AGREGADOS E AGLOMERANTES

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1 APOSTILA AGREGADOS E AGLOMERANTES

2 CAPÍTULO I MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 2

3 1 - MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO: 1.1. Definições: Todos os corpos, objetos ou substâncias que são usados em qualquer obra de engenharia. A disciplina Materiais de Construção estuda a obtenção, a aplicação, a conservação, e a durabilidade desses materiais, visando conhecê-los para melhor aplicá-los. Do correto uso dos materiais de construção depende em grande parte a solidez, a durabilidade, o custo e a beleza de uma obra Classificação: Quanto à origem ou obtenção NATURAIS: são encontrados na natureza e não exigem tratamentos especiais para poderem ser usados. Exemplos: areia, madeira, pedra etc. ARTIFICIAIS: são obtidos por processos industriais. Exemplos: tijolos, telhas etc. COMBINADOS: são resultantes da combinação de materiais naturais e artificiais. Exemplos: argamassa, concreto etc Quanto à função na edificação: MATERIAIS DE VEDAÇÃO: não têm função resistente na estrutura. Exemplos: vidros, tijolos em certos casos etc. MATERIAIS DE PROTEÇÃO: servem de proteção aos materiais propriamente ditos. Exemplos: tintas, vernizes etc. MATERIAIS COM FUNÇÃO ESTRUTURAL: resistem aos esforços atuantes na estrutura. Exemplos: madeira, aço, concreto etc Quanto à aplicação: SIMPLES OU BÁSICOS: são aplicados isoladamente. Exemplos: telha, tijolo etc. PRODUZIDOS OU COMPOSTOS: são empregados conjuntamente. Exemplos: concreto, argamassa etc Quanto à estrutura interna: 3

4 LAMELAR - Exemplo: argila. FIBROSA - Exemplo: amianto, madeira. VÍTREA - Exemplo: vidro. CRISTALINA - Exemplo: metais. AGREGADOS COMPLEXOS - Exemplo: concreto Quanto à natureza: OBS.: Como mostrado no ponto anterior, podem-se considerar vários critérios para a classificação dos materiais. No entanto, em engenharia, e por razões de conveniência, é habitual admitir-se a classificação dos materiais em função da sua natureza, de acordo com o exposto a seguir: METÁLICOS: Os materiais metálicos são substâncias de origem inorgânica que contêm elementos metálicos (tais como ferro, cobre, alumínio, níquel ou titânio). Microscopicamente, os metais têm uma estrutura cristalina, na qual os átomos se dispõem de forma ordenada. Estes materiais são, na generalidade, dúcteis e resistentes à temperatura ambiente e apresentam boa condutibilidade térmica e eléctrica. Em função da quantidade de ferro que contêm, dividem-se em materiais ferrosos (com elevada percentagem de ferro) como o ferro fundido e o aço, e não ferrosos (quando o ferro não entra na sua composição ou surge em quantidades muito reduzidas) como o alumínio, o cobre, o zinco, o titânio e o níquel são materiais não ferrosos. EXEMPLO: Estruturam metálicas, vergalhões para concretos, porcas e parafusos, chapas, telhas metálicas... POLIMÉRICOS: São constituídos por longas cadeias de moléculas orgânicas. Tratam-se de meterias cuja estrutura é não cristalina ou mista (com regiões cristalinas e regiões não cristalinas). A maioria destes materiais é mau condutor térmico e eléctrico, possuindo baixa densidade e decompõem-se a baixas temperaturas. EXEMPLO: Tubos e conexões, conduítes, caixilhos de janelas... CERÂMICOS: São constituídos por elementos metálicos e elementos não metálicos (por exemplo, azoto, carbono e oxigénio), podendo ser, do ponto de vista estrutural, cristalinos ou mistos. São inorgânicos de elevadas dureza e resistência mecânica à compressão, mesmo quando submetidos a temperaturas elevadas. Estes materiais apresentam baixa condutibilidade térmica e eléctrica e elevada resistência ao calor e ao desgaste. No domínio da construção, os materiais cerâmicos são utilizados desde tempos imemoriais. EXEMPLO: Tijolos e blocos, telhas cerâmicas, azulejos... COMPÓSITOS: Resultam da mistura de pelo menos dois materiais, de modo a obter um material com determinadas características e propriedades. Os materiais que constituem um compósito não se dissolvem entre si, podendo ser facilmente identificáveis. O concreto e a madeira são materiais compósitos. Existem outros tipos de materiais 4

5 compósitos, como por exemplo, os que resultam da associação de fibras de vidro e poliéster ou de fibras de carbono e resina epoxídica. ELETRÔNICOS: Os materiais eletrônicos assumem importância extrema no domínio das tecnologias avançadas, já que são utilizados em sistemas de microeletrônica. É graças a esta tecnologia que são possíveis os computadores, os satélites de comunicação ou os relógios digitais. O silício é um dos materiais mais importantes neste domínio, pois um simples cristal de silício permite condensar num chip, um elevado número de circuitos electrónicos Ensaios em laboratório Em geral, são realizados para classificar os materiais, comparar um material a outro ou assegurar a sua compatibilidade com a especificação de projeto. Podem analisar aspectos físicos, químicos e mecânicos dos materiais Critérios básicos na seleção dos materiais Para a escolha dos materiais, devem ser levados em conta três critérios básicos: Critério de ordem técnica: É importante conhecer as características dos materiais, como formas, dimensões, propriedades físicas, químicas e mecânicas, resistências físicas e química, etc., para se obter a resistência, a trabalhabilidade e a durabilidade desejadas. Critério de ordem econômica: Deve-se levar em conta o valor aquisitivo do material (preço em função da qualidade e da quantidade), a facilidade de aquisição, transporte e 5

6 emprego, o custo da aplicação e dos equipamentos para aplicação, o custo de conservação (materiais, mão-de-obra e equipamentos) e a durabilidade do material. Critério de ordem estética: É de ordem pessoal, e influenciado pela qualidade do material, a textura, a forma, o tipo de mão-de-obra, o acabamento e a conservação da estética Propriedades dos materiais Propriedades Físicas: Densidade: A relação entre massa e volume de um material. Densidade real (massa específica): Descontando-se o volume dos vazios. Densidade aparente (massa unitária): Considerando-se o volume total (sólidos + poros). Porosidade: A propriedade que tem a matéria de não ser contínua, havendo espaços entre as massas. Definida como a relação entre o volume de poros no material (vazios) e o volume total do material (incluindo o volume de poros). Poros podem ter diversas formas: Podem ser fissuras, vazios irregulares, ou esféricos... Mas são sempre formados pela penetração de gases durante o estado fresco de formação do material. Permeabilidade: Capacidade de um material absorver fluidos sem se desintegrar, propriedade diretamente relacionada à durabilidade do material. Nem sempre um material poroso é um material permeável. Para que esta relação seja verdadeira, é necessário que os poros estejam conectados entre si e ligados à superfície do material. Absorção: O processo físico pelo qual um material retém água nos poros e condutos capilares, sempre regido por diferenças de pressão ou de concentração de substâncias em diferentes meios Propriedades Mecânicas: Resistência: Capacidade de um material ou componente suportar cargas sem se romper OU apresentar excessiva deformação plástica. É medida como força suportada por área de seção transversal do material. - Compressão: As forças de compressão em materiais agem da mesma maneira que a ligação atômica, forçando os átomos a se aproximarem, e esta ação, em geral, não causa a ruptura. Entretanto, a compressão induz a esforços de cisalhamento, e a deformações que conduzem a esforços de tração por efeito do coeficiente de Poisson. Dependendo do tipo de material, da forma e tamanho do corpo-de-prova e da forma de carregamento, a compressão pode causar ruptura por cisalhamento ou por tração, ou mesmo pela combinação dos dois. 6

