UNIFAVIP DeVry CENTRO UNIVERSITÁRIO DO VALE DO IPOJUCA COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL. Emasiel Laurentino da Silva

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1 0 UNIFAVIP DeVry CENTRO UNIVERSITÁRIO DO VALE DO IPOJUCA COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Emasiel Laurentino da Silva ADIÇÃO DA POZOLANA METACAULIM AO CONCRETO NA REGIÃO DE CARUARU PE. CARUARU 2014

2 1 Emasiel Laurentino da Silva ADIÇÃO DA POZOLANA METACAULIM AO CONCRETO NA REGIÃO DE CARUARU PE. Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Centro Universitário do Vale do Ipojuca, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel Engenharia Civil. Orientador: Profº Esp. Fred Rodrigues Barbosa. CARUARU 2014

3 Catalogação na fonte - Biblioteca do Centro Universitário do Vale do Ipojuca, Caruaru/PE S586a Silva, Emasiel Laurentino da. Adição da pozolana metacaulim ao concreto na região de Caruaru-PE / Isac Luiz Araújo Maciel. Caruaru: UNIFAVIP DeVry, f.: il. Orientador: Fred Rodrigues Barbosa. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Civil) Centro Universitário do Vale do Ipojuca. Inclui apêndice. Título. 1. Efeito filler. 2. Metacaulim. 3. Reação pozolânica. I. CDU 624[14.2] Ficha catalográfica elaborada pelo bibliotecário: Jadinilson Afonso CRB-4/1367

4 Emasiel Laurentino da Silva ADIÇÃO DA POZOLANA METACAULIM AO CONCRETO NA REGIÃO DE CARUARU PE Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Centro Universitário do Vale do Ipojuca, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Profº Esp. Fred Rodrigues Barbosa. Aprovado em: 18/12/2014 Orientador: Fred Rodrigues Barbosa Avaliador: João Manoel de Freitas Mota Avaliador: Geovani Almeida CARUARU 2014

5 AGRADECIMENTOS Agradeço ao SENHOR MEU DEUS, e tudo a Ele devo por mim dar forças ao longo destes anos, e mim fazer superar os desafios. A toda minha família, especialmente a meus pais Manoel Laurentino da Silva e Terezinha de Oliveira, que tanto mim incentivaram através das dificuldades e que comemoram e se orgulham dessa vitória. A minha companheira Maria Givanilda que por diversas noites mim esperou, e as minhas filhas Brunna Giovanna e Paolla Giannina que ainda crianças estudavam comigo. Ao meu Orientador Fred Barbosa e o Co-orientador João Manoel Mota, companheiros inseparáveis onde suas orientações, ideias e conclusões foram fundamentais para conclusão deste trabalho. Aos amigos José Hamilton, Júlio Neto, Rivaldo da Rocha, Verinaldo Francisco, Carlos Dias, Pe. Ângelo Vincentti, Ivanildo Pereira, Roberto Fábio, Luciano de França, Amaro Tolêdo, Prof. Marcos Maciel e João Bezerra que torceram incansavelmente para minha formação, desde seu início. Enfim aos professores e colegas de faculdade, pois sua dedicação, incentivo, companheirismo, paciência muito mim apoiaram nessa jornada.

6 RESUMO A Pesquisa realizada foi proposta para avaliar a viabilidade do uso da pozolana metacaulim, como agente aditivo na produção de concretos. Bem como observar seus efeitos físicos e químicos. Para a pesquisa em questão foram produzidas três famílias de concretos com traços iguais e teores diferentes na substituição de cimento por metacaulim, sendo tais traços para concreto classificado como estrutural. Obviamente antes da produção dos traços foram realizadas as caracterizações dos materiais utilizados, foram determinadas: a superfície específica, composição granulométrica e a massa específica. Todas as famílias foram produzidas com percentuais de substituição do cimento por metacaulim, respectivamente: 5%, 8% e 12%. Para o estado fresco foram verificadas propriedades do concreto, como trabalhabilidade, através do ensaio do tronco de cone e massa específica, para o estado endurecido, verificou-se a resistência à compressão e tração por compressão diametral e, para o estudo da consistência, os concretos produzidos não apresentaram abatimentos semelhantes, devido à diminuição da de Ra/c e mostrando que o uso da pozolana teve uma influência significativa na trabalhabilidade. Conclui-se que no estado endurecido, o percentual de substituição de 12% apresentou os melhores resultados no ensaio de resistência à compressão aos 30, 60, 90 e 120 dias. Assim como no ensaio de resistência a tração por compressão diametral. Palavra chave: Concreto. Efeito Filler. Metacaulim. Reação pozolânica.

