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1 ESTUDO DE DOSAGEM DO CONCRETO CONVENCIONAL FEITO COM CP II F-32 E AGREGADOS DE RIO BRANCO - ACRE E UTILIZAÇÃO DE ARGILA CALCINADA DO MESMO LOCAL COMO POZOLANA NA SUBSTITUIÇÃO PARCIAL DO CIMENTO CONSALES, L.E.S. (1), ZANDONADI, A.R. (1),PRISZKULNIK, S. (1), MUNHOZ JR, A.H. (1) (1) Universidade Presbiteriana Mackenzie lucio_eugenio@hotmail.com RESUMO No Estado do Acre o concreto convencional é produzido essencialmente com os mesmos agregados (miúdos e graúdos). Por isso, o proporcionamento dos materiais que compõem o concreto dessa localidade, bem como de todas as regiões, deve visar obter a melhor qualidade (resistência, durabilidade, entre outras) em detrimento do custo. Esta pesquisa em suas linhas fornece dados para a dosagem racional do concreto utilizando areia do Rio Acre, brita granítica do Estado de Rondônia e cimento com adições carbonáticas (CP II F-32). Além disso, em virtude do consumo elevado de cimento e o custo do mesmo em Rio Branco, procurou-se estudar a substituição parcial do cimento Portland por uma pozolana obtida pelo beneficiamento de uma argila da região. Vale ressaltar que houve inicialmente uma etapa preliminar de caracterização (análise térmica diferencial, termogravimétrica, difração de raios-x, espectrofotometria de absorção atômica com chama, análise química do cimento, apreciação petrográfica dos agregados e outras). Palavras-chave: concreto; dosagem; pozolana; argila; Rio Branco; Acre. INTRODUÇÃO A qualidade do concreto é um dos fatores que influenciam na durabilidade de uma estrutura, peça ou elemento estrutural. Além deste, a deformabilidade das estruturas, o terreno de fundação, as condições climáticas, o cobrimento das armaduras, detalhes arquitetônicos e construtivos, são características que conferem a uma edificação um caráter perene, capaz de proporcionar ao homem proteção, conforto e beleza

2 Esta pesquisa estuda de maneira analítica o concreto produzido na cidade de Rio Branco. Com base nos ensaios de pozolanicidade com cal e cimento, são sugeridas soluções viáveis para os problemas detectados durante o estudo, como por exemplo a utilização de argila calcinada e finamente moída do próprio Estado substituindo parcialmente o cimento Portland. O índice de atividade pozolânica com o cimento é uma medida direta, sendo determinado pela razão entre a média das resistências à compressão da mistura experimental e do traço piloto (referência). MATERIAIS E MÉTODOS O cimento utilizado foi o CP II F-32 da marca Cimpor e os agregados são aqueles cotidianamente usados em Rio Branco, a saber: areia do Rio Acre e brita de Rondônia. Utilizou-se o método do IPT para a dosagem do concreto. A ruptura - por sua vez, ocorreu nas idades de sete, vinte e oito e sessenta e três dias e com os resultados deste ensaio, traçou-se um diagrama de dosagem. Inicialmente foram determinados os índices de pozolanicidade de um solo laterítico calcinado a 650 C e 800 C e de uma argila de Rio Branco. Os ensaios foram feitos com cal e cimento segundo a NBR 5751 (1) e 5752 (2) ; respectivamente. Após os resultados obtidos, foi feito um concreto, também em corpos de prova de dimensões 5 x 10cm, que levava em sua composição CP II F-32, brita n 0 e areia do Rio Acre. Utilizou-se a argila beneficiada (calcinada a 700º C seguida de moagem e peneiramento em peneira com abertura de 0,075mm) em porcentagens gradativas de sustituição pelo cimento Portland, a saber: 10 20,30%, em massa, avaliando-se em seguida os resultados à luz da resistência à compressão. Os corpos de prova eram cilíndricos, de dimensões 5 x 10 cm e a mistura foi homogeneizada segundo as prescrições da NBR 7215 (3) Para o trabalho experimental foram realizados os seguintes ensaios: Análise química dos materiais envolvidos A análise química do cimento foi feita pela ABCP (Associação Brasileira de Cimento Portland) e as análises do solo e da argila foram realizadas pelo Laboratório de