7 - Tração: O ensaio de tração direta, geralmente, apresenta problemas práticos pela dificuldade de obtenção de um sistema de garras eficiente, que não permita o deslocamento do corpo de prova e nem o rompimento do mesmo por pressão das mesmas. Portanto, frequentemente, realizam-se ensaios de resistência à tração por compressão diametral ou por flexão. Na construção civil, os esforços de tração são geralmente observados durante a flexão de elementos estruturais. Deformação: Alteração de volume ou de extensão de um corpo de prova, quando submetido a esforços mecânicos. Medida por meio de extensômetros elétricos ou dinâmicos, posicionados sobre a superfície do material durante ensaios de resistência a esforços mecânicos. Rigidez: Capacidade de um material ou componente resistir a deformação quando submetido a tensão. Medida pelo módulo de elasticidade, que é a relação entre a tensão aplicada no componente e a deformação resultante desta tensão. O módulo de elasticidade pode ser obtido graficamente através da inclinação do gráfico tensão x deformação em materiais elásticos. Elasticidade: Tendência que os corpos apresentam de retornar à forma primitiva pós a aplicação de um esforço. Tenacidade: Resistência que o material opõe ao choque ou percurssão, ou seja, a capacidade de absorver energias na forma de impactos. (carregamentos instantâneos). Dureza: Resistência que os corpos opõem ao serem riscados, entalhados. Alguns ensaios de avaliação da dureza são usados para estimar a resistência à compressão de materiais, como o concreto. Resistência à abrasão: Capacidade de uma superfície resistir ao desgaste devido ao atrito com objetos ou materiais em movimento. Desgaste: Perda de qualidades ou de dimensões de um material. Maleabilidade ou Plasticidade: Capacidade que têm os corpos de se afinarem até formarem lâminas sem, no entanto, se romperem. Durabilidade: Capacidade de um corpo de permanecer inalterado com o tempo. Ductibilidade: Propriedade de um material se deformar consideravelmente antes de se romper. Medida como a capacidade de um corpo se reduzir a fio. Fluência: Deformação com o tempo, resultado de aplicações prolongadas de tensão. É considerada de produção muito lenta e ocorre principalmente em três tipos de material: metais submetidos a tensões sob temperaturas próximas ao ponto de fusão, materiais susceptíveis a umidade que, por exemplo, expandem com a presença de água, e materiais fibrosos. 7

8 Fadiga: Propriedade de um material se romper por aplicações repetidas de tensão. A ruptura em muitos materiais ocorre com tensões bem abaixo da tensão de ruptura, se o carregamento for aplicado repetidamente Normas técnicas vigentes: Para aferir as intervenções no domínio dos materiais de construção, existem as Normas Técnicas. Normas são documentos de domínio público com funções diversas, mas que relativamente aos materiais de construção visam à satisfação dos seguintes objetivos: - Estabelecer regras para cálculos ou métodos para a execução dos trabalhos; - Especificar características de materiais e meios de as controlar; - Descrever pormenorizadamente procedimentos de ensaios; - Estabelecer dimensões padrão e tolerâncias de materiais e produtos; - Criar terminologia técnica específica e atribuir convenções simbólicas em desenhos; - Definir classes de produtos ou materiais. Entidades de alcance nacional: ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas IPQ Instituto Português da Qualidade ASTM American Society for Testing Material ACI American Concrete Institute BS British Standards Institution AFNOR Associação Francesa de Normalização Entidades de alcance internacional: ISO Organização Internacional de Normalização CEN Comissão Europeia de Normalização AMN - Asociación Mercosur de Normalización 8

9 CAPÍTULO II AGREGADOS 9

10 2 - AGREGADOS 2.1. Definições: Materiais granulares, geralmente inertes, sem tamanho e forma definidos, que compõem argamassas e concretos. - Cerca de ¾ do volume do concreto são ocupados pelos agregados. - Sua qualidade é importante para a obtenção de um bom concreto. - Os agregados apresentam nítida influência não apenas na resistência mecânica, mas também, na durabilidade e no desempenho estrutural de concretos Funções no concreto: - Resistir aos esforços (Mecânicos e de intemperismo); - Reduzir as variações volumétricas; - Reduzir o custo do concreto Classificação: Quanto às dimensões das partículas: AGREGADO MIÚDO: Grãos que passam pela peneira ABNT # 4 (peneira de malha quadrada com abertura nominal de 4,8 mm) e ficam retidos na peneira ABNT # 200 (malha com abertura nominal de 0,075 mm). AGREGADO GRAÚDO: Grãos que passam pela peneira ABNT com abertura nominal de 152 mm e ficam retidos na peneira ABNT # 4 (abertura de 4,8 mm) Quanto às massas unitárias: LEVES: ρ < 1000 kg/m³ MÉDIOS: 1000 < ρ < 2000 kg/m³ PESADOS: ρ > 2000 kg/m³ 10

11 Quanto à origem ou obtenção: NATURAIS: já são encontrados na natureza sob a forma definitiva de utilização (areia de rios, seixos rolados, cascalhos, pedregulhos,...) EXEMPLOS: - Areia natural: - Originárias de rios, cavas (depósitos em fundos de vales cobertos por capa de solo), praias e dunas, sendo que as areias das praias não devem ser usadas no preparo de concreto armados por causa de seu teor de cloreto de sódio. - Utilizadas no preparo de argamassas e concretos de cimento, concretos betuminosos e em filtros (devido à sua grande permeabilidade, têm a capacidade de interceptar o fluxo de água de infiltração em barragens de terra e em muros de arrimo). - Seixo rolado ou pedregulho: - Originários de leitos de rios e córregos. - Sedimento fluvial de rocha ígnea, inconsolidado, formado de grãos de diâmetro em geral superior a 5 mm, podendo os grãos maiores alcançar diâmetros superiores a cerca de 100 mm. - Formas arredondadas e superfície lisa. - Deve ser lavado antes do fornecimento e apresentar, preferencialmente, granulação diversa, já que o ideal é que os miúdos ocupem os vãos entre os graúdos. - Utilizados em concretos, sendo que o concreto executado com pedregulho tem resistência mecânica cerca de 20% menor do que aquele fabricado com brita. ARTIFICIAIS: são obtidos pelo britamento de rochas (pedrisco, pedra britada,...) EXEMPLOS: - Pedra britada: - Agregado obtido a partir de rochas compactas que ocorrem em jazidas, pelo processo industrial da cominuição (fragmentação) controlada da rocha maciça. 11

12 - Os produtos finais passam pelo processo de peneiramento e enquadram-se em diversas categorias: - Areia de brita / Areia artificial: - Filler / fíler: - Bica corrida: - Brita 0 (pedrisco), brita 1, brita 2, brita 3, brita 4 e brita 5. - Agregado obtido dos finos resultantes da produção da brita, dos quais se retira a fração inferior a 0,15 mm. - Sua graduação granulométrica vai de 0,15 mm a 4,8 mm. - Apresenta absorção maior em relação à areia natural (grande quantidade de material pulverulento). - Agregado de graduação 0,005/0,075mm. - Seus grãos são da mesma ordem de grandeza dos grãos de cimento e passam na peneira 200 (0,075 mm). - É também de chamado de pó de pedra. - Utilizado na preparação de concretos (para preencher vazios) e argamassas betuminosas (para evitar flexibilidade excessiva), e como adição a cimentos. - Material britado no estado em que se encontra à saída do britador, sem nenhuma separação granulométrica. - Rachão / Pedra de mão: - Restolho: - Agregado constituído do material que passa no britador primário e é retido na peneira de 76 mm. É a fração acima de 76 mm da bica corrida primária. - Material granular, de grãos em geral friáveis (que se partem com facilidade). Pode conter uma parcela de solo. INDUSTRIALIZADOS: Aqueles que são obtidos por processos industriais (argila, expandida, escória britada,...) EXEMPLOS: 12

13 - Argila expandida: - Material originário a partir da piroexpansão de argilas especiais (aquecimento acima de 1000ºC, levando à formação de gases internos). - Utilizadas como agregado leve para concretos (com resistência de até 30MPa), e na fabricação de blocos e painéis pré-moldados, prestandose bem como isolantes térmicos ou acústicos. - Escória de alto-forno expandida - Sub-produto resultante da produção de ferro-gusa em alto-fornos de indústrias siderúrgicas, e resfriado gradativamente. - Utilizado como agregado em concretos leves e em peças isolantes térmicas e acústicas. - Se o resfriamento do sub-produto por feito bruscamente, forma-se a escória de alto-forno granulada que, pela desorganização de suas moléculas, torna-se extremamente reativa e é utilizada como adição mineral a cimentos Características das rochas de origem: Resistência Mecânica: 1. À compressão: Varia conforme o esforço de compressão se exerça paralela ou perpendicularmente ao veio da pedra. O ensaio se faz em CPs cúbicos de 4 cm de lado. Sob o aspecto de resistência à compressão, a maioria das rochas naturais não apresentam restrições quanto ao emprego como agregados no preparo de concretos convencionais, pois têm resistências superiores às máximas de concretos normais. Resistências típicas à compressão: - Granito: ~ 180 MPa - Micaxisto: ~ 85 MPa - Calcário: ~ 190 MPa - Granulito: ~ 200 MPa 13

