CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DA ARGILA EXPANDIDA NACIONAL COMO ALTERNATIVA DE AGREGADO GRÁUDO PARA CONCRETOS LEVES ESTRUTURAIS (CLE)

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1 CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DA ARGILA EXPANDIDA NACIONAL COMO ALTERNATIVA DE AGREGADO GRÁUDO PARA CONCRETOS LEVES ESTRUTURAIS (CLE) Jeferson Maycá (1), Ruy A. Cremonini (2), Fernando A. P. Recena (3) (1) Aluno do Curso de Especialização em Construção Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil (2) Departamento de Engenharia Civil Escola de Engenharia Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil (3) Departamento de Materiais de Construção Civil Fundação de Ciência e Tecnologia Secretaria da Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Sul, Brasil recena@cientec.rs.gov.br RESUMO Os concretos leves podem ser utilizados na construção civil para fins estruturais, de vedação ou enchimento, sendo que o seu uso adequado permite ganhos na redução do peso das estruturas e, quando utilizados em coberturas ou fechamentos, no condicionamento térmico natural dos ambientes. A obtenção de concretos leves requer a introdução de ar em sua composição seja diretamente na massa com o uso de agentes químicos, seja através da eliminação dos finos ou ainda através dos vazios existentes na estrutura dos agregados graúdos ocos ou porosos. Existem diversos agregados leves que podem ser utilizados em substituição total ou parcial aos agregados convencionais com o objetivo de reduzir a massa específica dos concretos. Dentre eles pode-se destacar a pumicita (pedra pomes), a vermiculita, a cinza volante sinterizada, a escória de alto forno expandida, a argila expandida e alguns resíduos industriais. Este estudo analisa, particularmente, as potencialidades da argila expandida produzida no Brasil na obtenção de concretos leves que possam ser utilizados para fins estruturais em obras de construção civil, demonstrando graficamente a variação da resistência à compressão em função de massa específica dos concretos obtidos com a utilização deste material como agregado graúdo em substituição total aos agregados graúdos tradicionais. O uso da argila expandida nacional no desenvolvimento experimental permitiu a obtenção de concretos leves com resistências à compressão entre 10 e 33 Mpa, demonstrando que, dependendo do módulo de deformação, o material pode ser uma excelente alternativa para a produção de concretos leves estruturais. Palavras-chave: concreto leve estrutural, argila expandida, agregado leve 1

2 1 INTRODUÇÃO Dentre os concretos especiais, assim chamados por apresentarem peculiaridades em relação aos concretos normais, o concreto leve destaca-se por sua reduzida massa específica e por suas características como isolante térmico. A massa específica dos concretos convencionais, conforme cita a NBR 6118 (ABNT, 2003) varia entre 2000 kg/m³ e 2800 kg/m³. Assim sendo, pode-se classificar os concretos leves como aqueles que apresentam uma massa específica com valor abaixo de 2000 kg/m³. No que se refere à propriedade de isolamento térmico, o concreto leve apresenta vantagens em relação a outros materiais isolantes devido a sua maior resistência mecânica. Tanto a massa específica reduzida quanto o isolamento térmico são propriedades que estão diretamente relacionadas ao volume de vazios existentes no concreto, sendo, portanto, a presença do ar em sua composição o fator determinante para a obtenção de concretos leves. O ar pode ser incorporado diretamente à massa através de espumas ou aditivos químicos, ou através de recursos que permitam o seu ingresso e manutenção dentro da estrutura do concreto, como a eliminação das partículas mais finas da granulometria do agregado ou a utilização de agregados graúdos ocos ou porosos, podendo-se, ainda, obter concretos leves com uma combinação desses recursos. Os concretos leves obtidos com outras técnicas que não a substituição parcial ou total dos agregados graúdos tradicionais por agregados leves, apresentam baixas massas específicas, raramente excedendo 800 kg/m³ (Neville, 1997) e, igualmente, baixas resistências mecânicas. Por essa razão, são utilizados principalmente para isolamento térmico ou para enchimento. Os concretos leves estruturais (CLE) são obtidos com a substituição total ou parcial dos agregados tradicionais por agregados leves e, usualmente, são caracterizados pelo valor da massa específica (Rossignolo, 2006). Existe uma grande variedade de agregados leves com massa específica variando, conforme sua porosidade, entre 80 e 900 kg/m³ (Moravia et al, 2006). Os agregados muito porosos apresentam as massas específicas mais baixas e são utilizados para a produção de concretos isolantes não estruturais. Os agregados menos porosos, com massas unitárias maiores, são capazes de produzir concretos com fins estruturais. O folhelo, a escória, a ardósia e a argila quando expandidos, enquadram-se nesta última categoria. De fato, segundo Neville (1997), concretos feitos com folhelo expandido e com agregado de argila geralmente têm resistências maiores do que com outros agregados. O agregado argila expandida, conforme o processo de fabricação, apresenta uma massa específica variável entre 300 kg/m³ a 900 kg/m³, além da resistência ao fogo e aos principais ambientes ácidos e alcalinos. Por essa razão já mereceu vários estudos e pesquisas no mundo todo como alternativa para substituir os agregados tradicionais, de modo a reduzir a massa específica com o mínimo comprometimento da resistência mecânica característica de um concreto estrutural. Sobral (1987) cita que o agregado argila expandida foi empregado nos Estados Unidos para a construção de barcaças e navios durante a I Guerra Mundial e blocos de concreto feitos com o mesmo material têm sido utilizados desde o início da década de vinte do século passado. São dessa época o Hotel Park Plaza, em St. Louis e o edifício da Bell Telephone em Kansas City (figuras 1 e 2). 2

