39
Figura 7 - Aparelho de Los Angeles. ... 39
Figura 8 - Resíduo RCV finamente moído. ... 40
Figura 9 - Caracterização do resíduo com utilização do frasco Chapman. ... 40
Figura 10 - Bloco estrutural cerâmico 29 cm x 14 cm x 14 cm. ... 42
Figura 11 - Preparação dos blocos para rompimento. ... 43
Figura 12 - Processo de cura dos blocos. ... 43
Figura 13 - Rompimento realizado através do ensaio de resistência à compressão. ... 43
Figura 14 - Bloco com furo na vertical. ... 44
Figura 15 - Ensaio de espalhamento do Tronco de Cone (Flow table). ... 47
Figura 16 - Moldagem dos CPs. ... 48
Figura 17 - CPs após 24 horas. ... 48
Figura 18 - Ensaios de resistência. ... 49
Figura 19 - Confecção dos prismas. ... 49
Figura 20 - Transporte dos prismas. ... 50
Figura 21 - Ensaio de resistência à compressão. ... 50
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Propriedades do Cimento CP V - ARI, produzido pela Mizu. ... 34
Quadro 2 - Resultado do ensaio de massa específica. ... 35
Quadro 3 - Resultados de massa unitária de amostras de agregado miúdo. ... 36
Quadro 4 - Resultado do ensaio granulométrico. ... 37
Quadro 5 - Caracterização do agregado miúdo. ... 38
Quadro 6 - Dados do ensaio de massa específica do resíduo. ... 40
Quadro 7 - Resultados do ensaio de resistência em blocos de AE. ... 44
Quadro 8 - Resultado do ensaio de área líquida. ... 45
Quadro 9 - Traços de argamassa sem utilização de cal e sua respectiva resistência esperada. 46 Quadro 10 - Quadro resumo das argamassas utilizadas. ... 47
Quadro 11 - Resultado do ensaio de espalhamento. ... 47
Quadro 12 - Resultados do ensaio de resistência à compressão das argamassas. ... 52
Quadro 13 - Resistência à compressão de prismas ocos de referência. ... 53
Quadro 14 - Resistência à compressão dos prismas ocos com substituição de 15% de RCV. 53 Quadro 15 - Resistência à compressão dos prismas ocos com substituição de 30% de RCV. 54 Quadro 16 - Eficiência dos prismas. ... 54
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Influência da resistência da parede em função da argamassa de assentamento. .... 25
Gráfico 2 - Comparativo das resistências de prismas e blocos... 29
Gráfico 3 - Comparativo de relações prisma/bloco para várias resistências. ... 30
Gráfico 4 - Curva granulométrica. ... 38
Gráfico 5 - Resultados do FRX. ... 41
Gráfico 6 - Resultados do DRX. ... 42
Gráfico 7 - Gráfico comparativo dos resultados de resistências à compressão das 3 amostras. ... 53
Gráfico 8 - Resultados de resistência à compressão de argamassas, blocos e prismas com diferentes substituições. ... 56
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Fator de eficiência da alvenaria para diversos tipos de unidades. ... 28
Tabela 2 - Resultados médios de resistências. ... 28
Tabela 3 - Resultados médios de fatores de eficiências. ... 29
Tabela 4 - Fatores de eficiência encontrados em outras pesquisas... 30
Tabela 5 - Resultados de resistência à compressão. ... 31
Tabela 6 - Resultados de fatores de eficiência. ... 31
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 14 1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 14 2 OBJETIVOS ... 16 2.1 OBJETIVO GERAL ... 16 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 16 3 REFERENCIAL TEÓRICO ... 17
3.1 IMPACTOS AMBIENTAIS DEVIDO A CONSTRUÇÃO CIVIL ... 17
3.2 MATERIAIS POZOLÂNICOS ... 18
3.3 MÉTODO CONSTRUTIVO EM ALVENARIA ESTRUTURAL ... 20
3.3.1 Noções básicas ... 20
3.3.2 Componentes ... 21
3.3.3 Prismas e eficiências ... 26
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 34
4.1 AGLOMERANTE (CIMENTO PORTLAND) ... 34
4.2 AGREGADO MIÚDO ... 35
4.2.1 Ensaio de massa específica ... 35
4.2.2 Ensaio de granulometria ... 36
4.3 ÁGUA... 38
4.4 RESÍDUOS CERÂMICOS (RCV) ... 38
4.5 BLOCOS ESTRUTURAIS ... 42
4.6 ARGAMASSAS ... 45
4.6.1 Definição dos traços ... 45
4.6.2 Determinação da consistência ... 47
4.6.3 Moldagem e cura dos corpos de prova ... 47
4.6.4 Ensaio de resistência à compressão ... 48
4.7 PRISMAS ... 49
4.7.1 Confecção, capeamento e transporte ... 49
4.7.2 Resistência à compressão ... 50
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 52
5.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DOS PRISMAS ... 53
5.3 MODO DE RUPTURA DOS PRISMAS ... 56
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 57
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Um dos setores mais tradicionais e remotos da cadeia produtiva brasileira inclui o setor de cerâmica vermelha, no qual os principais esforços se voltam para investimentos em métodos que aperfeiçoem o desenvolvimento econômico com melhorias ambientais e sociais.
A indústria de cerâmica vermelha é uma atividade econômica diretamente relacionada à construção civil, representando 4,8% do macro setor, movimentando cerca de R$ 18 milhões de reais de faturamento por ano e gerando 400 mil postos de trabalho diretos. Possui uma produção mensal de 4,5 bilhões de blocos e utiliza quase 9 bilhões de toneladas de argila (ANICER, 2011).
Entretanto, os aspectos socioeconômicos positivos dessa indústria contrapõem-se aos impactos negativos sobre o meio ambiente. Nesse campo, são gerados tijolos, blocos e telhas cerâmicas que após incidir sobre as diversas etapas do processo de fabricação, cada um deles contribui de forma significativa para esses impactos. Desde a fase de extração da argila, no qual poderá comprometer a qualidade do solo e contribuir para o assoreamento dos rios, ao procedimento de moldagem e secagem, que devido à necessidade de gerar energia irá contribuir com a queima da madeira, acarretando desmatamento e poluição atmosférica através da emissão de gases, causando doenças infecto-respiratórias além de gerar resíduos sólidos antes e após a etapa de qualidade para finalização do produto.
Deste modo, o uso racional de matéria-prima, a valorização da qualidade dos produtos com a redução de desperdícios e a incorporação de novos produtos comerciais a partir de resíduos deve gerar resultados econômicos positivos.
Como um sistema construtivo racionalizado, tem-se a Alvenaria Estrutural (AE), que segundo Bolzan (2016), na busca por economia, eficiência e produtividade é a solução que mais se destaca pela utilização de vários processos produtivos aplicando o raciocínio sistemático, lógico e resolutivo, evitando desperdícios tanto de tempo, quanto de recursos humanos e materiais no canteiro de obras.
A fim de buscar qualidade final, economia, redução de tempo e desperdícios de construção, o processo executivo com o uso da alvenaria estrutural cerâmica pode ser uma solução quando comparado ao sistema convencional. Realidade obtida devido à existência de mão de obra de fácil aprendizado, elevado potencial de racionalização e isenção de exigências de grandes investimentos.
