MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL CAMPUS RIO GRANDE Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios Prof. Fábio Costa Magalhães MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO ESPECIFICAÇÕES E ENSAIOS versão 1.0

2 CAPÍTULO 1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS 1.1 INTRODUÇÃO Esta apostila visa a apresentar sob um aspecto prático as especificações e metodologias de ensaio dos materiais com os quais é produzido o concreto de cimento Portland. São buscadas as regulamentações normativas de cada situação, objetivando uma preparação para a aplicação profissional dos conceitos aqui apresentados. Ao mesmo tempo, são expostas questões de conceituação teórica com o intuito de permitir o correto entendimento do conteúdo abordado. 1.2 OBJETIVOS Com a aquisição do conhecimento contido no presente documento, o aluno deverá ser capaz de distinguir sobre as especificações e especificidades dos materiais componentes do concreto, utilizando as normas técnicas respectivas. Deverá possuir competência para a correta interpretação dos resultados dos ensaios realizados. 1.3 CONCRETO Concreto de Cimento Portland é o material mais utilizado na construção civil na atualidade. É constituído pela mistura de cimento, agregados inertes e água e, de forma eventual, por aditivos e adições conforme a necessidade. Este material passou a ser utilizado como é conhecido hoje no fim do século XIX, com uso intensificado em meados do século XX; quando o concreto se transformou no material mais utilizado do mundo depois da água. A mistura de Cimento Portland e água forma uma pasta cuja fluidez varia conforme a relação água/cimento 1 da combinação. Esta pasta envolve os agregados, produzindo um material que é capaz de se moldar aos mais variados formatos. Nas primeiras horas o concreto apresenta certa fluidez, dependendo das características da mistura, com o passar do tempo, a mistura endurece pela reação de caráter irreversível do cimento em contato com a água. Este adquire resistência mecânica tornando-se um material de grande utilidade estrutural. 1 Razão, em massa, entre a quantidade de água e de cimento adicionada em argamassas ou concretos. 2

3 1.4 MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO MCC s Tão fundamental quanto uma boa dosagem do concreto é a correta escolha dos materiais que o compõe. Neste documento são apresentados os principais materiais utilizados na produção do concreto e os principais ensaios de caracterização dos mesmos. A norma brasileira NBR Controle tecnológico de materiais componentes do concreto estabelece as condições exigíveis do controle da qualidade dos materiais com os quais o concreto é produzido. CAPÍTULO 2 CIMENTO PORTLAND 2.1 INTRODUÇÃO O Cimento Portland é um aglomerante hidráulico 2 proveniente da moagem do chamado Clínquer Portland. O clínquer é obtido pela mistura e moagem de calcário e argila em proporções adequadas. Esta mistura é aquecida em fornos (em geral rotativos) até temperaturas próximas da fusão completa do material, sofrendo um rápido resfriamento. O clínquer Portland é moído juntamente com gesso, resultando no Cimento Portland; um material em pó, fino e de cor acinzentada. Figura 2.1 Clínquer Portland. A adição do gesso (gipsita) é realizada na moagem final do cimento com o intuito de regular o tempo de pega, permitindo que o cimento permaneça trabalhável por um período de, pelo menos, uma hora. 2 Aglomerante hidráulico são os elementos que endurecem pela ação de água, através do processo de hidratação e depois de endurecido adquire características de rocha artificial, mantendo suas propriedades. 3

4 O cimento produzido desta forma constitui-se de vários óxidos que compõem compostos complexos que se combinam com a água. Esta combinação entre o cimento e água resulta em um material cristalino com propriedades de resistência e aderência aos agregados e às armaduras. Os principais óxidos que compõem o cimento e suas representações de forma simplificada são apresentados na Tabela 2.1. Tabela 2.1 Componentes principais do Cimento Portland. Representação Descrição Representação Simplificada CaO Óxido de Cal C SiO 2 Óxido de Silício S Al 2 O 3 Óxido de Alumínio A Fe 2 O 3 Óxido de Ferro F Figura 2.2 Jazida de extração mineral e britador (ITAMBÉ, 2008). O resultado das combinações entre os principais óxidos é a geração de quatro componentes principais: - C 3 S Silicato tricálcico; - C 2 S Silicato dicálcico; - C 3 A Aluminato tricálcico; - C 4 AF Ferro aluminato tetracálcico. 4

5 Figura 2.3 Forno de clinquerização (ITAMBÉ, 2008). As características proporcionadas por estes compostos ao Cimento Portland durante o seu processo de hidratação estão apresentadas de forma resumida na Tabela 2.2. A Figura 2.4 apresenta o comportamento mecânico dos componentes do concreto com o aumento da idade. As Figuras 2.5 e 2.6 apresentam um esquema simplificado do processo produtivo do cimento Portland e a vista aérea de uma fábrica, respectivamente. Tabela 2.2 Características principais dos compostos de Cimento Portland. Composto Característica C 3 S Endurecimento (reação) rápido, liberação de um moderado calor de hidratação 3, altas resistências iniciais. C 2 S Endurecimento lento, baixo calor de hidratação liberado, altas resistências finais. C 3 A Endurecimento muito rápido, muito alto calor de hidratação, baixa resistência. C 4 AF Endurecimento rápido, calor de hidratação alto, resistência desprezível. 3 Calor desenvolvido no maciço de concreto durante o processo exotérmico de hidratação do cimento. 5

6 Figura 2.4 Comportamento mecânico dos compostos do cimento Portland (TARTUCE e GIOVANNETTI, 1990). Figura 2.5 Fluxograma de produção do cimento. 6

7 Figura 2.6 Vista aérea da fábrica de cimento Portland Ash Grove Cement em Oregon-EUA (MEHTA e MONTEIRO, 2008) ADIÇÕES Em determinadas situações, são adicionados outros materiais ao composto oriundo da moagem de clínquer e gesso. Quando estas adições participam do processo de hidratação do cimento são denominadas adições ativas. As adições no cimento melhoram certas características do concreto, além de preservar o ambiente ao aproveitar resíduos e diminuir a extração de matéria prima. A introdução destas adições resulta em Cimentos Portland de tipos distintos, cujas características e propriedades são normatizadas por normas brasileiras (NBR) vigentes. 2.2 TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND CIMENTO PORTLAND COMUM (CP I) Este é um tipo de cimento sem qualquer adição além do gesso, que serve como retardador de pega. Suas características são estabelecidas através da NBR 5732 Cimento Portland comum. 7

