AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO DE PÓS REATIVOS PRODUZIDO COM AREIA PROVENIENTE DA REGIÃO DE VIÇOSA- MG

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1 AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CONCRETO DE PÓS REATIVOS PRODUZIDO COM AREIA PROVENIENTE DA REGIÃO DE VIÇOSA- MG J. V. B. Lemes, F. G. D. Machado, L. G. Pedroti, G. E. S. Lima, W. E. H. Fernandes, A. C. Gusmão, B. C. Mendes Laboratório de Materiais de Construção, Universidade Federal de Viçosa, , Viçosa, MG, RESUMO O Concreto de Pós Reativos (CPR) é um material pouco conhecido no Brasil, e as pesquisas relacionadas ao desenvolvimento deste concreto se resumem a poucos estudos. Desta forma, torna-se necessária a análise de novos materiais para compor esse concreto, podendo assim difundir o uso desse concreto. O presente trabalho tem como objetivo estudar o desenvolvimento do CPR utilizando uma areia proveniente da região de Viçosa-MG, verificando as resistências à compressão, à tração na flexão, ao cisalhamento e o modulo de elasticidade do CPR. Palavras-chave: CPR, Concreto de Pós Reativos, Concreto de Ultra-Alto Desempenho INTRODUÇÃO O concreto é o material mais utilizado na construção civil, principalmente em conjunto com o aço, formando o concreto armado, sendo uma opção muito utilizada por projetistas, construtores e operários da construção civil (TUTIKIAN, ISAIA & HELENE, 2011 [6] ). O Concreto Convencional (CC) é composto basicamente de cimento, agregado graúdo, agregado miúdo e água. Com o passar do tempo, para atender a determinadas exigências, foi preciso aprimorar o CC, incorporando outros elementos à mistura, como minerais, aditivos, fibras e técnicas de execução diferentes. 1584

2 Assim foi desenvolvido o Concreto de Alto Desempenho (CAD), um material que apresenta propriedades superiores ao CC, como maior resistência mecânica, melhor trabalhabilidade, estética, integridade e, principalmente, maior durabilidade. Como alternativa ao CAD, após pesquisas realizadas no Canadá e na França a partir de 1990, foi desenvolvido o concreto de pós reativos (CPR) (BINA, 1999 [4] ), caracterizado pela alta resistência à compressão (superior a 200 MPa) e baixa permeabilidade, que é obtida pela optimização do empacotamento de partículas e por conter pouca água (KOSMATKA, KERKHOFF & PANARESE, 2003 [5] ). O CPR é composto basicamente de materiais finos, com partículas de tamanho inferior a 2 mm, como areia de quartzo, cimento Portland, pó de quartzo, sílica ativa, aditivo superplastificante e uma relação água/cimento muito baixa. Segundo Aïtin (2004) [3], a elevada resistência a compressão do CPR pode ser explorada utilizando técnicas de protensão, projetando peças submetidas apenas a esforços de compressão, de forma a eliminar a utilização de armaduras de aço destinadas a resistir aos esforços de tração. MATERIAIS E MÉTODOS Os materiais utilizados foram o cimento Portland CPV ARI Fácil da Holcim, a areia quartzosa e pó de quartzo da mineração Jundu, a sílica ativa da Elkem e o aditivo superplastificante Glenium 51 da Basf. O traço de referência para a produção do CPR foi desenvolvido por Vanderlei (2004) [7] em sua tese de doutorado, porém, foi necessário o ajuste da relação água/cimento, uma vez que a relação de 0,18 não apresentou trabalhabilidade e adensamento adequados. Foram testadas diferentes relações a/c, sendo 0,23 a menor relação que apresentou boa trabalhabilidade e adensamento. Além disso, para melhorar a trabalhabilidade do CPR, aumentou-se o teor de aditivo superplastificante de 3% para 4%. Nas Tabelas 1 e 2 são mostradas, respectivamente, o traço adotado e o consumo de materiais utilizado no traço padrão deste trabalho. Tabela 1: Traço padrão (em massa) Cimento Areia Pó de quartzo Sílica ativa Superplastificante Água 1 1,101 0,235 0,246 0,04 0,