3 Figura 1 Ed. Bell Telphone (Kansas City) Figura 2 Ed. Hotel Park Plaza (St. Lois) A construção e a recuperação de pontes utilizando concretos leves também se mostram como importantes aplicações deste tipo de material nos últimos anos. Normalmente, nas pontes de grandes vãos, o peso próprio da estrutura de concreto pode representar 70% das solicitações estruturais (Rossignolo e Agnesini, 2005). As pontes Stovset (figura 3) e Nodhorland (figura 4) construídas na Noruega em 1997 e 1999, respectivamente, são exemplos da aplicação do concreto leve na execução dos tabuleiros, possibilitando a redução das dimensões dos elementos estruturais e viabilizando o aumento dos vãos entre os pilares. Figura 3 Ponte Stovset (Noruega) Figura 4 Ponte Flutuante Nodhorland (Noruega) 2 CONCRETOS LEVES: CONCEITOS E CLASSIFICAÇÕES O concreto leve é um material de construção com estrutura porosa que apresenta propriedades refratárias e de isolamento térmico, massas específicas entre 300 kg/m³ a 2000 kg/m³ e que pode ser obtido através da substituição de parte dos materiais sólidos do concreto convencional por ar. 3

4 CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÃO CIVIL 2006/ NORIE/UFRGS Segundo Neville (1997), existem três localizações possíveis do ar em concretos: nas partículas de agregado, na pasta de cimento e entre as partículas do agregado graúdo, deixando-se de usar o agregado miúdo. Com base nisso, a maioria dos autores aceita a seguinte classificação para os concretos leves: - concretos celulares: também conhecidos como aerados, com gás ou de espuma, resultante da ação de produtos que, acrescentados à pasta, reagem produzindo gases que formam bolhas. Embora aceita e bastante usual, esta denominação é questionada pela maioria dos autores, uma vez que o material resultante trata-se de uma argamassa e não, propriamente, de um concreto (figura 5); - concretos sem finos: produzidos apenas com aglomerante e agregado graúdo, sua resistência está diretamente relacionada à resistência do agregado e ao consumo de cimento. Segundo Spratt (1960), o concreto sem finos pode ser usado para confecção de painéis divisórios em edifícios de concreto armado, na construção de estruturas de drenagem e também como sub-base de quadras de esportes (figura 6); - concretos com agregados leves: produzidos através da substituição total ou parcial dos agregados tradicionais por agregados leves, são os únicos concretos leves que podem, dependendo do tipo de agregado, traço e dosagem, atingir resistências aceitáveis para fins estruturais (figura 7); Figura 5 Concretos celulares Figura 6 Concretos sem finos Figura 7 Concretos com agregados leves Fonte: Rossignolo e Agnesini (2005) Como complemento a essa classificação, pode-se sugerir e acrescentar um quarto tipo de concreto leve: o concreto leve misto, que seria o resultado de uma combinação de agregados leves, aditivos incorporadores de ar e a redução dos finos no traço. Por outro lado, conforme cita Neville (1997), é sensível uma classificação com base na massa específica, porque esta característica e a resistência estão inter-relacionadas. O autor cita que o ACI 213R-87 usa a massa específica para classificar o concreto de acordo com a aplicação. Esse critério de classificação parece ser mais consistente, tendo em vista que o uso de agregados leves não garante, necessariamente, um concreto com características estruturais. Dessa forma, os concretos leves seriam classificados em três categorias: - concretos leves isolantes ou de baixa massa específica: apresentam uma massa específica entre 300 kg/m³ e 800 kg/m³ e coeficientes de condutividade térmica bastante baixos, sendo usados para fins não estruturais, principalmente para isolamento térmico. Os valores da resistência à compressão ficam em torno de 0,7 MPa a 7,0 MPa. - concretos leves com resistência moderada: com uma massa específica intermediária, variando entre 800 kg/m³ a 1350 kg/m3 e resistências mecânicas entre 7 MPa e 17 MPa, apresenta, também, características de isolamento térmico intermediários. Conforme Sobral (1987) são chamados de concretos para enchimento. 4