14 2. À abrasão superficial: Abrasão: Desgaste superficial dos grãos ao sofrerem atrição. Capacidade que tem o agregado de não se alterar quando manuseado (carregamento, basculamento, estocagem). Característica importante em algumas aplicações do concreto: - Pistas rodoviárias - Estacionamentos - Vertedouros de barragens - Pontes - Aeroportos Ensaio realizado na máquina de abrasão Los Angeles, regido pela norma NBR 6465 Abrasão Los Angeles, que estabelece características da máquina e das cargas de agregado e esferas de ferro, tempo de giro, etc. - A amostra é colocada para girar juntamente com esferas de ferro fundido. Depois de retirada, a amostra é peneirada na peneira de 1,7mm, e mede-se o peso de material que passa, expresso em porcentagem do peso inicial Durabilidade: A rocha que será utilizada como agregado deve apresentar uma boa resistência ao ataque de elementos agressivos. O ensaio consiste em submeter o agregado à ação de uma solução de sulfato de magnésio, determinando-se a perda de peso após 5 ciclos de imersão por 20 horas, seguidas de 4 horas de secagem em estufa a 105 C (NBR). Perdas máximas admissíveis: Agregados miúdos: 15% Agregados graúdos: 18% 14

15 CAPÍTULO II.A ENSAIOS DE CONTROLE DE QUALIDADE EM AGREGADOS 15

16 A) Amostragem de agregados 1. Norma específica: NM 26:2009 Agregados Amostragem (elaborada pelo comitê brasileiro da AMN em substituição à norma ABNT NBR 7216:1987). 2. Referências normativas: NM 27: Agregados - Redução da amostra de campo para ensaios de laboratório. 3. Escopo: procedimentos para a amostragem de agregados, desde a sua extração e redução até o armazenamento e transporte das amostras representativas de agregados para concreto, destinadas a ensaios de laboratório. 4. Definições: Amostra de campo: Porção representativa de um lote de agregados, coletada nas condições prescritas na norma, seja na fonte de produção, armazenamento ou transporte. A amostra de campo é formada reunindo-se várias amostras parciais em número suficiente para os ensaios de laboratório. Lote de agregado: Quantidade definida de agregado produzido, armazenado ou transportado sob condições presumidamente uniformes. Sua dimensão não deve ultrapassar a 300 m³ de agregados de mesma origem ou, nos processos contínuos, a quantidade corresponde a 12 h ininterruptas de produção. Amostra parcial: Parcela de agregado obtida de uma só vez do lote, em um determinado tempo ou local, obedecendo a um plano de amostragem. Amostra de ensaio: Porção obtida por redução da amostra de campo, conforme a NM 27, utilizada em ensaios de laboratório. 5. Considerações gerais: A amostragem é tão importante quanto o ensaio, por isso, devem ser tomadas todas as precauções necessárias para que se obtenha amostras representativas quanto às suas natureza e características. As amostras parciais, tomadas em diferentes pontos do lote, devem representar todas as possíveis variações do material, podendo assim resultar na porção mais representativa do material. Deve-se efetuar a amostragem quando o material estiver úmido e, caso essa condição não se verifique, cabe umedecer levemente o material para evitar a segregação da parte pulverulenta. 16

17 6. Procedimentos de amostragem: a) Jazidas e depósitos naturais: Inicialmente, deve ser realizada uma inspeção visual completa na região da jazida, para analisar as características e as possíveis variações no material. Em seguida devem ser extraídas amostras de diferentes locais. O número e a profundidade das perfurações é estipulado em função da natureza do depósito, da topografia da área, das características do material, da possibilidade de aproveitamento da jazida e da quantidade de material necessário para a execução da obra. As perfurações a serem realizadas devem ter, no mínimo, a profundidade necessária a ser alcançada na exploração da jazida. b) Depósitos comerciais e obra: O material pode ser encontrado em pilhas, silos, ou sobre veículos de transporte ou correias transportadoras. Sempre que for possível, a amostra deverá ser coletada durante o carregamento de agregados em veículos ou correias, para evitar que ocorra influência de segregação nos resultados obtidos. 7. Número e dimensão das amostras: O número de amostras parciais é definido em função do volume de material e da maior ou menor variação de suas características. O número deve ser suficiente para abranger todas as possíveis variações e assegurar representatividade da amostra. Tabela 1 Quantidades de amostras a serem coletadas para ensaios químicos/físicos em agregados Tamanho nominal do Número mínimo de Quantidade total mínima da amostra de campo agregado amostras parciais Em massa (kg) Em volume (dm³) 9,5 mm > 9,5 mm 19 mm > 19 mm 37,5 mm > 37,5 mm 75 mm > 75 mm Em estudos de agregados para dosagem de concretos, devem ser consideradas também as quantidades especificadas na tabela: Tabela 2 Massas totais mínimas de amostras de campo para agregados usados em concretos. Tipo de agregado Emprego Massa total mínima da amostra de campo (kg) Agregado miúdo Apenas um agregado 200 Dois ou mais agregados 150 por agregado Agregado graúdo Apenas um agregado 300 Dois ou mais agregados 200 por agregado 17

18 8. Remessa e identificação das amostras: As amostras de ensaio devem ser remetidas em sacos, containers, caixas ou recipientes adequados e limpos, precavendo-se contra a perda de qualquer parte da amostra, ou danificação do recipiente durante o manuseio e transporte. Cada amostra deve ser convenientemente identificada individualmente, mediante uma etiqueta ou cartão, fixada ou presa ao recipiente utilizado, contendo os seguintes dados: Designação do material; número de identificação de origem; tipo de procedência; massa da amostra; quantidade do material que representa; obra e especificações a serem cumpridas; parte da obra em que será empregado; local e data da amostragem; responsável pela coleta. OBS.: Se jazida natural, acrescentar: localização da jazida e nome do proprietário; volume aproximado; espessura aproximada do terreno que cobre a jazida; croqui da jazida (planta, corte e localização da amostra); vias de acesso. 18

19 B) Redução de amostras de agregados 1. Norma específica: NM 27:2001 Agregados Redução da amostra de campo para ensaios em laboratório 2. Referências normativas: NM-ISO :96 - Peneiras de ensaio - Requerimentos técnicos e verificação. Parte 1 - Peneiras de ensaio com tela de tecido metálico NM 26: Agregados Amostragem NM 30: Agregado miúdo - Determinação da absorção de água 3. Escopo: condições exigíveis para a redução de amostras de campo a um tamanho adequado para ensaios de laboratório, de maneira que a amostra para ensaio seja a mais representativa possível da amostra de campo. 4. Definições: Amostra de campo: Porção de agregados coletados na fonte, a serem reduzidos até a quantidade necessária para a execução de ensaios de caracterização (amostra de ensaio). 5. Especificações: Agregados miúdos: As amostras podem ser reduzidas por meio do separador mecânico (método A) se não apresentarem umidade em excesso (no máximo, condição SSS). Amostras mais úmidas do que a condição SSS devem ser reduzidas por quarteamento (método B ou método C). Pode-se recorrer a processos de umidificação ou secagem para uso de um método específico. Agregados graúdos ou misturas: As amostras de campo, levemente umedecidas, de modo a evitar perda de materiais finos, devem ser reduzidas usando um separador mecânico de acordo com o método A (método preferível) ou por quarteamento, conforme método B. O método C não é permitido para agregado graúdo ou para mistura dos agregados graúdo e miúdo. 6. Métodos específicos: Método A Separador mecânico - Equipamentos: Separador mecânico para agregado graúdo (no mínimo, oito calhas de igual abertura) ou para agregado miúdo (doze calhas de igual abertura), com calhas de largura mínima aproximadamente 50% maior 19

20 que o tamanho nominal do agregado, e recipientes pra receber as metades da amostra. Figura 1 Processo de redução de amostras por uso do separador mecânico - Procedimentos: Colocar a amostra de campo no separador, distribuindo-a uniformemente ao longo do mesmo, numa velocidade tal que permita que o agregado passe livremente através das calhas. Reintroduzir a porção da amostra coletada por um dos recipientes no separador, tantas vezes quantas forem necessárias, para reduzir a amostra à quantidade adequada ao ensaio pretendido. A porção de material recolhida pelo outro recipiente pode ser reservada para ser reduzida e utilizada em outros ensaios. Método B Quartiamento - Equipamentos: Pá côncava e reta, colher de pedreiro, vassoura ou escova, encerado de lona de aproximadamente 2,0 m x 2,5 m, haste rígida. - Procedimentos: Colocar a amostra de campo sobre o encerado ou uma superfície rígida, limpa e plana, onde não ocorra nenhuma perda de material e nem haja contaminação, homogeneizando bem a amostra com a ajuda da pá ou levantando alternadamente cada ponta do encerado. Juntar a amostra formando um cone e achatá-lo com a pá, formando um tronco de cone, cuja base deve ter diâmetro de quatro a oito vezes a altura do tronco de cone. Dividir a massa em quatro partes iguais com a pá, a colher de pedreiro, ou introduzindo a haste por baixo do encerado e levantando-a para dobrar o encerado e dividir a amostra. Eliminar duas partes da amostra, agrupando as outras duas, em sentido diagonal. Cuidados, como varrer os espaços vazios entre um 20