7 ABSTRACT The survey conducted was proposed to assess the feasibility of using pozzolan metakaolin as an additive agent in the production of concrete. And observe their physical and chemical effects. For the research in question were produced three families of concrete with the same features and different levels in cement replacement with metakaolin, with such traits to specific classified as structural. Obviously before production of the traces were made of materials characterizations were determined: the specific surface area, particle size distribution and density. All families were produced with the cement replacement percentage by metakaolin, respectively 5%, 8% and 12%. For the fresh concrete properties were observed as workability through the truncated cone-test and density for the hardened state, it is the compressive strength and diametral tensile and compression for the study of consistency, the produced concrete showed no similar rebates due to the decrease in R / c and showing that the use of pozzolan had a significant influence on workability. We conclude that in the hardened state, 12% replacement percentage showed the best results in compressive strength test at 30, 60, 90 and 120 days. As in the tensile strength test for diametrical compression. Keyword: Concrete. Filler effect. Metakaolin. Pozzolanic reaction.

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Argilas Cauliníticas Figura 2 Desenvolvimento do C-S-H em função do tempo de cura. (a) 15 horas; (b) 7 dias; (c) 56 dias e (d) 600 dias Figura 3 Cura úmida dos corpos de prova Figura 4 Ensaio de Abatimento do Tronco de Cone Slump Test. (a) equipamento utilizado, (b) retirada do molde e (c) medição do abatimento Figura 5 Ensaio de resistência à compressão simples Figura 6 Ensaio de tração por compressão diametral... 21

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Resultados dos ensaios do agregado miúdo Tabela 2 Resultados dos ensaios do agregado graúdo Tabela 3 Características físicas e químicas do cimento CP II Z Tabela 4 Características das Famílias Produzidas Tabela 5 Resultados do ensaio de abatimento de tronco de cone Slump Test Tabela 6 Densidades do concreto no estado fresco Tabela 7 Resultado dos Ensaios de Resistência à Compressão Tabela 8 Resultados de Resistência à Tração por Compressão Diametral... 24

10 LISTA DE ABREVIATURAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas; ACI - American Concrete Institute; ASTM - American Society for Testing and Materials; MCAR - Metacaulim de alta reatividade;

11 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Objetivos Objetivo geral Objetivos específicos Justificativa FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA METODOLOGIA Materiais Utilizados Agregado miúdo Agregado graúdo Cimento Água Planejamento Experimental Ensaios no estado fresco Ensaios no estado endurecido Ensaio de resistência à compressão simples Ensaio de resistência à tração por compressão diametral APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS Ensaios no Estado Fresco Trabalhabilidade dos concretos estudados Densidade de massa no estado fresco Ensaios no Estado Endurecido Ensaio de resistência à compressão Ensaio de resistência à tração por compressão diametral CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS... 30

12 10 1. INTRODUÇÃO O metacaulim é originado das argilas cauliníticas e do caulim, moídos e calcinados a temperaturas médias entre 600C e 900C. Predominantemente observa-se silicato de alumínio hidratado através da calcinação da argila onde, essa adição mineral proporciona uma reatividade do hidróxido de cálcio e a sílica presente na pasta do cimento (reação pozolânica). A reação pozolânica, diminui a porosidade (efeito filler), bem como eleva o teor de CSH (Silicato de Cálcio Hidratado), responsável pela resistência da matriz. A utilização de pozolana para a produção de concretos não é assunto recente, observa-se que, sob certos aspectos o uso desses materiais é cíclico, vindo desde os povos Gregos e Romanos. A engenharia hoje vive um novo ciclo no que diz respeito ao uso desse material, o mercado consumidor faz cada vez mais exigências com relação à aplicação desses materiais. A conjugação do aço com o concreto de cimento Portland possibilita a construção de estruturas com formas variadas e nos mais diversos locais, sujeitas a condições ambientais distintas. Em função das solicitações mecânicas e do ambiente ao qual estão expostas, as estruturas de concreto devem ser projetadas e executadas para manter condições mínimas de segurança, estabilidade e funcionalidade durante um tempo devida útil, sem custos não previstos de manutenção e de reparos. De acordo com Metha (1994) apud Vieira et al. (1997), uma longa vida útil é considerada sinônimo de durabilidade. O concreto durável deve conservar sua forma original, qualidade e capacidade de usoquando exposto ao seu meio ambiente. Apesar do concreto ser o material de construção mais utilizado no mundo eapresentar muitas vantagens como material estrutural, inúmeros problemas têm sido detectados com relação à sua durabilidade. Neste contexto, a utilização de pozolana nos concretos de cimento Portland têm apresentado inúmeros benefícios às suas propriedades, tanto em relação à reologia noestado fresco quanto ao comportamento mecânico e de durabilidade no estado endurecido. Além disso, a substituição parcial do cimento por pozolana implica na economia de energia e na redução do custo de fabricação do cimento.