5 - concretos leves estruturais (CLE): obtidos com o uso de agregados leves, estes concretos apresentam uma massa específica entre 800 kg/m³ e 2000 kg/m³ e, como o próprio nome indica, é usado para fins estruturais. Sobral (1994) define uma resistência à compressão de 17,5 MPa como mínima aceitável para esses concretos. A NBR 6118 (ANBT, 2003), no entanto, estabelece a resistência mecânica mínima de 20 MPa para concretos estruturais convencionais. Independente de conceitos e classificações, as vantagens do uso de concretos leves na construção civil são unanimidades na literatura técnica que apresenta inúmeras referências sobre o assunto. Em síntese, os principais benefícios promovidos pela redução da massa específica do concreto citados por diversos autores são: redução de esforços nas estruturas das edificações, redução do custo com aço nas estruturas, isolamento térmico melhor do que os concretos convencionais, economia com formas e cimbramento, redução das dimensões das fundações em virtude da menor seção transversal dos elementos, possibilidade de construção sobre solos com menor capacidade de suporte e diminuição dos custos com transporte e montagem de construções pré-fabricadas. Sobral (1987) acrescenta outra vantagem que é a possibilidade de utilização de resíduos industriais na produção dos concretos leves, o que representa uma alternativa para as regiões onde as jazidas de agregados graúdos e, principalmente, miúdos estão sendo reduzidas. Como desvantagem, Neville (1997) cita que o concreto leve tem teores de cimento maiores do que os concretos normais e isto representa um custo adicional, tornando o concreto leve mais caro. No entanto, uma comparação criteriosa não deve limitar-se ao custo dos materiais, mas deve ser feita tomando como base o projeto da estrutura com concreto leve. 3 AGREGADOS PARA CONCRETOS LEVES ESTRUTURAIS (CLE) Em comum, todos os agregados leves têm como característica principal a estrutura porosa que resulta em uma baixa massa específica. No entanto, conforme a sua origem, apresentam características inerentes que podem afetar em maior ou menor escala as propriedades do concreto. Segundo Rossignolo (2003), as principais propriedades do concreto influenciadas pelo agregado leve são a massa específica, a trabalhabilidade, a resistência mecânica, o módulo de elasticidade, as propriedades térmicas, a retração, a fluência e espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz. O American Concrete Institute, através da ACI 213R-87 (ACI, 1995) estabelece intervalos típicos de valores de massa específica de concretos com agregados leves, conforme mostra a figura 8. Figura 8 - Intervalos típicos de valores de massa específica de concretos com agregados leves em kg/m³ No que se refere aos benefícios do uso de agregados leves, Al-Khaiat e Haque (1998) fazem referência a um fenômeno que denominam cura interna que torna os concretos com agregados leves 5