8 Sua utilização é indicada em construções de concreto nas quais a estrutura não fique exposta a ambientes agressivos, com presença de sulfatos. Também se pode encontrar no mercado o Cimento Portland comum com adições (CP I-S), cuja composição apresenta a adição de material pozolânico 4 em massa, ao ter de 5 % CIMENTO PORTLAND COMPOSTO (CP II) Este tipo de cimento é especificado através da norma brasileira NBR Cimento Portland composto. Tem como característica a liberação de calor numa velocidade menor do que o gerado pelo CP I. Desta forma, sua utilização é mais recomendada no caso de grandes maciços de concreto, onde o elevado volume da concretagem e a superfície relativamente pequena reduzem a capacidade de resfriamento da massa. Este cimento também apresenta melhor resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo. Os Cimentos Portland Compostos apresentam-se em três diferentes composições: a) Cimento Portland composto com fíler (CP II-F): Este cimento apresenta adição de material carbonático 5 (fíler) à mistura clínquer e gesso. A adição de fíler é estabelecida pela NBR entre 6 e 10 %, em massa, em relação ao cimento comum. Sua utilização não é recomendada em ambientes agressivos. b) Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z): Este tipo de cimento contém adição de material pozolânico. Apresenta adição de pozolana no percentual de 6 a 14 %, em massa; admitindo até 10 % de fíler à composição. A característica de resistência a sulfatos torna o composto pozolânico recomendado à aplicação em ambiente com sulfatos, tais como obras marítimas, subterrâneas ou industriais. c) Cimento Portland composto com escória (CP II-E): 4 Material composto em grande parte por silicatos que reagem com o hidróxido de cálcio liberado na hidratação do cimento, produzindo uma pasta compacta com resistência a certos agentes agressivos. 5 Materiais carbonáticos são rochas moídas compostas por carbonato de cálcio, como o calcário. Quando adicionados ao concreto são denominados fíler. 8

9 Este cimento apresenta adição de escória granulada de alto-forno. A escória de altoforno é obtida pelo processo de fusão do subproduto da produção de aço ou ferro, conhecido como escória de ferro. Esta fusão gera um material vítreo, capaz de ser moído. Esta escória é composta por silicatos inertes que se comportam como aglomerantes hidráulicos, auxiliando no endurecimento da pasta. O teor em massa de escória é estabelecido pela NBR com valores entre 6 e 34 %; com a possibilidade de adição de fíler ao teor máximo de 10 %. É recomendado para estruturas com necessidade de calor de hidratação moderado, tais como grandes maciços de concreto, como obras de barragens CIMENTO PORTLAND DE ALTO-FORNO (CP III) Este tipo de cimento é especificado pela NBR 5735 Cimento Portland de alto-forno. Apresenta adição de escória em um percentual superior ao utilizado no cimento composto CP II- E; fato que proporciona a este cimento características como: baixo calor de hidratação e maior resistência a agentes agressivos. Sua utilização é indicada para os mesmos casos do cimento composto por escória, porém com vantagens em relação ao CP II. Os teores de adição de escória de alto-forno são apresentados na Tabela 2.3. Tabela 2.3 Teores dos componentes do CP III segundo a NBR Classe de Sigla Resistência 25 CP III Componentes (% em massa) Clínquer + sulfato Escória granulada Material de cálcio de alto-forno carbonático CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO (CP IV) Este tipo de cimento é especificado pela NBR 5736 Cimento Portland pozolânico. Apresenta adição de material pozolânico na proporção de 15 a 50 % em massa. O alto teor pozolânico proporciona ao concreto uma maior impermeabilidade e conseqüente durabilidade. Os materiais pozolânicos são definidos como elementos silicosos ou silicoaluminosos que por si só possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que, quando finamente 9

10 divididos e na presença de água, reagem com o hidróxido de cálcio formando um composto com propriedades cimentícias. A origem da pozolana pode ser natural ou artificial. No caso natural são provenientes regiões vulcânicas 6 ou de origem sedimentar. As pozolanas artificiais são oriundas de tratamentos térmicos ou subprodutos industriais, podendo ser: - Argilas calcinadas: provenientes da calcinação de algumas argilas que, quando tratadas com temperaturas entre 500 e 900 C, passam a reagir com o hidróxido de cálcio; - Cinzas volantes: resíduos provenientes da combustão de carvão pulverizado ou granulado. As cinzas volantes são precipitadas eletrostaticamente dos fumos de exaustão das centrais termelétricas a carvão e são as pozolanas artificiais mais comuns. No Rio Grande do Sul, o cimento CP IV é o mais produzido. Este fato decorre da grande oferta de cinzas volantes oriundas da queima de carvão mineral para a geração de energia elétrica nas usinas termoelétricas. A região de Candiota e Pinheiro Machado/RS concentra grande parte da produção de cimento deste estado CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL (CP V-ARI) Assim como o cimento comum CP I, o cimento CP V não apresenta nenhum tipo de adição, embora possa ser comercializado com teor de material carbonático de até 5 %. No entanto sua produção difere da dos demais cimentos em virtude da dosagem diferente entre calcário e argila utilizada na produção do clínquer e ao processo mais aprimorado de moagem que proporciona um cimento de grãos mais finos. Estas características fazem com que o CP V- ARI apresente resistências elevadas com maior rapidez. Este tipo de cimento é amplamente utilizado em estruturas pré-moldadas de concreto e em estruturas que exijam resistências iniciais mais elevadas nas primeiras idades. A norma brasileira NBR Cimento Portland de alta resistência inicial - define os parâmetros de produção deste tipo de cimento CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A SULFATOS (CP RS) 6 A origem do termo pozolana é a região do vulcão Vesúvio no território italiano, conhecida como Pozzuoli, onde são encontradas cinzas vulcânicas com propriedades pozolânicas. 10

11 Este tipo de cimento busca proporcionar resistência a ambientes agressivos sulfatados que tendem a acarretar manifestações patológicas nas estruturas de concreto. Este tipo de cimento é indicado para regiões marítimas e industriais. A norma NBR 5737 Cimentos Portland resistentes a sulfatos apresenta as características inerentes ao cimento do tipo RS. Segundo esta norma, cinco tipos de cimentos podem apresentar resistência a sulfatos (CP I, CP II, CP III, CP IV e CP V-ARI), desde que satisfaçam as seguintes condições: - Teor de aluminato tricálcico (C 3 A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no máximo 8 % e 5 % em massa, respectivamente; - Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60 % e 70 % de escória granulada de alto-forno, em massa; - Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25 % e 40 % de material pozolânico, em massa; - Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras que comprovem resistência aos sulfatos CIMENTO PORTLAND BRANCO (CPB) O cimento Portland branco é produzido a partir de clínquer Portland branco. Esta cor é obtida a partir de matérias primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês; além do fato de utilizar caulim 7 ao invés de argila. A NBR Cimento Portland branco apresenta as especificações e exigências para este tipo de cimento. Figura 2.7 Extração e pedras de caulim. 7 Minério composto de silicatos hidratados de alumínio, como a caulinita e a haloisita. Apresenta coloração branca. 11

