Estudo comparativo de métodos de dosagem para concretos de alta
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Estudo comparativo de métodos de dosagem para concretos de alta
SANDRO EDUARDO DA SILVEIRA MENDES ESTUDO EXPERIMENTAL DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO UTILIZANDO AGREGADOS GRAÚDOS DISPONÍVEIS NA REGIÃO METROPOLITANA DE CURITIBA Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil, Curso de PósGraduação em Construção Civil, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Vladimir Antonio Paulon CURITIBA 2002 TERMO DE APROVAÇÃO SANDRO EDUARDO DA SILVEIRA MENDES ESTUDO EXPERIMENTAL DE CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO UTILIZANDO AGREGADOS GRAÚDOS DISPONÍVEIS NA REGIÃO METROPOLITANA DE CURITIBA Dissertação aprovada como requisito para obtenção do grau de Mestre no Curso de Pós-Graduação em Construção Civil da Universidade Federal do Paraná, pela Comissão formada pelos professores: Orientador: Prof. Dr. Vladimir Antonio Paulon Setor de Engenharia Civil, UNICAMP Co-Orientador: Prof. José Marques Filho, MSc. Departamento de Construção Civil, UFPR Prof. Dr. Marcos Antônio Marino Departamento de Construção Civil, UFPR Prof.ª Dr.ª Denise Carpena Coitinho Dal Molin Departamento de Engenharia Civil, UFRGS Curitiba, 24 de Outubro de 2002 ii DEDICATÓRIA Aos meus pais, João Carlos e Cléa Mara, e à Alessandra. A minha nova família, Joelma Letícia e Tobias Netto. A um amigo especial que partiu e deixou saudades, Amaral (in memorian). iii AGRADECIMENTOS Inicialmente agradeço ao senhor meu Deus, pela oportunidade de estar aqui e passar por mais esta experiência de vida, concluindo mais uma etapa de meu destino. Ao meu orientador, Prof. Vladimir Antônio Paulon, pela orientação competente, amizade e disponibilidade permanente para atender-me durante a realização deste trabalho. Agradeço ainda pelo seu constante entusiasmo e motivação, além de sua preocupação paterna com meu bem-estar e da minha família. Meu especial agradecimento àquele que, se pelas regras internas do mestrado não pode ser oficialmente meu co-orientador, o foi na prática e de fato, com sua admirável dedicação ao ensino e à pesquisa, por suas horas disponíveis doadas a mim em explicações práticas e incansáveis, pelas palavras de incentivo e motivação nos momentos difíceis do trabalho e do dia-a-dia, por sempre acreditar no meu potencial, às vezes mais do que eu mesmo, guiando-me como um pai que guia seu filho: Prof. José Marques Filho, grande amigo e conselheiro, o meu muito obrigado! Aos professores e funcionários do Programa de Pós-Graduação em Construção Civil da UFPR, pelos ensinamentos e apoio recebidos. Ao Prof. Aguinaldo, pelo apoio e também pelas discussões e críticas que me levaram a uma motivação maior para a conclusão deste trabalho. Aos colegas de mestrado, Janilce Messias, à Mônica Druszczi, à Adriana Santos, à Cíntia Ribeiro, ao José Ricardo, ao César Daher, ao Wagner Mukai, ao Gérson Barão, ao Valdair Marcante, ao Frederico Turra, ao André Giandon, ao Roberto Giublin e ao Luciano Mozer, pelos bons momentos de convívio, pela amizade, pelas boas conversas e discussões. Em especial, aos meus colegas e amigos Amacin Rodrigues e Daniel Palazzo, pelas sugestões enriquecedoras à pesquisa, pelo apoio emocional e o mais importante, pela amizade sincera e verdadeira em todas as horas. iv Ao Ruy Dikran e Paulo Chamecki, pelo apoio e crédito depositado em minha pessoa e em meu trabalho, disponibilizando a estrutura do LAME para a realização dos ensaios da pesquisa. Ao pessoal de laboratório do LAME, Cíntia, João Carlos, Rosane, Eustáquio, Mariano, Amauri, Roberto Zorzi, Magno, Gilson, Ezequias, Marcelo, Francisco e Anivo, pela amizade, colaboração e contribuição no desenvolvimento dos ensaios de laboratório. Em especial ao amigo João Luiz, pelo apoio e pela criatividade no desenvolvimento do equipamento para retificação dos corpos-de-prova. À Irene e ao Jéferson, pelo atendimento sempre simpático e prestativo no dia-a-dia do laboratório. À Soeli e Maristela, pela simpatia, carisma e boa vontade com que me atenderam ao longo do mestrado. Aos amigos Plínio e Milton, pela companhia agradável e amizade do dia-adia durante meu período como bolsista no LAME. À Dona Carmem e suas companheiras, pela amizade e pelo carinho com que cuidaram da limpeza de meu ambiente de trabalho, bem como de meu guardapó e uniforme de laboratório. Aos professores Carlos Parchen e Eduardo Dell’Avanzi, por terem me incentivado a ingressar no mestrado e terem encaminhado as cartas de recomendação. Ao Prof. Freitas, que nos momentos finais deste trabalho, deu seu apoio, substituindo-me nas atividades acadêmicas. Ao Prof. José Manoel dos Reis, pela colaboração com a análise petrográfica das rochas utilizadas no experimento. A Itaipu binacional pelo apoio financeiro no primeiro ano do mestrado. Ao LACTEC, pela bolsa de estudos e suporte financeiro durante a realização da pesquisa experimental, ao longo desses últimos um ano e seis meses. Às empresas, Camargo Correia Industrial S/A, Companhia de Cimentos Itambé, Rheotec, Grace, Otto Baumgart, MBT, e às pedreiras Tancal, Basalto e v Coperlit, e ao areal Costa, que gentilmente me forneceram todos os materiais necessários à produção dos concretos estudados. Agradeço particularmente ao Thomas da Rheotec Aditivos e ao Patrick da Grace pelo apoio técnico e suporte oferecidos. Aos meus tios Petronilo e Helena, pela oportunidade que me deram de estudar a língua inglesa nos EUA, o que facilitou em muito minhas pesquisas bibliográficas