6 menos sensíveis às variações do processo de cura nas idades iniciais, a medida que parcela da água retida pelos agregados pode ser transferida para a matriz de cimento ao longo do seu período de hidratação, garantindo, assim, a presença de parte da água necessária para as reações químicas do concreto Os agregados leves são classificados em naturais e artificiais sendo, os primeiros, encontrados ao natural, obtidos através da extração direta em jazidas e do beneficiamento de rochas ígneas vulcânicas e, os últimos, produtos ou resíduos de processos industriais. Esse tipo de agregado leve tem pouca aplicação em concretos estruturais em função da grande variabilidade de suas propriedades e da localização das jazidas. Os principais agregados leves enquadrados nessa categoria são de origem vulcânica, como a pumicita (pedra pomes), os tufos e as cinzas vulcânicas. Na categoria de agregados leves artificiais, enquadram-se os agregados obtidos por processos industriais e alguns resíduos industriais como o EVA (Ethylene Vinyl Acetate), por exemplo. Esses agregados são, muitas vezes, conhecidos por uma grande variedade de nomes comerciais, mas são melhores classificados segundo a matéria-prima e o processo de fabricação que causa a expansão e, portanto, redução da massa específica aparente (Nevillle, 1997). Os agregados leves podem ser produzidos a partir do tratamento térmico de matérias primas naturais como argila, folhelo, vermiculita e ardósia ou de subprodutos industriais como a cinza volante e a escória de alto forno. Segundo Neville (1997) somente os agregados obtidos por expansão de argila, xisto ou ardósia podem ser usados em concretos estruturais. A expansão das matérias-primas naturais pode ser obtida, basicamente, através de dois processos industriais: sinterização ou forno rotativo. A sinterização consiste num processo onde a matéria-prima é misturada com uma quantidade adequada de combustível, normalmente carvão moído ou coque. Esse material é submetido a altas temperaturas, sofrendo expansão em função do acúmulo de gases (Gomes Neto, 1998). O processo de forno rotativo aproveita as características que determinados materiais têm de se expandirem quando submetidos a temperaturas entre 1000 e 1350ºC, em decorrência da formação de gases aprisionados pela capa vítrea da película (Santos et al., 1986). Os agregados leves obtidos pelo processo de forno rotativo apresentam granulometria variada, formato arredondado regular e estrutura interna formada por uma massa esponjosa, envolto por uma camada com baixa permeabilidade, que diminui significativamente a absorção de água. Já os agregados produzidos pelo processo de sinterização apresentam altos valores de absorção de água e formato irregular, necessitando de britagem para atender todas as graduações granulométricas (Rossignolo e Agnesini, 2005). Independente do processo industrial, os agregados leves, devido a sua porosidade, absorvem água e, em conseqüência disso, afetam significativamente outras propriedades dos concretos e o processo de hidratação do cimento. A absorção de água pelo agregado é influenciada por fatores como a porosidade total, a conectividade entre os poros, as características da superfície do agregado, a umidade do agregado antes da mistura, o uso de aditivos, a temperatura e a pressão do bombeamento, no caso de concretos bombeáveis (Rossignolo e Agnesini, 2005). Assim sendo, em dosagens de concretos leves, a relação entre a resistência e o fator água/cimento não pode ser efetivamente usada, por causa da dificuldade em se determinar quanto da água de amassamento será absorvida pelo agregado. A dificuldade é causada não só pela grande quantidade de 6

7 CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÃO CIVIL 2006/ NORIE/UFRGS absorção de água pelo agregado poroso, como também pelo fato de que alguns agregados continuam a absorver água durante várias semanas (Metha e Monteiro, 1994). 4 A ARGILA EXPANDIDA NACIONAL Segundo Moravia et al. (2006), o agregado argila expandida pode ser produzido pelo tratamento térmico da matéria-prima, triturada e classificada granulometricamente, ou moída e pelotizada, feito, geralmente, em forno rotativo a gás ou óleo diesel, similar aos usados na fabricação de cimento Portland. Pode, também, ser obtido por sinterização contínua. Nesse caso, o material umedecido é transportado numa esteira, sob queimadores de modo que o calor atinge gradualmente toda a espessura da camada. Cabe salientar que nem todos os tipos de argila adequam-se a esses processos produtivos. Conforme Sobral (1987) é necessário que haja um teor de fundentes adequado para formar uma fase vítrea. Caso isso não ocorra, os gases escapam e não há inchamento da partícula de argila. Segundo o autor, alguns limites mínimos devem existir nos teores de sílica (SiO2), alumina (Al2O3) e de constituintes que agem como fundentes (CaO, MgO, FeO, Fe2O3, Na2O, K2O), abaixo dos quais a massa argilosa não fundirá à baixa temperatura ou não conseguirá uma fusão viscosa suficiente para reter os gases. No Brasil, a produção de argila expandida restringe-se a um único fabricante, sendo sua produção voltada, principalmente, para atender a indústria têxtil, em específico, a estonagem de jeans, a jardinagem e o paisagismo. Com o avanço da tecnologia de concretos e dos estudos e pesquisas em diversas universidades, no entanto, a demanda do material no mercado da construção civil vem aumentando consideravelmente nos últimos anos. A argila expandida nacional é produzida na cidade de Várzea Paulista, a 50 km de São Paulo. Sua matéria prima é retirada do Recôncavo Baiano e processada em fornos rotativos resultando em dois tipos de argila expandida que podem ser utilizadas como agregados graúdos em concretos estruturais (figuras 9 e 10). A argila expandida 2215, equivale à brita comercialmente denominada 1 e apresenta dimensões entre 15 e 22 mm, enquanto a argila expandida 1506, com dimensões entre 6 e 15 mm, equivale à brita 0. Um terceiro tipo, a argila expandida 0500, com dimensões entre 0 e 5 mm, que não foi objeto de estudo deste trabalho, pode ser utilizada como agregado miúdo em substituição à areia grossa. Figura 9 Argila expandida 2215 Figura 10 Argila expandida 1506 Rossignolo e Agnesini (2005) apresentam os valores de absorção de água e de outras características de alguns agregados leves europeus e norte-americanos, bem como da argila expandida brasileira no quadro apresentado na figura 11. 7