12 Este tipo de cimento é encontrado para duas distintas aplicações: - Cimento Portland branco estrutural: é utilizado na execução de concretos estruturais com finalidades arquitetônicas; - Cimento Portland branco não-estrutural: Não pode ser utilizado para fins estruturais, sendo aplicado em acabamentos, tais como o rejuntamento de revestimentos cerâmicos CLASSES DE RESISTÊNCIA DO CIMENTO Além das especificações e classificações dos cimentos em virtude do tipo e teor de adição que o mesmo apresenta, têm-se a distinção em classes de resistência. Esta distinção é estabelecida com base no resultado aos 28 dias de idade da resistência à compressão de uma pasta do cimento determinada de acordo com a norma brasileira NBR 7215 Cimento Portland Determinação da resistência à compressão. As designações das classes de cimento são 25, 32 e 40; referindo-se as resistências à compressão de 25, 32 e 40 MPa, respectivamente. Por exemplo, um cimento com a classificação CP IV-32, indica um cimento Portland pozolânico cuja resistência à compressão conforme a NBR 7215 é de, pelo menos, 32 MPa aos 28 dias de idade. No Brasil, a produção de cimento apresentou um grande incremento na década de 1970, através do chamado Milagre Brasileiro. Após duas décadas de estagnação, a produção voltou a crescer, impulsionado, sobretudo, pela criação do Plano Real e pelo Programa de Aceleração do Crescimento (PAC). A Figura 2.8 apresenta esta evolução. Figura 2.8 Consumo brasileiro de cimento (Fonte: SNIC). 12

13 2.3 ENSAIOS DE CIMENTOS Existem diversos ensaios utilizados para caracterizar os cimentos. Alguns são comumente utilizados, outros são realizados em situações específicas, dependendo da necessidade. A seguir são apresentados alguns destes ensaios, suas características, procedimentos e referências normativas. Cada tipo de cimento possui suas especificações, sendo estas estabelecidas nas respectivas normas de referência. A metodologia de ensaio destas especificações, no entanto, é comum à maioria dos cimentos Portland PASTA DE CONSISTÊNCIA NORMAL A determinação da pasta de consistência normal faz-se fundamental no estudo das propriedades dos cimentos Portland. Esta pasta normal é utilizada como forma de padronizar todos os ensaios de caracterização dos cimentos, tornando uniforme a metodologia de análise e evitando variações provocadas pelas manipulações de laboratoristas. A norma brasileira NBR NM 43 Cimento Portland Determinação da pasta de consistência normal define a pasta normal como a mistura de água destilada e cimento Portland realizada conforme esta norma, na qual a sonda de Tetmajer 8 (Figura 2.10-a), acoplada ao aparelho de Vicat (Figura 2.9), penetra a uma distância de (6 ± 1) mm da placa da base. A metodologia de preparação da pasta de consistência normal é padronizada pela NBR NM 43. Para a mistura, deve ser utilizado um misturador com pás padronizadas (Figura 2.11) e com duas velocidades de rotação e translação, conforme a Tabela 2.4. Figura 2.9 Aparelho de Vicat para determinação do tempo de início e fim de pega no cimento e pasta de consistência normal. 8 Sonda acoplada ao aparelho de Vicat para a determinação da pasta de consistência normal. 13

14 Medidas em milímetros (a) (b) (c) Figura 2.10 Sonda de Tetmajer para determinação da consistência normal (a); Agulha para determinação do tempo de pega inicial (b) e Agulha e acessórios para determinação do fim de pega (NBR NM 43). (a) (b) Figura 2.11 (a) Argamassadeira de movimento planetário para mistura de cimentos e argamassas em ensaios de laboratório; (b) Misturador mecânico com dimensões normatizadas. Tabela 2.4 Velocidade da pá do misturador (NBR NM 43). Velocidade Rotação Movimento Planetário [min -1 ] [min -1 ] Lenta 140 ± 5 62 ± 5 Rápida 285 ± ±

15 A pasta é preparada com uma massa de cimento de (500 ± 0,5) gramas, sendo a água adicionada ao aglomerante por tentativas, com exatidão de 0,5 g. Após a mistura, a pasta deve ser colocada no molde e posicionada no aparelho de Vicat. Esta é classificada como de consistência normal quando a pasta faz com que a sonda de Tetmajer se situe a uma distância de (6 ± 1) mm da placa da base após 30 segundos do instante em que esta foi solta no molde. Nos resultados do ensaio de determinação da pasta de consistência normal, deve ser expresso o percentual de água adicionado ao cimento que proporcionou a pasta normal. A equação (2.1) estabelece a quantidade de água utilizada: Onde: A = m a m c.100 (2.1) - m a é a massa de água utilizada para obtenção da pasta normal, em gramas; - m c é a massa de cimento utilizada no ensaio, em gramas. Esta pasta de consistência normal deverá ser utilizada na determinação de outras propriedades dos cimentos Portland, conforme se pode verificar a seguir PEGA E ENDURECIMENTO Após um determinado tempo da mistura entre o cimento e a água, a pasta começa a perder sua plasticidade. Este fato ocorre devido ao início das reações químicas nos compostos do cimento. Ao tempo transcorrido entre a mistura e o início das reações dá-se o nome de início de pega. O início de pega pode ser percebido através do aumento repentino da viscosidade da pasta, bem como pelo aumento de sua temperatura decorrência das reações exotérmicas da hidratação do cimento. Por convenção, dá-se o nome de fim de pega ao ponto em que a pasta de cimento atinge um estágio de indeformabilidade ao sofrer pequenas solicitações de cargas. Após o fim de pega, a pasta de cimento continua o processo de incremento de resistência mecânica e coesão; etapa conhecida como endurecimento. Determinar o início e o fim de pega do cimento é importante para se ter uma noção do período em que o concreto irá apresentar plasticidade, permitindo o transporte, lançamento e 15