3 Caracterização de Materiais da Universidade Presbiteriana Mackenzie. As amostras realizadas na universidade foram dissolvidas e analisadas no espectrofotômetro de absorção atômica, modelo AA-275 da marca Varian. Para a obtenção do teor em massa de cada óxido os resultados foram calculados por estequiometria. Analise petrográfica dos agregados Este ensaio foi realizado pela Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP) segundo a norma NBR 7398/92 (4). A avaliação das características petrográficas da areia, realizada ao microscópio estereoscópico (lupa) de luz refletida, foi determinada na amostra após peneiramento a úmido na malha 0,15 mm para eliminação da porção argilosa. Para determinação da composição mineralógica, a amostra foi primeiramente peneirada e separada em frações granulométricas. Cada uma destas frações foi observada ao microscópio estereoscópico para uma avaliação de sua mineralogia através da contagem simples de no mínimo 500 grãos, tendo sido lavada para melhor observação microscópica. Para o agregado graúdo (brita), a análise petrográfica foi realizada, primeiramente, ao microscópio estereoscópico, sendo complementada por observação na lâmina delgada ao microscópio óptico de luz transmitida. Produção do concreto Foi utilizada a betoneira de eixo vertical do Laboratório de Ensaio de Materiais da Universidade Presbiteriana Mackenzie com capacidade para a produção de 150 litros de concreto. Moldagem e cura dos corpos de prova Foram moldados 66 corpos de prova, sendo que 54 eram de dimensões 10 x 20 cm e 12 de dimensões 15 x 30 cm, segundo as prescrições da NBR 5738 (5). Depois de 24 horas os corpos de prova (fora das formas) foram colocados em câmara úmida a uma temperatura de 23 ± 2 C com umidade relativa de 98%

4 Ruptura dos corpos de prova Foi realizada em uma máquina de ensaio universal da marca Amsler, com velocidade de aplicação de carga variando entre 3 kg/cm 2 a 8kg/cm 2 por segundo. Análises térmicas As análises térmicas do solo e da argila foram realizadas no Laboratório de Caracterização de Materiais da Universidade P. Mackenzie. O modelo do equipamento utilizado foi STA Netzsch. A razão de aquecimento utilizada foi 10 C/ min em atmosfera de nitrogênio e o ensaio realizado de 20 a 1300º C. Difração de raios-x O ensaio para determinação dos constituintes mineralógicos por difração de raios-x, pelo método do pó, em aparelho da marca Rigaku modelo Multiflex, dotado de contador de cintilação e monocromador de grafite, de radiação Cu-K α, fendas DS = ½; SS= ½; RS = 0,3 mm, operando em voltagem de 40 kv, corrente de 20 ma, de em uma velocidade contínua de 2 /minuto. Índice de atividade pozolânica com a cal O ensaio para determinação do índice de pozolanicidade com cal foi realizado segundo a NBR 5751/1992 (1). Este ensaio é uma medida direta para a determinação deste índice através da compressão axial. Os procedimentos de mistura e moldagem dos corpos de prova obedecem a NBR 7215 (3). A mistura curou em seus próprios moldes durante 24 ± 2h a temperatura de 23 ± 2 C e durante os seis demais dias, em estufa a 55 ± 2 C. Índice de atividade pozolânica com cimento O ensaio para a determinação da atividade pozolânica com o cimento foi realizado segundo as prescrições da NBR 5752/1992 (2). DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A Tabela 01 apresenta as características petrográficas da areia