Porém, quando comparado ao próprio sistema utilizando blocos de concreto, encontrasse em desvantagem no ponto de vista estrutural por haver uma menor aderência entre a argamassa e o bloco, ser geometricamente menos regular, não ter possibilidade de produção em obra e possuir, geralmente, uma menor resistência que o concreto. Portanto, fazem-se necessárias algumas ferramentas de estudo que analisem a produtividade dos serviços executados e com isso procure caminhos para solucionar os problemas de eficiência dos processos cerâmicos.
As propriedades dos blocos e argamassas exercem influência na resistência, aderência e consequentemente no fator eficiência. Neste sentido, o presente trabalho busca substituir um material pozolânico em proporções especificadas (15% e 30%), neste caso o próprio resíduo do material estrutural cerâmico vermelho na argamassa de assentamento de modo que a substituição pelo ligante (cimento) promova uma maior semelhança de material da argamassa com o bloco promovendo uma melhoria na aderência da pasta, fazendo com que aumente a resistência à compressão do prisma e que seja possível determinar se a substituição a partir do fator eficiência obtido é relevante, possibilitando a redução de gases poluentes advindo da diminuição do uso do cimento e do custo de produção.
Contudo, independentemente da utilização do resíduo reaproveitado, a opção pelo tratamento dos resíduos da construção civil acarreta benefícios da ordem econômica, social e ambiental. A substituição dos materiais convencionais pelo entulho, por exemplo, resulta em economia na aquisição de matéria-prima.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Propôs-se, de modo geral, analisar a influência de diferentes proporções de substituições de cimento por resíduos cerâmicos na argamassa de assentamento da alvenaria estrutural.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Esclarecer a importância da utilização de resíduos de construção civil (RCC) na alvenaria estrutural;
Identificar experimentalmente a influência do incremento parcial das proporções do resíduo cerâmico (15% e 30%) em substituição do cimento na argamassa de assentamento;
Analisar as características mecânicas da parede de alvenaria através dos prismas, comparando a resistência à compressão axial obtida nos ensaios de prismas ocos com e sem a incorporação de RCV na argamassa, destacando as eficiências;
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 IMPACTOS AMBIENTAIS DEVIDO A CONSTRUÇÃO CIVIL
A construção civil é um dos mais importantes setores da economia e desenvolvimento do país, porém toda edificação produz impactos que ocasionam vários reflexos no local onde se instala a obra, dentre eles, impactos ambientais, sociais e econômicos causados por suas atividades que direta ou indiretamente contribuem para tal fato (FIRJAM, 2014).
À primeira vista, o setor não parece causar danos significativos, mas em sequência surgem problemas como, poluição sonora, desperdício hídrico, impactos visuais e impactos ao meio ambiente devido à utilização de recursos naturais, além de ser o maior gerador de resíduos, o que torna um grande desafio equilibrar a atividade produtiva e lucrativa com o desenvolvimento sustentável consciente. Entretanto, algumas medidas podem ser tomadas de forma a evitar ou minimizar os impactos gerados por construções, atenuando ou exilando efeitos decorrentes desses. Uma opção é a utilização de novos materiais criados a partir dos próprios resíduos do setor, diminuindo o impacto já que a maioria dos materiais da construção civil não são renováveis.
O reaproveitamento de materiais pode ocasionar, segundo Haddad Neto (2012), diversas vantagens tanto para o gerador quanto para o gerenciador, pois o gerador não necessitará de disponibilizar local adequado para estocagem, transporte e destinação do resíduo que não possuirá nenhum valor comercial. Assim, é possível reduzir custos tanto para a empresa geradora quanto para a empresa que irá gerenciar o resíduo para uma nova utilização.
Incluem-se ainda nos impactos ocasionados pelas edificações, àqueles provenientes do uso do cimento Portland, tanto pelo seu alto consumo de energia, proporcionando uma alta emissão de dióxido de carbono e gases poluentes, quanto pelos seus efeitos físicos ambientalmente negativos gerados na sua produção. Os impactos estão relacionados à qualidade do ar, contaminação do solo e da água, mudanças climáticas, além de impactos sociais alusivos as comunidades no entorno das fábricas, que tanto geram problemas no meio natural como relacionadas à saúde humana. Segundo Aiticin (2011), para uma tonelada de cimento produzido são liberados cerca de uma tonelada de CO2 para a atmosfera.
De acordo com Maury e Blumenschein (2012), mesmo com a utilização de filtros nas chaminés da indústria a agressividade do pó gerado pela fabricação do cimento ainda assim é muito alta, acarretando problemas a toda população, especialmente em período da seca, onde são raros os momentos de ar limpo.
As indústrias ceramistas também apresentam alta potencialidade de poluição e impactos ambientais. Alguns fatores podem agravar as consequências ocasionadas pelo setor, sendo um deles o consumo de recursos naturais, no qual, geralmente, não há preocupações na extração da argila (OLIVEIRA; MAGANHA, 2006). As emissões geradas no processo são devido à queima da lenha, refil, óleo BPF ou papel. Durante essa queima, estes produtos podem desprender gases que podem ser tóxicos, dependendo do tipo de resíduo. Também existem emissões associadas ao transporte do insumo e transporte do produto acabado até o consumidor (GRICOLETTI, 2001).
O consumo energético é outro fator agravante na produção de peças cerâmicas pois, segundo Oliveira e Maganha (2006), a energia elétrica apenas é empregada nas instalações e maquinários usados para a moagem, mistura das matérias-primas e para a conformação das peças. Assim, a energia é consumida em quantidade bastante inferior à dos combustíveis que produzem grande impacto contribuindo para a emissão de poluentes gasosos liberando compostos presentes nas matérias-primas durante a secagem e a queima.
Outro fator de grande impacto ambiental são os decorrentes das perdas do produto cerâmico acabado (resíduos sólidos). Embora nas fases de moldagem e secagem haja perdas significativas em que os resíduos podem ser incorporados ao processo, não causando impactos ao meio ambiente, após a queima não pode ser aproveitado como matéria-prima sem antes sofrer um processo prolongado de decomposição (GRICOLETTI, 2001).
Além das indústrias, esses resíduos também são gerados na construção através de significativas quebras nas fases de assentamento da alvenaria e instalação hidrossanitária, pertencendo ao manuseio, transporte, alocação em locais inapropriados e algumas vezes no próprio corte do material (ANTUNES & POSSA, 2014).
O setor cerâmico equivale a 1,0 % do PIB brasileiro, sendo a cerâmica vermelha estrutural representada por cerca de 40% desse valor e 4,8% da indústria da construção civil (IBGE, 2008).
Portanto, diante da crescente quantidade de produção de resíduos e a elevada utilização de recursos naturais, o desenvolvimento de novos materiais não deve ser somente ligado aos aspectos econômicos, mas também aos aspectos ambientais e sociais, sendo de grande relevância o estudo da reutilização do resíduo cerâmico vermelho (RCV).
3.2 MATERIAIS POZOLÂNICOS
Segundo NBR 12653 (ABNT, 2014), materiais pozolânicos são materiais compostos por sílica ou alumina que sozinhos possuem pouca ou nenhuma propriedade ligante, mas que
quando finamente racionados e na presença de água, reagem com o hidróxido de cálcio formando compostos com propriedades ligantes.
