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1
UNIVERSIDADE TUITI DO PARANÁ
ANDRÉ LUIZ OLIVEIRA DE SOUSA
THYAGO ARAÚJO PETERS
ANÁLISE DE UMA VIGA BI-APOIADA DE CONCRETO ARMADO COM A SUBSTITUIÇÃO DO AGREGADO BRITA POR ARGILA
EXPANDIDA
CURITIBA
2016
2
UNIVERSIDADE TUITI DO PARANÁ
ANDRÉ LUIZ OLIVEIRA DE SOUSA
THYAGO ARAÚJO PETERS
ANÁLISE DE UMA VIGA BI APOIADA DE CONCRETO ARMADO COM A SUBSTITUIÇÃO DO AGREGADO BRITA POR ARGILA
EXPANDIDA
Trabalho final de conclusão apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Faculdade de Ciências Exatas da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Ricardo Augusto Voss
Coorientadora: Daniela Evaniki Pedroso
CURITIBA
2016
3
DEDICATÓRIA
Dedico mais esta conquista à minha família, por estar sempre ao meu
lado nesta jornada, fazendo desse sonho realidade.
À minha esposa, pelo companheirismo, paciência e compressão.
À minha mãe, por acreditar em mim, me orientar, me inspirar, me dar
força e me fazer querer vencer.
André Luiz Oliveira De Sousa
Dedico este trabalho a toda minha família e amigos pelo apoio e
compreensão durante todo este percurso, onde por diversas vezes estive
ausente fisicamente, mas sempre presente em pensamento, em especial a
minha esposa por estar do meu lado durante todo este período de trabalho e
estudos.
Thyago Araujo Peters
4
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradecemos a DEUS pela oportunidade, pela saúde e
pela força. Assim sendo possível acreditar, realizar sonhos e alcançar nossos
objetivos.
Agradecemos aos professores pela contribuição aos conhecimentos
adquiridos no decorrer deste curso, em especial aos orientadores deste
trabalho de conclusão Ricardo Augusto Voss e Daniela Evaniki Pedroso, pela
orientação para a realização do projeto, assim como ao técnico de laboratório
José Vitor Furtado, pelo auxilio e disponibilidade apresentada.
5
RESUMO
O concreto leve é atualmente uma alternativa na execução de obras
modernas onde se buscam versatilidade e economia, com isso o uso da argila
expandida vem sendo a cada dia mais aprimorado, buscando o
aperfeiçoamento do concreto leve estrutural.
Este trabalho faz um breve levantamento histórico do uso dos concretos
leves no mundo, apresenta as principais características e propriedades da
argila expandida que é classificada como um agregado leve. A fim de
aprofundar o estudo, este trabalho apresenta a determinação de três traços
distintos de concreto, verificando e analisando a utilização da argila expandida
como agregado graúdo em substituição do agregado natural. Para tal analise
foram moldados em laboratório corpos de prova dos traços encontrados e
posteriormente foram realizados ensaios de compressão axial com o intuído de
verificar as devidas resistências para as idades de 7, 14 e 28 dias.
Outro ponto abordado no trabalho faz o comparativo de custos entre os
três traços determinados, com o intuito de obter parâmetros financeiros de
viabilidade na utilização dos concretos analisados. Por fim é feita a analise de
uma viga bi apoiada de um projeto fictício, utilizando os parâmetros
encontrados do concreto convencional frente aos parâmetros do concreto leve
com argila expandida, onde a intenção foi verificar as quantidades de carga
suportadas pela estrutura assim como a influência da substituição dos
concretos na determinação da quantidade de aço necessária nas armaduras.
Palavras-chave: concreto leve, resistência a compressão, argila expandida.
6
ABSTRACT
Lightweight concrete is currently an alternative in the execution of
modern works where versatility and economy are sought, with which the use of
expanded clay has been increasingly improved, aiming at the improvement of
light structural concrete.
This work gives a brief historical survey of the use of lightweight
concretes in the world, presents the main characteristics and properties of the
expanded clay that is classified as a light aggregate. In order to deepen the
study, this work presents the determination of three distinct concrete traces,
verifying and analyzing the use of expanded clay as a large aggregate to
replace the natural aggregate. For this analysis, test specimens of the traces
found were molded in the laboratory and axial compression tests were carried
out with the aim of checking the resistance at the ages of 7, 14 and 28 days.
Another point discussed in the paper is the comparison of costs
between the three determined traits, with the purpose of obtaining financial
parameters of feasibility in the use of the analyzed concrete. Finally, the
analysis of a bi-supported beam of a specific project is done, using the
parameters of conventional concrete against the parameters of light concrete
with expanded clay, where the intention was to verify the amount of load
supported by the structure as well as the influence of the Replacing the
concrete in determining the amount of steel needed in the reinforcement.
Key-words: lightweight concrete, compressive strength, expanded clay.
7
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – Porto de Costa, Itália.....................................................................18
FIGURA 2 - Coliseu de Roma ...........................................................................18
FIGURA 3 - Cúpula do Panteão de Roma.........................................................18
FIGURA 4 - Lançamento da embarcação USS Selma 1919.............................19
FIGURA 5 - Edifício da Southwestern Bell TelephoneCompany.......................21
FIGURA 6 - Hotel Chase-Park Plaza.................................................................21
FIGURA 7 -Instalações da Cinasa em Jundiaí SP............................................22
FIGURA 8 - Micrografia (MEV) dos agregados produzidos pelos processos de
sinterização (a) e forno rotativo (b)....................................................................25
FIGURA 9 - Micrografia (MEV) ilustrando o acúmulo de bolhas de ar ao redor
dos Agregados leve decorrente da alta absorção de água após a mistura dos
minerais.............................................................................................................29
FIGURA 10 - Concreto leve...............................................................................32
FIGURA 11 - Plataforma Troll............................................................................36
FIGURA 12 - Aspecto da estrutura interna dos agregados leves(MEV.
Micrografia no modo elétrons secundários com aplicação de 300x). ..........38
FIGURA 13 - Aspecto da estrutura interna dos agregados leves (Microscopia
ótica de transmissão com aplicação de 200x)...................................................38
FIGURA14 - Aspecto de argila expandida brasileira produzido pela empresa
CINEXPAN.........................................................................................................39
FIGURA 15 - Argila expandida 1506 ................................................................47 FIGURA 16 - Amostras dos agregados areia e argila para ensaio de massa unitária...............................................................................................................50 FIGURA 17 - Ensaio de peso específico da areia com frasco de Chapman.....51 FIGURA 18 - Mistura do concreto......................................................................56 FIGURA 19 - Amostra de argila expandida saturada........................................56 FIGURA 20 - Tronco de cone............................................................................57 FIGURA 21 - Corpos de prova de concreto.......................................................58 FIGURA 22 - Guaria de subestação de energia................................................59 FIGURA 23 -Projeto de forma da guarita ..........................................................60
FIGURA 24 – Comparativo de resistência das amostras..................................65
FIGURA 25 - Áreas de influência da laje sobre as vigas...................................69
8
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Características de alguns agregados leves comerciais.................29
TABELA 2 - Lista de alguns documentos normativos sobre agregados leves e
concretos com agregados leves........................................................................31
TABELA 3 - Valores de referencia da massa especificados concretos leves
estruturais..........................................................................................................33
TABELA 4 - Valores correspondentes de resistência à compressão e massa
específica para concreto leve estrutural............................................................33
TABELA 5 - Absorção de água da argila expandida.........................................39
TABELA 6 - Características e propriedades da argila expandida......................39
TABELA 7 - Série de peneiras estabelecidas pela NBR NM 248 (ABNT,
2003)..................................................................................................................43
TABELA 8 - Análise granulométrica da areia natural........................................44
TABELA 9 - Análisegranulométrica da brita......................................................45
TABELA 10 - Análise granulométrica da argila expandida................................48
TABELA 11 - Resultados dos ensaios para determinação do traço de
concreto.............................................................................................................51
TABELA 12 - Traços de concretos executados do trabalho..............................55
TABELA 13 - Resistência a compressão e massa específica para concretos
leves...................................................................................................................62
TABELA 14 - Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 7
dias....................................................................................................................62
TABELA 15 - Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 14
dias....................................................................................................................63
TABELA 16 - Evolução de resistência a compressão com base na NBR 6118
(ABNT, 2014) item 12.3.3..................................................................................64
TABELA 17 - Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 28 dias
...........................................................................................................................64
TABELA 18 - Custos do concreto convencional ...............................................66
TABELA 19 - Custos do concreto leve..............................................................67
TABELA 20 - Custo do concreto leve com aditivo.............................................68
TABELA 21 - Envoltória de cargas....................................................................71
9
TABELA 22 -Peso especifico médio das amostras aos 28 dias.......................71
TABELA 23 - Planilha de armaduras para (C.C)...............................................72
TABELA 24 - Planilha de armaduras para (C.L.A)............................................73
TABELA 25 - Quantidade de barras de aço para (C.C).....................................74
TABELA 26 - Quantidade de barras de aço para (C.L.A)..................................74
TABELA 27 - Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.C).................75
TABELA 28 - Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.L.A)..............76
10
LISTA DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1 - Curva granulométrica da areia natural........................................44
GRÁFICO 2 - Curva granulométrica da brita ....................................................46
GRÁFICO 3 - Curva granulométrica da argila expandida..................................48
GRÁFICO 4 - Evolução media de resistência a compressão dos distintos tipos
de cimento Portland...........................................................................................52
GRÁFICO 5 - Curva de ABRAMS dos cimentos...............................................54
GRÁFICO 6 - Comparativo de resistência final das amostras...........................64
11
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABCP
ABNT
CP
CC
CL
CLA
NBR
NM
MF
Associação Brasileira de Cimento Portland
Associação Brasileira de Normas Técnicas
Corpo de Prova
Concreto Convencional
Concreto Leve
Concreto Leve com Aditivo
Norma Brasileira
Normatização (Países do Mercosul)
Módulo de Finura
As = área tracionada de aço na seção;
As’ = área comprimida de aço na seção;
bw = largura da seção;
d = altura útil da seção;
h = altura total da seção;
x = posição da linha neutra;
fck = resistência característica à compressão do concreto;
fcd = resistência de cálculo à compressão do concreto;
fyd = resistência de cálculo ao escoamento do aço;
Fd = valor de cálculo da combinação das ações;
Fgk = cargas permanentes diretas (peso próprio, revestimento e alvenarias);
Mrd1, lim = Momento limite;
Ø= diâmetro da barra;
pap = massa unitária do agregado
Sd = desvio padrão
Ɣ = massa especifica
12
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 14
1.1. OBJETIVO GERAL ......................................................................................................... 15
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................. 15
1.3. JUSTIFICATIVA DO TEMA ............................................................................................. 15
1.4. EXLUSÃO DE ESCOPO .................................................................................................. 16
2. REFERÊNCIAL TEÓRICO ........................................................................ 17
2.1. HISTÓRICO DO CONCRETO LEVE .................................................................... 17
2. 1. 1. Agregado leve artificial ....................................................................................... 19
2.1.2. Concreto leve no Brasil ........................................................................................ 22
2.2. AGREGADO LEVE ....................................................................................................... 23
2.2.1. Definição do agregado leve ................................................................................. 23
2.2.2. Processo de fabricação .................................................................................................. 24
2.2.3. Estrutura interna do agregado leve .......................................................................... 26
2.2.4. Impurezas ............................................................................................................... 28
2.2.5. Porosidade e absorção de água ......................................................................... 28
2.2.6. Controle tecnológico ............................................................................................. 30
2.3. CONCRETO LEVE ....................................................................................................... 31
2.3.1. Definições e especificações ................................................................................ 31
2.3.2. Concreto leve estrutural ........................................................................................... 32
2.3.3. Concreto Leve de Alto Desempenho ................................................................. 35
2.3.4. Argila expandida Brasileira ................................................................................. 37
3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 42
3. 1. CARACTERISTICAS DOS AGREGADOS ....................................................... 42
3.1.1. Determinação Da Composição Granulométrica Dos Agregados .............. 42
3. 1. 1. 1. Amostra De Areia Natural ...................................................................... 43
3. 1. 1. 2. Amostra de brita .............................................................................................. 45
3. 1. 1. 3. Amostra de argila expandida ........................................................................ 46
3. 1. 2. Massa Unitária dos Agregados e Massa Específica do Agregado Miúdo . 49
3. 2. PROPRIEDADES E DOSAGEM DO CONCRETO PELO MÉTODO ABCP... 52
3. 2. 1. Definições ............................................................................................................ 52
3. 2. 2. Dosagem do concreto ........................................................................................ 52
3. 3. MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ............................................................... 55
13
3. 3. 1. Procedimento E Etapas Para Moldagem ........................................................ 55
3.4. CURA DO CONCRETO ............................................................................................... 57
3. 5. ANÁLISE VIGA BI-APOIADA .................................................................................... 58
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 61
4.1. TRAÇOS DE CONCRETO ............................................................................................... 61
4.2. ENSAIOS MECÂNICOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ............................................ 61
4.3. COMPARATIVO DE CUSTO .................................................................................. 66
4.4. ANÁLISE DE UMA VIGA BI-APOIADA ................................................................. 69
4.4.1. Definições De Projeto ......................................................................................... 69
4.4.2. Quantidade De Aço .......................................................................................... 72
4.4.3. Análise De Sobrecarga .................................................................................... 75
5. CONCLUSÃO .............................................................................................. 79
ANEXOS
ANEXO 1: Certificado de resistência a compressão.....................................................84
ANEXO 2: Certificado de calibração da prensa - pg1 ..................................................85
ANEXO 2: Certificado de calibração da prensa – pg2..................................................86
ANEXO 4: Autorização de uso do nome da empresa Cinexpan...................................87
14
1. INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento das grandes metrópoles e a evolução natural da
arquitetura das cidades, é possível observar a cada dia os avanços das
construções e assim notar prédios cada vez mais altos com estruturas mais
esbeltas e vigas mais longas em grandes vãos.
Um dos grandes desafios da construção civil e que o acompanha durante
toda sua história e evolução, é a necessidade de diminuir o peso de peças
estruturais mantendo ou aumentando a sua capacidade de carga, para isso a
utilização de concreto leve estrutural (CLE) vem sendo tema de estudo e
pesquisa nos últimos anos, pelo mundo.