21 monte e outro, devem ser tomados para evitar a perda de materiais finos da amostra. Com o material remanescente, repetir estas operações até reduzir a amostra à quantidade necessária. Figura 2 Processo de redução de amostras por quartiamento Figura 3 Processo de redução de amostras por quartiamento Método C Tomadas aleatórias - Equipamentos: 21

22 Pá côncava e reta, colher de pedreiro e concha para amostragem. - Procedimentos: Colocar a amostra de campo de agregado miúdo, úmido, sobre uma superfície rígida, limpa e plana, onde não ocorra perda de material e contaminação e homogeneizar o material por completo, revolvendo toda a amostra, no mínimo três vezes. Na última virada, juntar a amostra e, com auxílio da pá, depositar o material no topo do cone que vai se formando. Obter a quantidade de amostra desejada através de, pelo menos, cinco tomadas, aproximadamente iguais, em locais escolhidos ao acaso e distribuídos na superfície do cone formado. Figura 3 Processo de redução de amostra por tomadas aleatórias 22

23 C) Massa unitária em estado solto 1. Norma específica: NM 7251 Agregado em estado solto Determinação da massa unitária 2. Referências normativas: NM-ISO :96 - Peneiras de ensaio - Requerimentos técnicos e verificação. Parte 1 - Peneiras de ensaio com tela de tecido metálico NM 26: Agregados Amostragem 3. Escopo: Estabelecimento de método para a determinação da massa unitária em estado solto de agregados miúdos e graúdos. 4. Definições: Massa unitária de um agregado no estado solto: Quociente da massa do agregado lançado no recipiente conforme estabelecido nessa norma e o volume desse recipiente. O material deve estar no estado seco, em quantidade de, pelo menos, o dobro do volume do recipiente utilizado para o ensaio. Volume do recipiente: Variável conforme a dimensão do agregado. Tabela 3 Dimensões mínimas dos recipientes a serem usados no ensaio de massa unitária Dimensão máx. do agregado (mm) Dimensões mínimas do recipiente Base (mm) Altura (mm) Volume mínimo (dm 3 ) 4,8 mm 316 x > 4,8 e 50 mm 316 x > 50 mm 447 x Procedimentos: O recipiente (aferido e pesado) deve ser preenchido com uma concha ou pá, sendo o agregado lançado a uma altura de 10 a 12 cm do topo do recipiente; Alisar a superfície do recipiente com uma régua (para agregado miúdo) - figura 4 - e compensar as saliências e reentrâncias no caso de agregado graúdo; Pesar o recipiente com o material nele contido. A massa do agregado solto é a diferença entre a massa do recipiente cheio e a massa do recipiente vazio. 23

24 Figura 4 Determinação da massa unitária de agregados no estado solto 6. Cálculos: A massa unitária no estado solto (δ) é calculada de acordo com a equação: δ = m = m r V r onde: δ: massa unitária do agregado no estado solto, em kg/dm 3 m: massa do agregado no estado solto, em kg mr: massa do recipiente, em kg Vr: Volume do recipiente, em dm 3 7. Resultados: A massa unitária do agregado solto é a média dos resultados individuais obtidos em pelo menos três determinações, com aproximação de 0,01 kg/dm³; Os resultados individuais de cada ensaio não devem apresentar desvios maiores que 1% em relação à média; 24

25 D) Massa específica de agregado miúdo (Chapman) 1. Norma específica: NM 52:2009 Agregado miúdo Determinação de massa específica e massa específica aparente. 2. Referências normativas: NM 26: Agregados Amostragem NM 27: Agregados - Redução da amostra de campo para ensaios de laboratório. 3. Escopo: Métodos para determinação de massa específica e massa específica aparente de agregados miúdos destinados a serem utilizados em concretos 4. Definições: Massa específica: Relação entre a massa do agregado seco em estufa (100 C a 110 C) até constância de massa e o volume igual do sólido, excluídos os poros permeáveis. Massa específica aparente (massa unitária): Relação entre a massa do agregado seco e o seu volume, incluídos os poros permeáveis calculada de acordo com a norma NM Massa específica relativa: Relação entre a massa de uma unidade de volume de um material incluindo os poros permeáveis e impermeáveis, a uma temperatura determinada, e a massa do mesmo volume de água destilada. - OBS.: Para a água destilada, a massa específica é numericamente igual à massa específica aparente, portanto, o conceito pode ser aplicada às duas grandezas. 5. Método de ensaio: Equipamentos: - Balança (com capacidade mínima de 1 kg e sensibilidade de 1 g ou menos) - Espátula, funil, pipeta, estufa, cápsula de porcelana. - Frasco Chapman (de vidro e composto de dois bulbos e de um gargalo graduado). No estrangulamento existente entre os dois bulbos deve haver um traço que corresponde a 200 cm³, e acima dos bulbos situa-se o tubo graduado de 375 cm³ a 450 cm³. 25

26 Figura 5 Frasco Chapman Procedimentos: - Secar a amostra em estufa a 110ºC, até constância de peso; - Pesar 500 g de agregado miúdo; - Colocar água no frasco Chapman, até a marca de 200 cm³; - Introduzir cuidadosamente as 500 g de agregado no frasco, com auxílio de um funil; - Agitar o frasco, cuidadosamente, com movimentos circulares, para a eliminação das bolhas de ar (as paredes do frasco não devem ter grãos aderidos); - Fazer a leitura final do nível da água, que representa o volume de água deslocado pelo agregado (L); - Repetir o procedimento. 6. Cálculos: A massa específica do agregado miúdo é calculada através da expressão: ρ = m s = 500 L L 0 L 200 onde: ρ = massa específica do agregado miúdo, expressa em g/cm³ ou kg/dm³ L = leitura final do frasco (volume ocupado pela água + agregado miúdo) 7. Resultados: Duas determinações consecutivas, feitas com amostras do mesmo agregado, não devem diferir entre si de mais de 0,05 g/cm³. Os resultados devem ser expressos com duas casas decimais. 26

27 E) Massa específica de agregado graúdo (balança hidrostática) 1. Norma específica: NM 53:2003 Agregado graúdo Determinação de massa específica, massa específica aparente e absorção de água 2. Referências normativas: NM 26: Agregados - Amostragem NM 27: Agregados - Redução da amostra de campo para ensaios de laboratório NM 52: Agregado miúdo - Determinação de massa específica e massa específica aparente NM-ISO : Peneiras de ensaio - Requerimentos técnicos e verificação. Parte 1 - Peneiras de ensaio com tela de tecido metálico NM 248: Agregados - Determinação da composição granulométrica 3. Escopo: Método de determinação da massa específica, da massa específica aparente e da absorção de água dos agregados graúdos, na condição saturados superfície seca, destinados ao uso em concreto. 4. Fundamentação teórica: Principio de Arquimedes: "Todo corpo mergulhado num fluido em repouso sofre, por parte do fluido, uma força vertical para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo." (Peso Aparente = Peso real Empuxo). Se ma = massa de um agregado submerso em água e m = massa da mesma porção de agregado pesado ao ar, então: m A = m - EMPUXO portanto, o valor de (m ma) representa o valor do empuxo que o agregado sofre quando submerso. E = (ρ fluido V fluido deslocado ) g * Quando lidamos com água (ρ = 1g/cm³), a massa que gera a força de empuxo tem o mesmo valor numérico do volume do material submerso. portanto, (m m A) = VOLUME DO MATERIAL SUBMERSO 27