8 Figura 11 Características de alguns agregados leves comerciais 5 DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL Para avaliar as potencialidades da argila expandida nacional na produção de concretos leves que possam ser utilizados para fins estruturais, elaborou-se um programa experimental que pode ser sintetizado em quatro etapas: 1) caracterização dos materiais; 2) estudo da dosagem; 3) produção dos concretos; 4) caracterização da resistência mecânica e massa específica dos concretos. Todas as etapas do programa experimental foram realizadas no laboratório de Materiais de Construção Civil da Fundação de Ciência e Tecnologia (CIENTEC), entidade pública de direito privado, vinculada à Secretaria de Ciência e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul. 5.1 Caracterização dos Materiais Cimento Portland CPV ARIi Na produção dos concretos leves empregou-se o cimento Portland CPV ARI. A massa específica do cimento foi fornecida pelo fabricante e tem o valor igual a 3,00 kg/dm Argila Expandida Como agregado graúdo leve, utilizou-se a argila expandida nacional, produzida pelo processo de nodulação (forno rotativo), em duas graduações. Optou-se por utilizar a argila expandida seca, pois conforme Rossignolo e Agnesini (2005), para concretos produzidos com agregados com absorção de água abaixo de 10% em massa, após 24 horas de imersão, caso em que se enquadra a argila expandida nacional, pode-se adotar o método de mistura dos concretos tradicionais, utilizando os agregados nas condições ambientais de umidade, isto é, sem saturação prévia em água. As massas específicas ( determinada pelo método do picnômetro) e unitária (NBR 7251/82), bem como a composição granulométrica (NBR NM 248:2003) dos dois tipos de argila expandida estão apresentadas nas tabelas 1 e 2. Propriedades Argila 2215 Argila 1506 Massa específica (kg/dm³) 0,87 0,93 Massa unitária no estado seco e solto (kg/dm3) 0,52 0,55 Tabela 1 Características dos agregados graúdos leves 8

9 Abertura da peneira (mm) Areia Tradicional Argila 2215 Argila 1506 % retida acumulada. % retida acumulada , , , , , , , , , Módulo de finura 7,00 6,43 Dimensão máxima (mm) Tabela 2 Composição granulométrica dos agregados graúdos leves O agregado fino utilizado foi a areia comercializada no município de Osório. As massas específica (determinada pelo método picnômetro) e unitária (NBR 7251/82) são apresentadas na tabela 3. Propriedades Areia fina Areia média Massa específica (kg/dm³) 2,63 2,62 Massa unitária no estado seco e solto (kg/dm³) 1,42 1,58 Tabela 3 Características dos agregados miúdos Aditivo Plastificante O aditivo plastificante utilizado foi do tipo plastificante polifuncional, de pega normal, classificado como P ou SP segundo a norma EB 1763 em um teor de 0,5% sobre a massa do cimento. 5.2 Estudo da dosagem A dosagem do concreto leve destinado ao presente estudo foi inteiramente experimental, tendo como referência estudos preliminares executados no Laboratório de Materiais de Construção da Fundação de Ciência e Tecnologia (CIENTEC), não havendo uma preocupação de seguir um método específico de dosagem de concretos leves estruturais. Inicialmente, realizou-se um estudo teórico de ajuste granulométrico dos agregados miúdos, obtendose uma proporção ideal, em massa de 20 e 80%, respectivamente da areia fina e da areia média. O mesmo procedimento foi efetuado com os agregados graúdos leves, obtendo-se uma composição ideal correspondente a 30 e 70% das argilas 2215 e 1506, respectivamente. Segundo Giacomin (2005), em virtude da menor massa específica dos agregados, os concretos leves estruturais exigem um teor de argamassa superior aos traços de concretos tradicionais para garantir a 9