O concreto leve é utilizado em obras de engenharia a mais de 1000 anos,
agregados de rochas vulcânicas e pedra pomes eram utilizados desde as
primeiras obras de engenharia no mundo. Devido a massificação,
industrialização dos materiais e reservas naturais, os concretos convencionais
são dominantes no mercado da construção civil e a resistência do mercado em
aplicar novas técnicas e materiais dificulta a utilização em massa do concreto
leve.
Para este trabalho foi definido que o traço de concreto leve seria feito
utilizando como agregado graúdo somente argila expandida, mas segundo
Rossingnolo (2006) para que o concreto seja considerado leve, o agregado
pode ser substituído de forma parcial ou total, ou seja, também é considerado
concreto leve traços que contenham agregados com massa especifica superior
à 1000kg/m³, desde que não ultrapassem o limite estipulado pela NBR NM35
na relação entre a resistência do concreto e sua massa especifica.
15
1.1. OBJETIVO GERAL
Dosar um traço de concreto convencional com resistência característica
fck = 25 MPa. Com base neste traço, moldar amostras com os agregados
convencionais (areia e brita) e amostras com a substituição do agregado brita
pelo agregado leve (argila expandida).
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Analisar o comportamento mecânico dos concretos obtidos, com base
somente nos ensaios de compressão.
• Realizar comparativo de custo para produção de 1m³ de concreto, com
base na quantidade de insumos necessários.
• Analisar uma viga bi apoiada quanto a quantidade de aço e capacidade
de sobrecarga, utilizando informações obtidas a partir dos traços que
alcançaram resistência mínima de 25 MPa.
• Verificar a viabilidade do uso do concreto leve em estruturas de concreto
armado considerando somente a quantidade de armadura.
1.3. JUSTIFICATIVA DO TEMA
A escolha do tema foi determinada, além da grande importância do
concreto no mercado da construção civil, devido ao nicho de mercado em que
o concreto leve se encontra, vemos a cada dia mais estudos relacionados a
este tipo de concreto, onde são utilizados em lajes, nivelamento de pisos,
paredes de fechamento, com funções térmicas e isolantes entre outros. Mas
quando se refere ao concreto leve estrutural com resistências acima dos
25MPa encontra-se certa dificuldade em encontrar dados específicos que
justifiquem a troca do concreto convencional pelo concreto leve, fazendo de
grande valia o registro e estudo de tal tema.
16
1.4. EXLUSÃO DE ESCOPO
Não é objetivo deste trabalho dimensionar e detalhar as vigas do
projeto, como também não é, analisar efeitos de cisalhamento, tração,
adensamento, cálculo de esforços e outros fatores não abordados.
1.5. DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA
Estudo de nível laboratorial de concreto leve obtido pela substituição da
brita por argila expandida 1506, provenientes das Regiões de Metropolitana de
Curitiba.
17
2. REFERÊNCIAL TEÓRICO
2.1. HISTÓRICO DO CONCRETO LEVE
Os primeiros registros conhecidos sobre a aplicação dos concretos com
agregados leves data de aproximadamente 1100 a.C., cerca de 3100 anos
quando construtores pré-colombianos, na cidade mexicana de El Tajin,
utilizaram uma mistura contendo pedra-pomes, ligante a base de cinzas
vulcânicas e cal para a construção de elementos com função estrutural
(ROSSIGNOLO, 2009).
Em que pese esses registros, as aplicações históricas mais conhecidas
de concretos com a utilização de agregados leves, foram executadas pelos
romanos, com a finalidade de reduzir as cargas nas estruturas, utilizaram
concretos que combinavam aglomerante a base de cal e rochas vulcânicas.
Destacam-se na Itália o Porto de Cosa, a cobertura do Panteão e o Coliseu de
Roma. (ROSSIGNOLO, 2009; ACI 213R-03, 2003).
O Porto de Cosa (Figura 1), em 273 a.C., construído a 140 km de Roma,
teve em sua obra na execução de quatro estruturas para atracação de
embarcações a utilização de concreto com agregados leves de origem
vulcânica. Cerca de dois mil anos essas estruturas resistiram as ações da
natureza, apresentando apenas sinais de abrasão em sua superfície e só
deixaram de ser utilizadas por conta do assoreamento do porto
(ROSSIGNOLO, 2009; McCann et al, 1987).
O Coliseu de Roma (Figura 2), anfiteatro para 50 mil espectadores
construído entre os anos de 75 a 80 a.C., especificamente na estrutura de
fundação e em diversas paredes foi utilizado concreto com agregados leves
(ROSSIGNOLO, 2009).
FIGURA 1. Porto de Cosa, Itália
FONTE: ROSSIGNOLO, 2
Outro exemplo histórico é a cobertura do Panteão de Roma (figura 3),
cúpula abobadada com 44 m de diâmetro. Reconstruída em 125 d.C.,
utilizando concreto com pedras
desempenho estrutural. O projeto da nova cúpula apresentava algumas
inovações, como valores variáveis de espessura e de massa específica do
concreto. Ainda hoje a cúpula encontra
(ROSSIGNOLO, 2009; ACI 213R
FIGURA 3. Cúpula do Panteão de Roma
FONTE: Google/Imagens
de Cosa, Itália FIGURA 2. Coliseu de Roma
: ROSSIGNOLO, 2009 FONTE: Google/Imagens
Outro exemplo histórico é a cobertura do Panteão de Roma (figura 3),
cúpula abobadada com 44 m de diâmetro. Reconstruída em 125 d.C.,
utilizando concreto com pedras-pomes, com a finalidade de melhorar seu
enho estrutural. O projeto da nova cúpula apresentava algumas
inovações, como valores variáveis de espessura e de massa específica do
concreto. Ainda hoje a cúpula encontra-se em perfeito estado de conservação
(ROSSIGNOLO, 2009; ACI 213R-03, 2003).
GURA 3. Cúpula do Panteão de Roma
18
Outro exemplo histórico é a cobertura do Panteão de Roma (figura 3),
cúpula abobadada com 44 m de diâmetro. Reconstruída em 125 d.C.,
pomes, com a finalidade de melhorar seu
enho estrutural. O projeto da nova cúpula apresentava algumas
inovações, como valores variáveis de espessura e de massa específica do
se em perfeito estado de conservação
19
2. 1. 1. Agregado leve artificial
O Engenheiro americano Stephen J. Hayde, fabricante de tijolos
cerâmicos, inventou o processo para obtenção de agregados expandidos.
Hayde observou em sua fabrica, que quando a etapa de aquecimento dos
fornos ocorria mais rápido que o usual, os tijolos se transformavam em
elementos expandidos, deformados e extremamente leves e que se reduzisse
as dimensões, esses “tijolos expandidos” poderiam ser utilizados como
agregados para produzir concretos leves com propriedades mecânicas
semelhantes as do concreto convencional.
Em 1918, depois de quase uma década de experimentos, o processo de
obtenção de agregados leves pelo aquecimento em forno rotativo de pequenas
partículas de xisto, argila e ardósia, foi patenteada por Hayde, denominada
Haydite (ACI 213R-03, 2003).
Durante a primeira Guerra mundial em 1918, ocorreram as primeiras
aplicações dos agregados leves artificiais produzidos por Hayde, quando o
American Emergency FleetBuilding Corporation construiu embarcações com
concreto leve. O USS Selma (Figura 4), é um exemplo dessas embarcações,
com 123,3 m de comprimento, utilizou em sua estrutura cerca de 2000 m³ de
concreto leve com argila expandida, com valores de resistência à compreensão
aos 28 dias de 28,5 Mpa e massa especifica de 1905 Kg/m³. (Holm e Bremner,
1994).
FIGURA 4. Lançamento da embarcação USS Selma 1919
FONTE: Holm, 1980
20
Na mesma época o valor usual de resistência a compressão dos
concretos convencionais era de 15 MPa. Após 70 anos de exposição ao meio
marítimo, através de um estudo realizado por Holm e Bremner, demonstraram
o excelente estado de conservação da estrutura dessa embarcação
(ROSSIGNOLO, 2009).
Foram construídas 14 embarcações com estruturas de concreto leve
durante a primeira Guerra Mundial. Já na segunda Guerra Mundial, foram
construídos 488 navios com concreto leve, o que permitiu grande economia de
chapas de aço (ROSSIGNOLO, 2009).
Ao mesmo tempo em que eram aplicados os concretos leves artificiais
nas primeiras embarcações, nos Estados Unidos eram realizadas pesquisas
para o uso desse material na construção civil. Em 1922 no ginásio da Westport
High School, na cidade do Kansas, foi registrada a primeira aplicação de
concreto leve com agregados artificiais em edificações. A motivação para o uso
do concreto leve na estrutura foi a baixa capacidade de suporte do solo, com a
finalidade de reduzir os custos da fundação. Na época, apesar dos agregados
leves representarem um custo 150% maior que o concreto convencional, ainda
assim com a utilização deste material houve uma redução no custo geral da
edificação (ESCSI, 1971).
Em 1929 na cidade de Kansas, ocorreu a primeira aplicação do concreto
leve estrutural em edifícios de múltiplos pavimentos, na expansão do edifício de
escritórios da Southwestern Bell Telephone Company (Figura 5).Construído
inicialmente com 14 pavimentos de estrutura de concreto convencional, foi
projetado para receber mais oito pavimentos. No entanto, os projetistas
verificaram que se substituíssem o concreto convencional pelo concreto leve,
poderia ser executados seis pavimentos adicionais, além dos oito já previstos.
Assim a estrutura dos últimos 14 pavimentos foi executada com concreto leve
de 25 MPa de resistência a compressão aos 28 dias (ESCSSI, 1971).
O hotel Chase-Park Plaza (Figura 6), na cidade norte americana de St.
Louis, ainda em 1929, foi primeiro edifício de múltiplos pavimentos (28
andares) com estrutura integralmente executada em concreto com agregado
leve (ESCSSI, 1971).
21
FIGURA 5. Edifício da Southwestern Bell TelephoneCompany FIGURA 6. Hotel Chase-Park Plaza
FONTE: ESCSSI, 1971 FONTE: ESCSSI, 1971
Segundo Mehta e Monteiro (2008), em meados da década de 1930, foi
utilizado para a construção da pista superior da ponte da baía de San
Francisco-Oakland (EUA), concreto com agregados leves, o que proporcionou
uma economia em torno de três milhões de dólares em aço.
As aplicações dos concretos estruturais leves ficaram limitadas nos
Estados Unidos e no Canadá até a patente de Hayde expirar, em 1946. Na
Dinamarca, nessa época começou a funcionar a primeira fabrica de agregados
leves em argila expandida (os LECA, sigla em inglês para Lightweight
Expanded Clay Aggregates) (ROSSIGNOLI, 2009).
A partir dos anos de 1970, com o aprimoramento da tecnologia dos
concretos e com o desenvolvimento de novos materiais componentes, como os
aditivos redutores de água e as adições pozolânicas, tornaram-se mais fácil a
obtenção de concretos com alta resistência mecânica e elevada durabilidade.
Esses desenvolvimentos também foram aplicados aos concretos leves e, no
inicio dos anos de 1990, Zhang e Gjørv conseguiram superar a barreira dos
100 MPa de resistência à compressão aos 28 dias para concreto com
agregados leves (argila expandida), com massa especifica em torno de 1750
kg/m³ e consumo de cimento de 550 kg (ROSSIGNOLO, 2009).
Em 1995 na Noruega, ocorreu o Simpósio Internacional sobre Concretos
Estruturais com Agregados Leves, organizado pela associação Norueguesa de
Concreto, um importante marco na evolução da tecnologia dos concretos leves
estruturais (ROSSIGNOLO, 2009).
22
2.1.2. Concreto leve no Brasil
No Brasil em 1965, o Grupo Rabello junto com a empresa Compact
Engenharia Ltda., fundou a CINASA (atualmente CINEXPAN S.A.), com o
objetivo de produzir elementos pré-fabricados de concreto armado para a
construção de habitações (ROSSIGNOLO, 2009).
Verificou-se a possibilidade de utilizar concreto leve nos elementos
habitacionais, com a intenção de melhorar o desempenho no processo
produtivo, facilitando o transporte e moldagem das peças. Com a falta de
fornecedores de agregados leves no Brasil, o grupo Rabello decidiu implantar
uma unidade de produção desse material. Em 1968 a nova empresa do grupo,
a CINASA (Figura 7), iniciou a produção de argila expandida, com um volume
mensal de produção de 7500m³. Instalada no município de Jundiaí, a 60 km de
São Paulo, local escolhido em função da disponibilidade de argila piro-
expansiva nessa região (ROSSIGNOLO, 2009).
FIGURA 7. Instalações da Cinasa em Jundiaí SP
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
Com o avanço da tecnologia no desenvolvimento do concreto leve
estrutural no Brasil, após o inicio da produção de argila expandida, merecem
destaques as pesquisas realizadas pela Professora Yasuko Tezuca, da
23
Universidade de São Paulo, em especial sua dissertação de mestrado
defendida em 1973 e intitulada “ Concreto Leve à Base de Argila Expandida”
(TEZUCA, 1973).
É digno de nota, também, o pioneirismo do engenheiro Augusto Carlos
de Vasconcelos, pelos primeiros projetos estruturais empregando concreto com
argila expandida brasileira, bem como pelo inicio da divulgação das
implicações do uso desse agregado no projeto estrutural (VASCONCELOS,
1973; 1976).
Segundo Rossignolo, 2009, deste então, a tecnologia do concreto leve
estrutural tem sido motivo de pesquisas em diversas universidades do Brasil.
Uma das principais fontes de divulgação dessas pesquisas bem como de
exemplos de aplicações do concreto leve no Brasil, são os anais do Congresso
Brasileiro do concreto, evento realizado anualmente pelo Instituto Brasileiro de
Concreto (IBRACON).
2.2. AGREGADO LEVE
2.2.1. Definição do agregado leve
O termo agregado leve serve para designar um agregado de massa
específica baixa. Para concretos leves estruturais essa massa é limitada a
cerca de um a dois terços da massa especifica dos agregados convencionais,
embora essa característica seja diretamente influenciada pela classificação e
forma das partículas. As características de peso e resistência são as duas
propriedades técnicas mais importantes do agregado leve.