5 Tabela 01 - Síntese das características gerais da areia Amostra Areia do Acre Cor (seca) Creme Principal Quartzo Mineralogia subordinada Mica, raros fragmentos de rocha, turmalina e opacos Deletéria Quartzos microcristalinos (1-5%) Grau de Arredondamento Subangulosa e subarredondado Grau de esfericidade Baixa Superfície dos grãos Polidos a foscos Alteração Raras nas micas Reatividade Potencial Potencialmente Inócua A Tabela 02 apresenta a síntese das características petrográficas da rocha. Mineralogia Tabela 02: Síntese das características petrográficas da rocha Principal Subordinada Deletéria Cor Estrutura Textura Granulação Feldspatos (mirmequitas e pertitas) Granulação Estado de alteração Deformação do agregado Propriedade físicomecânica Forma dos fragmentos Tipo de Rocha Reatividade Potencial Feldspatos (plagioclásio, microclinio) e quartzo Biotita, clorita, titânia, carbonatos, epidoto, zircão e opacos 1-5% de quartzo microcristalino, quartzo com extinção ondulante > que 30 -<5%e feldspatos alterados<5% Creme acinzentado com pontos escuros Maciça Granular Média Presentes 1-5% Média Medianamente alterada (feldspatos seritizados e com carbonatos e biotitas cloritizadas) Quartzo deformado (ângulo de extinção ondulante maior que 30 ) e contatos suturados entre alguns minerais. Hipidiofórmicos (grãos parcialmente limitados por faces do mineral) Rocha muito coerente Ígnea Potencialmente Reativa A brita foi considerada potencialmente reativa frente aos álcalis do concreto, entretanto, deve-se considerar que o grau de reatividade desse agregado só poderá ser avaliado por meio de ensaios específicos de desempenho

6 Resumo dos resultados do estudo de dosagem Na Tabela 03 constam os principais resultados obtidos após o rompimento dos corpos de prova com proporcionamentos (cimento: areia: pedra = 1:a:p) nas diferentes idades. Tabela 03: Resumo dos resultados obtidos no rompimento dos corpos de prova Traço em massa Número T 1 T - 2 T 3 1:m* 1:3 1:4 1:5 1:a:p 1:1, 06:1, 94:0, 434 1:1, 55:2, 45:0,542 1:2, 06:2, 94:0,65 07 DIAS DE IDADE Resistência Média à compressão (MPa) 24,89 19,44 13,23 Desvio padrão amostral (MPa) 1,54 0,96 2,12 1/8f c f ct 1/12f c ** Sim sim Maior crescimento em relação ao traço anterior na mesma idade (%) Homogeneidade do concreto Boa boa Boa Coerência dos resultados Ótima ótima Boa 28 DIAS DE IDADE Resistência Média à compressão 30,79 26,09 25,38 Desvio padrão (MPa) 5,60 1,85 2,57 1/8 f c f ct 1/12 f c ** Sim sim Sim crescimento em relação ao traço anterior na mesma idade (%) 23,70 34,1 91,84 Homogeneidade do concreto Boa boa Boa Coerência dos resultados regular/deficiente ótima Ótima 63 DIAS DE IDADE Resistência Média à compressão (MPa) 28,83 27,95 30,03 Desvio padrão (MPa) 0,30 2,32 1,08 1/8 f c f ct 1/12 f c ** Sim sim Sim % de crescimento da resistência do mês mo traço em relação a idade anterior - 7,1 18,32 Homogeneidade Boa boa Boa *1:m relação cimento:(areia+pedra) ** esta relação significa que o intervalo de variação da resistência a tração varia de 1/12 a 1/8 da resistência a compressão A Figura 01 apresenta o diagrama de dosagem do concreto preparado com CP II F-32 e agregados disponíveis em Rio Branco. Trata-se de um diagrama analítico que estuda o comportamento do concreto em função das diversas leis que regem seu