Podem ser divididos em pozolanas naturais, ainda segundo a NBR 12653 (ABNT, 2014), quando advindo de materiais de origem vulcânica com atividade pozolânica, artificiais, quando forem provenientes de tratamento térmico ou subprodutos industriais com atividade pozolânica ou calcinadas, quando ocorre calcinação das argilas submetidas a altas temperaturas, gerando materiais com atividades pozolânicas.
A adição de cinza pozolânica ao cimento Portland iniciou-se na Europa em 1950 como forma de dar uma destinação as cinzas volantes de carvão produzidas em usinas termoelétricas, e de reduzir o custo do cimento (GUERDET, 1989).
Portanto, a adição de pozolanas ao cimento Portland é justificada por 3 motivos: inovação tecnológica, economia e por ser um material ecológico. Comprovado por Seco et al. (2012), a redução dos resíduos, a diminuição do consumo de energia e da emissão de CO2, o
menor custo de produção garantindo melhores propriedades aos materiais se dá através da possibilidade da adição pozolânica ser em substituição parcial ou total do cimento.
Segundo Guerdet (1989), a adição de pozolana confere aos cimentos algumas características fundamentais:
Maior resistência mecânica, tendendo a superar a do cimento Portland pura;
Menor calor de hidratação;
Maior trabalhabilidade;
Melhor plasticidade;
Menor tendência de segregação;
Maior resistência ao ataque por ácidos, portanto maior durabilidade em ambientes agressivos;
Maior impermeabilidade;
Inibição da expansão devida à reação álcali-agregado;
Maior módulo de elasticidade;
Melhor comportamento quando submetido à cura térmica;
Basicidade total mais baixa;
Redução de custos sem a necessidade de novos investimentos.
Porém, para que seja adicionado esse tipo de material ao cimento é necessário que haja uma moagem das cinzas, o que irá proporcionar aos grãos dimensões muito menores que os do cimento, contribuindo para uma melhor microestrutura das pastas e argamassas.
O pó de resíduo cerâmico é um tipo de material com propriedades potencialmente similares as pozolanas, pois em termos de transformações químicas, ocorre, em especial, a desidroxilação e amorfismo dos argilominerais, o que deve conferir a esses materiais cerâmicos, quando devidamente fracionados, reatividade química de natureza pozolânica (Garcia et al., 2014).
Segundo Toledo Filho et al. (2007) para utilização de resíduos cerâmicos em até 20% do ligante em substituição parcial de cimento são obtidos resultados promissores considerando a trabalhabilidade, de modo que, parâmetros como a resistência à compressão e o módulo de elasticidade de argamassas de cimento não são afetados. Schackow et al. (2015) também afirma que em casos de substituição do cimento em até 40%, a adição do resíduo gera mudanças microestruturais que promovem o melhor desempenho físico e mecânico das argamassas. Sendo o teor de 10% (em peso) de resíduo de tijolo, o mais recomendado em função da trabalhabilidade equivalente a argamassa de referência, utilizando-se de uma mesma relação água cimento para todos os traços.
Silva et al. (2009) constataram que, por causa da redução dos tamanhos dos poros devido ao preenchimento com o pó de cerâmica vermelha, houve uma consequente redução da água absorvida, ocasionando retenção de água, uma vez que maior capacidade de retenção de água, sendo ela controlada, é benéfica para argamassa em seu período de hidratação e proporcional ao percentual de substituição.
3.3 MÉTODO CONSTRUTIVO EM ALVENARIA ESTRUTURAL
3.3.1 Noções básicas
Entende-se por alvenaria estrutural (AE), estruturas compostas por um conjunto de elementos justapostos e unidos em sua interface por uma argamassa, onde os principais componentes são: os blocos ou unidades; as argamassas; o graute e a armadura (TAUIL; NESE, 2010).
Segundo Franco (1992), esse sistema construtivo tem como principal característica a existência de paredes de alvenaria e lajes enrijecedoras como principal estrutura de suporte de edifícios. Sendo uma maneira de substituir parcialmente ou totalmente a estrutura convencional, gerando maior economia de tempo, mão de obra e custos. Logo, não há utilização de vigas ou pilares convencionais e as cargas são distribuídas uniformemente diretamente nas paredes que desempenham um duplo papel, de vedação e suporte estrutural.
Para desempenharem função estrutural as paredes devem ser posicionadas desde o projeto de maneira que o esforço solicitante não ultrapasse a capacidade resistente, na qual
serão suscetíveis, preponderantemente, a esforços de compressão quando utilizados em edifícios de menores alturas. Portanto, o controle de materiais, a resistência do bloco estrutural, assim como a qualidade na execução são de grande importância para obtenção da resistência especificada no projeto, que suportará a carga da edificação (CLIVATTI, 2014).
Segundo Manzione (2006), a utilização do sistema de AE exige ampla integração de projetos, concentrando-se na produção e tornando-se responsável por organizar todos os outros subsistemas da edificação, podendo gerar grande economia e várias vantagens na execução da obra. Nascimento Neto (1999) lista algumas das diversas vantagens do sistema:
Possibilidade de obtenção de maior economia devido à rapidez da obra e utilização de materiais quase sem desperdícios;
Limpeza no canteiro de obra;
Menor uso de concreto, de ferragem e consequentemente de mão-de-obra de ferreiro;
Menor espessura de revestimentos;
Maior rapidez e facilidade de construção;
Redução dos desperdícios e diminuição dos procedimentos em obra, principalmente quando empregasse a alvenaria não-armada;
Funcionalidade múltipla do mesmo elemento, podendo atender as funções estruturais, divisor de espaço físico, isolador térmico e acústico, e protetor contra o fogo e intempéries.
Apesar das diversas vantagens de utilização desse sistema, existem algumas limitações de uso ou desvantagens do processo produtivo citado pelo mesmo autor. São elas:
Exigência de mão de obra qualificada e bem treinada;
Impossibilidade de modificações de projeto ou reformas que modifiquem as paredes estruturais, quando não pensada previamente.
3.3.2 Componentes
Definidos pela NBR 15961-1 (ABNT, 2011), os componentes básicos empregados na alvenaria estrutural são os blocos estruturais ou unidades, a argamassa, o graute e a armadura. Sendo estes necessários para compor os elementos da estrutura, como paredes, pilares, cintas, vergas, etc.
a) Blocos
Segundo Clivatti (2014), os blocos são os maiores responsáveis pela resistência à compressão da estrutura além de determinar a técnica de coordenação modular do projeto.
Os blocos podem ser moldados perfurados ou maciços e compostos por vários tipos de materiais. Segundo a NBR 15270-1 (ABNT, 2017), são classificados blocos maciços quando possuem um índice de vazios de no máximo 25% da área total, e caso esse índice supere os 25% são considerados perfurados ou vazados.
Quanto ao material, de acordo com Clivatti (2014), os mais utilizados no Brasil são os blocos de concreto, cerâmicos e sílico-calcário. Todavia, independentemente do tipo de material os limites de resistência característica à compressão devem ser atendidos segundo as normas vigentes, a NBR 6136 (ABNT, 2016) para blocos de concreto e a NBR 15270-1 (ABNT, 2017) para blocos cerâmicos.