Em sua pesquisa Rossignolo (2009), classifica os agregados em dois
grupos:
a) Naturais: são obtidos por meio da extração direta em jazidas, seguida
de classificação granulométrica. Esse tipo de agregado leve tem
pouca aplicação em concretos estruturais em função da grande
variabilidade de suas propriedades e da localização e disponibilidade
das jazidas. Como por exemplo, a pedra-pomes e o tufo vulcânico.
b) Artificiais: são obtidos através de processos industriais e,
normalmente, são classificados com base na matéria-prima utilizada
24
e no processo de fabricação, como a argila expandida e a escória
sinterizada.
2.2.2. Processo de fabricação
Os principais processos de fabricação de agregados leves artificiais são
o de sinterização e o de forno rotativo.
Segundo Mehta e Monteiro (1994), os agregados com argila expandida
produzidos pelo processo de sinterização possuem massa especifica aparente
na faixa compreendida entre 650 kg/m³ e 900 kg/m³, enquanto os produzidos
pelo processo de forno rotativo têm valores entre 300 kg/m³ e 650 kg/m³.
No processo de sinterização a matéria-prima é umedecida e misturada
com uma proporção adequada de combustível, podendo ser carvão finamente
moído ou coque, para em seguida ser transportada por uma grelha móvel sob a
ação de queimadores em altas temperaturas, de forma que o calor atinge
gradualmente toda a espessura da camada formando gases e
conseqüentemente expandindo-as (MEHTA E MONTEIRO, 1994; NEVILLE,
1976).
Segundo Rossignolo (2009), o agregado obtido pelo processo de
sinterização apresenta poros abertos, sem recobrimento e com altos valores de
absorção de água. Além disso, o produto final desse processo resulta em um
clinquer muito irregular e de arestas “vivas”, exigindo britagem para atender
todas as graduações granulométricas necessárias para a produção de
concretos.
Outra desvantagem da utilização dos agregados produzidos pelo
processo de sinterização é a possibilidade de peneiração da pasta de cimento
nos poros externos, que pode variar de 30 kg a 100 kg de cimento por m³ de
concreto, aumentando assim o consumo de cimento e a massa específica do
concreto (ROSSIGNOLO, 2009).
O processo de produção em forno rotativo aproveita as características
expansivas de alguns materiais, como por exemplo, algumas argilas quando
submetidas a elevadas temperaturas (entre 1000ºC e 1350ºC). Com a
temperatura nessa faixa, uma parte dos constituintes do material se funde
formando uma massa viscosa, enquanto a outra parte se decompõe
25
quimicamente liberando gases que são incorporados por essa massa, assim
expandindo-a até sete vezes seu volume inicial. Mesmo após o resfriamento
essa estrutura porosa se mantém. Esse processo de fabricação promove a
formação de uma camada vitrificada externa na partícula com baixa porosidade
(ROSSIGNOLO, 2009).
Os agregados produzidos em forno rotativo, como as argilas
expandidas, normalmente apresentam forma esférica e uma fina camada
externa com baixa porosidade, assim possibilitando uma boa trabalhabilidade
com baixas relações água/cimento. No entanto, em função do seu formato
esférico, esse agregado apresenta maior facilidade de segregação do que
produzido pelo processo de sinterização (CEB/FIP, 1977).
Na maioria dos processos de fabricação de agregados leves, o diâmetro
das partículas variam entre 1 mm e 25 mm, com valores de massa especifica
inversamente proporcional ao diâmetro (ROSSIGNOLO, 2003).
A Figura 8, apresenta a diferença na estrutura interna dos agregados e
na porosidade da superfície produzido por ambos os processo de produção.
FIGURA 8. Micrografia (MEV) dos agregados produzidos pelos processos de sinterização (a) e forno rotativo (b)
FONTE: Zhang; Gjorv
Descritas por Santos et al. (1986), é resumida em oito etapas o processo
de fabricação da argila expandida em forno rotativo.
a) Homogeneização: a matéria prima é lançada para homogeneização;
b) Desintegração: em função de reduzir os grandes torrões a um diâmetro
máximo de 5 cm o material é lançado a um desintegrador;
26
c) Mistura e nova homogeneização: por meio de esteiras o material é
transportado para um misturador com a finalidade de deixar a argila com
a trabalhabilidade adequada para a extrusão. Nessa etapa é feita a
correção de água e podem ser utilizados aditivos para melhorar a
plasticidade da argila ou para aumentar sua expansão durante a queima;
d) Laminação: etapa em que o material passa por dois cilindros rotativos
eliminando os torrões maiores que 5 mm, deixando a mistura pronta
para extrusão;
e) Pelotização: é realizada por extrusão continua em que o material é
forçado contra uma placa perfurada por orifícios circulares. O diâmetro
desses orifícios influi diretamente no diâmetro dos agregados após a
queima. O material que sai pelos orifícios é cortado por uma lamina
rotativa, assim formando as pelotas que são lançadas ao forno;
f) Secagem e queima: é considerada a parte mais importante do processo,
ocorre dentro do forno rotativo. A disposição das aletas internas para a
condução do material, a inclinação do forno, o tempo de permanência
dentro do formo, assim como outros detalhes específicos, dependem
das características da argila e devem ser estudados visando a maior
economia do processo e do desempenho do produto. A primeira fase é
onde ocorre a secagem das pelotas. Na zona de combustão, o forno
atinge a temperatura prevista entre 1000º C e 1350ºC, para a expansão
das pelotas. O combustível geralmente é óleo ou gás;
g) Resfriamento: normalmente é utilizado um cilindro na saída do forno, no
qual é soprado ar por ventiladores. O ar quente é reaproveitado dentro
do forno;
h) Classificação e estocagem final: através de peneiras vibratórias os
agregados leves são classificados e armazenados para comercialização.
2.2.3. Estrutura interna do agregado leve
Os agregados com baixos valores de massa especifica, são
responsáveis pela redução da massa especifica dos concretos leves
estruturais. Como as matérias primas dos concretos convencionais e dos
concretos leves apresentam valores de massa especifica da mesma ordem de
27
grandeza, utiliza-se a inclusão de uma estrutura porosa no agregado para a
redução desse índice físico, assim alterando a estrutura interna do agregado
(CEB/FIP, 1977).
Segundo Holm e Bremner (1994), a estrutura interna tem um efeito
importante na resistência mecânica e no módulo de deformação dos agregados
leves. Considerando a mesma mátria prima e o mesmo processo de
fabricação, os agregados com estruturas bastante porosas tem menos
resistência comparado aos concretos de estruturas pouco porosas. Outros
aspectos decisivos na resistência mecânica dos concretos leves são o tamanho
e a distribuição de poros. Para um mesmo grau de porosidade, é interessante
que haja uma distribuição uniforme de pequenos poros, em vez de poucos
poros de grande diâmetro. Em algumas áreas especificas a redução da
porosidade, também influencia na resistência mecânica do agregado. Com
característica de uma camada externa de baixa porosidade aumentando assim
sua resistência mecânica, a argila expandida é um exemplo desse agregado.
O valor do módulo de deformação dos agregados leves segundo FIP
(1983) pode ser estimado conforme a Equação 1, que relaciona o módulo de
deformação �������e massa especifica aparenteγ = kg/m³do agregado leve.
Segundo Holm e Bremner (1994), os valores do módulo de deformação
dos agregados leves utilizados em concretos estruturais variam entre 10 GPa e
18 GPa.
�� = 0,008 ∗ ������� (1)
Ainda de acordo com Holm e Bremner (1994), os agregados leves com
baixa resistência mecânica têm pouca participação na transmissão de tensões
internas no concreto. Assim quanto maior for à diferença entre os valores do
módulo de deformação do agregado e da pasta de cimento, maior vai ser a
diferença entre a resistência a compressão da pasta de cimento e do concreto.
O aumento do módulo de deformação do agregado leve aumenta também os
valores da resistência a compressão e o do módulo do concreto.
28
2.2.4. Impurezas
Segundo Rossignolo (2003), os agregados leves artificiais produzidos
com argila expandida são quimicamente inertes e livre de impurezas. No
entanto as argilas obtidas em jazidas onde se alternam camadas de argila com
outras de calcário, os grãos poderão conter partículas de cal, com tendência a
criar eflorescência na presença de água.
2.2.5. Porosidade e absorção de água
As características de porosidade e absorção de água dos agregados
leves afetam significativamente as propriedades dos concretos no estado
fresco e o processo de hidratação do cimento. A velocidade e a quantidade de
água absorvida pelos agregados leves dependem da porosidade total,
conectividade entre os poros, características da superfície do agregado e da
umidade do agregado antes da mistura (NEVILLE, 1997; Euro Light Con,
1998).
Existem outros fatores que também podem influenciar a absorção de
água dos agregados, como os aditivos, a temperatura e, no caso do concreto
bombeado, a respectiva pressão de bombeamento. A absorção de água dos
agregados é proporcional à consistência do concreto e pode aumentar e pode
aumentar com o uso de super plastificantes. O que pode também aumentar a
absorção de água dos agregados é a utilização de agentes retardadores, pois
aumenta o tempo entre a mistura e o inicio do endurecimento do concreto. Em
função das altas pressões utilizadas quando o concreto é bombeado, o
agregado absorve uma quantidade maior de água (CEB/FIP, 1977).
Aos agregados leves com altos valores de absorção de água, é
recomendado a pré-saturação para evitar o prejuízo da trabalhabilidade do
concreto no estado fresco e evitar formações de bolhas de ar ao redor do
agregado, conforme mostra a Figura 9. Apesar da pré-saturação dos
agregados aumentar a absorção final de água, observa-se a redução da
absorção de água após a mistura (ROSSIGNOLO, 2003).
A alta quantidade de água absorvida pelo agregado leve pode ser
desfavorável a algumas propriedades do concreto no estado de endurecimento,
29
como o aumento da retração por secagem, o aumento da massa específica e a
redução de resistência ao fogo. No entanto, a absorção de água dos agregados
leves apresenta alguns aspectos positivos, como a melhoria das propriedades
da zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento, com a redução do
efeito parede. Além disso a água absorvida pelo agregado leve beneficia a
“cura interna” do concreto (HOLM; BREMNER, 1994).
FIGURA 9. Micrografia (MEV) ilustrando o acúmulo de bolhas de ar ao redor dos Agregados leve decorrente da alta absorção de água após a mistura dos minerais.
FONTE: Helland; Maage, 1995
Em seus estudos Rossignolo (2009), apresenta os valores de absorção
de água, assim como outras características de alguns agregados leves
comerciais nacionais, europeus e norte-americanos (Tabela 1).
TABELA 1. Características de alguns agregados leves comerciais
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
Como é possível inferir, a grande maioria dos agregados leves
comercializados no mundo possui o forno rotativo em seuprocesso de
30
fabricação, o que se justifica pelas inúmeras vantagens desse processo
relacionadas às características positivas que ele confere aos agregados leves
quando comparados ao processo de sinterização, como por exemplo, o
revestimento vítreo e a baixa permeabilidade. Ainda relacionado a essa última
característica, os agregados nacionais de argila expandida possuem menores
índices de absorção de água comparados ao de mesmo tipo de agregado
produzido pelo mesmo processo de fabricação em outros países, o que
caracteriza a qualidade do produto nacional.
2.2.6. Controle tecnológico
Um conjunto de análises prévias deve atender a utilização do agregado
leve em concreto estruturais. A NM 35 (1995) apresenta especificações para
analise dos agregados e do concreto com os agregados. Com relação ao
agregado, estão previstas nessa norma as análises de composição
granulométrica, de massa especifica aparente e de teores de substancias
nocivas (materiais orgânicos e oxido de ferro). Para o concreto com os
agregados leves, a referida norma apresenta especificação de análise para
retração por secagem (ROSSIGNOLO, 2009).
Além dessas análises previstas a NM 35 (ABNT, 1995), outros estudos
complementares são importantes na caracterização dos agregados leves, a
exemplo da análise de absorção de água, teor de cloretos e sulfatos e o
potencial reativo álcali-agregado (ROSSIGNOLO, 2009). No Euro Light Con
(2000) e na relação de normas constantes na Tabela 2, é possível obter os
procedimentos de ensaios para o controle tecnológico dos agregados leves e
para os concretos com esses agregados (ROSSIGNOLO, 2009).
31
TABELA 2. Lista de alguns documentos normativos sobre agregados leves e concretos com agregados leves
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
2.3. CONCRETO LEVE
2.3.1. Definições e especificações
A principal característica dos concretos leves é a redução da massa
específica com relação aos concretos convencionais, conseqüência da
substituição de parte dos materiais sólidos por ar. A utilização dos agregados
leves ocasiona mudanças significativas em outras importantes propriedades
dos concretos, como trabalhabilidade, resistência mecânica, módulo de
deformação, retração e fluência, além da redução da espessura da zona de
transição entre o agregado e a matiz de cimento (ROSSIGNOLO, 2003).
O termo concreto leve, é utilizado para identificar concretos com
estrutura porosa, geralmente a base de ligantes hidráulicos, com massa
específica inferior aos dos concretos tradicionais, segundo Short (1962),
basicamente, o único meio de obtenção de concretos leves é através da
inserção de ar em sua composição. Contudo, isso pode ser feito de três formas
distintas:
a) Criando bolhas de ar na própria matriz cimentícia, constituindo o
chamado concreto celular ou aerado;
b) Eliminando as partículas finas da composição granulométrica do
agregado, criando assim o chamado concreto com ausência de finos;
32
c) Substituindo a pedra britada por agregados porosos, o que inclui ar a
mistura (Figura 10).
FIGURA 10. Concreto leve:
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
Embora existam três formas distintas de produção, os concretos leves
são produzidos através de referidas combinações. Por exemplo, concretos com
ausência de finos empregam agregados leves, assim como concretos aerados
utilizam agregados celulares em sua composição (SHORT, 1962).