13 Objetivos Objetivo geral Avaliar e compilar o efeito da adição de metacaulim em concretos com percentuais diferentes, analisando a substituição por parte do cimento Objetivos específicos Avaliar a resistência mecânica (compressão axial e tração por compressão diametral) de concretos onde houve substituição de parte da massa do cimento por metacaulim Justificativa Sabe-se que, o mercado da construção civil encontra-se extremamente aquecido, onde é importante estudos, melhorias em concreto, tendo em vista a utilização desse material na maioria das construções. Por tanto faz-se necessário verificar os relevantes incrementos da pozolana nos concretos, fundamentalmente pela altura cada vez mais arriscada nas edificações (resistência mecânica) e a durabilidade. Nas últimas décadas houve uma evolução no desenvolvimento tecnológico devido especialmente a equipamentos modernos para estudos do concreto, como também pelo o uso de novos materiais e componentes dentre esses novos materiais destaca-se aditivos redutores de água plastificantes e superplastificantes, e adições de pozolânicas que, possibilitaram significativas melhoras nas propriedades mecânicas e as relacionadas com a durabilidade, nessa pesquisa utiliza-se a pozolana metacaulim para obter o incremento nas propriedades, onde a importância e a contribuição dessa pesquisa servirão para uma analise cientifica dessa reação química e física (efeito filler). E como determinantes uma avaliação e compilação do seu uso, podendo assim afirmar contribuindo socialmente de maneira objetiva, econômica e ambiental.

14 12 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA A utilização de materiais pozolânicos nas construções pode ser observada em diversos registros técnicos e históricos e este fato tem sido atribuído a sua influência na microestrutura e durabilidade dos concretos e argamassas (MOSEIS; ROJAS; JOSEPH CABRERA, 2001). Os materiais pozolânicos devem ser encarados como àqueles de natureza silicosa ou silicoaluminosa que possuem pouca atividade aglomerante, mas que, quando finamente divididos e na presença da água, reagem com o hidróxido de cálcio à temperatura ambiente para formar compostos com propriedades aglomerantes. Dentre as pozolanas atualmente conhecidas, merece especial destaque o metacaulim, em razão dos diversos benefícios que promove em matriz de natureza cimentícia. Trata-se de uma pozolana de alto desempenho amorfo constituída por silicato de alumínio hidratado, que perde os íons de hidroxilas de sua estrutura cristalina com a calcinação, transformando-se em [Al 2 SiO 2 O 7 ], sendo o processo industrial de ativação térmica entre 600 o C e 850 o C e moagem das argilas cauliníticas e caulins (Figura 1) (MEDINA, 2011). Figura 1 Argilas Cauliníticas Fonte: Wikipédia Em regra geral, o uso da pozolana metacaulim permite a observação de um duplo benefício às matrizes de natureza cimentícia, sendo inicialmente este benefício de natureza física e posteriormente de natureza química. Os benefícios de natureza física são decorrentes de sua elevada superfície específica, propiciando um preenchimento de pequenos espaços e com isso melhorando as propriedades mecânicas das argamassas e concretos devido à interação com a pasta de cimento (sua grande quantidade de partículas finas reduz o atrito interno e altera a reologia), fato que reduz a

15 13 porosidade e promove maior capacidade de resistir a agentes agressivos, como a carbonatação, lixiviação, eflorescência, salinidade (ROCHA, 2005). Em relação aos benefícios químicos, há que se registrar que o aluminato de cálcio do metacaulim e o hidróxido de cálcio presentes no cimento em temperatura ambiente produzem silicatos de cálcio hidratado C-S-H, composto responsável por garantir a resistência da pasta de cimento hidratada, e, que impõe melhorias quanto às propriedades mecânicas; desempenho; durabilidade (NITA; JOHN, 2007). Mehta e Monteiro (2008) destacam que o C-S-H é o principal responsável pela resistência mecânica da pasta e compõe entre 50 e 60% do volume total de sólidos da pasta. A Figura 2 apresenta o detalhe do desenvolvimento do C-S-H em função do tempo de cura e permite uma melhor visualização de sua importância no volume da matriz cimentícia. Figura 2 Desenvolvimento do C-S-H em função do tempo de cura. (a) 15 horas; (b) 7 dias; (c) 56 dias e (d) 600 dias Fonte: THOMAZ, 2012 Diversos são os estudos destinados a investigar os efeitos provocados pela adição de metacaulim nas matrizes de cimento Portland. Neste sentido, registram-se trabalhos avaliando a influência da substituição em algumas das propriedades no estado fresco, como tempo de pega, exudação, calor de hidratação, retração e trabalhabilidade. De uma maneira simplificada, o aumento no teor de substituição aumenta o retardo no tempo de pega, reduz a