10 sua trabalhabilidade. Nos métodos empíricos de dosagem de concretos convencionais, o percentual de cimento e areia fica na faixa compreendida entre 49 e 54%, de modo geral, sofrendo pequenas variações em função do tipo dos materiais e suas propriedades. Em concretos leves estruturais, o teor de argamassa que proporciona uma trabalhabilidade equivalente aos concretos convencionais é de, no mínimo, 65%, conforme afirma o mesmo autor. Com base nessa afirmação e, tendo em vista a necessidade de se obter concretos com diferentes resistências à compressão e massas específicas, estabeleceu-se relações em massa, entre cimento e areia, denominadas matrizes. Assim sendo, adotou-se 3 matrizes, ou seja, 1:3, 1:4 e 1:5. Posteriormente, com o objetivo de estabelecer a quantidade máxima de agregados graúdos leves que o concreto admitiria sem apresentar, visualmente, características de segregação, foram realizadas algumas misturas experimentais, adicionando-se os agregados leves. Partiu-se de um teor inicial de 20% em massa da argila expandida em relação à cada matriz. Dessa forma, foram realizados acréscimos de 10% de argila expandida até o momento em que o concreto não apresentou mais condições de trabalho, resultando em 3 teores de agregados leves: 20%, 30% e 40%. Estas combinações resultaram em 9 traços em massa, conforme mostra a tabela 4. Matriz 1:3 1:4 1:5 Materiais % agregados 20% 30% 40% Cimento 1,00 1,00 1,00 Areia fina 0,60 0,60 0,60 Areia grossa 2,40 2,40 2,40 Argila ,56 0,84 1,12 Argila ,24 0,36 0,48 Cimento 1,00 1,00 1,00 Areia fina 0,80 0,80 0,80 Areia grossa 3,20 3,20 3,20 Argila ,70 1,05 1,4 Argila ,30 0,45 0,6 Cimento 1,00 1,00 1,00 Areia fina 1,00 1,00 1,00 Areia grossa 4,00 4,00 4,00 Argila ,84 1,26 1,68 Argila ,36 0,54 0,72 Tabela 4 Traços dos concretos leves estudados 5.3 Produção dos concretos Os materiais foram misturados em uma betoneira de eixo vertical até obter-se uma mistura homogênea. Os agregados leves foram adicionados à mistura sem saturação prévia. Os materiais foram adicionados à betoneira segundo a seguinte ordem: 1º) cimento, areia, aditivo (0,5% sobre a massa do cimento) diluído em 50% da água; 2º) agregados leves; 3º) 50% restante da água (Rossignolo, 2003). Após uma mistura prévia, aguardou-se 3 minutos para que parte da água fosse absorvida pelo agregado e realizou-se a medição do abatimento do tronco do cone (slump test), conforme NBR Nos casos em que o abatimento mostrou resultados inferiores a 70 ± 20 mm, 10

11 procedeu-se o ajuste adicionando água à mistura. A moldagem, o adensamento e a cura dos corpos-de-prova obedeceram à NBR Caracterização da resistência mecânica e da massa específica dos concretos As propriedades dos concretos leves analisadas neste estudo foram a resistência à compressão aos 28 dias e a massa específica. A resistência à compressão foi determinada segundo as recomendações da NBR 5739/07. A massa específica é o valor teórico, obtido pela soma das massas de materiais necessárias à produção de 1m³ de concreto. 6 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS A tabela 5 apresenta os resultados da resistência à compressão e massa específica dos concretos aos 28 dias de idade, bem como a relação água/cimento e água/materiais secos resultantes da produção dos traços. O valor da resistência apresentado corresponde o maior valor dos 3 corpos-de-prova moldados para cada traço (resistência potencial). Matriz 1:3 1:4 1:5 Materiais % agregados Relação água/cimento 0,59 0,65 0,71 Relação água/materiais secos (%) 12,3 12,5 12,7 Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) 33,6 32,0 26,5 Massa específica (kg/dm³) 1,829 1,698 1,600 Relação água/cimento 0,78 0,87 0,96 Relação água/materiais secos (%) 13,0 13,4 13,7 Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) 23,7 20,2 17,7 Massa específica (kg/dm³) 1,814 1,684 1,587 Relação água/cimento 1,01 1,12 1,17 Relação água/materiais secos (%) 14,0 14,4 13,9 Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) 14,1 14,5 10,8 Massa específica (kg/dm³) 1,797 1,671 1,583 Tabela 5 Resultados obtidos na produção dos traços Pela análise inicial dos resultados, verifica-se que a relação água/materiais secos pode ser considerada praticamente constante para cada matriz. Os valores resultantes são mais elevados que os que ocorrem em concretos comuns que, conforme Recena (2007), variam entre 9,2% e 9,8%. Para a relação água/cimento observa-se que somente a matriz 1:3 os valores podem ser considerados como usuais aos concretos normais que, conforme estabelece a NBR 6118/04 deve variar entre 0,45 e 0,65. Ainda fazendo analogia aos concretos convencionais, em relação a resistência à compressão, observase que os valores da matriz 1:3 e 1:4 atendem às especificações da NBR 6118/04 que estabelece uma resistência mínima de 20 Mpa. Com o objetivo de modelar as relações entre algumas variáveis foi realizada análise de regressão linear. O coeficiente de determinação (R 2 ) indica o grau de correspondência entre as variáveis, sendo melhor ao juste quanto mais próximo de 1 for o valor obtido. Verifica-se pela tabela 6 que os valores de R 2, em sua maioria, são valores superiores a 0,85. A exceção fica para a matriz 1:5 onde há um comportamento inesperado nos valores da resistência à compressão, não ocorrendo a diminuição de 11