Como complemento para essa classificação, Maycá et. al (2008), sugere
o acréscimo de um quarto tipo de concreto leve, denominado concreto misto, o
qual seria o resultado de uma combinação de agregados leves, aditivos
incorporadores de ar e da redução de finos no traço.
2.3.2. Concreto leve estrutural
De acordo com Rossignolo (2003), os concretos leves estruturais são
obtidos através da substituição total ou parcial dos agregados tradicionais por
agregados leves e, normalmente apresentam valores de massa específica seca
abaixo de 2000 kg/m³. A Tabela 3 apresenta valores limites de massa
específica citados em alguns documentos normativos ou de referência para os
concretos leves.
33
TABELA 3. Valores de referencia da massa especificados concretos leves estruturais
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
ACI 213R-03 (2003), especifica que o concreto leve estrutural, além de
apresentar o valor de massa específica nos limites apresentados na Tabela 3,
deve apresentar resistência à compressão aos 28 dias acima de 17 MPa.
A NBR NM 35 (ABNT, 1995) apresenta valores mínimos de resistência à
compressão em função dos valores de massa especifica aparente, conforme
verifica Tabela 4. Valores intermediários de resistência à compressão e da
massa específica aparente correspondente, podem ser obtidos por
interpolação. Além disso, esse documento normativo especifica que os
agregados leves utilizados na produção dos concretos estruturais devem
apresentar valores de massa unitária o estado seco e solto abaixo de 1120
kg/m³ para agregados miúdos, e de 880 kg/m³ para agregados graúdos.
TABELA 4. Valores correspondentes de resistência à compressão e massa específica para concreto leve
estrutural
l FONTE: NM 35, 1995
Entre as vantagens de utilização dos concretos leves estruturais com
relação ao concreto convencional é possível citar a redução de das seções
34
transversais de elementos estruturais compostos por outros tipos de materiais
que venham a trabalhar de forma conjunta com o concreto leve, redução das
dimensões das fundações, redução do peso próprio dos materiais com
conseqüente aumento da produtividade no canteiro de obras, maior isolamento
térmico e acústico do produto acabado, redução do tempo de execução, a
possibilidade de se construir sobre solos com menor capacidade de suporte,
menor custo com armaduras e maior durabilidade (SILVA, 2007).
Por outro lado, os concretos leves possuem teores de cimento maiores
que os concretos convencionais, o que representa um custo adicional, tornando
o concreto leve mais caro. Outras desvantagens são a limitação da resistência
determinada pela resistência dos agregados de maiores dimensões e a maior
dificuldade de se dispor de caracterização e procedimento de dimensionamento
(SILVA, 2007).
Em termos de traço, a resistência à compreensão dos concretos leves
está normalmente associada com o teor de cimento para um dado abatimento
e não com o fator água/cimento. Na maioria das vezes, essa resistência pode
ser aumentada reduzindo-se a dimensão máxima do agregado e/ou
substituindo-se o agregado leve miúdo por areia natural de boa qualidade
(MEHTA E MONTEIRO, 1994).
Em decorrência ao seu baixo peso específico, quando comparado ao
concreto convencional, o concreto leve estrutural tem se mostrado
extremamente importante na construção e na recuperação de pontes. Isso pelo
fato de que geralmente, nas pontes de grandes vãos o peso próprio da
estrutura chega a representar 70% das solicitações (ROSSIGNOLO E
AGNESINI, 2005).
Liu et. al (2010), utilizaram o concreto leve estrutural na recuperação do
tabuleiro de pontes antigas focando os aspectos de construção e técnicas de
controle de qualidade. Os estudos mostraram que a adoção de conectores de
cisalhamento e manta de aço aliado à utilização do concreto leve estrutural
poderia resolver os problemas de diminuição da força de rolamento de pontes
antigas.
De acordo com Vieira (2000), outra vantagem da utilização do concreto
leve estrutural em pontes encontra-se na fase construtiva, quanto este é
executado em balanços progressivos. Isso porque os esforços no carro são
35
menores, permitindo um menor desgaste do equipamento e maiores avanços.
A redução do peso próprio ainda permite a construção de pontes com
elementos pré-fabricados que possa vencer vãos superiores aos alcançados
com a utilização de concreto convencional.
Outra aplicação eficiente desse material ocorre em lajes de piso de
grandes edifícios, uma vez que a resistência não é o fator mais importante
nesse tipo de elemento. Como exemplo dessa aplicação é possível citar a Like
Point Tower, em Chicago (MEHTA E MONTEIRO, 1994).
A grande maioria das aplicações de concreto leve em termos mundiais
continua sendo na produção de elementos e painéis pré-fabricados de
concreto. O menor peso dos elementos reduz os custos com equipamentos de
manuseio, transporte e construção, sendo mais convenientes para esse tipo de
construção do que o concreto com agregados tradicionais (MEHTA E
MONTEIRO 1994).
2.3.3. Concreto Leve de Alto Desempenho
Segundo American Concrete Institute – ACI (1990), o concreto de alto
desempenho pode ser definido como o concreto que atende os requisitos de
uniformidade e apresenta desempenho especial. Considerasse esta definição
mais adequada do que aquelas baseadas unicamente na resistência mecânica
do concreto.
Segundo AITCIN (2000), e SILVA (2000), uma definição ainda mais
adequada para os concretos de alto desempenho deveria basear-se em pelo
menos três fatores: resistência mecânica, propriedades relativas à durabilidade
e relação água/aglomerante. Para em especifico os concreto leve, outro
parâmetro muito importante deve ser levado em conta: massa específica.
Segundo SPITZNER (1994) E HOLM (2000), o concreto leve de alto
desempenho pode ser definido através de um parâmetro que relaciona a
resistência à compressão e a massa específica. Essa relação, denominada
Fator de Eficiência, é apresentada na Equação 2.
FatordeE�iciência =#$
%�MPa�(2)
36
Onde:
Fc = resistênciaàcompressão�MPa�
γ = massaespecí�icasecadoconcreto�kg/m³�
Ainda de acordo com Spitzner (1994) e Armelinet al. (1994), é
considerado concreto leve de alto desempenho um concerto com Fator de
Eficiência acima de 25 MPa.dm³/kg. Esse valor foi obtido tendo como
referencia um concreto com agregados convencionais, com resistência à
compressão de 60 MPa e massa específica de 2400 kg/m³, classificado por
Spitzner (1994) como de alta resistência. Assim considera-se concreto leve de
alto desempenho, por exemplo, um concreto com resistência à compressão de
30 MPa, desde que sua massa específica seja inferior 1200 kg/m³.
Concretos leves de alto desempenho têm sido usados na construção de
plataformas off shore Figura 11, por duas razões fundamentais, sendo elas, a
maior flutuabilidade e a maior resistência específica (CRUZ et al, 2000).
FIGURA 11. Plataforma Troll
FONTE: Google/Imagens
A maioria delas é construída em estaleiros para posteriormente serem
transportadas para o local de uso definitivo, sendo, portanto, necessários
reduzir o peso da estrutura. Para essas estruturas é essencial que se alie
37
simultaneamente agregados leves e de alto desempenho, por estas estarem
expostas a ambientes de alto grau de agressividade (HOLM E BREMNER
1994).
De fato o concreto leve estrutural possui inúmeras vantagens quando
comparado ao concreto convencional, e salvo alguns critérios e medidas
preventivas a serem seguidos e adotados para a sua aplicação, possuem
enorme potencial de utilização. Outros estudos desenvolvidos na área além de
promover o desenvolvimento tecnológico agregam valor e qualidade aos
produtos e serviços prestados no setor construtivo (MAYCA et al, 2008).
2.3.4. Argila expandida Brasileira
A argila expandida é o único agregado leve produzido no Brasil. A
produção desse agregado fica restrita a um único fabricante, a empresa
CINEXPAN (antiga CINASA), fabrica localizada na Cidade de Várzea Paulista,
a 50 km de São Paulo. A produção da argila expandida destina-se ao setor da
construção civil, lavanderias, paisagismo, refratárias e demais aplicações,
como substratos.
Em decorrência das necessidades da indústria da construção civil de
São Paulo, foram realizadas pelo IPT, várias pesquisas visando encontrar
argilas viáveis à produção de agregados leves pelo processo de forno rotativo.
Dessa maneira foram estudados trezentos tipos de argila do estado de São
Paulo, as quais eram indicadas com possível potencial de expansão devido à
composição química e mineralógica (CABRAL, 2005).
Segundo Souza Santos 1992, através de ensaios de queima rápida e
lenta, foram escolhidas dezesseis variedades de argila: ensaios em escala
piloto permitiram a seleção de outras quatro, tendo sido escolhida apenas uma
por condições econômicas para industrialização.
De acordo com Cabral (2005), a produção em escala piloto foi realizada
utilizando um forno piloto rotativa adaptada e construída inteiramente em São
Paulo. Na época o forno o foi projetado de forma que permitia o controle de
inclinação obre o plano horizontal e o maçarico de chama direta permitia a
formação de uma atmosfera oxidante e temperaturas máximas de
38
1350ºC.Atualmente o processo de produção da argila expandida ocorre em
forno rotativo, utilizando temperaturas media de 1100ºC e argila com
características piro - expansiva extraída no município de Jundiaí, vizinho à
Várzea Paulista. Conseqüência desse processo, o agregado apresenta formato
arredondado regular núcleo esponjoso, envolto por uma camada vitrificada,
com baixa permeabilidade, como pode ser observado nas micrografias
apresentadas nas Figuras 12 e 13 (ROSSIGNOLO, 2009).
FIGURA 12. Aspecto da estrutura interna dos FIGURA 13. Aspecto da estrutura interna dos agregados
agregados leves (MEV. Micrografia no modo leves (Microscopia ótica de transmissão com aplicação
elétrons secundários com aplicação de 300x). de 200x).
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009 FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
Segundo Rossignolo 2009, os agregados leves são produzidos em
diversas faixas granulométricas para atender a construção civil, a indústria têxtil
e o setor de jardinagem. Os agregados usualmente empregados em concretos
estruturais são os denominados comercialmente de Cinexpan 0500 (Dmáx =4,8
mm), Cinexpan 1506 (Dmáx = 12,5 mm), Cinexpan 2215 (Dmáx = 19,0 mm),
conforme Figura 14.
39
FIGURA14. Aspecto de argila expandida brasileira produzido pela empresa CINEXPAN
FONTE: CINEXPAN/Imagem alterada
As Tabelas 5 e 6, apresentam respectivamente os valores de absorção
de água (determinados pelo método proposto por Tezuca, 1973), e os valores
de algumas características e propriedades dos três tipos de argila expandida
usualmente empregados em concretos estruturais. Os valores apresentados
nessas tabelas são apenas indicativos e podem apresentar alterações em
função das especificidades dos lotes produzidos (ROSSIGNOLO, 2009).
TABELA 5. Absorção de água da argila expandida
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
TABELA 6. Características e propriedades da argila expandida
FONTE: ROSSIGNOLO, 2009
40
Algumas características da argila expandida nacional que se destacam
dos agregados convencionais:
a) Leveza: 60% mais leve que os agregados convencionais. É a
principal característica da argila expandida. É derivada do processo
de expansão durante a sua fabricação e pode atingir ate 5 vezes o
seu volume inicial;
b) Alta resistência mecânica: a argila expandida tem um excelente
comportamento em relação à tração de compressão, devido a sua
estrutura esférica formada pela camada externa vitrificada;
c) Estabilidade dimensional: a camada externa da argila expandida é
responsável pela alta resistência a alterações dimensionais
provocadas por condições externas;
d) Contribui para a sustentabilidade da obra: a argila expandida
contribui significativamente na obtenção da certificação LEED
(Leadership in Energy and Environmental Desing). De 110 créditos
possíveis de se atingir no projeto e na execução de uma obra, a
argila expandida pode contribuir com até 16 créditos;
e) Inerte quimicamente: a argila expandida não reage com outros
materiais de construção e nem deteriora com a ação do tempo;
f) Alta durabilidade: a exposição a alta temperatura de fundição forma
um solido estável com alta durabilidade ao longo do tempo. Por isso,
a argila expandida é quimicamente inerte, não emite gases e odores
e não se decompõe física ou quimicamente.
g) Isolante acústico: o seu excelente desempenho como isolante
acústico é resultado de sua estrutura micro poroso, que reduz a
dissipação da energia acústica. Com apenas 5 cm de argila
expandida no concreto leve é possível atenuar 25db de ruído;
h) A isolação térmica: característica importante devido à sua
constituição porosa, que aprisiona grande quantidade de ar no seu
interior, proporcionando uma barreira na transferência de calor de
fora para dentro do ambiente. Esse isolamento térmico possibilita a
redução da variação térmica em até 5ºC;
41
i) Resistência ao fogo: a argila expandida é um material cerâmico
refratário fundido a temperatura de ate 1250ºC, o que explica a
ausência de matéria orgânica em sua composição e a não a emissão
de gases tóxicos quando exposto a altas temperaturas. Sendo assim,
o produto possui baixos coeficientes de condutividades, o que
permite uma alta resistência ao fogo e evita a propagação de
chamas.
Algumas aplicações da argila expandida nacional que se destacam na
construção civil são: enchimento leve solto, concreto leve estrutural,
geotécnica, enchimento leve rígido, steel deck, paisagismo, enchimento misto,
artefatos pré-moldados e telhado verde.
42
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização do trabalho, foram executados ensaios laboratoriais na
Universidade Tuiuti do Paraná, a fim de adquirir os referentes resultados e com
isso ser possível dosar um traço de concreto e moldar amostras através de
corpos de prova para que sejam realizados ensaios de resistência à
compressão axial.
3. 1. CARACTERÍSTICAS DOS AGREGADOS
3.1.1. Determinação Da Composição Granulométrica Dos Agregados
Os agregados podem ser divididos em graúdos e miúdos conforme sua
composição granulométrica. O agregado miúdo é resultante do britamento de
rochas, de diâmetro característico máximo igual ou inferior a 4,8 mm, já o
agregado graúdo é resultante do britamento de rochas, de diâmetro
característico superior a 4,8mm.
Segundo NBR NM 248 (ABNT, 2003), dimensão máxima característica
corresponde a grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado,
correspondente a abertura nominal, em milímetros, da malha da peneira de
série normal ou intermediaria, na qual o agregado apresenta uma porcentagem
retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% da massa.