Os blocos estruturais de concreto são constituídos pela mistura homogenia adequadamente proporcionados pela quantidade de cimento, agregados e água, conformada através de vibro prensa automática (HOLANDA, 2000). Eles devem apresentar aspecto homogêneo e compacto, com arestas vivas, sem trincas e com textura e aspereza adequada à aderência de revestimentos.
Dentre suas vantagens, com relação a outros tipos de blocos estruturais, destacam-se possuir variações de dimensões mais uniformes e possibilidade de fabricação in loco ou pré-moldados. E como desvantagens, têm-se: maior custo; maior peso, ocasionando uma produção mais lenta; e obtenção de resistência elevada condicionada ao aumento do teor de cimento, ocasionando mais custos e impactos ambientais.
Os blocos cerâmicos são utilizados com finalidade de compor a estrutura resistente da edificação assim como os blocos de concreto, porém são produzidos com argilas, geralmente montmorilonitas, ocorrendo à conformação por extrusão, passando por um cortador e posteriormente submetida à secagem e queima.
Segundo Silva (2003), os blocos cerâmicos estruturais possuem alguns aspectos técnicos favoráveis em relação à fabricação em concreto, como:
Abundancia e qualidade de jazidas que existem no Brasil;
Obtenção de alta resistência à compressão sem aumento considerável no custo de fabricação;
Mais leve, proporcionando um aumento de produção, devido à rapidez e facilidade de manuseio;
Baixo custo.
Ressalta-se que, para todos os tipos de blocos, as especificações da unidade como a forma, dimensões e composições devem ser analisadas, pois Garcia (2000) relata que há interferência desses fatores na própria resistência do elemento e consequentemente na resistência final do prisma e da parede.
b) Argamassa de Assentamento
A argamassa de assentamento é um componente de ligação composto por cimento, água, agregado miúdo e muitas vezes cal ou aditivos que melhore suas propriedades. Sua principal função na alvenaria é evitar pontos de concentrações de tensões, transmitindo e uniformizando as cargas atuantes, absorvendo pequenas deformações sem romper, causadas pelos efeitos térmicos e de retração por secagem, compensando imperfeições e variações dimensionais, unindo os blocos e selando as juntas garantindo a estanqueidade da parede à penetração de água (SANTOS, 2008).
A utilização da cal na argamassa de assentamento contribui com a trabalhabilidade e a capacidade de absorver deformações, pois possui grãos muito finos com função de reter água para a hidratação do cimento, possibilitando a melhora da trabalhabilidade do produto fresco e o aumento da capacidade do produto endurecido, absorvendo deformações. Entretanto, alguns casos são desfavoráveis à utilização da cal na construção, como: falta de domínio na utilização no preparo e aplicação, devido ao processo de endurecimento muito diferente de outros ligantes hidráulicos; no cuidado no processo de armazenamento do material, seguindo a NBR 6453 (ABNT, 2003), para que esta mantenha suas características; e na realização do procedimento de maturação da cal, pois quando não há maturação da cal a argamassa apresenta menor resistência mecânica, devido principalmente pela falta de hidratação, que segundo NBR 7200 (ABNT, 1998) deve acontecer em no mínimo 1 (uma) semana.
As argamassas de assentamento podem ser subdivididas, conforme NBR 13281 (ABNT, 2005), em:
Argamassa para assentamento em alvenaria de vedação: indicada para componentes (blocos e tijolos) no assentamento, com função apenas de vedação;
Argamassa para assentamento em alvenaria estrutural: indicada para ligação de componentes (blocos e tijolos) no assentamento, com função estrutural;
Argamassa para complementação da alvenaria (encunhamento): indicada para fechamento da alvenaria de vedação, após a última fiada de componentes.
A argamassa pode ser industrializada ou preparada in loco e devem atender aos requisitos estabelecidos na norma NBR 13281 (ABNT, 2005). E, para um bom desempenho estrutural, segundo Costa (2016), a argamassa deve apresentar características como:
Boa trabalhabilidade, garantindo consistência e plasticidade adequada ao processo para facilitar na execução do alinhamento e prumo da parede;
Aderência, permitindo a parede resistir aos esforços de cisalhamento e de tração, além de garantir a estanqueidade das juntas;
Capacidade de retenção de água para que uma elevada sucção do bloco não prejudique suas funções primárias;
Obtenção rápida de uma resistência inicial para resistir aos esforços das próximas fiadas da construção da parede;
Ser durável e não afetar a durabilidade de outros materiais;
Baixo módulo de deformação, para acomodar as variações de volumes naturais da retração por secagem, deformações de origem térmica e movimentos estruturais de pequena amplitude.
É importante analisar o fator retenção de água, pois além da resistência mecânica, aderência e a durabilidade serem propriedades dependentes da retenção de água da argamassa, no assentamento de blocos ou tijolos caso a argamassa não esteja de acordo com as normas, ao perder água muito rápido tenderá a ressecar. Esse ressecamento poderá causar um inadequado ajuste de blocos nas próximas fiadas, impossibilitando um nivelamento e prumo adequado, não distribuindo as cargas conforme desejado e diminuindo a resistência da parede, podendo causar danos estruturais.
Roman et al. (1999) relata que é importante que a resistência da argamassa seja da mesma ordem de grandeza da resistência do bloco, ou seja, não são necessárias altas resistências para garantir o bom desempenho das paredes, e a resistência da argamassa geralmente não deve exceder a resistência do bloco, gerando normalmente um coeficiente de Poisson maior.
Comprovado por Costa (2016), a argamassa exerce pouca influência na resistência à compressão da alvenaria, como pode ser visto no Gráfico 1. Inicialmente foi realizado um ensaio com o traço de argamassa 1:0:3 e obtido sua resistência à compressão, e após aumentar a quantidade de cal e agregados miúdos é possível perceber uma redução de resistência da argamassa de quase 90%, representado pela coluna vermelha, resultando em uma redução de resistência da parede (representado pela coluna azul) de apenas 20%.
Gráfico 1 - Influência da resistência da parede em função da argamassa de assentamento.
Fonte: Costa (2016).
De acordo com a NBR 13281 (ABNT, 2005), uma argamassa deve ter no mínimo uma resistência de 2 MPa e um valor máximo igual a 70% da resistência do bloco calculada em relação a área líquida do bloco. Assim, para um bloco com área bruta (Ab), área líquida (Al) e
resistência características fbk, tem-se uma recomendação de argamassa entre os limites
especificados na Equação (1).
(1)
A norma NBR 15961-1 (ABNT, 2011) especifica que caso as juntas horizontais tenham argamassamento parcial (Figura 1 - a) e resistência definida com base no ensaio de prismas ou pequenas paredes, moldados com argamassa em toda área liquida dos blocos, a resistência característica à compressão simples deve ser corrigida por 0,8.
Figura 1 - Detalhes de aplicação da argamassa sobre blocos.
Fonte: Selecta Blocos (2009)1.