16 14 exudação, reduz o calor de hidratação para pozolanas de baixa reatividade e aumenta o calor de hidratação para o uso de pozolanas de alta reatividade e reduz também a retração. No que diz respeito à trabalhabilidade, observou-se que que mesmo com valores menores de abatimento, a substituição proporciona maior facilidade de lançamento, adensamento e acabamento, tendo em vista as melhorias com a otimização granulométrica (OLIVEIRA, 2007; LIDUÁRIO, 2006; MEDEIROS, 2004; SOUZA, 2003). Também foram produzidos estudos com o foco nas propriedades mecânicas de concretos com adição de metacaulim. Neste sentido, Medina (2011) destaca que a medida que a hidratação do cimento vai liberando o hidróxido de cálcio, a reação pozolânica vai ocorrendo, precipitando os compostos oriundos desta reação justamente nos poros, tornando o material mais denso e consequentemente mais resistente. Destaca ainda que quanto maiores os percentuais de substituição, havendo Ca(OH) 2 para a reação, maior será a resistência final de concretos e argamassas. Outra contribuição relevante pode ser encontrada em Rocha (2005), quando ele destaca acreditar que a dosagem ideal destas pozolanas, ou seja, àquela que permitirá obter o melhor desempenho mecânico, situa-se entre 6% e 15% em relação à quantidade em massa de cimento utilizado na mistura; mas que este teor pode chegar até 50% em casos especiais, dependendo da aplicação e dos demais materiais utilizados na mistura. Também merece destaque o trabalho realizado por Mota et al. (2011) quando estudaram o efeito da pozolana metacaulim em concretos. Os autores partiram de um traço definido (1:2:3:0,5 cimento:areia:brita:a/c) e utilizaram diferentes teores de substituição da massa de cimento pelo metacaulim (0%, 5%, 8% e 10%). Foram avaliadas propriedades como resistência à compressão, tração por compressão diametral, módulo de elasticidade e absorção total nas idades 7, 28 e 90 dias. Os autores concluíram que as amostras de concreto com 8% de adição de metacaulim em substituição ao cimento, em todas as propriedades estudadas tiveram melhores resultados, denotando, ser esse o teor ideal para incremento dessas propriedades. O presente trabalho procura somar às pesquisas já realizadas no intuito de contribuir para uma melhor compreensão dos potenciais de utilização da pozolana metacaulim em concretos, mas especificamente nos concretos comumente utilizados na região de Caruaru, agreste do estado de Pernambuco. Esta contribuição está focada principalmente nas avaliações do desempenho mecânico de concretos produzidos com diferentes teores de substituição da massa de cimento portland pela pozolana metacaulim.

17 15 3. METODOLOGIA O objetivo desse trabalho é estudar o efeito da substituição de diferentes percentuais da massa de cimento portland pela pozolana metacaulim. Para isto foi realizada uma pesquisa bibliográfica acerca da ação de materiais pozolânicos em matrizes cimentícias e os possíveis benefícios decorrentes desta adição. Na primeira fase do estudo ocorreu uma busca por informações que pudessem auxiliar na compreensão do tema, utilizando como fontes: dissertações, normas técnicas, artigos científicos, livros, boletins técnicos, monografias, manual dos fabricantes e internet. A pesquisa teve uma abordagem metodológica quantitativa, pois o estudo obteve um foco comparativo entre corpos de prova de concreto a fim de determinar estatisticamente e numericamente o resultado mais favorável do experimento, comprovando as hipóteses da pesquisa Materiais Utilizados A caracterização dos agregados aconteceu no laboratório da UNIFAVIP com os materiais já existentes Agregado miúdo Para os agregados miúdos foram realizados os ensaios de granulometria conforme NBR NM 248/2001, massa unitária conforme NBR NM 45/2006 e massa específica pelo método do frasco de Chapman conforme NBR 9776/1987. Conforme as normas supracitadas o objetivo da NM 248 é determinar a composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos, a NM 45 descreve massa unitária de um agregado como sendo a relação entre sua massa e seu volume sem compactar, considerando também os vazios entre os grãos e massa específica é a relação entre a massa do agregado seco em estufa (100º ± 10ºC) até a constância de massa e o volume igual do sólido, incluindo os poros impermeáveis. Os resultados obtidos estão dispostos na tabela 1.