16 adensamento; bem como o instante a partir do qual se poderá transitar sobre ele e iniciar o procedimento de cura 9. Diversos são os fatores que influenciam nos tempos de início e fim de pega: - Composição de cimento rica em aluminato tricálcico (C 3 A) acarreta períodos curtos de início de pega, pois provoca um rápido endurecimento da pasta. A adição de gesso ao composto corrige este tempo; - Quanto mais aprimorada for a moagem do clínquer, ou seja, mais fino forem os grãos do cimento, mais rápido o início de pega. Isto ocorre devido a maior área de hidratação dos grãos no caso de moagem mais fina; - O aumento da temperatura culmina em redução do início de pega pela aceleração das reações químicas; A medição do tempo de pega do cimento é feita com a utilização de uma agulha (Figura 2.10-b e 2.10-c), acoplada ao Aparelho de Vicat (Figura 2.9). A norma NBR NM 65 Cimento Portland Determinação do tempo de pega, estabelece as condições e metodologias de ensaio. O ensaio consiste em produzir uma pasta de cimento de consistência normal e penetrar uma agulha de forma padronizada à mesma. O tempo de início de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo decorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra na pasta até uma distância de (4 ± 1) mm da placa base. O tempo de fim de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo decorrido desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra 0,5 mm na pasta EXPANSIBILIDADE (ESTABILIDADE DE VOLUME) Faz-se fundamental que uma estrutura executada a partir de uma pasta de cimento (argamassa ou concreto), não sofra grandes variações volumétricas desde a hidratação até o endurecimento. Mais precisamente, não pode haver uma expansão prejudicial na pasta, fato que, sob condições de contenção, tende a provocar desagregações e deformações. 9 Conjunto de procedimentos realizados para evitar a perda acelerada de água do maciço de concreto nos primeiros dias após o lançamento. 16

17 Cimentos com excesso de óxido de cálcio (CaO) apresentam maior tendência de expansibilidade, visto que a hidratação deste composto ocorre mais lentamente e o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) ocupa um volume muito maior quando comparado ao CaO. Devido ao fato da expansão do cimento dar-se de forma bastante lenta, muitas vezes tornando-se aparente apenas após alguns meses, são utilizados ensaios acelerados para a determinação desta propriedade. A norma NBR Cimento Portland Determinação da expansibilidade de Le Chatelier, normatiza a metodologia para determinar a expansibilidade da pasta de cimento. O método consiste em medir o distanciamento de duas hastes provocado pela expansão da pasta de cimento de consistência normal moldada no interior de um cilindro fendido segundo uma diretriz, em um aparelho denominado Agulha de Le Chatelier (ver Figura 2.12). (a) (b) Figura 2.12 Especificações da Agulha de Le Chatelier (a); Agulha de Chatelier (b). Este documento apresenta duas análises distintas: Expansibilidade a frio e a quente. Estas se diferem em função das condições de cura e ensaio a que a pasta é submetida CALOR DE HIDRATAÇÃO As reações que ocorrem na pasta de cimento durante o período de pega e endurecimento são exotérmicas; ou seja, acarretam elevação da temperatura do concreto ou argamassa, principalmente nas reações rápidas. Os efeitos do calor da hidratação do cimento são mais sensíveis nos concretos-massa 10, uma vez que a dissipação térmica ocorre pela superfície da peça e este calor é proporcional ao volume, provocando efeitos desfavoráveis. Os efeitos da elevação da temperatura dos concretos 10 Estruturas que exigem grandes volumes de concreto como, por exemplo, as obras de barragens. 17

18 e argamassas em decorrência da energia térmica liberada durante a hidratação do cimento podem ser muito nocivos às estruturas. No entanto, em outras situações o calor de hidratação pode ser favorável, como por exemplo, nas concretagens que são realizadas em situações de baixa temperatura, uma vez que este calor tende a oferecer energia de ativação para as reações de hidratação. O calor de hidratação é a quantidade de calor liberada pela unidade de massa de cimento durante sua reação de hidratação. É expresso em calorias por grama (cal/g) ou joule por grama (J/g). Figura 2.13 Taxa de liberação de calor de uma pasta de cimento Portland durante a pega e o período de endurecimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008). A norma brasileira NBR Cimento Determinação do calor de hidratação pelo método da garrafa de Langavant, descreve a metodologia de determinação do calor de hidratação dos cimentos por meio de um calorímetro semi-adiabático 11. Figura 2.14 Garrafa de Langavant para determinação do calor de hidratação do cimento RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO 11 Uma fronteira adiabática isola completamente o sistema de sua vizinhança no que tange a troca de matéria ou ao calor. 18

19 A determinação da resistência do cimento faz-se necessária à qualificação dos distintos cimentos quanto aos esforços mecânicos que o mesmo é capaz de suportar. O conceito de resistência do cimento visa determinar o comportamento do cimento nas argamassas e concretos; sendo assim, os ensaios deveriam ser realizados com base em pastas de argamassas e em concretos. Na prática esta metodologia não é adotada por obrigar a trabalhar com grandes quantidades de materiais e pelo fato de ampliar a possibilidade de dispersão nos resultados devido à dificuldade de normatizar todos os agregados utilizados. O ensaio da pasta de cimento e água sem agregados também não é representativo devido à diferença na quantidade de água para amassamento e devido à variação do incremento de resistência com o tempo quando comparada ao ensaio com a utilização de agregados. A Figura 2.15 apresenta uma relação entre as resistências de concreto e de argamassa para uma mesma relação água/cimento. Figura 2.15 Relação entre as resistências de concreto e de argamassas com igual relação água/cimento (NEVILLE, 2007). Como forma de uniformizar o método de qualificação do cimento quanto aos esforços mecânicos, foi determinado o ensaio do cimento sob a forma de argamassa composta por agregado miúdo. A NBR 7215 Cimento Portland Determinação da resistência à compressão, especifica o método de determinação da resistência à compressão do cimento Portland. A argamassa a ser ensaiada deve ser produzida com uma areia normal, cujas especificações atendam a NBR 7214 Areia normal para ensaio de cimento Especificação. 19

20 A NBR 7215 especifica todas as condições de ensaio, desde a temperatura ambiente do laboratório (24 ± 4 C) até os métodos de cura dos corpos de prova; passando pela dosagem dos materiais. Este documento define a relação água/cimento da argamassa em 0,48. A mistura dos materiais deve ser realizada com equipamento mecanizado e padronizado, conforme a Figura Os corpos de prova de argamassa são moldados em formas cilíndricas com dimensões 5 x 10 cm (Figura 2.16) e rompidos sob compressão para determinação da carga de ruptura 12. Antes do rompimento os exemplares devem ser capeados com um mistura de enxofre a quente, conforme a Figura Figura 2.16 Formas metálicas para corpos de prova de argamassa com dimensões 5 x 10 cm. Para cada idade, devem ser rompidos quatro CP s; sendo a resistência à compressão igual à média dos resultados, em megapascals, dos rompimentos individuais. Figura 2.17 Capeamento de corpos de prova de argamassa com enxofre. 12 Carga máxima indicada no equipamento de ensaio. 20