12 resistência com o aumento do teor de agregados. Teor de agregados (%) Matriz Teor de agregados (%) Matriz Teor de agregados (%) Matriz Análise Equação R 2 Resistência (Fc) x Massa Específica Teórica (met) 20 Fc = -1079, ,39.met 0,99 30 Fc = -1073, ,64.met 0,97 40 Fc = -1353, ,66.met 0,95 1:3 Fc = -20, ,98.met 0,86 1:4 Fc = -24, ,46.met 1,00 1:5 Fc = -10, ,14.met 0,56 Resistência (Fc) x consumo 20 Fc = -20,22 + 0,16.consumo 0,99 30 Fc = -18,20 + 0,17.consumo 0,99 40 Fc = -18,45 + 0,18.consumo 1,00 1:3 Fc = 7,39 + 0,08.consumo 0,86 1:4 Fc = 0,11 + 0,09.consumo 1,00 1:5 Fc = 2,36 + 0,06.consumo 0,56 Resistência (Fc) x matriz 20 Fc = 62,8 9,75.matriz 1,00 30 Fc = 57,23 8,75.matriz 0,96 40 Fc = 49,73 7,85.matriz 0,99 Resistência (Fc) x teor de agregados 1:3 Fc = 41,35 0,36.teor 0,91 1:4 Fc = 29,53 0,30.teor 0,99 1:5 Fc = 18,08 0,17.teor 0,66 Tabela 6 Análise de regressão linear 6.1 Análise da resistência x consumo de cimento As figuras 12 e 13 demonstram graficamente a variação da resistência à compressão em função do consumo de cimento dos nove traços estudados. Tomando-se como referência a NBR 6118 (ABNT, 2004) nota-se que a resistência mínima para fins estruturais (20 MPa) foi alcançada com consumos inferiores a 250 kg/m³. O uso desses concretos, no entanto, deve ser criterioso e requerem ensaios do módulo de elasticidade que, devido ao baixo consumo de cimento deve ser, extremamente baixo. A influência do teor de cimento sobre essa propriedade prevalece sobre o teor de agregados, uma vez que foram obtidos concretos com resistências estruturais nos três teores de agregados leves, mas somente nos traços de argamassa 1:3 e 1:4 que obtiveram as resistências à compressão mais elevadas. Na figura 13 verifica-se que é possível obter-se um determinado valor de resistência com diferentes consumos de cimento. 12

13 Figura 12 Variação da resistência em função do consumo de cimento (matriz) Figura 13 Variação da resistência em função do consumo de cimento (teor de agregados) 6.2 Análise da resistência x massa específica Pelas figuras 14 e 15 nota-se que a influência do teor de agregados sobre a massa específica é maior que o teor de argamassa. A redução da massa específica é mais significativa a medida que aumenta o teor de agregados leves (figura 14), o mesmo não ocorre quando há um aumento do teor de argamassa fixando-se o teor de agregados (figura 15). Na figura 16, o comportamento das curvas do gráfico resistência x teor de agregados é bastante semelhante ao gráfico resistência x massa específica, ratificando a constatação de que o teor de agregados e a massa específica estão intimamente relacionados. Em analogia à análise anterior, as figuras mostram que é possível a obtenção de concretos com a mesma massa específica e resistências diferentes. 13

14 Figura 14 Variação da resistência em função da massa específica (matriz) Figura 15 Variação da resistência em função da massa específica (teor de agregados) Figura 16 Variação da resistência em função do teor de agregados (matriz) 14