18 16 Dimensão máxima característica (mm): Tabela 1 Resultados dos ensaios do agregado miúdo Módulo de finura Massa unitária (g/cm³) Massa específica (g/cm³) 2,36 3,40 1,37 2, Agregado graúdo Para os agregados graúdos foram realizados os ensaios de granulometria conforme NBR NM 248/2001 e massa unitária conforme NBR NM 45/2006. Os resultados obtidos estão dispostos na tabela 2. Tabela 2 Resultados dos ensaios do agregado graúdo Dimensão máxima característica (mm) Massa unitária (g/cm³) 19 1, Cimento O cimento utilizado para os dois traços foi o CP II Z 32. A tabela 3 apresenta as especificações técnicas do cimento CP II e demonstra as suas propriedades químicas e características físicas. Tabela 3 Características físicas e químicas do cimento CP II Z 32 ENSAIOS QUÍMICOS FÍSICOS e MECÂNICOS RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO TEORES (%) FINURA (%) (MPa) MgO SO 3 #200 #325 3 dias 7 dias 28 dias Limites da norma 6,5 4,0 12 NA 10,0 20,0 32,0; 49,0 Resultado 2,55 2,91 1,71 8,90 22,93 28,32 35,86 Fonte: Fabricante

19 Água A água utilizada foi de origem da companhia de abastecimento público da cidade de Caruaru PE, isenta de resíduos industriais e substâncias orgânicas. A quantidade de água utilizada foi de acordo com os traços produzidos Planejamento Experimental Para a realização destes estudos foram produzidas quatro famílias de concretos, diferenciando-as pelo teor de substituição da massa de cimento portland pela pozolana metacaulim. Desta forma, foram empregados os teores de 0%, 5%, 8% e 12% de substituição. Em todas as misturas produzidas foi mantida constante a relação água/aglomerante. As características e nomenclaturas empregadas para as misturas produzidas podem ser observadas na tabela 4. Tabela 4 Características das Famílias Produzidas PROPORCIONALIDADE DAS MISTURAS FAMÍLIA NOMENCLATURA Cimento Metacaulim Areia Seca Brita 19 Água 1 CREF 1,00 0,00 1,70 2,60 0,605 2 CM5 0,95 0,05 1,70 2,60 0,605 3 CM8 0,92 0,08 1,70 2,60 0,605 4 CM12 0,88 0,12 1,70 2,60 0,605 Desta organização resultou a confecção de 52 corpos de prova cilíndricos nas dimensões 10 x 20cm, sendo 13 corpos de prova por família, dos quais 12 foram destinados ao ensaio de resistência a compressão nas idades de 28, 60, 90 e 120 dias (3 por idade) e 01 corpo de prova foi destinado ao ensaio de tração por compressão diametral aos 28 dias. Após a desmoldagem, os corpos de provas foram submetidos ao processo de cura úmida até 24 horas antes da realização dos ensaios. A cura úmida foi realizada no tanque do laboratório da faculdade conforme apresentado na figura 3.

20 18 Figura 3 Cura úmida dos corpos de prova Ensaios no estado fresco Todas as amostras foram caracterizadas no estado fresco em relação ao índice de consistência e a densidade de massa. O índice de consistência foi aferido através do ensaio de abatimento do tronco de cone, conforme previsto na norma ABNT NBR NM 67/1998. Este ensaio tem como principal objetivo avaliar o abatimento de cada batelada de concreto. Para realização foram empregados os equipamentos que seguem descritos: Molde tronco-cônico (100 mm x 200 mm x 300 mm) Colarinho metálico Placa metálica quadrada (500 mm x 500 mm) Haste de socamento com extremidade semiesférica (16 mm x 600 mm) Régua metálica graduada (300 mm) Concha Para execução do ensaio de abatimento do tronco de cone, inicialmente o molde tronco-cônico, a placa metálica e o colarinho metálico são umedecidos e em seguida monta-se o conjunto. Após a montagem, este conjunto é preenchido com concreto em três camadas, adensando cada camada com 25 golpes. Após o adensamento, promove-se a retirada do colarinho e o arrasamento do topo, para na sequência promover-se a remoção do molde em velocidade constante (intervalo de 5 a 10 segundos). Após a sua remoção, o molde deve ser invertido a fim de promover-se a medição final do abatimento do concreto com o auxílio de uma régua metálica graduada. A Figura 4 apresenta os detalhes da realização deste ensaio.

21 19 Figura 4 Ensaio de Abatimento do Tronco de Cone Slump Test. (a) equipamento utilizado, (b) retirada do molde e (c) medição do abatimento (a) (b) (c) Para determinação da massa específica do concreto no estado fresco seguiu-se o procedimento previsto na norma NBR 9833/2008. Em função do diâmetro do agregado graúdo foi escolhido o recipiente a ser utilizado. Após definição do recipiente a ser utilizado, seguiu-se com o ensaio que para sua realização são utilizados os seguintes equipamentos e acessórios: Recipiente metálico; Balança (com resolução de 100 g); Haste de adensamento com 16 mm de diâmetro e comprimento entre 600 a 800 mm; Régua metálica. Concha O recipiente utilizado apresenta volume de 0,0032 m 3 e peso de 7,56 kg. O concreto foi introduzido no recipiente com uma concha, em seguida foi realizado o arrasamento da superfície. A etapa final consistiu na pesagem do conjunto material + recipiente, onde as massas específicas foram obtidas pela equação 1. onde: mr é a massa do recipiente; mat é a massa da amostra; vr é o volume interno do recipiente; Equação 1

