ESTUDO DE CASO TRAÇOS DE CONCRETO PARA USO EM ESTRUTURAS PRÉ- MOLDADAS CASE STUDY - TRACES OF CONCRETE FOR USE IN PREMOULDED STRUCTURES

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1 ESTUDO DE CASO TRAÇOS DE CONCRETO PARA USO EM ESTRUTURAS PRÉ- MOLDADAS CASE STUDY - TRACES OF CONCRETE FOR USE IN PREMOULDED STRUCTURES Cleriston Barbosa da Silva (1), Dary Werneck da Costa (2), Sandra Regina Bertocini Bastos (3) RESUMO Acadêmico Engª Civil, Departamento Estruturas e Construção Civil (DEC-UFMS) cbscleriston@ig.com.br Professor Especialista, Departamento Estruturas e Construção Civil (DEC-UFMS) dwerneck@nin.ufms.br Mestre em Engª Civil, Departamento Estruturas e Construção Civil (DEC-UFMS) bastos@nin.ufms.br O objetivo principal dessa pesquisa consiste em apresentar resultados quanto a estudos realizados sobre o melhoramento de traço utilizado nas estruturas pré-moldadas de uma empresa. Uma das justificativas importantes para essa pesquisa foi a grande variação nas resistências encontradas no traço utilizado pela empresa, além de a resistência inicial aos sete dias estar abaixo da resistência de projeto. Em se tratando de cimento CPV ARI, o ideal é atingir a resistência desejada nos primeiros dias, caso contrário não se justifica seu uso, além de custo maior. A empresa estava em busca de melhorar o traço, reduzir custos e aumentar a qualidade, sem a utilização de aditivos. Como são peças pré-moldadas, deve-se utilizar um traço de fácil acabamento e boa trabalhabilidade, mas, acima de tudo, o mínimo de água possível, pois as peças são produzidas ao ar livre e expostas às intempéries, principalmente ao sol, o que aumenta a evaporação da água do concreto, aumentando, conseqüentemente, os vazios e as fissuras. Como se tratam de peças aparentes, deve-se evitar as fissuras, que eram um outro problema encontrado. Foi avaliado o comportamento de vários traços quanto a trabalhabilidade, custo x resistência e fator água/cimento de fácil acabamento. O trabalho inicial foi encontrar a melhor distribuição granulométrica dos agregados utilizados no traço, onde foram testadas, empiricamente, misturas de diferentes agregados em varias proporções, até atingir a melhor proporção, com relação aos fatores citados acima, como trabalhabilidade e fator água/cimento. Foi aplicada a areia britada basáltica para melhoria desta distribuição granulométrica, pois a areia natural utilizada na empresa era considerada muito fina. Palavras-chave: pré-moldado; areia artificial e concreto. Keywords: premoulded, artificial sand and concrete.

2 1 Introdução Concreto pré-moldado corresponde ao emprego de elementos pré-moldados de concreto, ou seja, ao emprego de elementos de concreto moldados fora de sua posição definitiva de utilização na construção. O emprego do concreto pré-moldado apresenta duas diretrizes: uma aponta para a industrialização da construção, a outra para a racionalização da execução de estruturas de concreto. A Construção Civil tem sido considerada uma indústria atrasada quando comparada a outros ramos industriais, a razão disso está no fato de ela apresentar, de uma maneira geral, baixa produtividade, grande desperdício de materiais, morosidade e baixo controle de qualidade por DEBS (2000). Uma das formas de buscar a redução desse atraso é com técnicas associadas à utilização de elementos pré-moldados de concreto. O emprego dessas técnicas recebe a denominação de concreto pré-moldado ou de pré-moldagem e as estruturas formadas pelos elementos pré-moldados recebem a denominação de estruturas de concreto prémoldados. Com a utilização do concreto pré-moldado pode-se atuar no sentido de reduzir o custo dos materiais das estruturas de concreto, basicamente o concreto e a armadura. Entretanto, é na parcela relativa às fôrmas e ao cimbramento, normalmente de maior peso no custo do concreto armado, que ala é mais significativa, DEBS (2000). O concreto de cimento Portland é o material de construção mais consumido no mundo, suas propriedades técnicas, como boa resistência à compressão, excelente resistência à água, possibilidade de produzir peças de diferentes geometria e capacidade de incorporar reforços para resistência à tração e cisalhamento, juntamente ás vantagens de seu custo relativamente reduzido. Concreto é um produto resultante do endurecimento da mistura de cimento (aglomerante hidráulico), agregado miúdo, agregado graúdo e água, adequadamente proporcionada. Considerando que pelo menos três partes do volume do concreto são ocupados pelos agregados, por isso sua qualidade é de essencial importância. E por se tratar de concreto para uso em estruturas pré-moldadas, com fabricação para fins comercial. Temos que lembrar que alem da exigência do concreto atingir a resistência de projeto, deve ser um concreto com um baixo custo O uso de areia artificial britada, em substituição parcial da areia natural muito fina, permite a confecção de concretos convencionais mais resistentes e mais duráveis. Deve ser considerado que a areia artificial basáltica representa um sub produto do processo de beneficiamento do basalto e o seu custo de produção é diluído no custo de produção dos agregados graúdos. O teor de material pulverulento existente na areia artificial tem que ser controlado, pois se ocorrer variações, afetará a granulometria da dosagem, acarretando perda de abatimento e variação na relação água/cimento. BASTOS (2002). 2 Materiais utilizados Os materiais utilizados foram: areia natural quartzoza, areia britada, pedrisco, brita 1 estes de origem basáltica, cimento Portland de alta resistência inicial (CPV-ARI) e água de poço artesiano da UFMS. 1