28 5. Método de ensaio: Equipamentos: - Balança (com capacidade mínima para 10 kg e resolução de 1 g, equipada com um dispositivo adequado para manter o recipiente que contém a amostra suspenso na água, no centro do prato da balança); - Recipiente constituído de um cesto de arame com abertura de malha igual ou inferior a 3,35 mm e capacidade para 4 dm³ a 7 dm³. - Tanque de água (recipiente estanque para conter água onde será submerso o recipiente com a amostra). Procedimentos: - Lavar completamente o agregado graúdo para remover o pó ou outro material da superfície. Secar a amostra de ensaio a (105 ± 5) C até massa constante e deixar esfriar à temperatura ambiente durante 1h a 3h. - A massa mínima de amostra a ensaiar é definida na tabela 4. Tabela 4 Massas mínimas para ensaio de massa específica em agregados graúdos Dimensão máxima característica (mm) Massa mínima da amostra de ensaio (kg) 12, , Pesar a amostra seca (ms) e submergir o agregado em água à temperatura ambiente por um período de (24 ± 4) h. NOTA: Quando for necessário ensaiar uma quantidade maior de amostra, pode ser conveniente, para a precisão do ensaio, subdividir a amostra em duas ou mais partes. - Retirar a amostra da água e envolvê-la em um pano absorvente até que toda a água visível seja eliminada, ainda que a superfície das partículas se apresente úmida. - Pesar a amostra na condição SSS (saturada com a superfície seca) msss. 28

29 - Colocar a amostra no recipiente apropriado, ligado à balança, submergi-la em água e pesá-la ma. (Obs.: a balança deve ser previamente zerada com o recipiente vazio e imerso em água). 6. Cálculos: a) A massa específica do agregado graúdo SECO é calculada através da expressão: ρ S = m s = m S m SSS m A V Onde: ρ S = massa específica do agregado graúdo seco ms = massa ao ar da amostra seca msss = massa ao ar da amostra na condição SSS ma = massa submersa em água da amostra V = volume do agregado, excluindo os vazios permeáveis (conforme explicitado no item ) b) A massa específica do agregado graúdo na condição SSS é calculada através da expressão: ρ SSS = m SSS = m SSS m SSS m A V Onde: ρ SSS = massa específica do agregado graúdo na condição SSS msss = massa ao ar da amostra na condição SSS ma = massa submersa em água da amostra V = volume do agregado, excluindo os vazios permeáveis (conforme explicitado no item ) c) A massa específica aparente do agregado é calculada através da expressão: ρ ap = m S = m S m S m A V Onde: ρ ap = massa específica aparente do agregado graúdo ms = massa ao ar da amostra seca 29

30 ma = massa submersa em água da amostra V = volume do agregado, incluindo os vazios permeáveis (conforme explicitado no item ) d) A absorção de água do agregado graúdo é calculada através da expressão: A = m SSS m S m S 100 Onde: A = absorção de água do agregado graúdo, expressa em porcentagem ms = massa ao ar da amostra seca msss = massa ao ar da amostra na condição SSS 7. Resultados: O resultado do ensaio é a média de duas determinações. NOTA: A diferença entre dois resultados individuais obtidos a partir de uma mesma amostra e empregando o mesmo equipamento, em um curto intervalo de tempo, não deve ser maior que: - 0,02 g/cm³ para o ensaio de massa específica; - 0,3% para o ensaio de absorção de água de agregados com absorção. Informar os resultados de massa específica com aproximação de 0,01 g/cm³, indicando o tipo de massa específica determinado. NOTA: O conceito de massa específica relativa pode ser aplicado tanto à massa específica, quanto à massa específica aparente, dividindo-se os resultados obtidos (a), (b) e (c) pela massa específica da água a uma determinada temperatura. A massa específica relativa é uma grandeza adimensional, devendo ser expressa sempre em função da temperatura. Indicar os resultados de absorção de água com aproximação de 0,1%. 30

31 F) Teor de umidade total em agregados (secagem) 1. Norma específica: NBR 9939 Agregados Determinação do teor de umidade total por secagem. 2. Referências normativas: NBR Amostragem de agregados - Procedimento NBR Redução de amostra de campo de agregados para ensaio de laboratório - Procedimento 3. Escopo: Método para determinação da umidade total, por secagem, em agregado destinado ao preparo de concreto. 4. Fundamentação teórica: Condições que um material pode se apresentar quanto à umidade: Figura 6 Condições de umidade de agregados - Seco em estufa: devido à alta e constante temperatura que uma estufa pode manter, o agregado encontra-se completamente seco, tanto no seu exterior quanto no seu interior (vazios permeáveis); - Seco ao ar: como a temperatura ao ar livre é menor e possui uma variabilidade maior do que na estufa, o agregado tem a sua superfície seca, porém, os poros permeáveis mais internos não são completamente secos, havendo assim, umidade residual na partícula representada pela área menos escura na figura; - Saturado superfície seca (SSS): neste caso todos os poros permeáveis encontramse saturados e a superfície do agregado encontra-se seco. Essa situação é encontrada na prática de determinação de absorção e massa específica de agregados graúdos; - Saturado: semelhante ao caso anterior, porém, há água na superfície. 31

32 5. Definições: Umidade: relação da massa total de água que envolve o agregado e a m seca. Absorção: é o teor de umidade no estado saturado, superfície seca. Absorção é o aumento da massa do agregado devido ao preenchimento dos seus poros por água expresso como porcentagem de sua massa seca (em estufa). Coeficiente de umidade: é um número que, multiplicado pela massa úmida, fornece a massa seca. Umidade superficial: água aderente à superfície dos grãos expresso em percentagem da massa da água em relação à massa do agregado seco. Teor de umidade total: Relação percentual entre a massa total de água que envolve a superfície e preenche os poros permeáveis do agregado graúdo e sua massa seca. 6. Método de ensaio Equipamentos: - Balança com capacidade compatível com a massa da amostra de ensaio. - Estufa ou fonte de calor com capacidade de manter a temperatura constante na faixa de 105 C C. - Recipiente em material resistente ao calor e adequado dimensionalmente à massa e ao volume da amostra. - Haste de mistura de tamanho conveniente. Procedimentos: - Coletar e reduzir a amostra de campo, formando a amostra de ensaio, com massa mínima de acordo com a tabela 5. Tabela 5 Massas mínimas para ensaio de umidade total por secagem de agregados Dimensão máxima característica do agregado (mm) Massa mínima da amostra de ensaio (g) 9, ,

33 - Secar a amostra em estufa ou fonte de calor escolhida. Quando a fonte de calor utilizada não for uma estufa, homogeneizar periodicamente a amostra, de modo a uniformizar a secagem. - Determinar a massa da amostra em intervalos sucessivos de pelo menos 2 horas. Efetuar as determinações assim que a temperatura da amostra estiver suficientemente baixa para não danificar a balança. - A massa final (Mf) é obtida quando a diferença entre duas pesagens sucessivas não indicar mais que 0,1% de perda de massa da amostra. 7. Cálculos: A umidade do agregado é calculada através da expressão: h = m i m f m f 100 onde: h = teor de umidade total do agregado, expressa em porcentual mi = massa inicial da amostra, em gramas mf = massa final da amostra, em gramas OBS.: É possível se determinar a umidade de solos e de agregados miúdos pelo emprego de álcool etílico. A umidade se determina pela adição de álcool à amostra e a sua posterior queima. Para isso, é necessário pesar cerca de 50g do agregado e despejar quantidade adequada de álcool etílico na amostra, revolvendo-a com a espátula e inflamando a seguir o álcool. A operação deve ser repetida por três vezes e, em seguida, calcula-se o teor de umidade da amostra pela comparação entre as massas iniciais e finais. 33

34 G) Umidade superficial de agregados miúdos (Chapman) 1. Norma específica: NBR 9775 Agregados Determinação da umidade superficial em agregados miúdos por meio do frasco Chapman. 2. Referências normativas: NBR Agregados - Determinação da massa específica de agregados miúdos por meio do frasco de Chapman - Método de ensaio 3. Escopo: Determinação da umidade em agregados miúdos pelo frasco de Chapman. 4. Definições: Umidade superficial: teor de água aderente à superfície dos grãos do agregado, expressa em percentagem da massa de água em relação à do agregado seco. 5. Método de ensaio: Equipamentos: - Balança com capacidade de 1 kg e sensibilidade de 1g ou menos; - Frasco de Chapman. Procedimentos: - Colocar água no frasco até a divisão de 200 cm³; - Introduzir 500g de agregado úmido e agitar até eliminar as bolhas de ar; - Efetuar a leitura do nível atingindo pela água. 6. Cálculos: A umidade do agregado é calculada através da expressão: h = onde: h = teor de umidade (%); L = leitura do frasco (cm³); [(L 200)ρ] 500 ρ(700 L) 100 ρ= massa específica (kg/dm³), obtida de acordo com o item Resultado: Média de duas determinações; Os resultados não devem diferir entre si mais do que 0,5%. 34