22 Ensaios no estado endurecido Para todas as famílias estudadas foram realizados ensaios de resistência à compressão simples (conforme NBR 5739/2007) e tração por compressão diametral (NBR7222/2010) a fim de caracterizar-se a influência da substituição parcial da massa de cimento portland pela pozolana metacaulim, particularmente em relação aos aspectos de desempenho mecânico. Para a realização dos ensaios no estado endurecido foram utilizados corpos de prova cilíndricos nas dimensões 10 x 20 cm, os quais foram moldados observando-se as prescrições previstas na NBR 5738/2003 e em todos eles foi aplicada cura submersa até 24 horas antes da realização dos ensaios Ensaio de resistência à compressão simples Na maioria dos casos o concreto está submetido aos esforços de compressão. Some-se a isto a simplicidade na execução do ensaio de resistência à compressão axial e como consequência o que se observa é que esta tornou-se uma das propriedades mais importantes e mais comumente avaliadas para determinação da qualidade dos concretos. O ensaio de resistência à compressão foi realizado em 12 corpos de prova por família, em prensa hidráulica, conforme descrito na NBR 5739/2007. Dos 13 corpos de prova, 03 foram selecionados para serem rompidos com idade de 28 dias, 03 para ensaio aos 60 dias, 03 para avaliação aos 90 dias e outros 03 para serem rompidos com idade de 120 dias. Antes da realização dos ensaios, todos os corpos de prova passaram por retífica com o objetivo de obter-se a regularização de sua base para a realização do ensaio. A figura 5 apresenta um detalhe da realização do ensaio de resistência à compressão simples. Figura 5 Ensaio de resistência à compressão simples

23 Ensaio de resistência à tração por compressão diametral O ensaio de tração por compressão diametral tem por objetivo determinar a resistência à tração simples, tendo em vista que o corpo de prova é rompido por tração quando o carregamento é aplicado diametralmente no cilindro, pois esta forma de carregamento gera tensões de tração no corpo de prova. Para este ensaio foi moldado 01 corpo de prova para cada família e o ensaio foi realizado em uma única idade (28 dias). O ensaio consiste em adaptar o dispositivo de compressão diametral na prensa, para em seguida colocar o corpo de prova no dispositivo, deve-se garantir a centralização e o alinhamento do corpo de prova no dispositivo, isto é feito colocando as ripas de madeiras nas faces de contato entre eles. A Figura 6 apresenta um detalhe da realização deste ensaio. Figura 6 Ensaio de tração por compressão diametral

24 22 4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 4.1. Ensaios no Estado Fresco Trabalhabilidade dos concretos estudados A trabalhabilidade foi verificada através do ensaio de abatimento de tronco de cone, conforme a NBR NM 67/1998. A tabela 5 apresenta os valores obtidos para as famílias estudadas. Tabela 5 Resultados do ensaio de abatimento de tronco de cone Slump Test FAMÍLIA NOMENCLATURA ABATIMENTO (mm) AUMENTO % DO ABATIMENTO 1 CREF 8,0-2 CM5 21,0 162,0% 3 CM8 18,0 125,0% 4 CM12 17,0 112,5% Através dos resultados apresentados na Tabela 5, observa-se que as misturas onde houve substituição parcial da massa de cimento por metacaulim apresentaram um aumento do abatimento, caracterizando uma melhoria na trabalhabilidade das misturas. Há que se registrar que o aumento observado não foi linear ou mesmo diretamente proporcional ao teor de substituição. O resultado observado para as amostras CM5 marcaram uma elevação de 162% quando comparado com as amostras de referência; já as amostras CM8 registraram um aumento de apenas 125% em relação às amostras de referência e para as amostras CM12 verificou-se um aumento de 112,5% em relação às amostras de referência Densidade de massa no estado fresco Em concretos convencionais a massa específica é de aproximadamente 2400 Kg/dm 3 e depende diretamente da massa específica dos agregados utilizados na produção do concreto, uma vez que estes influenciam em 80% da massa do concreto. Os resultados dos ensaios de densidade de massa das misturas produzidas neste estudo seguem apresentados nas Tabelas 6.