21 Os quatro resultados individuais de resistência, bem como a média destes resultados e o desvio padrão máximo 13 deverão compor o certificado de ensaio. Quando o desvio padrão máximo for superior a 6 %, deve ser calculada uma nova média, desconsiderando o valor discrepante. Este valor descartado deve ser identificado no certificado de ensaio por um asterisco. A Figura 2.18 mostra um exemplo de prensa hidráulica utilizada no rompimento dos corpos de prova e na determinação da resistência à compressão do cimento. A Tabela 2.5 (pág. 27) apresenta os valores mínimos exigidos de resistência à compressão para cada idade de rompimento de todos os tipos de cimento comercializados no Brasil. Figura 2.18 Modelo de prensa hidráulica com acionamento elétrico para rompimento dos corpos de prova (Catálogo EMIC). A Figura 2.19 apresenta a evolução média da resistência à compressão dos tipos de cimento Portland brasileiros. 13 Desvio padrão máximo é a diferença entre a resistência média dos rompimentos e a resistência individual que mais se afasta desta média. Deve ser expresso em percentual. 21

22 Figura 2.19 Evolução média da resistência à compressão dos cimentos brasileiros (ABCP) FINURA A medida da finura do cimento Portland busca verificar a granulometria dos grãos deste material. A definição da finura é importante, pois muitas propriedades dos concretos e argamassas variam em função deste valor. Como a hidratação do cimento se dá através da superfície dos grãos, a finura (grau de moagem) irá influenciar na rapidez da hidratação e em propriedades como calor de hidratação, retração, incremento de resistência com a idade, entre outras. Cimentos mais finos terão maiores resistências nas primeiras idades, bem como, tenderão a ser mais homogêneos (resistentes à penetração de água). Esta finura, no entanto, aumenta a possibilidade de fissuramento e retração, através da quantidade de calor liberada. Existem duas metodologias normatizadas para a definição da finura do cimento: a) NBR Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira 75 µm (n 200) Consiste em determinar a percentagem retida de uma amostra de cimento em uma peneira com abertura de malha de 0,075 mm (peneira de n 200). Utiliza-se uma amostra de cimento de 20 gramas, coloca-se esta sobre a peneira n 200 e se inicia peneiramento mecanizado por um período de 3 minutos. O índice de finura do cimento é definido através da equação (2.2): 22

23 Onde: F é o índice de finura (%); F = R é o resíduo de cimento retido na peneira n 200 (g); M é a massa da amostra inicial de cimento (g); R. C M.100 (2.2) C é um fator de correção estabelecido em norma, referente à peneira utilizada no ensaio. Exemplo: Cimentos portland comum da classe CP I 32 apresentam resíduo retido na peneira de n 200 inferior a 12 %. b) NBR NM 76 Cimento Portland Determinação da finura pelo método de permeabilidade ao ar (Método de Blaine) Consiste em determinar a área específica pelo tempo de passagem de certa quantidade de ar através de uma porção de cimento. A determinação da superfície serve, principalmente, para checar a uniformidade da moagem de uma fábrica de cimento. Este método baseia-se no tempo que determinada quantidade de ar necessita para atravessar uma camada de cimento compactada, de dimensões e porosidade especificadas. Em condições normatizadas, a superfície específica do cimento é proporcional a t, onde t é o tempo necessário para a quantidade de ar atravessar a camada de cimento. A superfície específica do cimento é expressa em centímetros quadrados por grama (cm²/g) ou metro quadrado por quilograma (m²/kg) e é determinada através da equação (2.3): S = K ρ. ε 3 (1 ε). t 0,1. ƞ (2.3) Onde: S é a superfície específica do cimento (cm²/g); ɛ é a porosidade da camada (ɛ = 0,5 para as condições prescritas na NBR NM 76); t é o tempo medido (s); ρ é a massa específica do cimento (g/cm³); K é a uma constante que depende do aparelho utilizado no ensaio; 23

24 ƞ é a viscosidade do ar à temperatura de ensaio (Pa.s). Figura 2.20 Conjunto para determinação da superfície específica do cimento (Aparelho de Blaine). Como exemplo: um cimento portland comum, da classe CP I 32, apresenta uma área específica, determinada através do Método de Blaine, igual ou superior a 240 m²/kg PERDA AO FOGO E RESÍDUO SOLÚVEL O ensaio de perda ao fogo é determinado com base na norma brasileira NBR NM 18 Análise química Determinação de perda ao fogo - Consiste, basicamente, na pesagem de amostras de cimento Portland a uma temperatura entre 900 e 1000 C. Este ensaio estabelece a perda de massa do cimento após o aquecimento. Esta perda refere-se, em grande parte, ao dióxido de carbono presente no fíler calcário, sendo que este ensaio serve como parâmetro de estimativa do teor desta adição. Outra parcela da perda ao fogo refere-se à perda de água do gesso através do processo de evaporação. Um valor elevado de perda ao fogo caracteriza hidratação avançada do cimento e desaconselha sua utilização. O percentual de perda ao fogo é determinado pela equação (2.4): Onde: PF = M S é a massa do cimento seca a 100 C (g); M Q M S M S x 100 (2.4) M Q é a massa do cimento submetida à temperatura superior a 900 C (g); PF é a perda ao fogo (%). 24

25 O resíduo insolúvel é estabelecido conforme as recomendações da NBR NM 15 Análise química Determinação do resíduo insolúvel, indica a quantidade de elementos não hidráulicos no cimento. A determinação do resíduo insolúvel é realizada mediante o ataque por ácido clorídrico diluído. Este ensaio permite estabelecer o teor de cinzas na massa do cimento. Os limites de perda ao fogo e resíduo insolúvel estabelecidos para cada tipo de cimento estão apresentados na Tabela 2.5 da página MASSA ESPECÍFICA A massa específica do cimento caracteriza-se pela razão entre a massa do sólido e o volume ocupado pelo mesmo. A determinação da massa específica do cimento é realizada com base na norma NBR NM 23 Cimento Portland e outros materiais em pó Determinação da massa específica. Este documento define as condições de ensaio e os equipamentos utilizados. O Frasco de Le Chatelier é utilizado para a determinação desta propriedade através da diferença de volume. Um determinado líquido (em geral querosene) é introduzido no frasco e tem seu volume medido. Após, uma massa previamente conhecida de cimento é colocada neste frasco e a variação de volume da mistura é determinada. A massa específica é determinada pela razão entre a massa de cimento e a variação de volume proporcionada pela introdução do material sólido. Figura 2.21 Frasco de Le Chatelier para determinação da massa específica do cimento. 2.4 ESPECIFICAÇÕES E EXIGÊNCIAS DOS CIMENTOS Os cimentos Portland possuem características estabelecidas para cada um dos tipos produzidos. São partes destas características normatizadas as exigências químicas, físicas e mecânicas. A Tabela 2.5 apresenta as especificações estabelecidas em cada uma das normas técnicas de referência para os distintos cimentos comercializados no Brasil. 25