Para a determinação da composição granulométrica, faz se o ensaio de
peneiramento, com o objetivo de caracterizar os agregados quanto ao tamanho
e distribuição de suas partículas, conforme NBR NM 248 (ABNT, 2003). Neste
ensaio foi utilizado um conjunto de peneiras sucessivas que atendam as
normas NM-ISO3310-1 ou 2, com as aberturas de malhas estabelecidas na
Tabela 7.
43
TABELA 7. Série de peneiras estabelecidas pela NBR NM 248 (ABNT, 2003)
FONTE: NBR NM 248 (2003)
3. 1. 1. 1. Amostra De Areia Natural
Para a realização do ensaio de granulometria, 1 kg de areia foi seca em
estufa por cerca de 24 horas à uma temperatura média de 105ºC à 110ºC até
Constancia de massa, posteriormente a amostra foi peneirada por 10 minutos
com auxilio do agitador mecânico e com a seguinte série de peneiras com
malhas de: 9,5 mm, 6,3 mm, 4,8 mm, 2,4 mm, 1,2 mm, 0,6 mm, 0,3 mm e 0,15
mm.
Para se obter uma apreciação global sobre a composição granulométrica
da areia, define-se o módulo de finura (MF), pela soma das porções relativas
acumuladas, obtidas no ensaio de peneiramento normal, isto é, pela soma das
porcentagens acumuladas divididas por 100.
Em comparação com os limites estabelecidos pela NBR 7211
(ABNT,2009), a Tabela 8 mostra a composição granulométrica e o Gráfico 1 a
curva granulométrica da areia natural.
44
TABELA 8. Análise granulométrica da areia natural
Peso Peso
Retido (g) Retido (g)
0,0 0,0
0,0 0,0
31,0 26,0
98,0 108,0
212,0 219,0
258,0 246,0
216,0 221,0
132,0 128,0
0,0 0,0
52,0 49,0
999,0 997,0
22,0 35,4
Porcentagem Retida (%)
Individual Acumulada
0,0 0,0
0,0
40,0
18,1
5,1
0,0
Nº30
21,2
94,9
24,7 60,1
22,2 82,2
Média
% Acumulada
Passante
100,0
100,0
97,1
86,810,8 13,4
Nº4
9,8 12,9
0,0
2,6 2,64,8
DETERMINAÇAO DA COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
95,1
95,1 94,9 5,1Nº100 0,15 13,2 94,8 12,8
Determinação 02
Nº16 1,18
0,60
Nº50 0,30
Nº200 0,08
34,1
4,9 100,0
25,8
Fundo
Total
0,0 94,8
5,2 100,0
0,0
100%
60,0
21,6
65,2
Acumulada
0,0 0,03/8" 9,5
0,0 0,0
3,1 3,1
34,8
60,0
81,9
100%
Determinação 01
Nº8 2,36
81,6
Retida
0,0
0,0
2,9
13,2
Peneiras
Nº mm
1/4" 6,3
Porcentagem Retida (%)
Individual
100,0
FONTE:Própria do autor
GRÁFICO 1. Curva granulométrica da areia natural
FONTE:Própria do autor
Através da analise granulométrica da areia natural pode-se concluir que
a mesma atende as especificações pré-estabelecidas pela NBR 7211 (ABNT,
2009), pois mesmo que sua curva não esteja completamente dentro da zona
ótima, a mesma encontra-se totalmente dentro da zona utilizável.
45
O resultado da soma das porcentagens retidas acumuladas em massa
do agregado nas peneiras de serie normal, conhecida como Módulo de finura
(MF), foi de 2,88 correspondendo a areia grossa.
3. 1. 1. 2. Amostra de brita
Para determinar a composição granulométrica da brita, foi realizado o
mesmo ensaio da areia, onde houve apenas a substituição da série de peneira.
As amostras de brita foram peneiradas por 10 minutos com o auxilio do
agitador mecânico, utilizando série de peneiras específicas para agregados
graúdos: 31,5 mm, 25 mm, 19 mm, 12,5 mm, 9,5 mm, 6,3 mm e 4,75 mm. Após
o processo de peneiramento, foram pesadas as porções retidas em cada
peneira e calculada as porcentagens retidas acumuladas, assim podendo
determinar o módulo de finura e a dimensão máxima característica da brita
ensaiada.
A composição granulométrica do agregado graúdo e sua classificação
de acordo com NBR 7211 (ABNT, 2009) encontra-se na Tabela 9 e na curva
granulométrica Gráfico 2.
TABELA 9: Análise granulométrica da brita
Peso Peso
Retido (g) Retido (g)
0,0 0,0
2,0 0,0
13,0 20,0
523,0 503,0
274,0 286,0
121,0 112,0
0,0 0,0
0,0 0,0
67,0 78,0
1000,0 999,0
Porcentagem Retida (%) Porcentagem Retida (%) % Acumulada
Nº mm Individual Acumulada Individual Acumulada Retida Passante
1.1/4" 31,5 0,0
DETERMINAÇAO DA COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
Peneiras
Determinação 01 Determinação 02 Média
0,0 0,0 0,0 0,0 100,0
1" 25 0,2 0,2 0,0 0,0 0,1 99,9
1,8 98,2
1/2" 12,5 52,3 53,8 50,4 52,4 53,1 46,9
3/4" 19 1,3 1,5 2,0 2,0
81,1 18,9
1/4" 6,3 12,1 93,3 11,2 92,2 92,7 7,3
3/8" 9,5 27,4 81,2 28,6 81,0
100,0
92,7 7,3
Nº8 2,36 0,0 93,3 0,0 92,2 92,7 7,3
Nº4 4,75 0,0 93,3 0,0 92,2
0,0
Total 1,0 1,0
Fundo 6,7 100,0 7,8 100,0
FONTE: Própria do autor
46
Gráfico2. Curva granulométrica da brita
FONTE: Própria do autor
Através dos resultados obtidos na análise granulométrica da brita é
possível concluir que o agregado atende as especificações pré-estabelecidas
pela NBR 7211 (ABNT, 2009), pois sua curva está localizada, praticamente em
sua totalidade, dentro dos limites da zona utilizável.
O agregado apresentou módulo de finura de 6,68 e dimensão máxima
característica de 19,00 mm, dados necessários para realização da dosagem do
concreto.
3. 1. 1. 3. Amostra de argila expandida
As amostras de argila expandida 1506 são de origem nacional e foram
adquiridas na Região Metropolitana de Curitiba PR, fornecidas pela
distribuidora local da empresa fabricante.
47
FIGURA 15. Argila expandida 1506
FONTE: Própria do autor
Os ensaios realizados foram os mesmos que para os agregados
convencionais, submetidas aos ensaios granulométricos segundo a NBR 7211
(ABNT,2009). Previamente à realização dos ensaios, as amostras de argilas
foram secas em estufa por um período aproximado de 24 horas à temperatura
média de 105ºC. A argila expandida utilizada foi a de classificação 1506,
segundo o catálogo do fornecedor sua dimensão varia de 06 mm à 15 mm,
onde a mesma é equivalente à brita 0. Com base nisto, para a realização do
ensaio granulométrico, foram utilizadas as seguintes peneiras de malhas: 31,5
mm, 25 mm, 19 mm, 12,5 mm, 9,5 mm, 6,3 mm e 4,75 mm. Foram peneiradas
com o auxilio do agitador mecânico por 10 minutos. Posteriormente foram
pesadas as porções retidas em cada peneira e calculada as porcentagens
retidas acumuladas, podendo assim definir o módulo de finura e a dimensão
máxima característica.
A Tabela 10 apresenta a composição granulométrica da argila
expandida, assim como o Gráfico 3 apresenta sua curva granulométrica.
48
TABELA 10. Análise granulométrica da argila expandida
Peso Peso
Retido (g) Retido (g)
0,0 0,0
0,0 0,0
0,0 0,0
93,0 121,0
501,0 472,0
285,0 253,0
0,0 44,0
0,0 16,0
121,0 93,0
1000,0 999,0
0,0
Total 100% 100%
Fundo 12,1 100,0 9,3 100,0 100,0
88,5 11,5
Nº8 2,36 0,0 87,9 1,6 90,7 89,3 10,7
Nº4 4,75 0,0 87,9 4,4 89,1
59,4 40,6
1/4" 6,3 28,5 87,9 25,3 84,7 86,3 13,7
3/8" 9,5 50,1 59,4 47,2 59,4
0,0 100,0
1/2" 12,5 9,3 9,3 12,1 12,1 10,7 89,3
3/4" 19 0,0 0,0 0,0 0,0
1.1/4" 31,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0
1" 25 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0
Porcentagem Retida (%) Porcentagem Retida (%) % Acumulada
Nº mm Individual Acumulada Individual
PeneirasDeterminação 01 Determinação 02 Média
Acumulada Retida Passante
DETERMINAÇAO DA COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA
FONTE: Própria do autor
GRÁFICO 3. Curva granulométrica da argila expandida
FONTE: Própria do autor
Para este estudo, foi utilizado o mesmo padrão granulométrico da brita
analisada anteriormente com o intuído de verificar a compatibilidade
dimensional dos dois agregados.
Podemos observar no Gráfico que os resultados obtidos na análise
granulométrica da argila expandida permitem concluir que o mesmo não se
49
encontra na zona granulométrica bem definida. Os resultados apresentam um
diâmetro máximo do agregado de 19,00mm, onde não verifica com os valores
obtidos nas peneiras, que a maior dimensão retida foi na malha de 12,5mm.
3. 1. 2. Massa Unitária dos Agregados e Massa Específica do Agregado Miúdo
Massa unitária de um agregado é a relação entre sua massa e seu
volume sem compactar, considerando os vazios entre os grãos. É utilizada
para transformar massa em volume e vice-versa. Massa unitária compactada é
a relação entre sua massa e seu volume compactado segundo um determinado
processo, considerando também os vazios entre os grãos. Pode ser feita com
um único agregado ou com uma composição destes.
Utilizado na transformação de massa para volume com vazios entre os
grãos de agregados, tem como finalidade na aplicação de concreto dosado em
volume e para controle de recebimento e estocagem de agregados em
volumes. Massa unitária também serve como parâmetro para classificação do
agregado quanto à densidade.
A determinação da massa unitária dos agregados foi realizada conforme
NBR NM 45 (ABNT, 2006). O mesmo processo foi realizado para os três
agregados utilizados no projeto, argila expandida, areia e brita.
As amostras foram secas em estufa à uma temperatura de 110ºC,
depois foi determinado o volume do recipiente utilizado (V), onde este mesmo
recipiente foi pesado, afim de obter sua massa (Mr). Em seguida o recipiente
foi cheio com a amostra, lançada a uma altura de 10 cm à 15 cm, afim de evitar
sua compactação, por fim pesa-se o recipiente com a amostra (Mra) conforme
Figura 16. O ensaio foi repetido com uma segunda amostra do mesmo material
a fim de refinar o resultado final.
50
FIGURA 16. Amostras dos agregados areia e argila para ensaio de massa unitária.
FONTE: Própria do autor
Através da Equação 3, pode-se obter o valor da massa unitária do
agregado.
-�. =/012/1
3 �3�
-�. = 5�66�789:á<9�=>�?<@?�=>�A?/5³�
5�< = 5�66�=><@�9.9@8:@ + �?<@?�=>�A?�
5< = 5�66�=><@�9.9@8:@C�D9>�A?�
C = C>E75@=><@�9.9@8:@�5F�
Para o agregado miúdo (areia natural), foi determinado o valor de sua
massa específica pelo método do frasco de Chapman, conforme NBR (ABNT,
9776). A areia foi seca em estufa (100º C A 110º C) até constância de massa,
foi adicionado 200 ml de água no frasco e deixado em repouso para que a
água adquirida na parte interna escorra, em seguida, foi introduzido
cuidadosamente a amostra de areia no frasco com auxilio de um funil e agitado
para eliminação de bolhas de ar, com isso foi feita a leitura do nível de água no
gargalo do frasco, conforme Figura 17.
51
FIGURA 17. Ensaio de peso específico da areia com frasco de Chapman
FONTE: Própria do autor
Para se obter o resultado, a massa específica do agregado foi calculada
pela Equação 4:
� =GHH
I2�HH �4�
onde:
� = 5�66�@6.@�íK9��=>�?<@?�=>59ú=>, @M.<@66�@5?/�5³
N = E@9:7<�8>K<�6�>�C>E75@>�7.�=>.@E>�>8O78:>á?7�/�?<@?�=>5í7=>�
Duas determinações consecutivas foram feitas com amostras do mesmo
agregado miúdo, não devendo diferir entre si em mais de 0,005 g/cm³ e o
resultado deve ser com três algarismos significativos. A Tabela 11 apresenta os
resultados dos ensaios para a determinação do traço do concreto.
TABELA 11. Resultados dos ensaios para determinação do traço de concreto
MATERIALMÓDULO DE
FINURA (MF)
MASSA UNITÁRIA
(Kg/m³)
MASSA ESPECÍFICA
(Kg/m³)
ARGILA 1506 6,36 460 1100
AREIA MÉDIA 2,88 1476 2568
PEDRA BRITA Nº 1 6,68 (19mm) 1580 2700
CIMENTO x x 3100
ÁGUA x x 1000 FONTE: Própria do autor
52
3. 2. PROPRIEDADES E DOSAGEM DO CONCRETO PELO MÉTODO ABCP
3. 2. 1. Definições
Este método de dosagem foi criado na década de 80 pela ABCP
(Associação Brasileira de Cimento Portland) por meio de experimentos. A
dosagem é a relação de proporção mais adequada e econômica dos materiais
utilizados na produção do concreto: cimento, água, agregados, adições e
aditivos. Os requisitos para dosagem são: trabalhabilidade, resistência
mecânica, permeabilidade/porosidade, condição de exposição e custos.
3. 2. 2. Dosagem do concreto
A partir da resistência desejada, Fck = 25 MPa, onde os insumos deste
concreto já foram caracterizados previamente, foi dosado um concreto
utilizando a metodologia adotada pela ABCP e apresentado seu traço unitário.