3 Tabela 2: Consumo de materiais (kg/m³) Cimento Areia Pó de quartzo Sílica ativa Superplastificante Água 853,21 939,12 200,12 209,89 34,13 197,29 Para ter um efeito comparativo entre a areia de referência e areia da região de Viçosa-MG, pegou-se uma areia extraída do Rio Piranga que foi fragmentada e depois recomposta com a mesma granulometria da areia de Descalvado-SP fornecido pela Mineração Jundu. Antes de iniciar a fragmentação da areia regional fez-se a granulometria da areia de Descalvado-SP. Separou-se a areia proveniente do Rio Piranga nas frações granulométricas da série normal de peneiras, adotando no processo de peneiramento o mesmo rigor do ensaio de granulometria. De posse da composição granulométrica da areia de referência e das frações da areia do Rio Piranga montou-se uma areia granulometricamente similar à areia de Descalvado-SP. Esta foi misturada previamente em uma bandeja e, em seguida, em um saco plástico. Após ser misturada a areia composta foi caracterizada fisicamente. Como o teor de material pulverulento da areia composta era muito alto, ela foi lavada na peneira n 200. Nessa pesquisa, foram compostas duas séries de CPR, em uma série foi utilizada a areia de Descalvado-SP, e na outra foi utilizada a areia do Rio Piranga, extraída em São José do Goiabal. Para cada série, produziu-se 12 corpos de prova cilíndricos (50x100mm), realizando ensaios de compressão axial e módulo de elasticidade nas idades de 1, 3, 7 e 28 dias, sendo utilizados 3 corpos de prova em cada idade. Além disso, foram moldados 3 CP`s prismáticos em cada série, que foram submetidos a um ensaio de tração à flexão e compressão aos 28 dias. Para determinar a resistência ao cisalhamento do CPR, foi adaptado o ensaio de cisalhamento da madeira especificado pela norma ABNT NBR 7190:1997 Projeto de estruturas de madeira [2], sendo moldados corpos de prova com as mesmas dimensões de um corpo de prova de madeira, sendo moldado 3 corpos de prova para cada série, que foram ensaiados aos 28 dias. A produção do CPR consistiu em misturar todos os materiais sólidos (cimento, areia, pó de quartzo e sílica ativa) em um saco plástico até se obter um material homogêneo. Após essa etapa, o material era despejado na cuba da 1586

4 argamassadeira. O aditivo superplastificante era misturado com a água gelada e adicionado a cuba. A argamassadeira era ligada na velocidade baixa por um minuto, velocidade depois a velocidade era aumentada e permanecia assim por 15 minutos. Os corpos de prova foram moldados de acordo com a norma ABNT NBR 5738 Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpo de prova [1]. A Figura 1 mostra os corpos de prova de um dos traços realizados. Figura 1: Corpos de prova cilíndricos e prismáticos. Os corpos de prova do ensaio de cisalhamento seguiram o mesmo padrão de adensamento dos corpos de prova cilíndricos. A Figura 2 mostra a fôrma utilizada e os corpos de prova moldados. Figura 2: Fôrma e corpos de prova para o ensaio de cisalhamento. Após a moldagem, os corpos de prova foram levados para a câmara úmida, onde permaneceram por 24 h. Terminada a cura inicial, eles foram desmoldados, devidamente nomeados e levados para um tanque com solução saturada de hidróxido de cálcio onde permaneceram submersos até a data dos ensaios. 1587

5 Para avaliar os resultados obtidos nos ensaios foram realizados testes de Intervalo de Confiança, Análise de Variância e Teste de Tukey. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados da caracterização das areias estão presentes na Tabela 3. Tabela 3: Caracterização das areias. Areia Descalvado Areia composta Areia composta lavada Massa específica (g/cm³) 2,65 2,62 2,64 Massa unitária (g/cm³) 1,5 1,26 1,27 Absorção (%) 0,13 1,32 0,88 Teor de Umidade (%) 0,01 0,00 0,00 Material Pulverulento (%) - 5,90 2,05 Com o processo de lavagem, a areia composta teve o teor de material pulverulento reduzido em 60% e a absorção reduziu em 33%. Vê-se que os valores das massas específicas das areias são muito próximos, porém a areia de Descalvado-SP possui massa unitária 18% maior que a areia composta lavada. Isso é um indicativo de que os grãos da areia composta não estão tão bem agrupados como os da areia de referência. A Figura 3 mostra a composição granulometria das areias utilizadas. 1588

6 Figura 3: Granulometria das areias. Vê-se que o processo de fragmentação e recomposição da areia foi eficiente, pois as curvas granulométricas ficaram similares. Os resultados do ensaio de compressão axial dos corpos de prova cilíndricos da série de referência e da série com areia composta encontram-se na Figura