3 A tabela 1 apresenta a caracterização dos agregados utilizados neste trabalho. Tabela 1 - Caracterização dos agregados DETERMINAÇÕES RESULTADOS Abertura das Malhas (Mm) Areia de quartzo Areia britada basáltica Pedrisco Brita 1 GRANULOMETRIA 32 PORCENTAGENS , RETIDAS 9, , , ACUMULADAS 2, , (NBR 7217) 0, , Agregado Graúdo - Determinação do índice de Forma pelo Método do ,6 Paquímetro (NBR 7809/83) Dimensão Máxima Características (mm) (NBR 7217/87) 0,6 4,8 9,5 19 Módulo de Finura (NBR 7117) 1,34 3,17 5,41 6,9 3 Massa Específica do agregado miúdo( g/cmp P) (frasco de Chapman) 2,64 2, Massa específica e absorção do agregado graúdo (método ASTM - - 2,93 2,83 127/77 (NBR 9937/87)). 3 Massa Unitária ( g/cmp P) (NBR 7215/82) 1,57 1,64 1,46 1,6 Teor de Materiais Pulverulentos (NBR 7219/87) (%) 1,1 3,5 2,4 1,8 Coeficiente de Inchamento do Agregado Miúdo 1,30 1, Na figura 1 apresenta a distribuição e seus limites granulométricos de acordo com a norma NBR 7211/83 da areia quartzoza. A areia produziu uma distribuição granulométrica inferior à da zona 1 (muito fina). Porcentagem retida acumulada (%) ,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 6,3 9,5 12,5 Abertura das peneiras (mm) Limite inferior da zona 1 (muito fina) Granulometria da areia quartzoza Limite superior da zona 1 (muito fina) Figura 1 Granulometria da areia quartzoza e os limites granulométricos 2

4 Na figura 2 apresenta a distribuição granulométrica e os limites, da areia britadas basáltica de acordo com a norma NBR 7211/83. A areia britada basáltica apresentou granulometria pertencente à zona 4 (grossa). Pocentagem retida acumulada (%) ,15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 6,3 9,5 Abertura das peneiras (mm) Limite inferior da zona 4 Area britada basaltica Limite superior da zona 4 Figura 2 Granulometria da areia britada basáltica e os limites granulométricos Na figura 3 apresenta a distribuição e seus limites granulométricos da brita 1. A distribuição ficou muito próxima ao limite superior. Porcentagem retida acumulada (%) ,4 4,8 6,3 9,5 12, Abertura das peneiras (mm) Limite inferior da graduação 1 Brita 1 Limite superior da graduação 1 Figura 3 Granulometria da brita 1 e os limites granulométricos Na figura 4 apresenta a distribuição e seus limites granulométricos do pedrisco. A distribuição ficou abaixo do limite inferior. Porcentagem retida acumulada (%) ,4 4,8 6,3 9,5 12, Abertura das peneiras (mm) Limite inferior da graduação 0 Pedrisco Limite superior da graduação 0 Figura 4 Granulometria do pedrisco e os limites granulométricos 3