1 Selecta Blocos. Disponível em:
c) Graute
Segundo Thomaz et al. (2009) o graute trata-se de um ―micro concreto‖ ou ―argamassa auto adensável‖, isto é, material que se acomoda no interior do bloco sem a necessidade de ser socado ou vibrado. Esse elemento tem a função de unir a alvenaria à armadura e também ser utilizado para concretagem das canaletas, gerando vergas e contra-vergas e vigas de alvenaria.
É composto por cimento, água, agregado miúdo e agregado graúdo, e deve ser colocado com funil onde deve ficar confinado dentro do espaço vazio do bloco, impedindo o escoamento ou perca de material.
O graute apresenta como principal função, segundo Manzione (2006), o aumento da resistência à compressão da parede através do aumento da seção transversal do bloco, e quando combinado com armaduras também poderá aumentar a resistência à tração da estrutura.
d) Armaduras
Segundo NBR 15961-1 (ABNT, 2011), alvenaria estrutural não armada de blocos vazados de concreto é um elemento de alvenaria no qual não há armadura dimensionada para resistir aos esforços solicitantes. Ou existem somente armaduras com finalidades construtivas, de modo a prevenir problemas patológicos (fissuras, concentração de tensões, etc.).
A alvenaria armada é especificada na norma NBR 15961-1 (ABNT, 2011) e consiste na colocação de armaduras nas juntas horizontais ou nas cavidades verticais dos blocos, sendo um elemento no qual são utilizadas armaduras passivas que são consideradas para resistir aos esforços solicitantes.
Segundo Lourenço et al. (2007), além das juntas horizontais também é possível a existência de cavidades horizontais para alojar a armadura horizontal proporcionando uma melhora na aderência entre a armadura e graute ou argamassa de enchimento. Porém, deve-se garantir que exista uma espessura de junta e recobrimento aceitável e adequado, o que torna uma dificuldade de utilização de armadura de junta.
3.3.3 Prismas e eficiências
Curtin et al. (1988) afirma que a resistência característica da alvenaria à compressão depende da resistência característica da unidade (bloco), da argamassa especificada, da forma das unidades, da espessura das juntas de argamassa (devido ao confinamento que a argamassa é submetida), e do padrão de acabamento. Neste sentido, as recomendações da NBR 15961-1
(ABNT, 2011) e da NBR 15961-2 (ABNT, 2011) devem ser respeitadas para a alvenaria estrutural. Quanto a resistência característica (fk) deve ser determinada com base no ensaio de
paredes, regido pela NBR 16522 (ABNT, 2016), ou estimada como 70% da resistência característica do prisma (fpk), ou ainda 85% da pequena parede (fppk).
O prisma é um elemento de corpo de prova da alvenaria obtido através da superposição de blocos, confeccionados por duas, três ou mais unidades de alvenaria (tijolos ou blocos) unidas por juntas de argamassa, podendo ser grauteado ou não. Geralmente são utilizados para controle de obra em AE, regido pela NBR 15961-2 (ABNT, 2011).
O ensaio de compressão de prismas é aceito universalmente como uma forma segura, econômica e confiável de medir indiretamente a resistência da parede, porém segundo Gomes (2001), o ensaio de compressão de paredes ainda é a melhor maneira de avaliar o comportamento mecânico dos elementos da alvenaria estrutural. Entretanto, os custos destes ensaios são considerados elevados e exigem equipamentos sofisticados.
Os prismas geralmente podem ser moldados em obra ou em laboratório, sendo que, de acordo com a NBR 15812-2 (ABNT, 2010), se os blocos apresentarem resistência caracteristica maior ou igual a 12 MPa, os prismas devem ser moldados em obra e recebidos íntegros no laboratório, e caso os blocos tenham resistência menor que 12 MPa, a moldagem em obra é opcional.
O ensaio de prismas fornecem os resultados que são base para os projetos estruturais, uma vez que a relação prismas/parede é mais próxima do que a bloco/parede (GROHMANN, 2006). Esse ensaio segue a NBR 15812-2 (ABNT, 2010), na qual especifica-se que a resistência à compressão de prismas deve ser a média do ensaio de no mínimo 6 amostras de prismas. Na Figura 2 estão demonstrados modelos de prismas que podem ser utilizados experimentalmente de acordo com a quantidade de blocos utilizada.
Figura 2 - Modelos de prismas que podem ser utilizados experimentalmente.
A relação entre a resistência à compressão dos prismas, paredes ou blocos pela resistência do componente em questão é chamada fator de eficiência. A faixa dos fatores de eficiência desejáveis para os tipos de tijolos e blocos podem ser resumidos na Tabela 1 (CAMACHO, 2006). Para Gomes (1983), paredes estruturais de alvenaria cerâmica deve-se utilizar geralmente o fator de 0,30.
Tabela 1 - Fator de eficiência da alvenaria para diversos tipos de unidades.
Fonte: Camacho (2006). a) Eficiência parede/prisma (fk/fpk)
É a relação entre a resistência à compressão da parede pela resistência do prisma. Para utilização de blocos cerâmicos deve-se utilizar um fator de eficiência de 0,7 preconizado pela NBR 15812-1 (ABNT, 2010).
Os prismas podem ser fabricados em diversos modelos, de maneira que cada composição irá gerar um fator eficiência diferente. Garcia (2000) testou prismas com 2 e 3 blocos e paredes de 120 x 240cm (largura x altura) obtendo os resultados demonstrados na Tabela 2. Nota-se que para um mesmo tipo de argamassa e bloco, os prismas com composição de 2 blocos se mostraram com maiores resistências, seguidos pelos prismas de 3 blocos e paredes. Esse fato pode ser explicado pela influência do confinamento exercido pelos pratos da prensa, que fazem com que a resistência de prismas formados por menos blocos se torne superior (COLVILLE; WOLDE-TINSEA, 1991).
Tabela 2 - Resultados médios de resistências.
Fonte: Garcia (2000).
A diminuição da quantidade de blocos na produção dos prismas fez com que houvesse um aumento da resistência e consequentemente aumento da eficiência (Tabela 3), ocorrendo o inverso quando se aumenta a quantidade de blocos.
Tabela 3 - Resultados médios de fatores de eficiências.
Fonte: Garcia (2000). b) Eficiência prisma/bloco (fpk/fbk)
Essa razão mostra a eficiência do prisma em relação ao bloco na questão da resistência à compressão. O fator varia muito, pois depende do tipo de material empregado e da qualidade da mão de obra tanto na execução dos prismas quanto na execução dos ensaios (PORTELLA, 2015).
O fator eficiência da resistência prisma/bloco é um dos mais importantes para conseguir uma especificação adequada de materiais, pois a resistência à compressão do bloco é o principal fator de influência na resistência da alvenaria, no entanto o ganho de resistência da alvenaria não é proporcional ao acréscimo de resistência ao bloco (GROHMANN, 2006). Fato comprovado no Gráfico 2, demonstrado pela variação da resistência do prisma em função da resistência do bloco com diferentes tipos de argamassas, havendo um aumento da resistência do bloco em 12,5 vezes e gerando um ganho médio de resistência nos prismas de 3,25 vezes.
Gráfico 2 - Comparativo das resistências de prismas e blocos.
Fonte: Grohmann (2006).