7 Figura 4: Comparativo da evolução da resistência entre a série de referência e a séries com areia composta. Há uma diferença notável da resistência à compressão entre a série de referência e a série com a areia composta, sendo que a resistência à compressão da série com areia composta praticamente não obteve ganho após os 7 dias de idade, sugerindo que as reações pozolânicas ocorreram de forma muito reduzida a partir dessa idade. O teste Tukey mostra que os valores obtidos apresentam uma diferença significativa, o que indica que a utilização da areia da região de Viçosa-MG na produção do CPR reduz a resistência a compressão do material. A evolução do módulo de elasticidade com a idade é mostrada na Figura

8 Figura 5: Comparativo da evolução do módulo de elasticidade entre a série de referência e a série com areia composta. As duas séries apresentam valores próximos de módulo de elasticidade, não existindo diferença significativa conforme resultado da Análise de Variância. Cerca de 80% do incremento do módulo de elasticidade é obtido nas primeiras 24 horas de idade em ambos as séries. A Figura 6 apresenta o gráfico da resistência ao cisalhamento, com o desvio padrão, para as duas areias avaliadas. Figura 6: Comparativo da resistência ao cisalhamento entre a série de referência e a série com areia composta. 1591

9 A areia composta apresentou valores superiores aos da série de referência, isso indica que a substituição da areia influenciou de forma positiva na resistência ao cisalhamento. Porém, segundo o Teste Tukey, os valores obtidos não apresentam diferença significativa. A série com a areia composta não apresentou nenhum ganho de resistência à tração na flexão e compressão em relação ao traço padrão, como mostrado nas Figuras 7 e 8. Figura 7: Comparativo da resistência à tração na flexão entre a série de referência e a série com areia composta. 1592

10 Figura 8: Comparativo da resistência à compressão de corpos de prova prismáticos entre a série de referência e a série com areia composta. A análise estatística indicou, em ambos os casos, que os resultados obtidos apresentaram diferença significativa, mostrando que a substituição da areia afeta de forma negativa na resistência à tração na flexão e na resistência à compressão. CONCLUSÕES É possível a produção do CPR substituindo a areia quartzosa por uma areia com a mesma granulometria, porém, a utilização da areia da região de Viçosa-MG deixou a mistura menos trabalhável. O CPR apresentou resistência na faixa dos CADs, isso pode ter ocorrido pelo fato de não ter sido utilizada cura térmica. A substituição da areia de referência pela areia composta apresentou uma redução significativa da resistência à tração na flexão (de 20,8 MPa para 15,1 MPa) e também em relação a resistência à compressão, tanto nos corpos de prova cilíndricos (de 151,4 para 90,6 MPa), quanto nos prismáticos (de 116,3 para 99,0 MPa). Referente à resistência ao cisalhamento, houve um ganho de resistência nos traços com a areia composta, apresentando um valor médio de 17,8 MPa, enquanto o traço com a areia de Descalvado-SP apresentou uma resistência média de 12,8 MPa, mas não houve significância segundo o Teste Tukey. 1593

11 REFERÊNCIAS [1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738: Concreto - Procedimento para moldagem e cura de corpo de prova. 2 ed. Rio de Janeiro, p. [2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7190: Projeto de estruturas de madeira. 1 ed. Rio de Janeiro, p. [3] Aïtin, P.-C. High-Performance Concrete. Taylor & Francis e-library, p. [4] BINA, Paulo. Concretos de Pós Reativos: uma revolução no conceito do concreto. Revista Téchne, n.38, jan Disponível em < Acesso em: 16 jul [5] KOSMATKA, S. H.; KERKHOFF, B.; PANARESE, W. C. Design and Control of Concrete Mixtures. 14. ed. Illinois: Portland Cement Association, p. [6] TUTIKIAN, B. F.; ISAIA, G. C.; HELENA, P. Concreto de alto e ultra-alto desempenho. In: ISAIA G.C. Concreto: ciência e tecnologia - 2 vol. 1. ed. São Paulo: Ibracon - Instituto Brasileiro de Concreto, Cap. 36. [7] VANDERLEI, R. D. Análise Experimental do Concreto de Pós Reativos: Dosagem e Propriedades Mecânicas f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos,

12 EVALUATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF REACTIVE POWDER CONCRETE PRODUCED WITH SAND FROM THE VIÇOSA S-MG REGION ABSTRACT The Reactive Powder Concrete (RPC) is not widely known in Brazil and research about it has been done in only a few studies. In this context, it is necessary to analyze new materials used in the composition of the RPC, in order to diffuse its usage. This work s objective is to study the development of CPR using sand from Vicosa s-mg region, verifying compression strength, tensile strength while bending, shear strength and Young s Modulus of CPR. Key words: RPC, Reactive Powder Concrete, High performance concrete 1595