Para a dosagem foi considerando o cimento CP II F-40 (Cimento
Portland Composto). Este cimento contém elevado teor de clínquer e alta
reatividade, contém ainda adição de fíler calcário entre 6 à 10%, segundo
informações do fabricante oferece resistência iniciais e final muito superiores.
A evolução média esperada da resistência dos principais tipos de
cimento está ilustrada no Gráfico 4.
GRÁFICO 4. Evolução media de resistência a compressão dos distintos tipos de cimento Portland
FONTE: ABCP
53
Para definição do traço foi determinado o uso do cimento tipo CPII, como
podemos ver No Gráfico 4 representado pela linha em vermelho, este cimento
apresenta resistência inicial nos 3 primeiros dias acima de 20MPa aumentando
até o sétimo dia e a partir deste ponto demonstra uma evolução mais lenta até
os 28 dias, pode ser classificado como um cimento intermediário comparado
aos outros 4 apresentados na figura acima.
Para determinação do traço de concreto foi utilizado a Equação5, onde o
é determinado à resistência de dosagem (fcj) a partir do fck desejado,
considerando ainda o desvio padrão de acordo com o controle tecnológico
envolvido na produção do concreto, tal fórmula é recomendada na NBR 12655
(ABNT, 2006).
fcj = fck + 1,65 ∗ Sd(5)
fcj = resistênciamédiadoconcretoàcompressão;
fck =corresponde a quantia de 5% em uma curva de distribuição normal das
resistênciasàcompressãodoconcreto,ouseja.95%detodooconcretoproduzido
deveráapresentarresistênciasuperioraofck;
Sd = desviopadrão;
O desvio padrão de dosagem Sd é considerado a partir dos aspectos
decorrentes do controle tecnológico empregado na execução do concreto, para
tal foi adotado Sd = 4MPa (desvio padrão) conforme condição estabelecida
pela NBR 12655, (ABNT, 2006) proporcionando os materiais em massa,
correção de umidade e assistência de um profissional qualificado.
Para a determinação do fator a/c (água/cimento), foi utilizado o ábaco da
curva de ABRAMS do cimento onde é possível retirar o valor do fator a/c
(Gráfico 5).
54
GRÁFICO 5. Curva de ABRAMS dos cimentos
FONTE: Clube do concreto
Através dos resultados obtidos em laboratório e seguindo o método de
dosagem de concreto da ABCP (associação brasileira de cimento Portland),
obtivemos como resultado para 25Mpa o traço de concreto convencional (C.C)
abaixo:
1 : 714,31/386,79 : 1058,6/386,79 : 205/386,79
=
1 : 1,85 : 2,74 : 0,53
A partir do traço principal definido, definimos um segundo traço partindo
somente para a substituição do agregado graúdo, brita, pela argila expandida
utilizando a mesma relação de volume, obtendo assim um traço de concreto
leve (C.L).
1 : 1,85 : 7,82 : 0,53
Definimos o terceiro traço adicionando o uso de um aditivo super
plastificante,no qual possui como característica a redução no consumo de água
em aprox. 20%, alterando assim o fator de água / cimento, possibilitando a
produção de concretos com maior índice de consistência e aumentando a
resistência final do concreto, assim chegamos à um terceiro traço denominado
concreto leve com aditivo (C.L.A)
55
1 : 1,85 : 7,82 : 0,42
Nomenclatura para identificação dos ensaios:
Concreto Convencional - (C.C.)
Concreto Leve - (C.L.)
Concreto Leve com Aditivo - (C.L.A.)
3. 3. MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA
3. 3. 1. Procedimento E Etapas Para Moldagem
Com base no traço determinado conforme estudo de dosagem, será
moldado três tipos de traço, mantendo as proporções do aglomerante e da
areia, substituindo apenas os agregados graúdos. O traço referência, contendo
os agregados naturais, areia e brita denominada C.C.. Um traço contendo
argila expandida, onde a determinação do traço contendo o agregado leve não
foi feita por meio de estudo de dosagem e sim onde foi feita a substituição do
agregado brita por argila expandida, alterando apenas o valor em massa dos
agregados graúdos, denominado C.L., onde este mesmo traço foi modificado
com a diminuição de água e acrescentado 20ml de aditivo super plastificante,
denominado C.L.A..
A Tabela 12 apresenta as dosagens finais dos concretos, assim como a
quantidade dos insumos.
TABELA 12. Traços de concretos executados do trabalho
ENSAIOCIMENTO
(Kg)
AREIA
(Kg)
BRITA
(Kg)
ARGILA
(Kg)ÁGUA (L) ADITIVO
C.C 10 18,5 27,4 0 5,3 0
C.L 10 18,5 7,82 7,82 5,3 0
C.L.A 10 18,5 7,82 7,82 4,2 20ml
TRAÇOS - PRINCIPAL 1 : 1,85 : 2,74 : 053
FONTE: Própria do autor
A mistura dos materiais foi realizada por uma betoneira com capacidade
de 400 litros. Para a homogeneização do concreto adicionou-se primeiramente
56
na betoneira todo o agregado graúdo (brita ou argila expandida) junto com
cerca de 70% de água, em seguida foi adicionado o aglomerante (cimento) e
por último o agregado miúdo (areia). Os materiais foram misturados por
aproximadamente por 5 minutos. Posteriormente foi adicionada a mistura o
restante de água para que os materiais fossem misturados por 5 minutos
adicionais.
FIGURA 18. Mistura do concreto
FONTE: Própria do autor
As amostras de argila expandida utilizada na realização dos traços de
concretos leves ficaram submersas por 24 horas antes de ser utilizada na
moldagem, como ilustra a Figura 19. Uma vez que a perda do abatimento
pode-se tornar um problema serio, quando o agregado continua a absorver
uma quantidade considerável de água após a mistura, misturar o agregado em
condições úmidas é uma forma de controle.
Figura 19. Amostra de argila expandida saturada
FONTE: Própria do autor
57
Com a mistura devidamente preparada, foi realizado o slump test para
avaliar a consistência do concreto no estado fresco. O tronco de cone foi
preenchido de concreto por três camadas, aplicando-se 25 golpes com uma
haste metálica em cada camada para adensamento (Figura 25), conforme NBR
NM 67 (ABNT:1998).
As moldagens dos concretos foram realizadas de acordo com NBR 5738
(ABNT, 2015). Os corpos de prova cilíndricos utilizados foram metálicos e com
dimensões 10 cm x 20 cm, referentes ao diâmetro e altura, respectivamente.
Antes de serem preenchidos de concreto, os moldes foram untados com óleo
para facilitar a desmoldagem.
FIGURA 20: Tronco de cone
FONTE: Própria do autor
3.4. CURA DO CONCRETO
A cura do concreto é o conjunto de medidas que devem ser tomadas
para evitar a evaporação da água de amassamento utilizada no concreto
aplicado. A cura adequada é fundamental para o concreto alcançar um melhor
desempenho.
Conforme NBR 5738 (ABNT,2015) durante as primeiras 24 horas, após
a moldagem, os moldes foram colocados sobre superfície horizontal rígida, livre
de vibrações e de qualquer outra ação que posa perturbar o concreto. Após o
58
período de cura inicial, os corpos de prova foram desmoldados, identificados e
foram submergidos em tanque de água, onde permaneceram submersos até
idade de rompimento.
Os corpos de prova preparados com concreto leve foram retirados do
tanque ao sétimo dia e conservados ao ar até o momento do ensaio.
FIGURA 21: Corpos de prova de concreto
FONTE: Própria do autor
Na Figura 21 podemos observar os 06 corpos de prova de cada traço identificados com etiquetas com o nome do ensaio, de data de moldagem e rompimento, além da resistência estimada.
3.5. ANÁLISE VIGA BI-APOIADA
Para a análise da viga bi apoiada, foi considerado um projeto fictício
projetado com o auxílio do software Eberick e composto com seguintes
dimensões:
Na Figura 22 será apresentada a estrutura a ser analisada contendo:
- 4 pilares 20 x 20 (cm) → altura = 2,70 m;
- 6 vigas 20 x 40 (cm) → comprimento 4,60 m (2 no baldrame, 2 no segundo
pavimento e 2 na cobertura);
- 6 vigas 20 x 40 (cm) → comprimento 2,60 m (2 no baldrame, 2 no segundo - -
pavimento e 2 na cobertura);
59
- 02 lajes com 10 cm de espessura
- 4 apoios
FIGURA 22: Guarita de subestação de energia
FONTE: Própria do autor
Conforme apresentado na Figura 22 a viga a ser analisada é a que
possui o maior vão (4,60 m), no caso a viga V1. Na Figura 23 é possível notar
que na viga V1 (viga em estudo), tem dois arcos na cor amarela ao lado dos
pilares P1 e P2, indicando que o vínculo da viga sobre o pilar é um apoio
articulado, não um engaste.
60
FIGURA 23. Projeto de forma da guarita
FONTE: Própria do autor
Sendo com o auxílio do software Excel, através dos resultados dos
ensaios de resistência à compressão, foi considerado para o estudo da viga
somente as amostras que atingiram fck maior ou igual que 25 MPa tanto para
concreto convencional quanto para as amostras de concreto leve.
61
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. TRAÇOS DE CONCRETO
Através dos resultados obtidos em laboratório e seguindo o método de
dosagem de concreto da ABCP (associação brasileira de cimento portland)
como já citado no capítulo de Materiais e Métodos, foram encontrados 03
traços distintos para a resistência de 25 MPa, como apresentado abaixo:
a) Traço piloto principal, concreto convencional (C.C)
1: 1,85 : 2,74 : 0,53
b) Traço de Concreto Leve sem aditivo (C.L)
1: 1,85 : 7,82 : 0,53
c) Traço de concreto leve com uso de aditivo (C.L.A)
1 : 1,85 : 7,82 : 0,42
Nomenclatura para identificação dos ensaios:
Concreto Convencional - (C.C.)
Concreto Leve - (C.L.)
Concreto Leve com Aditivo - (C.L.A.)
4.2. ENSAIOS MECÂNICOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
Os ensaios realizados tiveram como objetivo identificar e avaliar as
diferenças em relação à resistência à compressão e também relativos à massa
especifica dos concretos moldados. Para tal relação à NBR NM35
(ABNT,1995)estabelece para concretos leves a Tabela abaixo:
62
TABELA 13. Resistência a compressão e massa específica para concretos leves.
RESISTÊNCIA A
COMPRESSÃO - MPa (28 dias)
MASSA ESPECÍFICA
APARENTE (Kg/m³)
≥ 28 ≤ 1840
≥ 21 ≤ 1760
≥ 17 ≤ 1680
FONTE: NBR NM35 (ABNT, 1995)
Para os 03 traços de concreto foram moldados 18 corpos de prova,
sendo 06 pra cada traço. Os testes de compressão foram realizados nas
idades de 7, 14 e 28 dias. A partir do peso das amostras, dividindo pelo volume
dos recipientes de corpo de prova chegou-se na determinação da massa
especifica (kg/m³) para cada traço ensaiado. O resultado final foi obtido através
da média dos valores como apresentado na Tabela 14 abaixo, separada pelas
devidas idades de rompimento.
a) Ensaios realizados para a idade de 7dias
Na Tabela 14 será apresentado os resultados de massa especifica e
resistência à compressão aos 7 dias de cura do concreto:
TABELA 14: Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 7 dias.
ENSAIO PESO DA
AMOSTRA (kg)
MASSA ESPECÍFICA
(Kg/m³)
MASSA ESPECÍFICA
MÉDIA (Kg/m³)
RESISTÊNCIA
COMPRESSÃO
(Mpa)
RESISTÊNCIA
MÉDIA (Mpa)
3,764 2394,40 21,2
3,762 2393,13 24
2,442 1553,44 8,7
2,350 1494,91 12,5
2,548 1620,87 20
2,556 1625,95 21,7
22,6
10,6
20,85
ENSAIOS DAS AMOSTRAS - 7 DIAS
C.C.
C.L.
C.L.A.
2393,77
1524,17
1623,41
FONTE: Própria do autor
Conforme observado na Tabela 14 os resultados obtidos no rompimento ao
sétimo dia mostrou que o uso do cimento CP2 F40 possui um alto ganho de
63
resistência nos primeiros dias, chegando a valores próximos ao estimado pela
dosagem, observando que o ensaio (C.L) onde houve somente a substituição
do volume de brita por argila expandida, teve uma queda de aprox. 40% na sua
resistência quando comparado ao concreto (C.C), provando que somente a
substituição do agregado não é suficiente para manter as mesmas
características de resistência.
Já o concreto (C.L.A) teve uma perda de 7,7% em relação ao concreto
convencional, o que é considerado satisfatório.
b) Ensaios para idade de 14 dias
Na Tabela 15 os corpos de prova foram rompidos com 14 dias de idade e os
resultados seguem apresentados abaixo:
TABELA 15. Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 14 dias
ENSAIO PESO DA
AMOSTRA (kg)
MASSA ESPECÍFICA
(Kg/m³)
MASSA ESPECÍFICA
MÉDIA (Kg/m³)
RESISTÊNCIA
COMPRESSÃO
(Mpa)
RESISTÊNCIA
MÉDIA (Mpa)
3,720 2366,41 26
3,736 2376,59 26
2,336 1486,01 14,6
2,216 1409,67 16,8
2,514 1599,24 21
2,456 1562,34 25,2
C.C.
C.L.
C.L.A.
ENSAIOS DAS AMOSTRAS - 14 DIAS
26
15,7
23,1
2371,50
1447,84
1580,79
FONTE: Própria do autor
Conforme verificado na Tabela 15, aos 14 dias os resultados dos
ensaios (C.C) e (C.L.A) foram tomados como satisfatórios tanto em relação à
resistência média a compressão, que ficou dentro do esperado atingindo mais
de 90% da sua resistência aos 14 dias como estabelece a NBR 6118, sendo
que esta se aplica à concretos convencionais com massa especifica acima dos
2300 Kg/m³.
64
Quanto ao valor da massa especifica, os dois traços de concreto leve
ficaram dentro dos padrões estabelecidos pela NBR NM 35 (ABNT, 1995) que
para o 25 MPa deve ser menor que 1760 Kg/m³.