26 Tabela 2.5 Especificações e exigências técnicas dos tipos de cimento Portland brasileiros. Especificações Unid Norma do Tipo de Cimento ensaio CP I CP I-S CP II-E CP II-Z CP II-F CP III CP IV CP V NBR 5732 NBR NBR 5735 NBR 5736 NBR 5733 Resíduo insolúvel (RI) % NBR NM 15 1,0 5,0 2,5 16,0 2,5 1,5-1,0 Perda ao fogo (PF) % NBR NM 18 2,0 4,5 6,5 4,5 4,5 4,5 Óxido de magnésio (MgO) % NBR NM 14 6,5 6,5-6,5 6,5 Trióxido de enxofre (SO 3 ) % NBR NM 16 4,0 4,0 4,0 4,0 3,5 Anidrido carbônico (CO 2 ) % NBR NM 20 1,0 3,0 5,0 3,0 3,0 3,0 Pega Limites de Classe Início (h) h NBR NM 65 Fim (h) 10 10,0 12,0 12,0 10,0 quente mm 5 5,0 5,0 5,0 5,0 Expansibilidade a NBR frio mm 5 5,0 5,0 5,0 5,0 Peneira 75 µm % NBR ,0 10,0 12,0 10,0 8,0 8,0 6,0 Finura Área específica m²/kg NBR NM dias 8,0 10,0 15,0 8,0 10,0 15,0 8,0 10,0 12,0 8,0 10,0 24,0 14 Resistência à 7 dias 15,0 20,0 25,0 15,0 20,0 25,0 15,0 20,0 23,0 15,0 20,0 34,0 MPa NBR 7215 compressão 28 dias 25,0 32,0 40,0 25,0 32,0 40,0 25,0 32,0 40,0 25,0 32,0-91 dias ,0 40,0 48,0 32,0 40,0-14 Exigível a resistência de 14,0 MPa com 1 dia de idade. 26

27 CAPÍTULO 3 AGREGADOS 3.1 INTRODUÇÃO O agregado caracteriza-se como um componente geralmente inerte, desempenhando um papel de enchimento; acrescentando volume à pasta de cimento. No aspecto de enchimento, os agregados apresentam vantagens econômicas, reduzindo custos de produção do concreto. No caráter técnico, os agregados melhoram algumas características importantes do concreto, tais como redução da retração 15, da fluência 16, abrasão, entre outros. A pasta de cimento tem como função envolver as partículas de agregados, preenchendo os vazios entre os grãos destes. Os agregados ocupam percentuais entre 60 e 80 % do volume total do concreto, variando de acordo com o tipo de traço. Existem diversas origens para os agregados; podendo-se destacar as rochas britadas, materiais de leitos de rios ou em cavas de resíduos da degradação natural de rochas. A classificação dos agregados pode ser realizada segundo distintas características. Entre estas se podem destacar: a) Natureza ou Origem: - Natural: encontrados diretamente na natureza no formato em que serão utilizados (ex.: areia de rios e cavas, seixos,...). - Artificial: necessitam de beneficiamento para serem utilizados como agregado (ex.: rochas britadas, areias artificiais, pó de pedra,...). b) Dimensões: - Agregado Graúdo: são os agregados cujos grãos passam pela peneira com abertura de 75 mm e são retidos na peneira com abertura de 4,75 mm. - Agregado Miúdo: são aqueles cujos grãos são passantes na peneira # 4,75 mm e ficam retidos na peneira # 150 µm, em ensaio realizado segundo a norma NBR NM Redução do volume do maciço do concreto, sobretudo devido à perda de água da pasta de cimento. 16 Deformação lenta do concreto quando o mesmo é submetido a um carregamento permanente. 27

28 Figura 3.1 Peneiras para determinação da composição granulométrica de agregados. A norma NBR 7211 Agregados para concreto Especificação estabelece os requisitos exigíveis para o recebimento e a produção dos agregados miúdos e graúdos destinados a produção de concreto de cimento Portland. Este documento define os ensaios de caracterização necessários aos dois tipos de agregado, bem como os valores aceitáveis para cada análise. Todos os ensaios realizados com os agregados para concreto devem ter as amostras do material compostas segundo a norma NBR NM 26 Agregados Amostragem. Este documento define os procedimentos de formação das amostras desde a extração, passando pela redução, armazenamento e transporte. 3.2 AGREGADO MIÚDO A NBR NM 52 Agregado miúdo Determinação da massa específica e massa específica aparente define agregado miúdo o agregado que passa quase totalmente na peneira 4,75 mm e fica retida quase totalmente na peneira de 75 µm. Diversos são os ensaios realizados com os agregados miúdos a fim de caracterizá-lo e permitir seu uso de forma racional. Dentre estes ensaios de caracterização destacam-se: MASSA ESPECÍFICA Na caracterização do agregado miúdo devem ser considerados distintos tipos de massa específica: massa específica real, massa específica aparente e massa específica relativa. 28

29 a) Massa específica (real): - É a massa do agregado seco por unidade de volume excluindo deste os vazios permeáveis e os vazios entre os grãos. Sua determinação é realizada através do picnômetro ou do frasco de Chapman (Figura 3.2) em uma metodologia similar à realizada com o frasco de Le Chatelier. Excetuando-se os agregados leves, a massa específica real dos agregados miúdos fica em torno de 2,65 kg/dm³. (a) (b) Figura 3.2 Frasco de Chapman (a); Picnômetro (b). b) Massa específica aparente: - É a massa por unidade de volume incluindo neste os vazios permeáveis ou impermeáveis contidos nos grãos. c) Massa específica relativa: - É a relação entre a massa da unidade de volume de um material, incluindo os poros, a uma dada temperatura, e a massa de um volume igual de água destilada, livre de ar, a uma temperatura estabelecida. A norma NBR NM 52 apresenta as especificações de ensaio da massa específica dos agregados miúdos, estabelecendo as equações e procedimentos a serem utilizados em cada etapa da análise. A massa específica aparente do agregado miúdo no estado seco é determinada segundo a equação (3.1): d 1 = m V V a (3.1) 29