Porém, comprovado por Fortes (2012), na medida em que se aumenta a resistência do bloco, a relação prisma/bloco diminui. O Gráfico 3, mostra os resultados de diversos autores através da indicação de relações prisma/bloco para várias resistências.
Gráfico 3 - Comparativo de relações prisma/bloco para várias resistências.
Fonte: Fortes (2012).
Alguns autores como Arantes (2003), Mendes (1998), Calçada (1998) e Mohamad (1998) também realizaram estudos com eficiência de primas (FORTES, 2012), porém comparando prismas de concretos e cerâmicos, Tabela 4, de modo a perceber que para blocos de concreto a eficiência é maior do que para os cerâmicos, pois enquanto a variação dos blocos cerâmicos se dar entre 0,35 e 0,59, os de concreto variam entre 0,56 e 0,75. Podendo ser explicado pela variação de composição mineralógica da argila.
Tabela 4 - Fatores de eficiência encontrados em outras pesquisas.
c) Eficiência de prisma oco/grauteado
Romagna (2000) realizou ensaios de prismas de concreto com 3 blocos, argamassa de 4,42 MPa e grautes com resistências de 13,88 MPa e 35,90 MPa, e obteve o resultado mostrado na Tabela 5.
Tabela 5 - Resultados de resistência à compressão.
Fonte: Romagna (2000).
É notório que prismas ocos têm resistência bastante inferior quando se compara a prismas grauteados (Tabela 5), assim como eficiência, mostrada na Tabela 6. Entretanto quando se compara blocos grauteados com diferentes resistências, mesmo que ela seja dobrada, esse fator não é proporcional ao aumento da resistência do prisma grauteado, ou seja, com um aumento de 258,64% de resistência do graute demonstrada na Tabela 5, obteve um aumento de resistência de prismas de apenas de 71%, significando um aumento de 71% no fator eficiência (Tabela 6).
Tabela 6 - Resultados de fatores de eficiência.
Fonte: Romagna (2000).
O mesmo fato ocorre para prismas cerâmicos, sendo diferenciado apenas quando se tratar de diferentes modulações. A Tabela 7 apresenta o fator de eficiência dos diferentes blocos estruturais utilizados relacionados aos diversos prismas preenchidos com graute e ocos, variando também sua modulação.
Tabela 7 - Fator eficiência dos prismas ocos e grauteados de acordo com sua modulação.
Fonte: Adaptado de Marco (2016).
Pôde-se perceber que o prisma com dois elementos tem maior eficiência tanto oco, quanto grauteado, e à medida que se adicionam mais blocos na sua composição, diminui significativamente sua resistência. Porém, se comparado as diferentes composições entre o ganho de resistência do prisma grauteado com relação ao oco não teve grande significância, pois em alguns casos o prisma oco obteve maior resistência que o grauteado, devendo assim, sempre realizar testes à medida que mudar o tipo de material e de composição do prisma.
d) Influência da espessura das juntas
A espessura das juntas de argamassa é um fator que altera a capacidade de resistência e de acomodar tensões da alvenaria. A NBR 15961-1 (ABNT, 2011) especifica que a espessura da junta deve apresentar 10 mm, com tolerância de mais ou menos 3 mm. Valores fora deste padrão prejudicam o desempenho das paredes.
A junta da argamassa de assentamento horizontal deve estar com espessura adequada para que os blocos não se toquem e para que ocorra o estado de confinamento necessário para que a argamassa venha a romper. Além disso, a variação da espessura das juntas exerce forte influência na variação da resistência à compressão da alvenaria. Um aumento na espessura da junta impõe uma diminuição significativa na eficiência da mesma (LEÃO, 2008), e uma
diminuição fará com que aumente sua eficiência, entretanto perderá a capacidade de absorver as deformações (MOTA et al., 2012).
Isso se explica pelo fato de haver um aumento da tensão de tração na argamassa com o aumento da sua espessura devido à diminuição do confinamento, que segundo Oliveira (2004), a cada 0,3 cm de acréscimo na espessura da argamassa referida ocasiona uma redução de 15% na resistência da parede.
4 MATERIAIS E MÉTODOS
A pesquisa foi realizada na Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, campus Angicos, em conjunto com o campus Mossoró, Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN, campus Natal, Instituto Federal do Rio Grande do Norte – IFRN, campus Mossoró, e Universidade Estadual do Rio Grande do Norte – UERN, campus Mossoró.
Foram confeccionados prismas de alvenaria estrutural com a argamassa de assentamento com incorporação de resíduos cerâmicos em substituição do cimento Portland nas proporções de 15% e 30%. Em conjunto, foram realizados ensaios químicos e físicos para caracterização de materiais e efetivados ensaios de resistência à compressão dos prismas para o cálculo das eficiências.
Os materiais utilizados na pesquisa foram:
Cimento Portland;
Agregado miúdo;
Água;
Resíduo cerâmico;
Bloco estrutural cerâmico.
4.1 AGLOMERANTE (CIMENTO PORTLAND)
Neste trabalho foi utilizado como material aglomerante o cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP V - ARI), fabricado pela empresa Mizu de acordo com as recomendações da NBR 16697 (ABNT, 2018). O Quadro 1 mostra as propriedades e medidas disponibilizadas pela própria empresa. Em todas as argamassas foram utilizados cimentos provenientes do mesmo lote de fabricação visando eliminar problemas de variações das características que poderiam acarretar mudanças no comportamento das argamassas.
Quadro 1 - Propriedades do Cimento CP V - ARI, produzido pela Mizu.
Descrição das propriedades Medida Unidade
Massa específica 3,1 g/cm³
Porcentagem retida (peneira 200 Mesh) 0,15 % Porcentagem retida (peneira 325 Mesh) 0,95 % Inicio de pega (min) 130,9 min
Fim de pega (min) 191,2 min Resistência à compressão - 3 dias (MPa) 28,56 MPa Resistência à compressão - 7 dias (MPa) 37,46 MPa Resistência à compressão - 28 dias (MPa) 49,07 MPa
4.2 AGREGADO MIÚDO
O tipo de agregado miúdo utilizado é denominado ―areia média‖ disponível no comercio local na cidade de Angicos/RN. Porém, o material não foi utilizado no estado de fornecimento, ou seja, ele passou por processos de beneficiamento como homogeneização, secagem em estufa e ajuste da granulometria através de peneiramento na peneira de abertura 4,75 mm. As areias foram submetidas a ensaios de caracterização realizados no Laboratório de Mecânica dos Solos do IFRN, campus Mossoró.
4.2.1 Ensaio de massa específica
Para preparação da amostra do agregado foi seguida a NM 27 (ABNT, 2000). Realizou-se o peneiramento para que restasse apenas o agregado miúdo (passante na peneira de malha 4,75 mm), logo após foi efetivada a secagem em estufa durante 24 horas e para caracterização determinou-se a massa especifica seca utilizando o método do frasco Chapman, conforme Figura 3, como preconiza a NBR NM 52 (ABNT, 2009), e massa unitária, regida pelas diretrizes da NBR NM 45 (ABNT, 2006).
Figura 3 - Caracterização da areia com utilização do frasco Chapman.
Fonte: Autor.