Quanto ao ensaio do concreto convencional (C.C), este atingiu apenas
60% da resistência estimada para tal idade, apresentando resistência média de
15,7 MPa quando o correto seria ter alcançado 22,5 MPa, isto sendo
estabelecido para concretos convencionais.
TABELA 16. Evolução de resistência a compressão com base na NBR 6118 (ABNT, 2014) item 12.3.3.
CP I / CP II 60% 78% 90% 96% 100%
CP III / CP IV 46% 68% 85% 94% 100%
CP V - ARY 66% 82% 92% 97% 100%
TIPO DE CIMENTO
3 dias 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias
FONTE: Site http://www.tce.eng.br/utilidades/concreto/evolucao)
A Tabela 16 apresenta de forma percentual às taxas de resistência as
compressões estimadas para as devidas idades e tipos de cimento, conforme
estabelecido no item 12.3.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014).
c) Ensaios para idade de 28 dias
Os resultados finais e que serão utilizados para os próximos cálculos
são apresentados na Tabela 17, com os resultados obtidos com os
rompimentos aos 28 dias.
TABELA 17. Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 28 dias.
ENSAIO PESO DA
AMOSTRA (kg)
MASSA ESPECÍFICA
(Kg/m³)
MASSA ESPECÍFICA
MÉDIA (Kg/m³)
RESISTÊNCIA
COMPRESSÃO
(Mpa)
RESISTÊNCIA
MÉDIA
3,675 2337,72 28,2
3,654 2324,63 30
2,245 1428,37 17,2
2,218 1411,12 16,5
2,475 1574,47 25,7
2,442 1553,35 25,1
C.C.
ENSAIOS DAS AMOSTRAS - 28 DIAS
25,4
29,1
16,9C.L.
C.L.A.
2331,18
1419,75
1563,91
FONTE: Própria do autor
65
Através da Tabela 17 é possível constatar que o uso da argila expandida
na substituição do agregado graúdo convencional reduz em média
aproximadamente 32% da massa especifica do concreto.
Também se verifica que a massa especifica média dos corpos de prova
com argila expandida atendem os requisitos da NBR NM35 chegando a valores
abaixo de 1760 Kg/m³ para concretos leves com mais de 21 MPa na idade de
28 dias.
A Figura 24 apresenta lado a lado todos os resultados dos ensaios de
resistência a compressão realizada para as três idades de rompimento, onde é
possível verificar a evolução e o ganho de resistência dos traços em estudo.
Figura 24: Comparativo de resistência das amostras
0
5
10
15
20
25
30
35
7 dias 14 dias 28 dias
C.C.
C.L.
C.L.A
FONTE: Própria do autor
Também na Figura 24 podemos observar que a evolução do concreto
(C.L.A) apesar de ser inferior ao concreto convencional, apresenta um
crescimento satisfatório sempre muito próximo dos resultados do concreto
(C.C) com diferenças de aproximadamente de 3 MPa.
66
4.3. COMPARATIVO DE CUSTO
Para os 03 traços de concreto executados em laboratório foi realizado
um estudo comparativo de custos de material, excluindo mão de obra e
transporte. Para tal comparação foi utilizado como referência os valores
apresentados na tabela Sinapi de setembro de 2016 do estado do Paraná do
tipo não desonerado.
Tal comparação foi realizada com base na quantidade dos materiais
definidos nos traços em estudo, já apresentados anteriormente.
O valor da argila expandida 1506 não consta na tabela Sinapi 2016 de
referência, com isso foi utilizado o valor de venda praticado pelo representante
legal do fabricante, localizado na cidade de Colombo-PR.
a) Custos do Concreto Convencional (C.C)
Na Tabela 18 será apresentado o custo de produção do concreto (C.C)
com os valores de referencia já citados anteriormente.
TABELA18. Custos do concreto convencional
MATERIALVALOR
COMERCIALVALOR (1m³)
MASSA
ESPECIFICA
(Kg/m³)
CONSUMO
(Kg/m³)VALOR TOTAL
ARGILA 1506 R$ 25,00 (50L) R$ 500,00 1100 0 R$ 0,00
AREIA MÉDIA R$ 56,00 (1 m³) R$ 56,00 2568 714,31 R$ 15,58
PEDRA BRITA Nº 1 R$ 42,00 (1 m³) R$ 42,00 1580 1058,6 R$ 28,14
CIMENTO * R$ 24,25 (50kg) R$ 1.503,50 3100 386,79 R$ 187,59
ADITIVO** R$ 4,88 (1L) R$ 4.880,00 x 0 R$ 0,00
ÁGUA R$33,74 (10m³) R$ 3,37 1000 205 R$ 0,69
R$ 232,00
**VALOR DE REF. UTILIZADO DO ADITIVO PLASTIFICANTE RETARDADOR DE PEGA E REDUTOR DE AGUA PARA CONCRETO
TABELA CUSTO X CONSUMO - TRAÇO - C.C
VALOR TOTAL PARA 1m³ DE CONCRETO
* UTILIZADO VALOR DE REFERENCIA DO CIMENTO CP II-32
FONTE: Própria do autor
Em relação a mesma tabela Sinapi de referência, pode ser feita a titulo
de comparativo com o item referenciado na tabela como concreto usinado
bambeável excluso serviço de bombeamento, de classe de resistência C25
com brita 0 e 1, slump = 100+/-20mm, onde apresenta o valor de R$223,24
67
para 1m³. Portanto para o concreto (C.C) em estudo temos um pequeno
aumento de 3,92% em relação ao concreto usinado.
b) Custos do Concreto Leve (C.L)
A seguir, na Tabela 19, será apresentada a composição dos valores
para produção do concreto (C.L), como alguns insumos são vendidos em m³,
outros em litros e outros em quilograma, utilizamos a massa especifica de
cada material para transformar tudo em (Kg) e assim verificar junto ao
consumo de cada material o valor final de cada insumo.
TABELA 19. Custos do concreto leve
MATERIALVALOR
COMERCIALVALOR (1m³)
MASSA
ESPECIFICA
(Kg/m³)
CONSUMO
(Kg/m³)VALOR TOTAL
ARGILA 1506 R$ 25,00 (50L) R$ 500,00 1100 302,46 R$ 137,48
AREIA MÉDIA R$ 56,00 (1 m³) R$ 56,00 2568 714,31 R$ 15,58
PEDRA BRITA Nº 1 R$ 42,00 (1 m³) R$ 42,00 1580 0 R$ 0,00
CIMENTO * R$ 24,25 (50kg) R$ 1.503,50 3100 386,79 R$ 187,59
ADITIVO** R$ 4,88 (1L) R$ 4.880,00 x 0 R$ 0,00
ÁGUA R$33,74 (10m³) R$ 3,37 1000 205 R$ 0,69
R$ 341,34
* UTILIZADO VALOR DE REFERENCIA DO CIMENTO CP II-32
**VALOR DE REF. UTILIZADO DO ADITIVO PLASTIFICANTE RETARDADOR DE PEGA E REDUTOR DE AGUA PARA CONCRETO
VALOR TOTAL PARA 1m³ DE CONCRETO
TABELA CUSTO X CONSUMO - TRAÇO - C.L
FONTE: Própria do autor
Podemos observar que o concreto (C.L) apresentou um acréscimo de
R$ 109,34 em relação ao concreto (C.C) cerca de 47% maior, isso deve em
boa parte no custo do agregado graúdo que era de R$ 28,14 para a brita e
passou para R$ 137,48 para a argila expandida.
c) Custos do concreto leve com aditivo (C.L.A)
Para realização dos custos de produção do concreto (C.L.A) foram
utilizados os mesmos parâmetros adotados para os outros concretos, a
68
única diferença que temos é a redução de água devido ao uso de aditivo,
como podemos ver na Tabela 20.
TABELA 20: Custo do concreto leve com aditivo
MATERIALVALOR
COMERCIALVALOR (1m³)
MASSA
ESPECIFICA
(Kg/m³)
CONSUMO
(Kg/m³)VALOR TOTAL
ARGILA 1506 R$ 25,00 (50L) R$ 500,00 1100 302,46 R$ 137,48
AREIA MÉDIA R$ 56,00 (1 m³) R$ 56,00 2568 714,31 R$ 15,58
PEDRA BRITA Nº 1 R$ 42,00 (1 m³) R$ 42,00 1580 0 R$ 0,00
CIMENTO * R$ 24,25 (50kg) R$ 1.503,50 3100 386,79 R$ 187,59
ADITIVO** R$ 4,88 (1L) R$ 4.880,00 x 2,05 (L) R$ 10,00
ÁGUA R$33,74 (10m³) R$ 3,37 1000 162,36 R$ 0,55
R$ 351,20
**VALOR DE REF. UTILIZADO DO ADITIVO PLASTIFICANTE RETARDADOR DE PEGA E REDUTOR DE AGUA PARA CONCRETO
* UTILIZADO VALOR DE REFERENCIA DO CIMENTO CP II-32
TABELA CUSTO X CONSUMO - TRAÇO - C.L.A.
VALOR TOTAL PARA 1m³ DE CONCRETO
FONTE: Própria do autor.
Para o comparativo de custos de insumos foi levado em consideração
somente os dois ensaios que atingiram a resistência estimada de 25 MPa aos
28 dias.
Em relação ao custo total de cada concreto, pode-se observar que o
traço de concreto leve com o uso de aditivo (C.L.A) teve como valor final para
1m³ de concreto o total de R$351,20 aproximadamente 51,4% mais elevado
que o concreto convencional (C.C) onde se obteve o valor final igual à
R$232,00.
Quando comparado o concreto (C.L.A) com o concreto usinado de
classe C25 com base na tabela Sinapi, citado anteriormente, observa-se um
aumento de custo para utilização do concreto leve de aproximadamente 57,4%.
Ao levar em consideração que o peso específico do concreto (C.L.A) tem
redução média de 30% quando comparado ao concreto convencional, a
diferença de custo encontrada a mais no concreto leve, pode ser compensada
pela redução de custo em outros materiais afetados diretamente pelo seu uso,
como por exemplo na quantidade de aço, onde sofre reduções no seu
69
dimensionamento devido as cargas atuantes serem mais leves, além de
serviços afetados como formas, fundação, mão de obra e outros.
4.4. ANÁLISE DE UMA VIGA BI-APOIADA
4.4.1. Definições De Projeto
Para a análise da viga bi-apoiada foi utilizado somente os resultados
encontrados nos traços (C.C) e (C.L.A), já o traço (C.C) onde houve somente a
substituição da brita pela argila expandida, não atingiu a resistência estimada
de 25MPa aos 28 dias, tornando incoerente a sua comparação com os demais
concretos ensaiados.
Para definição das cargas, foi tomado como ponto de partida o
dimensionamento da laje quanto as áreas de influência (Figura 24) onde foi
pré-dimensionado vigas de 20x40cm.
FIGURA 25: Áreas de influência da laje sobre as vigas
FONTE: Própria do autor.
70
Podemos verificar na Figura 24 as áreas de influencia da laje sobre cada viga. Para nossa viga em estudo temos uma área de 3,84 m² descarregando sobre a viga V1.
Para a analise da viga V1, foi adotado 10 cm de espessura para laje,
consideramos ainda uma carga acidental, onde segundo a NBR 6120:1980 em
edifícios residenciais considera-se 1,5 kN/m², como calculado abaixo:
Pesolaje =bcdbccefg∗áfbghbij�keêj$ig∗%$lj$fbml
noipg(6)
Pesolaje =0,10 ∗ 3,84 ∗ 25
4,6= 2,09kN/m
Cargaacidentalsobrealaje =áfbghbij�keêj$ig∗$gfpgg$ihbjmgk
noipg(7)
Cargaacidentalsobrealaje =3,84 ∗ 1,5
4,6= 1,25kN/m
Para cálculo das paredes foi considerado pé direito de 2,60m,
fechamento em tijolo cerâmico furado e reboco nas duas faces, demonstrado
abaixo:
Pesoparede = �γtijolo ∗ esp. tijolo ∗ alturatijolo�(8)
Pesoparede = �12 ∗ 0,15 ∗ 2,60� = 4,68kN/m
Pesoreboco = �2 ∗ γreb.∗ esp. reb.∗ alturareb. �(9)
Pesoreboco = �2 ∗ 20 ∗ 0,025 ∗ 2,6� = 2,60kN/m
71
TABELA 21. Envoltória de cargas
LAJE 2,09
CARGA ACIDENTAL 1,25
PAREDE 4,68
REBOCO 2,6
TOTAL 10,62
SOBRECARGAS (Kn/m)
FONTE: Própria do autor.
Com base na massa especifica média das amostras rompidas aos 28
dias, multiplicado pela aceleração da gravidade (9,806 m/s²), obteve o peso
específico de cada tipo de concreto, como apresenta a Tabela 22.
TABELA 22: Peso especifico médio das amostras aos 28 dias
ENSAIOMASSA
ESPECÍFICA (Kg/m³)
PESO ESPECÍFICO
(N/m³)
PESO ESPECÍFICO
(kN/m³)
C.C 2371,5 23240,70 23,24
C.L 1447,84 14188,83 14,19
C.L.A 1580,79 15491,74 15,49
FONTE: própria do autor.
O momento fletor da viga é um dos fatores de maior importância na
questão do seu dimensionamento, para isto foi considerado, além das
sobrecargas, o peso próprio da viga (20x40cm) através do peso específico (ɣ)
dos concretos em estudo, podendo assim determinar a quantidade de aço
mínima para a viga.
Pesopróprio= base ∗ altura ∗ γconcreto. (10)
Pp�C. C� = 23,24 ∗ 0,4 ∗ 0,2 = 1859kN/m
Pp�C. L. A� = 15,49 ∗ 0,4 ∗ 0,2 = 1239kN/m
72
4.4.2. Quantidade De Aço
Esta análise visa somente verificar a quantidade de aço longitudinal
necessária para a viga V1,onde foram comparados os dois tipos de concreto
(C.C) e (C.L.A).
Não é objetivo deste estudo, analisar o dimensionamento total da
estrutura, espaçamentos, detalhamento de armadura, assim como verificações
de torção, cisalhamento e demais solicitações.