5 3 Métodos de Execução Um dos maiores problemas encontrados na empresa, foi à distribuição granulométrica dos agregados utilizados no traço, para tanto, foram estudadas varias proporções de misturas de agregados, variando o α de 0,44 % até 50% sendo esse o melhor teor de argamassa com os agregados usados. Para tanto, foi escolhido um traço de concreto (referência) como : 1: 2,7:3,6 (cimento:areia:brita 1), com 100% de areia de quartzo. Após a determinação do traço referência, substituímos a areia de quartzo por areia britada basáltica e depois por pedrisco, nas proporções de 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% e 50% em massa. A determinação das proporções das misturas, a serem estudadas, foi empírica. A trabalhabilidade foi considerada através de analise visual e da coesão ao mexer o traço. Foi analisadas também, a questão do acabamento com a colher de pedreiro, o Slump adotado foi no intervalo de 50±10mm, fixou-se um Slump baixo para reduzir a relação água/cimento e conseqüentemente a fissuração, pois o concreto em questão é para o uso em estruturas pré-moldadas e as peças são moldadas ao ar livre. O teor de argamassa (α) predefinido em 0,507%, tendo em vista que os agregados usados são com formas angulosas e lamelares (areia britada basáltica) e o m=6,3 (m=agregado miúdo+agregado graúdo). A mistura dos materiais foi realizada em relação à porcentagem total de finos, tanto para areia britada basáltica, como para o pedrisco, ou seja, foi substituída uma porção de areia natural por areia britada basáltica e depois por pedrisco. Os traços foram realizados dentro do laboratório da UFMS, e moldados os corpos de provas de 15x30 cm e foram armazenados em câmaras úmidas após 24 horas da moldagem, onde permaneceram até serem rompidos em pensa hidráulica. 4 Resultados e discussões A figura 5 apresenta os resultados das resistências a compressão aos 28 dias de idade das diversas misturas de percentagens dos agregados utilizados nos traços analisados. Resistência MPa 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% % agregado areia britada basaltica pedisco Referência Figura 5 - Resistência x Mistura de agregados Na figura 5 em relação ao traço referência, quando substituímos areia quartzoza por pedrisco, houve um decréscimo de resistência até 20%, ficando porém a resistência da 4

6 mistura maior que a resistência do traço referência, onde continuou decaindo até 30%, a partir de onde ocorreu um aumento até 35%, de onde decaiu novamente, tendo portando a resistência da mistura de areia quartzoza com pedrisco superado a resistência do traço referência apenas com as misturas de 15% e 20% em massa. Analisado a mesma figura agora em relação ao traço referência, mas substituindo areia quartzoza por areia britada basáltica, verificamos que houve um aumento de resistência até 20%, onde a resistência da mistura se igualou com a resistência do traço referência, decaindo a resistência até 30%, de onde começou a aumentar até atingir seu máximo com a mistura de 40%, a partir da qual diminuiu novamente a resistência até 50%, porém a resistência da mistura de areia quartzoza com areia britada de basalto no trecho de 40% a 50%, ficou acima da resistência do traço referência. 5 Análise de Resistência x Consumo Quando se analisa a resistência x consumo, na verdade o que está em questão é a eficiência da mistura de agregados, já que esta foi à única variante dos traços analisados, então para analisarmos qual foi a melhor mistura de agregados, ou a mais eficiente, utilizará analise gráfica do custo de produção de cada MPa pela porcentagem de mistura do material utilizado na produção do referido traço. Custo de cada MPa 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% % agregado areia britada basaltica pedisco Referência Figura 6 - Custo/MPa x % agregado utilizado Na figura 6 observamos que as misturas de agregados menos eficientes e conseqüentemente mais caras são as misturas de 30% de areia britada basáltica, e 40% de pedrisco. Observamos também que as misturas mais eficientes e mais baratas em relação ao traço referência foram às misturas de agregados de 40% de areia britada basáltica e a de 15% de pedrisco. 5.1 Resumo do Desempenho da Substituição de Areia Quartzoza por Areia Britada Basáltica A Tabela 2 apresenta as variações dos índices de desempenho dos traços com areia britadas basáltica em relação ao traço referência. 5