25 23 Tabela 6 Densidades do concreto no estado fresco FAMÍLIA NOMENCLATURA DENSIDADE DE MASSA (kg/dm 3 ) 1 CREF 2,35 2 CM5 2,28 3 CM8 2,29 4 CM12 2,30 A maior massa específica foi verificada para as amostras de referência (2,35 kg/dm 3 ). As amostras com substituição parcial da massa de cimento por metacaulim apresentaram densidades levemente inferiores em relação as amostras de referência (cerca de 2,5% abaixo), entretanto, cabe destacar que não se observou uma influência direta do teor de substituição sobre a densidade de massa dos concretos, tendo em vista que os resultados observados para os concretos CM5, CM8 e CM12 apresentam resultados equivalentes Ensaios no Estado Endurecido Ensaio de resistência à compressão Para a verificação das propriedades mecânicas dos concretos produzidos, um dos ensaios realizados foi o de resistência à compressão axial (conforme NBR 5739/2007) nas idades de 28, 60, 90 e 120 dias, cujos resultados seguem apresentados na Tabela 7. Tabela 7 Resultado dos Ensaios de Resistência à Compressão Famílias Produzidas Descrição Idade (dias) CREF CM5 CM8 CM12 Resistência Média (MPa) 24,71 20,93 15,89 16,31 Desvio Padrão (MPa) 28 0,79 0,57 0,78 0,69 Coeficiente de Variação (%) 3,18 2,70 4,90 4,25 Resistência Média (MPa) 26,91 21,13 24,90 24,67 Desvio Padrão (MPa) 60 1,54 0,59 0,49 1,20 Coeficiente de Variação (%) 5,71 2,81 1,96 4,84 Resistência Média (MPa) 29,03 21,70 28,64 27,81 Desvio Padrão (MPa) 90 1,32 1,48 1,54 0,55 Coeficiente de Variação (%) 4,54 6,84 5,38 1,99 Resistência Média (MPa) 29,43 22,80 29,23 27,97 Desvio Padrão (MPa) 120 1,4 2,04 1,23 0,54 Coeficiente de Variação (%) 4,8 8,93 4,21 1,92

26 24 Os resultados de resistência a compressão axial apresentados na Tabela 7 mostram que houve uma evolução deste parâmetro com o tempo para todas as famílias estudadas. Outro ponto relevante encontra-se no fato de que os melhores resultados podem ser observados para os concretos de referência em todas as idades analisadas. Importante considerar que os benefícios da adição da pozolana metacaulim devem ser analisados segundo duas vertentes distintas: (a) melhoria da compacidade provocada pelo efeito filler e (b) melhoria da matriz provocada pela geração de C-S-H em decorrência das reações pozolânicas. Uma avaliação dos resultados observados para a idade de 28 dias indicam que a substituição do cimento pelo metacaulim provocou uma perda de desempenho mecânico nas misturas, mas também indicou que o efeito filler foi capaz de recuperar parte dessa perda nos teores de 8% e 12% de substituição. A partir dos 60 dias, pode-se observar o desenvolvimento das reações pozolânicas minimizando sensivelmente a diferença entre os resultados das amostras de referência em relação àquelas com a presença da pozolana metacaulim. Importante destacar que o melhor desempenho foi observado nas misturas CM8, indicando possivelmente que este teor de substituição deve proporcionar o melhor efeito combinado dos benefícios do metacaulim. Tal configuração pode ser melhor compreendida ao se observar os resultados aos 120 dias, pois nesta idade os valores observados para as misturas CREF e CM8 mostram-se estatisticamente idênticos Ensaio de resistência à tração por compressão diametral O ensaio de resistência à tração por compressão diametral foi realizado conforme a NBR 7222/2010, para a idade de 28 dias e os resultados observados seguem apresentados na Tabela 8. Tabela 8 Resultados de Resistência à Tração por Compressão Diametral FAMÍLIA NOMENCLATURA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (MPa) 1 CREF 4,00 2 CM5 3,44 3 CM8 3,13 4 CM12 2,26

27 25 Através dos dados fornecidos pela Tabela 8, observa-se que para o ensaio de resistência à tração por compressão diametral aos 28 dias, o que se observa é um decréscimo na resistência a medida que se aumentam os percentuais de substituição da massa de cimento por metacaulim. Este fato deve estar provavelmente associado ao fato de que nesta idade ainda não houve tempo para o desenvolvimento das reações pozolânicas do metacaulim.