7 comportamento. Figura 01: Diagrama de dosagem para o concreto preparado com areia do Rio Acre, brita de Rondônia e CP II F-32. Análise química Na tabela 04 constam os resultados da análise química da argila e do solo lateritico realizado por espectrofotometria de absorção atômica. Na Tabela 04 foi detectado que os teores de SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, são 41,41; 13,38 e 37,32%, respectivamente. Estes valores estão abaixo daqueles descritos por Santos (1992) (6), bem como o teor de 37,32 % de Fe 2 O 3 que é muito superior aquele descrito Mielenz, Greene e Schielz (1951; apud SANTOS; 1992) (6) que é no máximo de 20 % para as melhores pozolanas, contudo o teor de SiO 2, superior a 40 %, é um pouco maior do que o mínimo recomendado por estes autores. Na Tabela 04 pode-se notar que a argila apresentou percentuais que a priori foram considerados mais interessantes, o teor de SiO 2 é superior aos 60 %. Este valor está de acordo com os valores propostos pela C-618 da ASTM (7) e NBR (8), como pode ser visto na Tabela

8 Tabela 04: Análise química dos materiais terrosos Materiais estudados Argila Solo laterítico SiO 2 63,86 41,41 Al 2 O 3 18,12 13,38 Fe 2 O 3 6,63 37,32 MgO 0,67 - K 2 O 1,96 - TiO 2 1,12 - Total 92,37 91,97 Argila Solo Tabela 05: Comparação das características físico-químicas com as normas. Determinações ASTM 618 (7) ABNT (1991) (12653) (8) SiO 2 + Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 Min 70% 70% 88,61% 92,11 % SiO 2 Min ,86 41,41 % Partículas > 45 µm- Máx 34 % 34 % 79 % 37% Perda ao fogo Máx. 10 % 10 % - - Difração de raios-x Os dados da difração de raios-x mostraram que a argila é constituída de quartzo e montmorilonita principalmente. No solo foi observada a presença caulinita e goethita (hidróxido de ferro). Análise térmica diferencial Pela análise térmica diferencial do solo foi observada a transformação polimórfica do quartzoα em quartzoβ a 573º C. Resultados dos ensaios de pozolanicidade Na Tabela 06 estão descritos os valores das resistências médias, obtidas pelo ensaio de compressão axial nos corpos de prova usados para a determinação do índice de atividade pozolânica com a cal e com cimento

9 Tabela 06: Resultado dos ensaios de atividade pozolânica. Material Ensaio Norma Idade Índice de pozolanicidade Argila Atividade calcinada a pozolânica 700 C Com cal Solo calcinado a 650 C Solo calcinado a 800 C Atividade pozolânica Com cimento Atividade pozolânica Com cal Atividade pozolânica Com cimento Atividade pozolânica Com cal Atividade pozolânica Com cimento NBR (8) NBR 5751 (ABNT, 1992) 7 dias 5,50 Mpa 6,00 MPa NBR 5752 (ABNT, 1992) 28 dias 63,65 % 75 % NBR 5751 (ABNT, 1992) 7 dias 2,32 MPa 6,00 MPa NBR 5752 (ABNT, 1992) 28 dias 43,51 % 75 % NBR 5751 (ABNT, 1992) 7 dias 4,29 MPa 6,00 MPa NBR 5752 (ABNT, 1992) 28 dias 57,04 % 75 % O desvio relativo máximo em cada ensaio não foi superior a 6%, estando portanto, dentro das recomendações da NBR 5751 (1) e 5752 (2) (ABNT; 1992). O índice de atividade pozolânica com cal e cimento para o solo laterítico aquecido a 650 C foi muito baixo; aumentando consideravelmente nos dois ensaios - cal e cimento, quando aquecido a 800 C. Isso indica uma amorfização maior da microestrutura nessa temperatura. A argila que tem predominância do argilomineral montmorilonita apresenta resultados superiores ao do solo, mesmo sendo aquecida a uma temperatura de 700 C. Ambos os materiais não atenderam as especificações normativas que regulamentam os ensaios para os dois aglomerantes utilizados (cimento e cal). No entanto, a argila apresentou resultados de resistência a compressão bem próximos aos mínimos exigidos pela NBR (8), principalmente no ensaio de pozolanicidade da cal indicando serem promissores os resultados em temperaturas de 800 a 850 C. Devido aos baixos valores obtidos de resistência a compressão para o solo calcinado a 650º C e 800º C (vide Tabela 06), o mesmo não foi utilizado para substituir o cimento