35 H) Umidade superficial de agregados miúdos (Speedy) 1. Norma específica: DNER - ME (elaborada pelo Departamento nacional de estradas de rodagem). 2. Escopo: Procedimento para determinação expedita do teor de umidade de solos e agregados miúdos pelo uso em mistura com carbureto de cálcio, colocada em dispositivo medidor de pressão de gás (SPEEDY). 3. Método de ensaio: Equipamentos: - Conjunto speedy; - Ampolas com cerca de 6,5g de carbureto de cálcio (CaC2). Procedimentos: - Determinar a massa da amostra e depositá-la na câmara do aparelho; - Introduzir duas esferas de aço e a ampola de carbureto; - Agitar o aparelho; - Efetuar leitura da pressão manométrica; - Verificar tabela de aferição própria do aparelho; - Encontrar h1. OBS.: Se a leitura for menor do que 0,2 kg/cm² ou maior do que 1,5 kg/cm², repetir o ensaio com a massa da amostra imediatamente superior ou inferior, respectivamente. 4. Resultados: A umidade do agregado é calculada através da expressão: h = h h onde: h = teor de umidade em relação a massa seca (%); h1 = teor de umidade em relação à amostra total úmida (%). 35

36 I) Composição granulométrica de agregados 1. Norma específica: NBR NM 248:2001 Agregados Determinação da composição granulométrica 2. Escopo: Método para a determinação da composição granulométrica de agregados miúdos e graúdos para concreto. 3. Referências Normativas: NM-ISO : Peneiras de ensaio - Requisitos técnicos e verificação - Parte 1 Peneiras de ensaio com tela de tecido metálico NM-ISO : Peneiras de ensaio - Requisitos técnicos e verificação - Parte 2 Peneiras de ensaio de chapa metálica perfurada NM 26: Amostragem de agregados NM 27: Redução de amostra de campo de agregados para ensaio de laboratório NM 46: Agregados - Determinação do material fino que passa através da peneira 75 m por lavagem 4. Definições: Série normal e série intermediária: Conjunto de peneiras sucessivas, que atendam às normas NM-ISO ou 2, com as aberturas de malha estabelecidas na tabela 1. Tabela 6 Séries de peneiras normal e intermediária 36

37 Dimensão máxima característica: Grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado, correspondente à abertura nominal, em milímetros, da malha da peneira da série normal ou intermediária, na qual o agregado apresenta uma porcentagem retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% em massa. Módulo de finura: Soma das porcentagens retidas acumuladas em massa de um agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100. Curva granulométrica: Diagrama obtido pela união dos pontos obtidos pelas porcentagens retidas em cada peneira (abcissas = abertura das peneiras em escala logarítmica / ordenadas = porcentagens retidas acumuladas). 5. Fundamentação teórica: A distribuição granulométrica dos agregados é determinada usualmente por meio de uma análise por peneiramento. Nessa análise uma amostra seca de agregado é fracionada através de uma série de peneiras com aberturas de malha progressivamente menores, conforme ilustrado na Figura 7. Figura 7 Série de peneiras 37

38 Como a massa da fração de partículas retida em cada peneira é determinada e comparada com a massa total da amostra, a distribuição é expressa como porcentagem em massa retida OU passante em cada peneira. Granulometria: Distribuição, em porcentagens, dos tamanhos de grãos, determinando as dimensões das partículas e suas respectivas porcentagens de ocorrência. A composição granulométrica tem grande influência nas propriedades das argamassas e concretos. 6. Fundamentação teórica: Análises de curvas granulométricas: Figura 8 Classificação de agregados de acordo com as curvas granulométricas Classificação de areias quanto ao módulo de finura: - Muito finas: 1,35 < MF < 2,25 - Finas: 1,71 < MF < 2,78 - Médias: 2,11 < MF < 3,28 - Grossas: 2,71 < MF < 4,02 Classificação das britas quanto ao DMC: - Brita 0: 4,8mm < DMC < 12,5mm - Brita 1: 9,5mm < DMC < 25,0mm - Brita 2: 19,0mm < DMC < 32,0mm - Brita 3: 25,0mm < DMC < 50,0mm - Brita 4: 38,0mm < DMC < 75,0mm 38

39 - Pedra de mão: DMC > 75mm 7. Método de ensaio: Equipamentos: - Balança (com resolução de 0,1% da massa da amostra de ensaio. - Estufa capaz de manter a temperatura no intervalo de (105 ± 5) C. - Peneiras das séries normal e intermediária, com tampa e fundo, que atendam às exigências das normas NM-ISO ou 2. - Bandejas, escovas ou pinceis. - Agitador mecânico (optativo). Procedimentos: - Encaixar as peneiras, previamente limpas, com aberturas de malha em ordem crescente da base para o topo, com fundo, e acrescentar na peneira superior uma amostra do agregado, seco em estufa. Tabela 7 Massas mínimas para amostras de ensaio de granulometria Dimensão máxima nominal do agregado (mm) Massa mínima da amostra de ensaio (kg) < 4,75 0,3 9,5 1 12, , Agitar mecanicamente o conjunto, por um tempo razoável para permitir a separação dos diferentes tamanhos de grão da amostra. Se não for possível a agitação mecânica do conjunto, classificar manualmente toda a amostra em uma peneira para depois passar à seguinte, agitando cada uma por cerca de 2 minutos. - Remover o material retido na peneira para uma bandeja identificada e depositar o material passante na próxima peneira. Escovar a tela em ambos os lados para limpar a peneira. O material removido pelo lado interno é considerado como retido (juntar na bandeja) e o desprendido na parte inferior como passante (depositar na próxima peneira). 39

40 - Determinar a massa total de material retido em cada uma das peneiras e no fundo do conjunto. O somatório de todas as massas não deve diferir mais de 0,3% da massa inicial. - Realizar o ensaio novamente com outra amostra de ensaio retirada da mesma amostra de campo. 8. Cálculos: Para cada uma das amostras de ensaio, calcular a porcentagem retida, em massa, em cada peneira, com aproximação de 0,1%. As amostras devem apresentar necessariamente a mesma dimensão máxima característica e, nas demais peneiras, os valores de porcentagem retida individualmente não devem diferir mais que 4% entre si. Caso isto ocorra, repetir o peneiramento para outras amostras de ensaio até atender a esta exigência. Calcular as porcentagens médias, retida e acumulada, em cada peneira, com aproximação de 1%. Determinar o módulo de finura, com aproximação de 0,01 e traçar a curva granulométrica (em escala logarítmica) com as porcentagens acumuladas PASSANTES. Definir os limites nos quais a curva mais se encaixa, de acordo com as porcentagens acumuladas RETIDAS. 40

41 J) Inchamento do agregado miúdo 1. Norma específica: NBR 6467 Determinação do inchamento do agregado miúdo. 2. Escopo: Determinação do inchamento de agregados miúdos para concretos. 3. Referências Normativas: NBR 7251 Agregados em estado solto Determinação da massa unitária 4. Definições: Inchamento de agregado miúdo: Variação do volume aparente provocado pela adsorção de água livre pelos grãos e que incide sobre sua massa unitária. Coeficiente de Inchamento: quociente entre os volumes úmido e seco de uma mesma massa de agregado (conforme a granulometria, pode variar de 20 a 40%). Umidade crítica: Teor de umidade acima do qual o coeficiente de inchamento pode ser considerado constante e igual ao coeficiente de inchamento médio. Coeficiente de inchamento médio: Coeficiente utilizado para encontrar o volume da areia úmida a ser medido, quando a umidade do agregado estiver acima da umidade crítica (expresso pelo valor médio entre o coeficiente de inchamento máximo e aquele correspondente à umidade crítica). 5. Método de ensaio: Equipamentos: - Encerado de lona; - Balanças; - Recipiente padronizado (NBR 7251), régua, concha ou pá, proveta graduada; - Estufa e cápsulas com tampa; - Betoneira (opcional). Procedimentos: - Secar a amostra em estufa (com o dobro do volume do recipiente padronizado) até constância de massa, resfriá-la sobre a lona, homogeneizar e determinar sua massa unitária conforme NBR 7251; - Adicionar água sucessivamente para umidades de 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 7%, 9% e 12%. Para cada adição de água: - Homogeneizar a amostra; - Determinar sua massa unitária úmida ; - Coletar material em cápsulas para determinação da umidade em estufa. 41