30 Onde: - d 1 é a massa específica aparente do agregado seco (g/cm³); - m é a massa da amostra seca (g); - V é o volume do frasco de ensaio (cm³); - V a é o volume de água adicionada ao frasco (cm³), de acordo com a equação (3.2); Onde: - m 1 é a massa do conjunto frasco + agregado (g); V a = m 2 m 1 ρ a (3.2) - m 2 é a massa total, frasco + agregado + água complementando o volume total (g); - ρ a é a massa específica da água (g/cm³). A massa específica do agregado no estado saturado com superfície seca, por sua vez, é determinada segundo a equação (3.3): Onde: d 2 = m s V V a (3.3) - d 2 é a massa específica do agregado saturado com superfície seca (g/cm³); - m s é a massa da amostra na condição saturada com superfície seca (g). A massa específica do agregado na condição seca é determinada pela equação (3.4): Onde: d 3 = - d 3 é a massa específica do agregado (g/cm³); m V V a m s m ρ a (3.4) - m é a massa da amostra seca em estufa a temperatura (105 ± 5) C (g). Os resultados dos ensaios realizados com a mesma amostra não devem diferir em mais de 0,02 g/cm³ para a massa específica. Os resultados devem ser apresentados com precisão de 0,01 g/cm³ 30

31 3.2.2 TEOR DE UMIDADE E ABSORÇÃO O conhecimento da umidade de determinada amostra de areia e sua capacidade de absorção são fundamentais para a correta dosagem de concretos e argamassas. Na grande maioria das vezes, os agregados miúdos são utilizados nas usinas dosadoras e nas obras na condição úmida; desta forma faz-se necessária a determinação deste teor de umidade como forma de corrigir distorções de peso e da quantidade de água no momento da dosagem. Quanto às condições de umidade que podem existir em uma determinada amostra de agregado, podem-se classificar quatro distintas, conforme apresentado na Figura 3.3. Figura 3.3 Esquema de diferentes graus de umidade de agregados: Seco em estufa (a); Seco ao ar (b); Saturado com superfície seca (c) e Saturado (d). (adaptado de PETRUCCI, 1978). O teor de umidade é definido como a relação entre a massa de água contida no agregado e sua massa seca. O teor que faz com que o agregado apresente-se no estado saturado com superfície seca SSS (Figura 3.3-c) é denominado de absorção; sendo este o ponto que culminam as possibilidades de o agregado absorver água e manter a superfície seca. Absorção é o processo pelo qual um liquido é conduzido e tende a ocupar os poros permeáveis de um corpo sólido poroso. No efeito sobre o agregado miúdo, considera-se nesta definição o incremento de massa de um corpo sólido poroso devido à penetração de água em seus poros permeáveis. Em geral, esta absorção apresenta valores inferiores a 2 %. A capacidade de o agregado miúdo absorver água é determinada através da norma NBR NM 30 Agregado miúdo Determinação da absorção de água. 31

32 A quantidade de água que vai além da necessária para levar o grão à condição SSS é denominada umidade superficial (Figura 3.3-d). A Figura 3.4 apresenta o aumento do volume de uma determinada amostra de agregado miúdo em relação ao teor de umidade adicionado à areia com granulometrias fina, média e grossa. Figura 3.4 Inchamento 17 devido à umidade no agregado miúdo (MEHTA e MONTEIRO, 2008). A determinação da unidade é realizada segundo distintos métodos, sendo os principais citados a seguir: a) Secagem por aquecimento ao fogo Método da Frigideira: Consiste em retirar do monte de areia a ser utilizado uma amostra do material, realizar a pesagem de 500 g deste material e colocá-lo em uma frigideira, realizando a secagem do mesmo. Após a completa secagem, a umidade do material é determinada através da equação (3.5). Onde: - P S é a massa agregado seco (g). Umidade % = 500 P S x 100 P S (3.5) 17 Ver item INCHAMENTO 32

33 A Tabela 3.1 apresenta a conversão do valor da massa do agregado seco no teor de umidade para uma amostra de 500 g. Tabela 3.1 Determinação da umidade da areia por meio do método da frigideira para uma amostra de 500 gramas. b) Secagem por aquecimento em estufa: A metodologia de secagem por estufa é similar ao método da frigideira, consiste em realizar a retirada da água presente nos grãos do agregado através de uma secagem em estufa à temperatura de 105 ± 5 C. c) Frasco de Chapman: A norma brasileira NBR Agregados Determinação da umidade superficial em agregados miúdos por meio do frasco de Chapman especifica a metodologia de determinação do teor de umidade dos agregados miúdos através do frasco de Chapman. A operação consiste encher o frasco de Chapman (Figura 3.5) até a marca de 200 cm³, colocando os 500 gramas de areia pesados previamente no interior do mesmo. Após, devese proceder a leitura no frasco (areia + água). A equação (3.6) determina o teor de umidade da areia: 33

34 Figura 3.5 Escala normatizada do frasco de Chapman (NBR 9775). Onde: Umidade % = L é a leitura final no frasco (areia + água); γ é a massa específica real da areia. 500 L 200 x γ γ x (L 700) x100 (3.6) d) Speed Test: O speed test apresenta-se como um procedimento de determinação rápida da umidade. Esta metodologia utiliza um recipiente vedado, no interior do qual se introduz certa quantidade de material (areia) e carbureto de cálcio (CaC 2 ) em pó. O carbureto reage com a água presente nos grãos do agregado, produzindo um gás, que exerce pressão no interior do recipiente. Um manômetro ligado ao aparelho indica a pressão no interior; esta pressão é correlacionada com o teor de umidade. 34

35 Figura 3.6 Conjunto para a determinação rápida do teor de umidade de areias e solos Speed Test. O valor do teor de umidade através do Speed test é determinado através da equação (3.7): h % = h h 1 x 100 (3.7) Onde: h é o teor de umidade em relação à massa seca (%); h 1 é a umidade determinada pelo aparelho em relação à amostra úmida (%) INCHAMENTO A água livre que se adere aos grãos de areia provoca afastamento entre estes. Este afastamento resulta em um inchamento do conjunto. A determinação do inchamento de determinada areia é de fundamental importância, visto que tende a acarretar grandes variações na massa unitária da mesma; fato que pode tornar errônea a dosagem dos concretos e argamassas. O inchamento depende da granulometria e do teor de umidade do agregado miúdo, sendo que as areias finas apresentam maior grau de inchamento devido à maior superfície específica. As areias ainda possuem outros índices de caracterização: umidade crítica e coeficiente médio de inchamento. 35