A partir da definição de todas as cargas que incidem sobre a viga, os
valores foram lançados no programa Excel onde foi criada uma planilha com
todos os cálculos necessários a fim de encontrar os momentos de cálculo e a
quantidade necessária de armadura para cada tipo de concreto. A planilha foi
desenvolvida seguimos as recomendações da revisão de 2014 da NBR 6118,
que estabelece uma taxa de aço mínima para armaduras de tração conforme a
classe do concreto utilizado, no caso do concreto C25 a taxa é igual a 0,15%
da área de concreto. Os valores de βx, βz, βs e Momento limite também estão
de acordo com a ultima revisão da NBR 6118.
TABELA 23. Planilha de armaduras para (C.C)
LARGURA bw (m)
ALTURA h (m)
COMPRIMENTO (m)
COBRIMENTO d' (cm)
CONCRETO ( C )
TIPO DO AÇO (CA)
SOBRECARGA (kN/m)
0,2 0,4 4,6 4 25 50 10,62
AS Calc. (cm²)AS MÍN.
(cm²)AS adotado
(cm²)
3,15 1,2 3,15
Fcd (kN/cm²)
Fyd (kN/cm²)
Mrd1,lim (kN.cm) βxVERIFICAÇÃO
βxβz βs
1,79 43,48 11614,01 0,157 OK 0,937 1
PLANILHA DE CÁLCULO DE ARMADURA PARA VIGAS BI APOIADAS
PARA CONCRETOS C20 à C50 (NBR6118:2014)
CONCRETO CONVENCIONAL (C.C)
PESO ESP. CONCRETO (kN/m³)
23,24
PESO PRÓPRIO DA VIGA (kN/m)
MOMENTO MÁX. (kN/m)MOMENTO MÁX. CÁLCULO
(kN.cm)
1,859 33,007 4621,05
VERIFICAÇÃO
NÃO PRECISA DE AS'
FONTE: Própria do autor
Para tal analise, foi adotado segundo NBR 6118 cobrimento igual a 4cm
definido pela para classe de agressividade 3 (ambientes industriais) para vigas
e pilares, além do fck de 25 MPa devido ao concreto foi utilizado aço CA-50.
73
Na analise dos valores encontrados para o concreto (C.C), verificou que
a viga sofre um momento igual a 46,21 kN.m o que resultou em armadura de
tração (As) de 3,15 cm², não sendo necessário o uso de armadura de
compressão (As’).
Na Tabela 24 apresenta a planilha de cálculo para o concreto leve com
aditivo (C.L.A) com as mesmas definições e características utilizadas na
analise anterior, alterado somente o valor de entrada no campo do peso
específico do concreto, que para o concreto (C.L.A) é igual a 15,49 kN/m³ , com
isso pode se observar a diminuição do momento fletor da viga.
TABELA 24. Planilha de armaduras para (C.L.A)
LARGURA bw (m)
ALTURA h (m)
COMPRIMENTO (m)
COBRIMENTO d' (cm)
CONCRETO ( C )
TIPO DO AÇO (CA)
SOBRECARGA (kN/m)
0,2 0,4 4,6 4 25 50 10,62
AS Calc. (cm²)AS MÍN.
(cm²)AS adotado
(cm²)
2,98 1,2 2,98
Fcd (kN/cm²)
Fyd (kN/cm²)
Mrd1,lim (kN.cm) βxVERIFICAÇÃO
βxβz βs
1,79 43,48 11614,01 0,148 OK 0,941 1
PLANILHA DE CÁLCULO DE ARMADURA PARA VIGAS BI APOIADAS
PARA CONCRETOS C20 à C50 (NBR6118:2014)
CONCRETO LEVE COM ADITIVO (C.L.A)
PESO ESP. CONCRETO (kN/m³)
15,49
PESO PRÓPRIO DA VIGA (kN/m)
MOMENTO MÁX. (kN/m)MOMENTO MÁX. CÁLCULO
(kN.cm)
1,239 31,368 4391,46
VERIFICAÇÃO
NÃO PRECISA DE AS'
FONTE: Própria do autor
No caso do concreto leve (C.L.A) a diferença encontrada no valor de
momento da viga é relativamente baixo comparada ao concreto convencional,
conseqüentemente resultando em um valor mais baixo de armadura, sendo
necessários 2,98 cm² de As contra os 3,15 cm² obtidos para o concreto
convencional (C.C)
Nas Tabelas 25 e 26, apresentadas abaixo, podemos verificar a
quantidade de barras necessárias para atender os dois concretos analisados
devido ao tipo da bitola de aço.
74
TABELA 25. Quantidade de barras de aço para (C.C)
ÁREA (cm²) Nº DE BARRAS
0,2 16
0,31 11
0,5 7
0,79 4
1,23 3
2,01 2
3,14 1
4,91 1
8,04 1
5
QUANTIDADE DE BARRAS - (C.C)
BITOLA (mm)
25 (1")
32
6,3
8
10
12,5 (1/2")
16
20
FONTE: Própria do autor
TABELA 26. Quantidade de barras de aço para (C.L.A)
ÁREA (cm²) Nº DE BARRAS
0,2 15
0,31 10
0,5 6
0,79 4
1,23 3
2,01 2
3,14 1
4,91 1
8,04 1
5
QUANTIDADE DE BARRAS - (C.L.A)
BITOLA (mm)
25 (1")
32
6,3
8
10
12,5 (1/2")
16
20
FONTE: Própria do autor
A diferença na quantidade de aço encontrada para os dois
dimensionamentos foi de apenas 0,17 cm², isso representa ser menor que 01
barra de Ø 5mm onde possui cerca de 0,20 cm² de seção de aço.Essa
pequena diferença não representa que a quantidade de aço necessária será a
mesma para os dois,pois isso depende da disposição e da definição das bitolas
a serem utilizadas, fazendo então com que qualquer diferença de aço
apresentada apresente grande importância na quantidade de barras em uma
viga.
A partir das tabelas de quantidade de barras, percebe-se que para a
maioria das bitolas a diferença acaba sendo de 01 barra, onde foi considerado
75
para esta comparação somente um tipo de bitola, não levando em
consideração a combinação de diferentes bitolas na mesma armadura.
Neste projeto, no caso do uso da bitola de Ø8mm, seriam necessárias
07 barras para o (C.C) enquanto para o concreto (C.L.A) seriam necessárias 06
barras. Esta diferença pode parecer pequena quando pensamos somente em
uma viga, mas quando se analisa a estrutura como um todo é possível verificar
o impacto que 01 barra por viga pode causar, resultando tanto na economia de
aço, quanto no dimensionamento de peças estruturais, como também em
estruturas de fundação.
4.4.3. Análise De Sobrecarga
Neste caso foi avaliada a diferença de sobrecarga suportada pela viga
V1 utilizando as características dos concretos (C.C) e (C.L.A), para tal analise
foi mantida a mesma taxa de armadura (As = 3,15 cm²), dimensões e
características iguais, como apresentado na Tabela 27 e 28.
TABELA 27. Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.C)
LARGURA bw (m)
ALTURA h (m)
COMPRIMENTO (m)
COBRIMENTO d' (cm)
CONCRETO ( C )
TIPO DO AÇO (CA)
SOBRECARGA (kN/m)
0,2 0,4 4,6 4 25 50 10,62
AS Calc. (cm²)AS MÍN.
(cm²)AS adotado
(cm²)
3,15 1,2 3,15
Fcd (kN/cm²)
Fyd (kN/cm²)
Mrd1,lim (kN.cm) βxVERIFICAÇÃO
βxβz βs
1,79 43,48 11614,01 0,157 OK 0,937 1
PLANILHA DE CÁLCULO DE ARMADURA PARA VIGAS BI APOIADAS
PARA CONCRETOS C20 à C50 (NBR6118:2014)
CONCRETO CONVENCIONAL (C.C)
PESO ESP. CONCRETO (kN/m³)
23,24
PESO PRÓPRIO DA VIGA (kN/m)
MOMENTO MÁX. (kN/m)MOMENTO MÁX. CÁLCULO
(kN.cm)
1,859 33,007 4621,05
VERIFICAÇÃO
NÃO PRECISA DE AS'
FONTE: Própria do autor
Podemos verificar na tabela acima que a quantidade de sobrecarga para
o concreto convencional é de 10,62 kN/m² e uma taxa de armadura de 3,15
cm².
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TABELA 28. Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.L.A)
LARGURA bw (m)
ALTURA h (m)
COMPRIMENTO (m)
COBRIMENTO d' (cm)
CONCRETO ( C )
TIPO DO AÇO (CA)
SOBRECARGA (kN/m)
0,2 0,4 4,6 4 25 50 11,25
AS Calc. (cm²)AS MÍN.
(cm²)AS adotado
(cm²)
3,15 1,2 3,15
Fcd (kN/cm²)
Fyd (kN/cm²)
Mrd1,lim (kN.cm) βxVERIFICAÇÃO
βxβz βs
1,79 43,48 11614,01 0,157 OK 0,937 1
PLANILHA DE CÁLCULO DE ARMADURA PARA VIGAS BI APOIADAS
PARA CONCRETOS C20 à C50 (NBR6118:2014)
CONCRETO LEVE COM ADITIVO (C.L.A)
PESO ESP. CONCRETO (kN/m³)
15,49
PESO PRÓPRIO DA VIGA (kN/m)
MOMENTO MÁX. (kN/m)MOMENTO MÁX. CÁLCULO
(kN.cm)
1,239 33,034 4624,75
VERIFICAÇÃO
NÃO PRECISA DE AS'
FONTE: Própria do autor
Mantendo a mesma quantidade de armadura, a viga de concreto
convencional (C.C) suporta uma sobrecarga de 10,62 kN/m, já o concreto leve
com aditivo (C.L.A) suportaria uma sobrecarga de 11,25kN/m, o que significa
que o uso do concreto (C.L.A) no lugar do concreto (C.C) resulta em um
aumento possível de sobrecarga em torno de 6% por metro de viga.
Ao utilizar a mesma fórmula da carga acidental da laje sobre a viga, vista
anteriormente, podemos verificar o valor por m²:
wxyzxx{|}~��x�}x�x�~ =áy~x}~|����ê�{|x ∗ {xyzxx{|}~��x�
��|zx����
���, �� − ��, ��� =�, �� ∗ {xyzxx{|}~��x�
�, �
�, �� ∗ �, � = �, �� ∗ {xyzxx{|}~��x�
{xyzxx{|}~��x� = �, ����
��
Sabendo que:
���
��= ���, ��
�z�
��
77
Logo temos que: �, ����
��= ��, ��
�z�
��
Com isso observar-se que com a utilização do concreto leve com aditivo
(C.L.A) é possível aumentar a carga sobre a laje em 0,75 kN/m² mantendo o
mesmo dimensionamento de armadura.
79
5.CONCLUSÃO
O presente trabalho teve como objetivo determinar um traço de concreto
leve de resistência a compressão de 25 MPa e avaliar a sua utilização em uma
estrutura de concreto analisando somente o caso de uma viga bi apoiada.
Com os ensaios e cálculos realizados, durante toda a montagem deste
trabalho, ficou claro que o concreto leve com a utilização da argila expandida
como agregado graúdo, traz algumas vantagens frente ao concreto
convencional, tornando a sua utilização viável, tanto estrutural como
economicamente.
A partir da execução dos traços encontrados, e com os resultados de
resistência a compressão, confirma que somente a substituição da brita pela
argila expandida não é o suficiente para manter as características de
resistência do concreto, mas como demonstrado quando alterada a relação
água cimento, podemos chegar aos mesmos parâmetros de resistência do
concreto convencional que foi estipulado no desenvolvimento da dosagem.
Ainda que o traço encontrado de concreto leve com aditivo foi
satisfatório e atendeu a nossa proposta de trabalho, podemos afirmar que é
possível chegar a resistências maiores que 25Mpa aos 28 dias utilizando argila
expandida.
Com a moldagem dos corpos de prova conseguimos quantificar e avaliar
as características de cada traço ensaiado em laboratório e através da massa
de cada amostra foi possível concluir que o concreto leve tem o seu peso
aproximadamente 32% menor quando comparado ao concreto convencional.
Partindo deste fato relacionado ao peso, podemos presumir que em
estruturas de concreto armado onde for utilizado o concreto leve, teremos
reduções na carga total da estrutura fazendo com que o dimensionamento das
demais peças estruturais, como exemplo as de fundação sofram reduções nas
suas dimensões e quantidades de aço resultando em uma economia de
material e conseqüentemente reduzindo o custo e o valor total da obra.
Como vimos no projeto apresentado, analisado quanto à quantidade de
aço necessária, uma das vantagens de se utilizar o agregado leve é quanto à
redução no consumo de barras de aço nas vigas, onde este é um dos insumos
de maior custo dentro de uma obra, com isso tendo um grande impacto no
80
custo da estrutura. Porém essa redução de aço que podemos obter devido ao
uso do concreto leve nem sempre será vantajosa e deve ser avaliada caso a
caso, pois como sabemos o dimensionamento de uma armadura está
diretamente relacionada à carga aplicada sobre a viga e muitas vezes essa
troca nos delimita a utilização de determinada bitola e que muitas vezes não
condiz com o restante do aço utilizado na obra, com o manuseio,
trabalhabilidade e outros aspectos de avaliação do engenheiro ou projetista
responsável.
Também devido à diferença de peso dos concretos (leve e
convencional), podemos observar a possibilidade que ganhamos em mexer na
dimensão de uma viga sem alterar a sua capacidade de carga, trazendo
benefícios funcionais e estéticos para as estruturas de concreto armado.
Com tudo, pode-se afirmar que o concreto leve é viável e oferece
vantagens na sua utilização, porém deve-se avaliar a necessidade do seu uso
frente às características de cada projeto. Lembramos também que todo o
desenvolvimento deste material foi feito em laboratório com base em corpos de
prova, analisando somente a resistência a compressão em vigas com flexão
simples e que para resultados mais específicos e outras análises é necessário
realizar ensaios em matrizes maiores ou em ensaios em campo onde possam
ser realizados analisados fatores de cisalhamento, torção, adensamento do
concreto e demais fatores não avaliados neste trabalho.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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