42 6. Resultados Para cada massa unitária determinada, checar o teor de umidade do agregado. Para cada teor de umidade, calcular: CI = V h = μ h V s μ h 100 onde: CI = coeficiente de inchamento; h = umidade do agregado (%); μ = massa unitária do agregado seco (kg/dm3); μ h = massa unitária do agregado com h% de umidade (kg/dm3). Assinalar os pares de valores (h, CI) em gráfico, e traçar a curva de inchamento; Traçar a reta tangente, paralela ao eixo das umidades, pelo ponto de CI máximo; Traçar a corda que une a origem de coordenadas ao ponto de tangência da reta traçada anteriormente (CI máximo); Traçar nova tangente à curva, paralela a esta corda, e determinar: - A umidade crítica (umidade no ponto de interseção das duas tangentes); - O coeficiente de inchamento médio (média aritmética entre o CI máximo e aquele correspondente à umidade crítica). Observação: O coeficiente de inchamento médio é empregado para correção do volume do agregado miúdo. Seu emprego é adequado quando a umidade do agregado é superior ou igual à umidade crítica. Figura 8 Gráfico de inchamento de agregado miúdo 42

43 K) Materiais pulverulentos (finos) em agregados 1. Norma específica: NBR 7219 Agregados Determinação do teor de materiais pulverulentos. 2. Escopo: Método para a determinação do teor de materiais pulverulentos presentes em agregados destinados ao preparo do concreto. 3. Referências Normativas: NBR Peneiras para ensaio - Especificação NBR Amostragem de agregados - Procedimento NBR Redução de amostra de campo de agregados para ensaios de laboratório - Procedimento 4. Definições: Materiais pulverulentos: Partículas minerais com dimensão inferior a 0,075 mm, inclusive os materiais solúveis em água, presentes nos agregados. 5. Fundamentação teórica: Especificação (NBR 7211): Limites máximos para material pulverulento - Agregado miúdo em concreto sujeito a desgaste superficial: 3,0%; - Agregado miúdo em outros concretos: Máximo de 5,0%; - Agregado graúdo: Máximo de 10%. As partículas inferiores à (0,075mm) são constituídas de silte e argila. Em geral, a presença desses materiais é indesejável na constituição do concreto. Um agregado com alto teor de materiais pulverulentos diminui aderência do agregado à pasta ou argamassa, prejudicando de forma direta a resistência do concreto. 6. Método de ensaio: Equipamentos: - Balança com resolução de 0,1 g ou 0,1% da massa da amostra. - Peneiras de 0,075 mm e 1,18 mm. - Recipiente para agitação do material. - Estufa capaz de manter a temperatura no intervalo de 100 a 110 C. 43

44 - Dois béqueres de vidro transparente. - Haste para agitação. Procedimentos: - Secar a amostra em estufa (100 C a 110 C) até massa constante (aproximadamente 24 horas) e registrar a massa (Mi). A massa mínima para o ensaio é proporcional à dimensão máxima do agregado e deve estar de acordo com a tabela: Tabela 8 Massas mínimas para amostras de ensaio de materiais pulverulentos - Colocar a amostra no recipiente e adicionar água até cobri-la. Agitar a amostra vigorosamente até que o material pulverulento fique em suspensão. - Imediatamente, escoar a água de lavagem sobre as peneiras (1,2mm e 0,075mm, juntas), colocadas em ordem de diâmetro crescente, de baixo para cima. - Adicionar uma segunda quantidade de água ao recipiente, agitar e verter a água sobre as peneiras. Figura 9 Sequência do ensaio de materiais pulverulentos em agregados - Repetir a operação até que a água de lavagem fique clara, comparando-se visualmente a sua limpidez com uma água limpa, usando dois béqueres. - Retornar todo o material retido nas peneiras sobre a amostra lavada. - Secar o agregado lavado em estufa e determinar a massa restante (Mf). - Calcular o teor de material pulverulento do agregado. 44

45 7. Cálculos: O teor de materiais pulverulento é calculado pela relação: %mat. pulv. = (M i M f ) M i 100: onde: Mi = Massa inicial do agregado Mf = Massa final do agregado. 8. Resultados: O resultado do ensaio é a média de duas determinações. Informar os resultados de absorção de água com aproximação de 0,1%. A variação máxima permitida para duas determinações é de 0,5% para agregado graúdo e 1,0% para agregado miúdo. NOTA: A peneira 1,2 deve ser posicionada sobre a peneira 0,075 m, para protegê-la contra esforços provocados por excesso de material ou por partículas de grandes dimensões que eventualmente sejam carregadas pela água de lavagem. 45

46 L) Impurezas orgânicas em agregados 1. Norma específica: NBR NM 49:2001 Agregado miúdo Determinação de impurezas orgânicas. 2. Escopo: Método de determinação colorimétrica de impurezas orgânicas em agregado miúdo destinado ao preparo do concreto. OBS.: Este método não determina substâncias orgânicas como óleos, graxas e parafinas. 3. Referências Normativas: NM 26: Agregados Amostragem NM 27: Agregados - Redução da amostra de campo para ensaios de laboratório 4. Definições: Impurezas orgânicas: Materiais indesejáveis que estão presentes nas areias e que, devido a sua origem orgânica, exercem ação prejudicial sobre a pega e o endurecimento das argamassas e concretos. 5. Fundamentação teórica: Especificação (NBR 7211): Limite para uso em concretos: 300ppm 6. Método de ensaio: Equipamentos: - Balança; - Provetas (10 e 100 ml) e béquer (1 litro); - Frasco Erlenmeyer (250ml); - Funil, papel filtro; -Tubos Nessler (100 ml). Reagentes e Soluções: - Água destilada; - Hidróxido de sódio; - Ácido tânico; - Álcool 95%. 46

47 Preparo das soluções: - Solução de hidróxido de sódio a 3% (30g hidróxido de sódio + 970g de água); - Solução de ácido tânico a 2% (2g de ácido tânico + 10ml de álcool + 90ml de água); - Solução padrão - 3 ml da solução de ácido tânico com 97 ml da solução de hidróxido de sódio em repouso durante 24 horas; Procedimentos: - Colocar a amostra (200 gramas do agregado miúdo) juntamente com 100 ml da solução de hidróxido de sódio num frasco de Erlenmeyer; - Agitar e deixar em repouso durante 24 horas; - Filtrar a solução, recolhendo-a em tubo Nessler. 7. Resultado: ` Comparar a cor da solução obtida com a da solução padrão, observando se é mais clara, mais escura ou igual a da solução padrão. Obs.: No caso da solução resultante da amostra apresentar cor mais escura que a da solução padrão, a areia é considerada suspeita e deverão ser procedidos outros ensaios de qualidade, conforme NBR

48 CAPÍTULO III AGLOMERANTES 48

49 3. AGLOMERANTES 3.1. Definições: PASTA: Aglomerante + Água ARGAMASSA: Aglomerante + Água + Agregado miúdo CONCRETO: Aglomerante + Água + Agregado miúdo + Agregado graúdo (+ aditivos químicos e/ou adições minerais) AGLOMERANTE: Material ligante que tem por objetivo promover a união entre os grãos dos agregados Características dos Aglomerantes: Componente cuja principal característica é endurecer, após algum tempo de sua mistura com a água, aglutinando as partículas com coesão e capacidade de ser moldado (trabalhável). Apresentam-se sob a forma pulverulenta e, quando misturados à água, formam uma pasta capaz de endurecer por simples secagem ou como conseqüência de reações químicas, aderindo às superfícies com as quais foram postos em contato Classificação: Quimicamente ativos: Aéreos: A secagem ocorre através do ar. Após o endurecimento, NÃO resistem satisfatoriamente quando submetidos à ação da água. (Ex.: gesso, cal aérea). Hidráulicos: O endurecimento ocorre por reações com a água. Resistem satisfatoriamente à água após endurecimento. (Ex.: cimento Portland, cal hidráulica). Quimicamente inertes: Argila Betume 3.4. Requisitos Importantes: Resistência mecânica: Capacidade de resistir a esforços de compressão, tração, cisalhamento. Importante também conhecer o comportamento deste ganho de resistência. Durabilidade: Capacidade de manter as suas propriedades durante o uso. A degradação pode ser oriunda de agentes externos (águas ácidas, sulfatadas) ou internos (compostos do próprio aglomerante ou presentes na mistura na qual o mesmo está contido). Solubilidade: 49