Separou-se duas amostras com 500g do material e foram obtidas as leituras disponíveis no Quadro 2, resultando em massa específica de 2,62 g/cm³.
Quadro 2 - Resultado do ensaio de massa específica.
Nº da amostra Quantidade de água (ml) Quantidade de areia (g) Leitura (mm) Massa específica (g) Amostra 1 200 500 391 2,62 Amostra 2 200 500 391 2,62 Fonte: Autor.
Para o cálculo de massa unitária adicionou-se uma quantidade de areia até o preenchimento completo de um recipiente com volume pré-definido igual a 14.725 ml (Figura 4), no qual foi rasado e pesado de forma a evitar compactação do material.
Figura 4 - Agregado miúdo em recipiente com volume pré-definido.
Fonte: Autor.
Registrou-se a quantidade de material para cada amostra esboçado no Quadro 3, resultando em uma massa unitária média de 1,52 g/cm³. A determinação da massa unitária é útil para a conversão dos traços de argamassas de massa (peso) para volume e vice-versa.
Quadro 3 - Resultados de massa unitária de amostras de agregado miúdo.
Nº da amostra Peso do recipiente + areia (kg) Peso do recipiente seco (kg) Volume do recipiente (ml) Massa unitária (g/cm³) Amostra 1 29,7 7,3 14725 1,52 Amostra 2 29,5 7,3 14725 1,51 Amostra 3 29,7 7,3 14725 1,52 Fonte: Autor. 4.2.2 Ensaio de granulometria
O ensaio granulométrico, regido pela NBR NM 248 (ABNT, 2003), é realizado com o intuito de conhecer a granulometria do agregado, de modo a representá-lo em uma curva para determinar suas características físicas. Para realização do ensaio foram utilizadas peneiras de serie normal com aberturas 8, 16, 30, 50 e 100 Mesh, acopladas a um agitador mecânico, visto na Figura 5. Todos os agregados tinham anteriormente sido definidos como miúdos através do peneiramento na malha 4,75 mm.
Figura 5 - Agitador mecânico com peneiras de abertura de serie normal.
Fonte: Autor.
Após agitação mecânica nas peneiras das duas amostras, chegou-se ao resultado demonstrado no Quadro 4. O peneiramento resultou na coluna de massas retidas para cada massa total, podendo ser obtido através de simples cálculos das variações de massas retidas, massa retida média e massa retida acumulada, permitindo, assim, o cálculo do diâmetro máximo e do módulo de finura (Mf). Segundo a NBR 7211 (ANBT, 2009) quando o Mf for
entre 2,4 e 3,3 o material é considerado médio, e quanto menor o modulo de finura, mais fino será o solo.
Quadro 4 - Resultado do ensaio granulométrico.
Fonte: Autor.
Com a curva granulométrica é possível ver se a amostra se enquadra em uma especificação muito grossa ou muito fina, ou deficiente em um determinado tamanho. As ordenadas representam as porcentagens acumuladas passantes e as abscissas, as aberturas das
peneiras em escala logarítmica. Assim, é possível notar pelo Gráfico 4 que a amostra, representada pela cor vermelha, ficou entre os limites de zona ótima em quase todas as malhas das peneiras, excetuando a de malha de abertura 2,36 mm, representando em sua maioria a continuidades dos agregados.
Gráfico 4 - Curva granulométrica.
Fonte: Autor.
O Quadro 5 mostra o resumo dos resultados de caracterização.
Quadro 5 - Caracterização do agregado miúdo.
Diâmetro máximo (Mesh) Diâmetro máximo (mm) Modulo de finura Massa específica (g/cm³) Massa específica unitária (g/cm³) 4 4,75 2,56 2,62 1,52 Fonte: Autor. 4.3 ÁGUA
O único constituinte líquido utilizado na produção das argamassas foi à água da Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte – CAERN, cuja quantidade incorporada nas amassaduras remete para duas variantes: trabalhabilidade e consistência de 230 mm ± 10 mm, obtida pelo ensaio de mesa de consistência, NBR 13276 (ABNT, 2016). 4.4 RESÍDUOS CERÂMICOS (RCV)
A amostragem de RCV foi obtida através de uma fábrica representativa na região do Vale do Assú/RN, denominada Cerâmica do Gato, constituídas de resíduos de tijolos e blocos estruturais que foram descartados após o processo de fabricação por apresentarem imperfeições. 9,5 6,3 4,75 2,36 1,18 0,6 0,3 0,15 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0,1 1 10 Po rce ntag em ret id a a cu m ulad a
Abertura das peneiras (mm)
C U R V A S G R A N U L O M É T I C A S
Zona Utilizável - Limite Inferior Zona Utilizável - Limite Superior Zona Ótima - Limite Inferior Zona Ótima - Limite Superior Material Analisado
O resíduo coletado possuía fragmentos de grandes dimensões, portanto sua redução foi realizada através da utilização da marreta, resultando na Figura 6. Entretanto ainda foi necessário passar por processo de trituração, para transformação em grãos finos, realizado de acordo com o ensaio de abrasão ―Los Angeles‖ com o equipamento ilustrado na Figura 7, disponível no Laboratório de Mecânica dos Solos da UFERSA, campus Angicos. No processo foram postos 8 kg de resíduo cerâmico juntamente com 12 esferas de aço na máquina de modo a provocar cargas abrasivas nos fragmentos em 3000 rotações.
Figura 6 - Amostra de RCV.
Fonte: Autor.
Figura 7 - Aparelho de Los Angeles.
Fonte: Autor.
Como resultado deste ensaio não se obteve a granulometria desejada para que esse material pudesse ser utilizado como ligante, deste modo foi necessário realizar um peneiramento utilizando as peneiras de 200 Mesh ou 0,075mm. Procedimento realizado no Laboratório de Mecânica dos Solos do IFRN, campus Mossoró.
Após finalização do resíduo (Figura 8), foi realizada a caracterização com uma amostra através do ensaio de caracterização de massa específica na UFERSA, campus
Mossoró, o ensaio de caracterização por Difração de Raios X (DRX) e o ensaio de Espectrometria de Fluorescência de Raios-X (FRX) na UERN, campus Mossoró.
Figura 8 - Resíduo RCV finamente moído.
Fonte: Autor. a) Ensaio de massa específica
O mesmo ensaio realizado para massa especifica da areia foi realizado para determinar a massa especifica do resíduo, através do frasco Chapman (Figura 9), e obtidos os resultados do Quadro 6.
Figura 9 - Caracterização do resíduo com utilização do frasco Chapman.
Fonte: Autor.
Quadro 6 - Dados do ensaio de massa específica do resíduo.
Nº da amostra Quantidade de água (ml) Quantidade de resíduo (g) Leitura (mm) Volume de resíduo Massa específica (g) Amostra 1 250 442,23 423 173 2,56 Amostra 2 250 400 409 159 2,52 Média 2,54 Fonte: Autor.
b) Ensaio de FRX
A partir da análise química mineralógica da amostra, realizada pelo espectrômetro de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX), da marca Shimadzu, modelo EDX-7000 em atmosfera de ar, verificou-se que o RCV apresenta os elementos identificados no Gráfico 5, junto com a quantidade em porcentagem de cada elemento em relação à amostra.