36 inchamento (%) IFRS Materiais Componentes do Concreto Especificações e ensaios A umidade crítica é definida como o teor de umidade acima do qual o inchamento permanece praticamente constante. Este valor crítico é determinado conforme apresentado na Figura 3.7. O coeficiente médio de inchamento apresenta-se como a média dos coeficientes de inchamento nos pontos de umidade crítica e máxima. 1,4 1,3 umidade máxima 1,2 1,1 umidade crítica umidade (%) Figura 3.7 Exemplo de gráfico de inchamento em relação ao teor de umidade e determinação das umidades crítica e máxima de areia GRANULOMETRIA A composição granulométrica ou granulometria de um agregado miúdo é a proporção relativa, expressa de forma percentual, dos diferentes tamanhos dos grãos que constituem uma determinada amostra. A norma brasileira NBR NM 248 Agregados Determinação da composição granulométrica estabelece a metodologia de estudo da granulometria dos agregados. A NBR NM-ISSO e Peneiras de ensaio Requisitos, define um conjunto de peneiras sucessivas denominadas série normal e intermediária, com aberturas de malhas conforme a Tabela

37 Agregado graúdo Agregado miúdo Tabela 3.2 Séries de peneiras, normal e intermediária (NBR NM 248). Série Normal Série Intermediária 75 mm mm - 50 mm 37,5 mm ,5 mm - 25 mm 19 mm ,5 mm 9,5 mm - - 6,3 mm 4,75 mm - 2,36 mm - 1,18 mm µm µm µm - A análise granulométrica é realizada conforme as seguintes etapas: - Coleta-se uma amostra de areia conforme as recomendações da NBR NM 26 Agregados Amostragem e, em laboratório, dividi-se o material em duas amostras, conforme a NBR NM 27 - Agregados Redução da amostra de campo para ensaios de laboratório. No caso dos agregados miúdos, com dimensão máxima característica (DMC) 18 (ou dos grãos) igual a 4,75 mm a massa mínima é de 300 gramas; - As duas amostras de ensaio deverão ser secas em estufa e após, determinadas as massas m 1 e m 2 ; - As peneiras normatizadas, previamente limpas, deverão ser colocadas em ordem crescente de abertura da malha da base para o topo, conforme Figura 3.8; 18 A abertura da peneira que retém, de forma acumulada, um percentual igual ou imediatamente inferior a 5 % da amostra ensaiada. 37

38 - Colocar o material de massa m 1 a ser ensaiado no conjunto e proceder a agitação, mecânica (Figura 3.8) ou manual; Figura 3.8 Peneiras redondas normalizadas e mesa vibratória para determinação da composição granulométrica. - Proceder a verificação da quantidade de massa retida em cada uma das peneiras; - Repetir o peneiramento para a amostra de massa m 2 ; - Calcular os percentuais médios, retidos e acumulados, em cada peneira, com aproximação de 1 %. A granulometria pode ser expressa pelo material que passa (passante) ou pelo material retido; podendo ser por peneira ou de forma acumulada. A Figura 3.9 apresenta um exemplo de curva granulométrica expressa em função da porcentagem que passa nas peneiras de forma acumulada. Estas curvas são representações gráficas das porcentagens retidas (ou passantes) acumuladas em cada peneira em relação à dimensão da abertura da malha. Convenciona-se representar a abertura das peneiras (abscissas) em escala logarítmica, enquanto que a percentagem de material (ordenadas) é expressa em escala normal. 38

39 Figura 3.9 Exemplo de curva granulométrica de areia em relação ao percentual passante. Outro conceito de fundamental importância na caracterização dos agregados miúdos é o módulo de finura, obtido através da razão da soma das porcentagens retidas acumuladas nas peneiras da série normal por 100. A norma NBR 7211 especifica os limites de distribuição granulométrica do agregado miúdo considerados, ótimo ou utilizável. A Tabela 3.3 apresenta estes valores. Uma areia é considerada bem graduada quando estiver contida entre os limites estabelecidos nesta tabela, expressos de forma gráfica na Figura A Figura 3.11 apresenta as possibilidades de composição granulométrica: bem graduada (ideal para o concreto), descontínua ou uniforme. 39

40 Percentual retido acumulado (%) IFRS Materiais Componentes do Concreto Especificações e ensaios Tabela 3.3 Limites de distribuição granulométrica do agregado miúdo (adaptado NBR 7211). Porcentagem, em massa, retida acumulada Peneira Limites inferiores Limites superiores Zona ótima Zona utilizável Zona ótima Zona utilizável 9,5 mm ,3 mm ,75 mm ,36 mm ,18 mm µm µm µm Notas: O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90; O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20; O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3, Zona utilizável Zona ótima Areia Grossa Areia Média Areia Fina Peneiras Figura 3.10 Representação gráfica dos limites de distribuição granulométrica do agregado miúdo. 40

41 Figura 3.11 Tipos de composições granulométricas dos agregados (CABRAL, 2008) SUBSTÂNCIAS NOCIVAS Existem determinados materiais encontrados nos agregados miúdos que prejudicam a qualidade dos concretos e argamassas produzidos com estes. Dentre as impurezas que, porventura, constituem amostras das areias, podem-se destacar os materiais pulverulentos, os torrões de argila e materiais friáveis 19 e as impurezas orgânicas. Os materiais pulverulentos são classificados como o material fino que passa através da peneira de abertura de malha de 75 µm por meio de lavagem. A norma NBR NM 46 Agregados Determinação do material fino que passa através da peneira 75 µm, por lavagem especifica as condições de ensaio para a determinação da quantidade de material fino relativa à massa do agregado. Os materiais finos presentes nas areias são constituídos de partículas de argila (< 0,002 mm) e silte (0,002 a 0,06 mm). Normalmente as argilas apresentam-se na forma de torrões de argila, cuja determinação é realizada por meio de ensaios de peneiramento, através das especificações da NBR 7218 Agregados Determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis. A Tabela 3.4 apresenta os limites máximos admissíveis de impurezas nos agregados miúdos. Os finos formam uma película ao redor dos grãos de areia que, quando não se separam no momento da mistura prejudicam a qualidade da argamassa. A necessidade de aumento da água 19 Materiais friáveis são aqueles que podem ser quebrados ou reduzidos a pó com facilidade. 41