QUESTÃO 34 (ENADE 2008)

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1 QUESTÃO 34 (ENADE 2008) As propriedades dos materiais compósitos complexos, como o concreto, não precisam ser iguais à soma das propriedades de seus componentes. O gráfico a seguir apresenta as curvas tensão x deformação da pasta de cimento, do agregado e do concreto endurecido. Qual das curvas corresponde à do concreto? Por quê? (A) C1 - o concreto apresenta módulo de elasticidade superior aos módulos de elasticidade dos seus elementos constituintes. (B) C2 - ao atingir aproximadamente 50% da tensão última, a fissuração da matriz argamassa se propaga, provocando uma diminuição mais acentuada no módulo de elasticidade tangencial. (C) C2 - o módulo de elasticidade secante é superior aos módulos de elasticidade dos seus elementos constituintes. (D) C3 - o concreto apresenta módulo de elasticidade inferior aos módulos de elasticidade dos seus elementos constituintes. (E) C3 - as microfissuras na zona de transição entre a matriz argamassa e o agregado graúdo induzem a um aumento na relação deformação/tensão. 1. Introdução teórica Comportamento Elástico - Não-linearidade da relação tensãodeformação. O concreto apresenta deformações elásticas e inelásticas. As deformações no concreto, que comumente levam à fissuração, ocorrem como resultado da reação do material à carga externa e ao ambiente. Quando é exposto à temperatura ambiente e à umidade, o concreto recém-endurecido (seja carregado ou sem carga) normalmente sofre contração térmica (deformação de retração associada ao resfriamento) e retração por secagem (deformação por retração associada à perda de umidade). O módulo de elasticidade do concreto também depende das características dos materiais constituintes do concreto e das dosagens. Esperam-se fissuras no material quando uma combinação do módulo de elasticidade e da deformação por retração induz um nível de tensão que excede sua resistência à tração. Para compreender o motivo por que um elemento de concreto pode não apresentar fissura alguma, ou fissurar, mas não logo após a exposição ao ambiente, é preciso considerar como o concreto responderia à tensão constante. O fenômeno do aumento gradual da deformação ao longo do tempo sob um dado nível de tensão constante é chamado de fluência. O fenômeno da diminuição gradual da

2 tensão ao longo do tempo sob um dado nível de deformação constante é chamado de relaxação da tensão. As característica elástica de um material são uma medida de sua rigidez. Apesar do comportamento não-linear do concreto, é necessário estimar o módulo de elasticidade para se determinarem as tensões induzidas pelas deformações associadas aos efeitos ambientais. Sob condições de exposição atmosféricas normais devido as diferenças em seus módulos de elasticidade, deformações diferenciais se estabelecem entre a matriz e o agregado graúdo, causando fissuras na zona de transição na interface. Abaixo de 30% da carga última, as fissuras da zona de transição na interface permanecem estáveis; assim a curva σ-ε permanece linear. Acima de 30% da carga última, com tensão crescente, as microfissuras da zona de transição na interface começam a aumentar em comprimento, abertura e quantidade. Assim, dessa forma, a relação σ/ε aumenta e a curva começa a se desviar sensivelmente de uma linha reta. No entanto, até cerca de 50% da tensão última, um sistema estável de microfissuras parece existir na zona de transição na interface. Neste estágio, a fissuração da matriz é insignificante. De 50% a 60% da carga última, novas fissuras começam a se formar na matriz. O sistema de fissuração na zona de transição na interface se torna instável e também aumenta a proliferação e a propagação das fissuras na matriz com o aumento do nível de tensão quando atinge cerca de 75% da tensão última, fazendo com que a curva se incline consideravelmente para a horizontal. Entre 75% e 80% da carga última, a taxa de liberação de energia de deformação parece alcançar o nível crítico necessário para o crescimento espontâneo das fissuras sob tensão constante e o material se deforma até se romper. Fatores que afetam o módulo de elasticidade. Em materiais homogêneos, existe uma relação direta entre densidade e módulo de elasticidade. Em materiais heterogêneos e multifásicos como o concreto, a fração volumétrica, a densidade e o módulo dos principais componentes, além das características da zona de transição na interface, determinam o comportamento elástico do compósito. Uma vez que a densidade é inversamente proporcional à porosidade, naturalmente os fatores que afetam a porosidade do agregado, da matriz da pasta de cimento e da zona de transição na interface são importantes. No concreto, a relação direta entre resistência e módulo de elasticidade advém do fato de que ambos são afetados pela porosidade das fases constituintes, porém não no mesmo grau. 2. Análise das alternativas A Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - A C1 representa o comportamento do agregado. Agregados densos têm um alto módulo de elasticidade. Em geral, quanto maior a quantidade de agregados graúdos com alto módulo de elasticidade em uma mistura de concreto, maior será o módulo de elasticidade do concreto. Dessa forma, o concreto não possui módulo de elasticidade superior aos de seus componentes. B Alternativa correta. JUSTIFICATIVA - O módulo tangente é dado pela declividade de uma linha traçada de forma tangente à curva de tensão-deformação em qualquer ponto da curva. Dessa forma, a curva C2 representa o comportamento não-linear do concreto. Acima de 30% da carga última, com tensão crescente, as microfissuras da zona de transição na interface começam a aumentar em comprimento, abertura e quantidade. A partir de 50% com o aumento no nível de tensão, novas fissuras voltam a se formar na matriz acentuando a inclinação da curva σ-ε. C Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - O módulo secante é dado pela declividade de uma linha traçada da origem até um ponto da curva, que corresponde a 40% da carga de ruptura. Neste sentido, ao se observar a curva C2