Gráfico 5 - Resultados do FRX.
Fonte: Autor.
A partir da tabela pode-se definir que na amostra estão em maior quantidade os elementos: Silício (Si), Alumínio (Al) e Ferro (Fe) com 55,994%, 26,584% e 9,736%, respectivamente. Totalizando uma representação de 92,314% dos compostos desses elementos em relação ao total da amostra. Segundo NBR 12653 (ABNT, 2014), esse composto pode ser designado como material pozolânico de classe N, argila calcinada, pois segundo os requisitos químicos apresentam valor de classe de material pozolânico ≥ 70% da amostra total, entretanto deve ser realizado o ensaio de resistência pozolânica.
c) Ensaio de DRX
A partir de dados obtidos através da máquina ―Difratômetro de raios X‖ (marca Shimadzu e modelo XRD-6000) no ensaio de DRX e plotagem através do Origin, foi elaborado um difratograma de raios-x da amostra de RCV, Gráfico 6. Foram obtidas a partir das reflexões características de compostos como: Cristobalita (JCPDS 82-0512); Mulita (JCPDS 79-1276); Mica (JCPDS: 83-1808); Quartzo (JCPDS 46-1045); Espinélio (JCPDS 82-2424); Feldspato (JCPDS 89-8574) e Hematita (JCPDS 87-1164). Na análise a partir da amostra cristalina, foi utilizada radiação Cu, com tensão 40 kV, corrente 30 mA, varredura angular entre 5° < 2θ < 40° e velocidade 1,2 ºC/mín.
55,994% 26,584% 9,736% 4,316% 1,970% 1,024% 0,159% 0,047% 0,042% 0,037% 0,023% 0,022% 0,020% 0,008% 0,008% 0,005% 0,002% Si Al Fe K Ca Ti Mn V Zr Sr Cu Cr Zn Ni Y Ga Nb Elementos
Gráfico 6 - Resultados do DRX. 5 10 15 20 25 30 35 40 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Q In te n si d a d e (C p s) 2 RCV C Mi C Q S F H M M C S Q HQ Mi = Mica C = Cristobalita Q = Quartzo H = Hematita M = Mulita F = Feldspato S = Espinélio Fonte: Autor.
É possível perceber que há uma maior cristalinidade de Quartzo na amostra, localizada em um intervalo de varredura entre 25° < 2θ < 30°. Satisfazendo os valores encontrados no ensaio de FRX, justificado pelo maior teor de silíca (55,994%). E em menor grau a reflexão característica do feldspato potássico (KSiAl4O8) com ensaio de varredura entre 27° < 2θ <
30°, justificando os teores de alumínio (26,584%) e potássio (4,316%). 4.5 BLOCOS ESTRUTURAIS
Os blocos estruturais utilizados nesta pesquisa, Figura 10, foram doados pela Cerâmica do Gato, localizado na cidade de Itajá/RN, e caracterizados através de ensaios realizados na UFRN, como o de resistência à compressão axial, e no IFRN o ensaio de área líquida.
Figura 10 - Bloco estrutural cerâmico 29 cm x 14 cm x 14 cm.
a) Ensaio de resistência à compressão axial
Todos os blocos foram capeados segundo a NBR 15961-2 (ABNT, 2011), com argamassa de resistência superior 70% da resistência do bloco na área líquida e sem variação excedente de 3 mm de espessura, conforme a Figura 11, e efetuado a cura por no mínimo 6 horas (Figura 12).
Figura 11 - Preparação dos blocos para rompimento.
Fonte: Autor.
Figura 12 - Processo de cura dos blocos.
Fonte: Autor.
Após todos os processos de preparação da amostra, foi realizado o rompimento e como resultado visual obteve-se o que mostra a Figura 13.
Figura 13 - Rompimento realizado através do ensaio de resistência à compressão.
O ensaio de resistência foi realizado segundo a NBR 15961-2 (ABNT, 2011), sendo os locais para as medições (comprimento, largura e altura) do ensaio de geometria, mostrados na Figura 14, realizadas através de réguas metálicas.
Figura 14 - Bloco com furo na vertical.
Fonte: NBR 15270-2 (ABNT, 2017).
Para determinação da área bruta foi realizado uma simples multiplicação da largura pelo comprimento expressa em cm². Obtiveram-se os resultados expostos no Quadro 7.
Quadro 7 - Resultados do ensaio de resistência em blocos de AE.
Amostra Nº Largura (cm) Comprimento (cm) Carga (Kgf) Área (cm²) Resistência (MPa)
1 13,80 29,30 32000 404,34 7,91 2 13,90 29,20 41500 405,88 10,22 3 13,90 29,00 28500 403,10 7,07 4 13,90 29,00 42500 403,10 10,54 5 13,80 28,90 50500 398,82 12,66 6 13,90 29,00 37000 403,10 9,18 7 13,80 29,10 52000 401,58 12,95 8 13,70 29,00 40500 397,30 10,19 Média 402,15 10,09 Fonte: Autor.
A NBR 15270-2 (ABNT, 2017), indica que blocos estruturais devem ter resistência mínima característica de 3,0 MPa e que devem ser ensaiados no mínimo 6 blocos, portanto, pode-se notar que todos os blocos atendem a norma, atingindo valor característico (fbk) de
6,58 MPa na área bruta. Entretanto, geralmente são utilizados para trabalhos acadêmicos e em normas estrangeiras a resistência média, que considerando os 8 blocos ensaiados, obteve-se 10,09 MPa.
b) Ensaio de área líquida
Para determinação da área líquida as amostras foram imersas durante 24 horas em água a temperatura ambiente para saturação. Depois de saturados, foram pesados obtendo-se os valores de massa aparente (ma), enxutos e pesados novamente, obtendo-se os valores de
massa unitária (mu), e então encontrados os valores da área líquida (Quadro 8), segundo a
NBR 15270-2 (ABNT, 2017).
Quadro 8 - Resultado do ensaio de área líquida.
Amostra Nº Massa saturada (mu) (g) Massa aparente (ma) (g) H (mm) y (água) (g/mm³) Área líquida (cm²) 1 6115 3100 192 0,001 157,03 2 6760 3000 192 0,001 195,83 3 6560 3000 190 0,001 187,37 4 6570 3000 191 0,001 186,91 5 6650 3000 190 0,001 192,11 6 6565 3000 190 0,001 187,63 7 6695 3000 191,5 0,001 192,95 8 6680 3000 190,5 0,001 193,18 Média 186,63 Fonte: Autor.
Através da relação entre área líquida e área bruta (186,63 / 402,15) obteve-se um fator igual a 0,46, que indica, então, uma resistência média na área líquida de 21,93 MPa. Geralmente prismas de blocos cerâmicos vazados vão apresentar maior resistência do que prismas de blocos maciços, desprezando fatores como concentração de tensões.
4.6 ARGAMASSAS
4.6.1 Definição dos traços
Diferentemente do concreto, que conta com diversos métodos de dosagens, a argamassa ainda não dispõe de um método unanimemente reconhecido no meio técnico. Desta forma, existem diversos traços pré-definidos de argamassa de acordo com a utilização e resistência esperada, como os mostrados no Quadro 9, produzidos por Sánchez (2013).