na literatura internacional. Às minhas tias Haide, Vera e Rose, professoras, que sempre me apoiaram e incentivaram a continuar estudando, seguindo a tradição da família, que sempre foi buscar o conhecimento não apenas para si mesmo mas para transmitir aos outros, pelo simples prazer de ensinar. À minha noiva Joelma Letícia e meu garoto Tobias Netto, pelo amor, dedicação, companheirismo e compreensão que demonstraram durante todos os momentos. Ao meu sogro, Flávio Dinão, por acreditar na minha dedicação à família e aos estudos, apoiando-me nos momentos difíceis vivenciados ao longo deste trabalho. À minha sogra Regina e seu companheiro Amadeu, pelas preces e orações que contribuíram para minha paz de espírito nos momentos turbulentos durante todo o mestrado. Aos meus pais e a minha irmã, pela torcida, incentivo, imenso carinho, compreensão e auxílio durante todos os anos de minha vida, principalmente nestes dois últimos. Ao meu amigo Amaral, que sempre acreditou em mim e sabia que eu chegaria mais longe. A todos os demais que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho. vi SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................................... x LISTA DE TABELAS....................................................................................................................xiii LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS ............................................................................................... xv RESUMO ............................................................................................................................................ i ABSTRACT .......................................................................................................................................ii 1. INTRODUÇÃO. ............................................................................................................................ 1 1.1 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA............................................................................................ 1 1.2 OBJETIVOS DA PESQUISA .................................................................................................. 4 1.2.1 Objetivo Geral ....................................................................................................................... 4 1.2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................ 4 1.3 ESTRUTURA DA PESQUISA................................................................................................ 5 1.4 LIMITAÇÕES DA PESQUISA ............................................................................................... 6 2. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO.................................................................................. 8 2.1 HISTÓRICO............................................................................................................................. 8 2.2 DEFINIÇÕES........................................................................................................................... 9 2.3 APLICAÇÕES ....................................................................................................................... 12 2.4 VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA ....................................................................... 14 2.5 MATERIAIS CONSTITUINTES .......................................................................................... 16 2.5.1 Cimento ............................................................................................................................... 17 2.5.2 Agregados............................................................................................................................ 18 2.5.2.1 Agregados graúdos ............................................................................................................ 19 2.5.2.2 Agregados miúdos ............................................................................................................. 20 2.5.3 Sílica Ativa .......................................................................................................................... 21 2.5.3.1 Características físicas e químicas da sílica ativa ............................................................... 22 2.5.3.2 Dosagem de sílica ativa ..................................................................................................... 24 2.5.3.3 Efeito da sílica ativa na microestrutura do concreto.......................................................... 25 vii 2.5.3.4 Efeito da sílica ativa nas propriedades do concreto fresco e endurecido........................... 29 2.5.4 Aditivos Superplastificantes ................................................................................................ 31 2.5.4.1 2.5.5 Compatibilidade cimento-aditivo ...................................................................................... 37 Água de Amassamento ........................................................................................................ 40 2.6 PRODUÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE DE CAD .................................................. 40 2.7 PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CAD.......................................................................... 41 2.7.1 Resistência à Compressão.................................................................................................... 42 2.7.2 Resistência à Tração por Compressão Diametral ................................................................ 