3 (que representa o comportamento do concreto) se verifica que, ao contrário dos seus constituintes (agregados e pasta de cimento), o concreto não é um material elástico. D Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - A curva C3 representa o comportamento da pasta de cimento. Pastas de cimento hidratadas podem apresentar valores de módulo de elasticidade entre 7 e 28 GPa. Deve-se observar que esses valores são semelhantes aos módulos de elasticidade de agregados leves. E Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - A curva C3 representa o comportamento da pasta de cimento, em que a curva tensão-deformação é descrita como linear e não elástico. No caso do concreto o comportamento é não linear e não elástico, existindo um deformação permanente após a remoção da carga. 3. Indicações bibliográficas NEVILLE, M.; BROOKS, J.J. Tecnologia do concreto, Tradução: R. A. Cremonini, Editora Bookman, 2ª edição. São Paulo, MEHTA, P.; MONTEIRO, P. Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais, Editora IBRACON, São Paulo, 2008.

4 QUESTÃO 34 (ENADE 2005) Qual das situações abaixo mostra a influência dos agregados na qualidade dos concretos? (A) A forma dos grãos do agregado graúdo (cubóide, alongada ou lamelar) tem pouca influência na trabalhabilidade do concreto, não afetando, conseqüentemente, o bombeamento, o lançamento e nem o adensamento; entretanto, exerce grande influência na retração do concreto. (B) Fragmentos macios e friáveis, presentes no agregado, são benéficos ao concreto, pois, alterando a distribuição granulométrica e introduzindo material de alta absorção de água, melhoram a trabalhabilidade e a resistência do concreto. (C) Os agregados produzidos de rochas sãs, como o granito, o gnaisse e o basalto, têm resistência à compressão inferior à da argamassa de concreto de composição usual (fck até 30 MPa) e devem, portanto, ter sua resistência previamente verificada, uma vez que podem provocar o rompimento do concreto por fratura dos grãos. (D) Concretos utilizados em pistas de aeroportos, em vertedouros de barragens e em pistas rodoviárias devem ser confeccionados com agregados de baixa resistência à abrasão. (E) A distribuição granulométrica dos agregados influencia na trabalhabilidade do concreto fresco. Agregados muito finos, por exemplo, necessitam de mais água de amassamento para atingir a trabalhabilidade desejada e, a fim de manter o fator água-cimento, exigem o acréscimo de cimento, encarecendo o custo final do produto. 1. Introdução teórica Agregados para concreto. O concreto geralmente é produzido com agregados de dimensões máximas que variam entre 10 mm a 50 mm, sendo 20 mm um valor típico. Além das condições granulométricas, as características dos agregados, em especial a forma e a textura superficial da partícula, são importantes para as propriedades do concreto fresco e endurecido. O arrendondamento avalia a agudeza relativa ou angulosidade das arestas de uma partícula. O grau de empacotamento das partículas de um mesmo tamanho depende de sua forma, a angulosidade do agregado pode ser estimada pela proporção de vazios entre as partículas. Outro aspecto da forma dos agregados graúdos é sua esfericidade, definida com uma função da relação entre a área superficial da partícula e seu volume (superfície específica). Partículas com elevada relação entre a área superficial e volume são de especial interesse, já que diminuem a trabalhabilidade das misturas. Partículas alongadas e lamelares têm essa característica, sendo que as últimas podem influenciar negativamente na durabilidade do concreto, pois têm a tendência de se acomodar segundo um plano orientado, com formação de vazios acúmulo de água abaixo dele. A classificação segundo a textura superficial é baseada no grau de polimento da superfície das partículas, sendo polidas ou opacas, lisas ou ásperas. A forma e a textura superficial dos agregados, especialmente dos agregados miúdos, exercem grande influencia na demanda de água da mistura. Em termos práticos, mais água será necessária quanto maior for o teor de vazios de agregados no estado solto. Geralmente, a lamelaridade e a forma do agregado graúdo têm um importante efeito sobre a trabalhabilidade do concreto, sendo esta decrescente com o aumento do índice de angulosidade. Deve-se destacar que a resistência necessária do agregado é consideravelmente maior que os valores normais da resistência do concreto em função de as tensões reais nos pontos de contato das partículas individuais poderem superar em muito a tensão de compressão nominal aplicada. Por outro lado, agregados de resistência e módulo de elasticidade moderados ou baixos podem ser úteis para preservar a integridade do concreto, pois as mudanças de volume resultantes de causas térmicas ou