7 Ficou muito evidente que o uso de areia britada basáltica, em substituição a areia quartzoza, apresentou um melhor desempenho em todos os aspectos analisados neste trabalho, devido à redução da demanda em água e aumento do consumo de cimento, contudo com redução de custo, conforme relacionados na Tabela 2. A mistura com 40% de substituição de areia quartzoza por areia britada basáltica, apresentou o melhor índice de desempenho, além de apresentar uma ótima trabalhabilidade e facilidade de acabamento, em relação ao traço referência. Tabela 2 - Variação do desempenho das misturas com areia britada em relação ao traço referência Misturas com os teores de substituições de areia britada de basalto Ensaios realizados Refer 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% - Relação água/cimento 0,62-3,2% -6,5% -3,2% -6,5% -6,5% -11,3% -9,7% 11,3% Consumo de cimento por (Kg/m³) 309,40 1,1% 1,9% 1,5% 2,3% 2,4% 3,6% 3,4% 3,9% Abatimento imediato (mm) 45,00 11,1% 0,0% -22,2% 11,1% 33,3% 11,1% -11,1% 11,1% Resist. à compressão - 28 dias (MPa) 37,60-5,1% 0,0% -4,3% -15,2% -8,8% 8,8% 4,8% 1,1% Custo (R$/MPa) 3,73 9,7% 3,0% 7,2% 22,3% 14,2% -3,0% 0,8% 5,4% 5.2 Resumo do Desempenho da Substituição de Areia Quartzoza por Pedrisco A Tabela 3 apresenta as variações dos índices de desempenho dos traços com pedrisco em relação ao traço referência. Neste caso também ficou evidente que o uso pedrisco, só que em pequenas proporções, em substituição a areia quartzoza apresentou um melhor desempenho em todos os aspectos analisados neste trabalho, devido à redução da demanda em água e aumento do consumo de cimento, contudo com redução de custo, conforme relacionados na Tabela 3. A mistura com 15% de substituição de areia quartzoza por pedrisco, apresentou o melhor índice de desempenho, mas a mistura com 20% de substituição de areia quartzoza por pedrisco, também apresentou um bom desempenho, porém com um pequeno custo superior, onde ambas as misturas apresentaram ótima trabalhabilidade, porem a mistura de 15% apresentou melhor facilidade de acabamento, ficando a mistura de 20% um pouco áspera, dificultando dessa forma um pouco o acabamento. Tabela 3 - Variação do desempenho das misturas com pedrisco em relação ao traço referência Misturas com teores de substituições de pedrisco Ensaios realizados Refer 15% 20% 25% 30% 35% 40% Relação água/cimento 0,62-9,7% -11,3% -11,3% -14,5% -12,9% -12,9% Consumo de cimento por (Kg/m³) 309,40 2,3% 2,8% 3,0% 3,8% 3,6% 3,8% Abatimento imediato (mm) 45,00 33,3% -11,1% 11,1% 11,1% -11,1% 33,3% Resist. à compressão - 28 dias (MPa) 37,60 5,1% 4,5% -2,9% -5,1% -1,3% -16,2% Custo (R$/MPa) 3,73-2,1% -1,1% 6,7% 10,2% 5,9% 24,9% 6

8 6 Conclusão Podemos observar neste trabalho, que a substituição de areia quartzoza por pedrisco ou por areia britada basáltica, garante um aumento de resistência e uma diminuição no custo do metro cúbico do concreto, além de garantir uma melhor distribuição granulométrica dos agregados. No entanto podemos observar também que, as relações das substituições em massas nos mostraram que para areia britada basáltica, podemos substituir grande quantidade, onde dentre as misturas analisadas, observamos que a melhor mistura com maior resistência e menor custo foi obtida com 40% de areia britada basáltica. Com uso de pedrisco, podemos substituir pequenas quantidades para conseguirmos maior resistência e menor custo, onde verificamos que a melhor mistura foi com 15% de pedrisco. Lembramos que sempre que falamos em misturas em percentagens, estamos falando em misturas em massa. 7 Referências Bibliográficas BASTOS, S. R. B. Uso da Areia Artificial Britada em Substituição Parcial à Areia Fina Para a Produção de Concretos Convencionais. Dissertação de mestrado, 46 Congresso Brasileiro do Concreto Vitória, IBRACON, DEBS, M.K. Concreto Pré-Moldado: Fundamentos e Aplicações. Escola de Engenharia de São Carlos USP, NBR 5738/1994 Moldagem Corpos-de-prova Cilíndricos ou Prismáticos de Concreto. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5739/1994 Concreto Ensaio de Compressão de Corpos-de-prova Cilíndricos. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7211/1983 Agregados para Concreto. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7217/1987 Agregados Determinação da Composição Granulométrica. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7223/1982 Concreto Determinação da Consistência pelo Abatimento do Tronco Cone. Associação Brasileira de Normas Técnicas. 7