50 Capacidade de dissolução em íons (ânions e cátions), efetuada em meio aquoso, influenciada pelo tamanho das partículas, reatividade, temperatura etc. Reatividade: Facilidade do material de interagir quimicamente, tendo influência significativa na cinética das reações. Área específica: Corresponde à superfície efetiva de contato do sólido com o meio externo, sendo relacionada com a finura. A área específica de um material é proporcional à sua reatividade O CIMENTO Aglomerante hidráulico largamente utilizado para a composição de peças estruturais em concreto e revestimento devido à sua excelente capacidade resistente. Material existente na forma de um pó fino, com dimensões médias da ordem dos 50 µm, que resulta da mistura de clínquer com outros materiais, tais como o gesso, pozolanas, ou escórias siliciosas, em quantidades que dependem do tipo de aplicação e das características procuradas para o cimento História: Origem da palavra: Do Latim: CAEMENTU ( Pedra natural proveniente de rochedos ). 1756: o inglês John Smeaton consegue obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de calcários moles e argilosos. 1818: o francês Vicat obtem resultados semelhantes aos de Smeaton. É considerado o inventor do cimento artificial. 1824: o inglês Joseph Aspdin queima conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebe que obtém uma mistura que, após secar, tornase tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. 1888: Antônio Proost Rodovalho empenha-se em instalar uma fábrica em sua fazenda em Santo Antônio, SP; 1892: uma pequena instalação produtora na ilha de Tiriri, PB; 1924: implantação da Companhia Brasileira de Cimento Portland em Perus, SP. O consumo de cimento no país dependia exclusivamente do produto importado. A produção nacional foi gradativamente elevada com a implantação de novas fábricas e a participação de produtos importados oscilou durante as décadas seguintes, até praticamente desaparecer nos dias de hoje Composição Matérias primas: Calcário + Argila. 50

51 OBS.: Minério de ferro Adicionado no forno de produção de cimento para diminuir o ponto de fusão das matérias primas do cínquer. Calcários: São constituídos basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), mas podem conter várias impurezas, como magnésio, silício, alumínio ou ferro; É uma rocha sedimentar, sendo a terceira rocha mais abundante na crosta terrestre. Somente o xisto e o arenito são mais encontrados. O elemento cálcio, que abrange 40% de todo o calcário, é o quinto mais abundante na crosta terrestre, atrás apenas do oxigênio, silício, alumínio e o ferro. OBS.: O carbonato de cálcio é conhecido desde épocas muito remotas, sob a forma de minerais tais como a greda, o calcário e o mármore. Argila: Silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais, além de potássio, magnésio, sódio, cálcio, titânio e outros; A argila fornece ao cimento os componentes necessários: Al2O3, Fe2O3 e SiO2. Gesso: É o produto de adição final no processo de fabricação do cimento, com o fim de regular o tempo de pega por ocasião das reações de hidratação. O teor de gesso varia em torno de 3% no cimento Fabricação do cimento Extração da matéria-prima das minas; Britagem e mistura nas proporções corretas: 75-80% de calcário e 20-25% de argila. Moagem de matéria-prima; Cozimento em forno rotativo a cerca de 1450o C: A mistura cozida sofre uma série de reações químicas complexas deixando o forno com a denominação de clínquer. Clinquerização. Redução do clínquer a pó em um moinho juntamente com 3-4% de gesso. Adições finais (pozolanas, escórias, ). 51

52 OBS.: DOIS MÉTODOS DISTINTOS DE FABRICAÇÃO Processo seco: A mistura é moída totalmente seca e alimenta o forno em forma de pó. Tem a vantagem determinante de economizar combustível já que não tem água para evaporar no forno. 52

53 Processo úmido: A mistura é moída com a adição de aproximadamente 40% de água. É caracterizado pela simplicidade da instalação e da operação dos moinhos e fornos. * Para os dois métodos, o produto final é o mesmo clínquer, e o cimento que é fabricado é idêntico nos dois casos. Preparação da mistura crua: O calcário e a argila são misturados e moídos até que a mistura crua tenha: - 3% de sua massa retida na peneira ABNT #0,150mm - 13% de sua massa retida na peneira ABNT #0,088mm. O processo de moagem se dá num moinho de bolas ou de rolos, por impacto e por atrito. O material entra no moinho encontrando em contra-corrente ar quente (~220 C), o que propicia a secagem do material. - O material entra com umidade em torno de 5% e sai com umidade em torno de 0,9% a uma temperatura de final de 80ºC. Depois de moído, o material é estocado em silos, onde pode ser feita a homogeneização do mesmo. 53

54 Processo de clinquerização: Os combustíveis mais utilizados para elevar a temperatura de clinquerização (~1400 C) são: óleo pesado, coque de petróleo, carvão mineral ou vegetal. O material cru é lançado em uma torre de ciclones, onde ocorre a separação dos gases do material sólido. Os gases são lançados na atmosfera, após passarem por um filtro eletrostático onde as partículas são precipitadas e voltam ao processo. Após passagem pelos ciclones, o material entra no forno rotativo, onde ocorrem as reações de clinquerização. Após a clinquerização, o clínquer formado é bruscamente resfriado com ar frio em contra corrente e é estocado em silos para a produção do cimento Composição química do Cimento Portland: Compostos químicos presentes no clínquer de cimento Portland: CaO (C) - 67%; SiO2 (S) - 22%; Al2O3 (A) - 5%; Fe2O3 (F) - 3%; outros óxidos - 3%; 54

55 OBS.: Na área de Materiais de Construção, utiliza-se nomenclatura simplificada para representar os compostos químicos (ex.: H = H20, C = CaO, F = Fe2O3, S = SiO2,...) Os compostos químicos citados acima estão presentes no Cimento Portland ANIDRO combinados nas seguintes moléculas: Silicato tricálcico - Alita (C3S): 50 70% Silicato dicálcico - Belita (C2S): 15 30% Aluminato tricálcico (C3A): 5-10% Ferroaluminato tetracálcico (C4AF): 5-15% Outros compostos em menor quantidade (Na2O, MnO e K2O, magnésio, enxofre, fósforo...) Alita (C3S): principal mineral que contribui para a resistência mecânica da pasta de cimento endurecida. Belita (C2S): reage mais lentamente com a água, porém, após períodos maiores (aproximadamente um ano), atinge a mesma resistência mecânica que a alita. C3A: reage muito rapidamente com a água, liberando muito calor, mas sem apresentar grande resistência mecânica. O gesso reage com o C3A em um primeiro momento, gerando produtos insolúveis em água (etringitas) e impedindo que a pega se inicie muito rapidamente. C4AF: apresenta taxas inicialmente altas de reatividade com a água e, em idades mais avançadas, taxas baixas ou muito baixas contribui pouco para a resistência mecânica Reações de hidratação do cimento: Aluminatos de cálcio (C3A, C4AF) C3A: - Primeiro composto a reagir. - Responsável pela pega do cimento (consistência gelatinosa). - Não apresenta grande resistência em idades avançadas. - Devido à adição do gesso (sulfato de cálcio) ao cimento, para regulação da pega, o aluminato tricálcico é analisado já combinado com este componente. C4AF: - Sua hidratação se inicia logo após a do C3A, mas também não apresenta grande importância em termos de resistência mecânica final. - É importante para proteger o concreto da ação de sulfatos e, portanto, os cimentos resistentes a sulfatos apresentam maior quantidade deste composto. Silicatos de cálcio (C3S, C2S): 2 C3S + 6 H2O C-S-H + 3 Ca(OH)2 2 C2S + 4 H2O C-S-H + Ca(OH)2 (muito mais tarde) Silicato de cálcio hidratado: C-S-H (3 CaO. 2 SiO2. 3 H2O) 55

56 - Principal componente formado: - Gel de Tobermorita - Principal responsável pela resistência mecânica da pasta de cimento endurecida. Hidróxido de cálcio (portlandita) - Aumento do ph da pasta (menor acidez) Microscopia: Os silicatos de cálcio anidros dão origem a silicatos monocálcicos hidratados e ao hidróxido de cálcio, que cristaliza em escamas exagonais, dando origem à portlandita; O silicato de cálcio hidratado apresenta-se com semelhança ao mineral denominado tobermorita e, como se parece com um gel, é denominado gel de tobermorita; A composição do silicato hidratado depende da concentração de cal na solução em que ele está em contato Pega e endurecimento Pega: Período de fenômenos químicos, em que ocorrem desprendimentos de calor e reações; 56

57 Endurecimento: Período de fenômenos físicos de secagem e entrelaçamento dos cristais; Início de pega: Tempo que decorre desde a adição de água até o início das reações com os compostos de cimento; Fim de pega: Situação em que a pasta não sofre mais nenhuma deformação em função de pequenas cargas e se torna um bloco rígido; Armazenamento do cimento Granel Silos hermeticamente fechados Tempo máximo: 180 dias Sacos Galpões fechados Estrados de madeira a 30cm do solo e a 30cm das paredes Empilhamento máximo: 15 sacos Distância entre pilhas: 60cm Tempo máximo: 30 dias (canteiro) Nomenclatura Cimentos normatizados: Cimento Portland Comum (CP-I): NBR 5732 Cimento Portland Composto (CP-II): NBR CP-II F, CP-II Z, CP-II E Cimento Portland de Alto-Forno (CP-III): NBR

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