10 Estudo em pequena representatividade da substituição do cimento pela pozolana obtida a partir da argila montmorilonitica na produção do concreto com agregados disponíveis em Rio Branco. O melhor valor obtido foi na substituição de 10 % em massa do cimento pela argila calcinada em que a média dos corpos de prova é de 21,1 MPa sendo superior a média dos corpos de prova produzidos com o traço piloto que é de 20,9 MPa. Já o teor de 30 % apresenta uma resistência bem próxima àquela obtida com o teor de substituição de 20 %. Os corpos de prova com a porcentagem de substituição de 30 % fornecem uma média inferior as anteriores, porém ela não é ruim quando comparada com a substituição anterior. Tabela 07: Resistências médias dos concretos preparados com areia do Rio Acre, brita n 0 de Rondônia e CP II F-32 com percentuais gradativos de substituição Resistência média à compressão aos 28 dias (MPa) Traço piloto* 20,90 10 % de substituição 21,10 20 % de substituição 18,20 30 % de substituição 17,40 *o traço piloto foi obtido pela mistura de cimento, areia, brita e água na seguinte proporção: 1:2, 04:2, 96:0, 63. CONCLUSÃO -A areia lavada do Rio Acre não apresenta potencialidade reativa com os álcalis do cimento, o que é bom. A brita, por sua vez, apresenta potencial reativo com os álcalis do concreto, o que é ruim. Portanto, a utilização de pozolanas é mais recomendável ainda, pois além de diminuir o consumo de cimento, ela pode inibir a reação álcaliagregado evitando efeitos patogênicos nas estruturas que possam vir a ser construídas em Rio Branco, melhorando a consistência, diminuindo o calor de hidratação e a fissuração do concreto; -A argila calcinada a 700 C apresentou índices próximos aos mínimos exigidos e quando estudada na substituição do cimento em conjunto com os agregados

11 convencionais de Rio Branco, o teor de 10 % de substituição melhorou a resistência aos vinte e oito dias. REFERÊNCIAS 1 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5751: Determinação da atividade pozolânica com cal-índice de atividade pozolânica com cal. Rio de Janeiro, NBR 5752: Determinação da atividade pozolânica com cimento-índice de atividade pozolânica com cimento. Rio de Janeiro, NBR 7215: Cimento Portland - determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro, NBR 7398: Agregados Apreciação petrográfica de materiais naturais, para utilização como agregado em concreto. Rio de Janeiro, NBR 5738: Concreto - procedimentos de cura e moldagem dos corpos de prova.rio de Janeiro, SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas, 2 ed. revisada e ampliada, São Paulo: Edgard Blücher, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use as a mineral admixture in Portland cement concrete: ASTM C 618, 3p. In: Anual book of ASTM standards. Philadelphia, NBR 12653: Materiais Pozolânicos. Rio de Janeiro,

12 UTILIZATION OF A CALCINED CLAY AS POZZOLAN IN PARTIAL SUBSTITUTION OF CEMENT IN CONCRET MADE WITH RIO BRANCO-ACRE AGGREGATES. ABSTRACT Study of dosage of convencional concrete made with CP II F-32 and aggregates from Rio Branco-Acre and a calcined clay as pozzolan in partial substitution of cement. The clay and the lateritic soil were analyzed by atomic absorption spectrophotometry, differential thermal analysis and X-ray diffraction. The differential thermal analysis shows the presence of quartz in the soil. The x-ray diffraction shows the presence of quartz and montmorilonite in the clay. Keywords: concrete; dosage; pozolan; clay; Rio Branco; Acre. AGRADECIMENTOS À Universidade Presbiteriana Mackenzie e ao Mack-Pesquisa pelo apoio concedido para a realização desta pesquisa e participação no 18º CBECIMAT. Aos técnicos José Maria da Silva e José Carlos Sobrinho da Escola de Engenharia pelo auxílio na realização dos experimentos