28 26 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Essa pesquisa visou uma avaliação da viabilidade do uso da pozolana metacaulim como material suplementar na produção de concretos estruturais. Neste sentido, foram conduzidos esforços para avaliações de propriedades no estado fresco e endurecido de concretos com diferentes percentuais de substituição da massa de cimento pela pozolana metacaulim (teores de 0%, 5%, 8% e 12%). Para os resultados obtidos no estado fresco, o ensaio de consistência mostrou que a trabalhabilidade das misturas com adição da pozolana metacaulim sofreram sensível melhora desta propriedade quando comparadas com as amostras de referência. Para os resultados dos ensaios realizados no estado endurecido tração por compressão diametral e compressão axial, verifica-se que para os primeiros, os resultados mostraram-se inversamente proporcionais ao teor de substituição da massa de cimento por metacaulim. Importante considerar que este ensaio foi realizado na idade de 28 dias, onde provavelmente o benefício da adição pozolânica tenha sido mais físico (efeito filler) do que químico (reação pozolânica produzindo C-S-H). Os resultados de resistência a compressão axial demonstraram que houve uma evolução deste parâmetro com o tempo para todas as famílias estudadas, mas também permite identificar que os melhores resultados estiveram sempre associados aos concretos de referência, independente da idade de realização do ensaio (28, 60, 90 ou 120 dias). Os resultados de compressão axial para a idade de 28 dias indicam que a substituição do cimento pelo metacaulim provocou uma perda de desempenho mecânico nas misturas, mas também indicou que o efeito filler foi capaz de recuperar parte dessa perda nos teores de 8% e 12% de substituição. Também foi possível observar que a partir dos 60 dias, há indícios do desenvolvimento das reações pozolânicas, tendo em vista que a diferença entre os resultados das amostras de referência em relação àquelas com a presença da pozolana metacaulim foi sensivelmente minimizado. Importante destacar que o melhor desempenho foi observado nas misturas CM8, indicando possivelmente que este teor de substituição deve proporcionar o melhor efeito combinado dos benefícios do metacaulim. Tal configuração pode ser melhor compreendida ao se observar os resultados aos 120 dias, pois nesta idade os valores observados para as misturas CREF e CM8 mostram-se estatisticamente idênticos.

29 27 Conclui-se então que a utilização da pozolana metacaulim mostrou-se viável para adição a concretos estruturais, tendo em vista a comprovação de seus benefícios físicos (através do efeito físico filler) e químicos (através das reações pozolânicas). Ademais, o uso da pozolana metacaulim como material suplementar na produção de concretos passa a ser uma alternativa de disposição final que pode trazer ganhos ambientais, como: reduzir o consumo de cimento, e ainda em relação à redução de cimento, pode-se justificar o provável ganho econômico.

30 28 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NM 67. Concreto Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, NBR NM 248. Agregados. - Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, NBR Agregados. - Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco Chapman - Método de ensaio. Rio de Janeiro, NBR Concreto- Moldagem e cura de corpos-de-prova de concreto. Rio de Janeiro, NBR Concreto - Ensaio à compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, NBR Argamassa e concreto Determinação da resistência à tração por compressão diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro, NBR 7223: Concreto - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone. Rio de Janeiro, LIDUÁRIO, A. S. Contribuição ao estudo das propriedades térmicas do concreto convencional na presença das adições minerais. Goiânia, Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Goiás. MEDEIROS, M.H.F. Estruturas de concreto com corrosão de armaduras por carbonatação: Comparação de argamassas de reparo quanto à proteção do aço Dissertação (mestrado em Engenharia Civil) Escola politécnica da USP. São Paulo, MEDINA, E. A. Pozolanicidade do metacaulim em sistemas binário com cimento portland e hidróxido de cálcio. São Paulo, Dissertação (Mestrado) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. METHA, P. K; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: Microestrutura, propriedades e materiais. São Paulo: IBRACON, 2008.

31 29 MOSEIS; ROJAS & JOSEPH COBRERA. The effect of temperature on the hydration rate and stability of the hydration phases of metakaolion lime water systems. Schoolof Civil Engineering. Universityof Leeds, MOTA, J. M. F. Influência da Argamassa de Revestimento na Resistência à Compressão Axila em Prisma de Alvenaria Resistente de Blocos Cerâmicos. Universidade Federal de Pernambuco Dissertação de Mestrado. Recife, MOTA, J. M. F.; CARASEK H.; COSTA e SILVA, A. J.; BARBOSA, F. R.; SANTOS, W. W. Argamassas inorgânicas com adição de metacaulim. IX SBTA, Minas Gerais, NITA, C.; JOHN, V. M. Materiais pozolânicos: o metacaulim e a sílica ativa. Boletim Técnico da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, OLIVEIRA, Andrielli Morais de. Avaliação do desempenho de concretos com adições minerais quanto à corrosão das armaduras induzida por cloretos. Goiânia, Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Goiás. ROCHA, G. G. N. Caracterização micro estrutural do metacaulim de alta reatividade. Belo Horizonte, Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Minas Gerais SOUZA, P. S. L. Verificação da influência do uso de metacaulim de alta reatividade naspropriedades mecânicas do concreto de alta resistência. Tese de Doutorado -Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre, 203p

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