5 variações de umidade resultam em menor tensão na pasta de cimento quando o agregado é compressível, enquanto um agregado rígido pode levar à fissuração da pasta de cimento envolvente. 2. Análise das alternativas A Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - A forma dos grãos do agregado graúdo (cubóide, alongada ou lamelar) influencia consideravelmente a trabalhabilidade do concreto. Comparadas às partículas lisas e arrendondadas, as partículas de textura áspera, angulosas e alongadas necessitam de mais pasta de cimento para produzir misturas de concreto trabalháveis e, portanto, o custo aumenta. B Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - Agregados de resistência e módulo de elasticidade moderados ou baixos podem ser úteis para preservar a integridade do concreto, pois as mudanças de volume resultantes de causas térmicas ou variações de umidade resultam em menor tensão na pasta de cimento quando o agregado é compressível, enquanto um agregado rígido pode levar à fissuração da pasta de cimento envolvente. Fragmentos macios e friáveis, presentes no agregado, são esmagados antes da aplicação do carregamento total, o que faz com esses materiais sejam compactados. Por essa razão, se estipula o valor máximo de 10% finos presentes na massa de concretos. C Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - Os valores típicos de resistência à compressão e módulo de elasticidade dinâmico para a maioria dos agregados de granito, basalto, rochas plutônicas (tipo trap rock), fint, arenito quartizitico e calcários densos variam de 210 a 310 MPa e 70 a 90 GPa, respectivamente. Ensaios com amostras de rocha demonstram que o módulo de elasticidade de agregados naturais de baixa porosidade, como granito, rochas vulcânicas, basalto encontram-se na faixa de 70 a 140 GPa, ao passo que, em arenitos, calcários e cascalhos de variedade porosa pode ser de 21 a 49 GPa. Agregados leves são altamente porosos. Portanto, a resistência dos agregados é muito superior à resistência da argamassa de concreto. D Alternativa incorreta. JUSTIFICATIVA - A resistência ao desgaste ou a dureza é uma importante propriedade de concretos utilizados em rodovias e em pisos sujeitos a tráfego pesado. A resistência à abrasão dos agregados é uma propriedade muito influenciada pela porosidade. Agregados de origem natural comumente utilizados para a produção de concreto de densidade normal geralmente, são densos e resistentes; portanto, raramente são fator limitante da resistência e das propriedades elásticas do concreto. E Alternativa correta. JUSTIFICATIVA - Há vários motivos para especificar os limites granulométricos e a dimensão máxima do agregado. O mais importante é sua influência sobre a trabalhabilidade e o custo. Por exemplo, areias muito grossas produzem misturas de concreto ásperas e não trabalháveis, e areias muito finas aumentam a demanda de água (e também o consumo de cimento para uma dada relação água/cimento), não sendo econômicas. 3. Indicações bibliográficas NEVILLE, M.; BROOKS, J.J. Tecnologia do concreto, Tradução: R. A. Cremonini, Editora Bookman, 2ª edição. São Paulo, MEHTA, P.; MONTEIRO, P. Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais, Editora IBRACON, São Paulo, 2008.