15 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS O presente estudo focou-se nas duas propriedades mais utilizadas para caracterização dos concretos leves estruturais: a resistência a compressão e a massa específica. Sob esse enfoque, a utilização da argila expandida nacional em substituição total aos agregados graúdos tradicionais demonstrou ser tecnicamente viável na produção de concretos leves com características estruturais. No caso específico dos concretos leves estruturais, é imprescindível a realização de ensaios do módulo de deformação, uma vez que os teores elevados de argamassa em alguns traços podem remeter a resultados extremamente baixos nesta propriedade específica. Independente disso, os resultados obtidos com as diversas combinações de teores de agregados e matrizes de argamassa indicam que o material pode ser utilizado na produção de concretos leves para os mais diversos usos, sendo possível a produção de concretos com baixas massas específicas e resistências variadas. Dessa forma, existe um largo espectro de possibilidades e opções para atender as mais variadas necessidades técnicas, operacionais e econômicas dos processos construtivos. Além disso, com a possibilidade de obter-se a mesma resistência e/ou massa específica com diferentes teores dos materiais, o componente custo, não analisado neste estudo, pode tornar-se um fator decisivo na escolha do traço. Por outro lado, neste estudo específico com as resistências alcançadas, a argila expandida como agregado graúdo leve demonstrou ter mais influência sobre a massa específica do que sobre a resistência à compressão do concreto leve. Constatou-se que com o aumento do teor de cimento nos traços, através das matrizes (1:5, 1:4 e 1:3), o conseqüente ganho de resistência da argamassa influenciou diretamente a resistência à compressão do concreto. Sobre esse aspecto específico, Rossignolo e Agnesini (2005) citam que o agregado leve mostra-se como material determinante na resistência à compressão do concreto acima de um certo limite de resistência, chamado resistência ótima quando o aumento da resistência à compressão da argamassa já não contribui para o aumento da resistência à compressão do concreto. Assim sendo, conclui-se que os concretos obtidos, apesar de, em alguns traços, terem atingidos resistências à compressão que atendem as normas de concretos estruturais, não exploraram todo o potencial do material e, que com ajustes nos traços, pode-se obter resistências ainda maiores com massas específicas mais baixas que os concretos normais. Os resultados obtidos, aliados a estudos de outras propriedades não analisadas neste estudo, como o módulo de deformação, a resistência à tração e a durabilidade dos concretos podem contribuir significativamente para a difusão do uso do concreto leve estrutural em obras da construção civil brasileira. 8 REFERÊNCIAS AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. Guide for structural lightweight aggregate concrete. ACI 213R-87. USA, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de concreto: procedimento. NBR Rio de Janeiro, GARLET, G. Aproveitamento de resíduos de E.V.A. (Ethylene Vinyl Acetate) como agregado para concreto leve na construção civil. Dissertação de Mestrado. UFRGS, Porto Alegre p. METHA, P.K. e MONTEIRO, P.J.M. Concreto: estrutura, propriedades e materiais. Ed. Pini 1ª edição nov São Paulo 573p. NEVILLE, A.M. Propriedades do Concreto. Ed. Pini 2ª edição mar São Paulo 828p. ROSSIGNOLO, J.A. Avaliação do efeito do tamanho do agregado e da adição de Metacaulim no desempenho das propriedades do concreto estrutural leve. USP, São Carlos p. SOBRAL, H.S. Concretos leves: tipos e comportamento estrutural. ABCP, São Paulo, p. 15

16 ROSSIGNOLO, J.A. & AGNESINI, M.V.C. Concreto: ensino, pesquisa e realizações. Concreto Estrutural Leve. IBRACON, São Paulo, volume 2. p GIACOMIN, R.C. Estudo das propriedades do concreto com argila expandida. Trabalho de Conclusão de Curso. PUCRS, Porto Alegre, p. SPRATT, B.H. An Introduction to Lightweight Concrete. Cement and Concrete Association, London, ROSSIGNOLO, J.A. Concreto leve de alto desempenho modificado com SB para pré-fabricados esbeltos: dosagem, produção, propriedades e microestrutura. Tese (Doutorado), Interunidades (EESC/IFSC/IQSC) da Universidade de São Paulo. USP, São Carlos, AL-KHAIAT, H. e HAQUE, M. N. Effect of initial curing on early strenght and physical properties of lightweight concrete. Cement and Concret Research. EUA, p GOMES NETO, D.P. Dosagem de microconcretos leves de alto desempenho para produção de pré-fabricados esbeltos de pequena espessura Estudo de Caso. Dissertação (mestrado) Universidade de São Paulo. USP, São Carlos, p. RECENA, F.A.P. Dosagem e Controle da Qualidade de Concretos Convencionais de Cimento Portland. EDIPUCRS, 2ª edição Porto Alegre. p. 49. SANTOS, M.E. et al. Argila expandida como agregado para concreto leve. Tema livre apresentado à reunião anual do IBRACON de São Paulo, MORAVIA, W.G. et al. 52º Concgresso Brasileiro de Cerâmica. Caracterização microestrutural da argila expandida para aplicação como agregado em concreto estrutural leve. Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, p