48 2.7.3 Módulo de Elasticidade ....................................................................................................... 52 2.8 MÉTODOS DE DOSAGEM PARA CAD............................................................................. 55 3. INFLUÊNCIA DOS AGREGADOS GRAÚDOS NO CAD..................................................... 59 3.1 INTRODUÇÃO...................................................................................................................... 59 3.2 A INFLUÊNCIA DO TIPO DE AGREGADO ...................................................................... 60 3.3 A INFLUÊNCIA DA DIMENSÃO MÁXIMA DO AGREGADO........................................ 67 3.4 A INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DO AGREGADO............................................ 69 3.5 A INFLUÊNCIA DA FORMA E TEXTURA SUPERFICIAL DO AGREGADO ............... 70 3.6 A INFLUÊNCIA DA REATIVIDADE DO AGREGADO.................................................... 72 4. PROGRAMA EXPERIMENTAL.............................................................................................. 74 4.1 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS.......................................................................................... 75 4.2 METODOLOGIA PARA EXECUÇÃO DOS ENSAIOS.......................................................... 77 4.2.1 Seleção e Caracterização dos Materiais............................................................................... 78 4.2.1.1 Cimento ............................................................................................................................. 78 4.2.1.2 Agregados miúdos ............................................................................................................. 80 4.2.1.3 Agregados graúdos ............................................................................................................ 81 4.2.1.4 Adições.............................................................................................................................. 84 4.2.1.5 Aditivo............................................................................................................................... 85 4.2.1.6 Água de amassamento ....................................................................................................... 86 4.2.2 Proporcionamento dos Materiais ......................................................................................... 86 viii 4.2.3 Produção e Preparo dos Corpos-de-prova............................................................................ 87 4.2.4 Apresentação dos Resultados .............................................................................................. 94 4.2.4.1 Resistência à compressão axial.......................................................................................... 94 4.2.4.2 Resistência à tração por compressão diametral ................................................................. 96 4.2.4.3 Módulo de elasticidade...................................................................................................... 97 5. ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................................................................ 98 5.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL............................................................................. 98 5.2 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL...................................... 105 5.2.1 Relação entre a Resistência à Tração (ft,sp) e a Resistência à Compressão (fc)...................... 108 5.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE ............................................................................................ 111 5.3.1 Relação entre o Módulo de Elasticidade (Ec) e a Resistência à Compressão (fc) ................... 113 5.4 COMPARAÇÃO COM A BIBLIOGRAFIA........................................................................... 116 5.5 CONSUMO DE MATERIAIS POR M³ DE CONCRETO ...................................................... 117 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................................................... 123 6.1 CONCLUSÕES........................................................................................................................ 124 6.2 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ...................................................................... 126 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................ 127 ANEXOS ........................................................................................................................................ 137 ANEXO 1.................................................................................................................................... 138 ANEXO 2.................................................................................................................................... 139 ANEXO 3.................................................................................................................................... 144 ix LISTA DE FIGURAS FIGURA 2.1 FIGURA 2.2 FIGURA 2.3 FIGURA 2.4 FIGURA 2.5 FIGURA 2.6 FIGURA 2.7 FIGURA 2.8 FIGURA 2.9 FIGURA 2.10 FIGURA 2.11 FIGURA 2.12 FIGURA 2.13 FIGURA 2.14 FIGURA 2.15 FIGURA 2.16 FIGURA 2.17 FIGURA 2.18 FIGURA 3.1 FIGURA 3.2 – EDIFÍCIOS ALTOS EM CAD NOS ESTADOS UNIDOS (AÏTCIN, 2000) ................ 12 – CURVAS DE HISTERESE PARA CONCRETOS PRODUZIDOS COM DIFERENTES AGREGADOS (MEHTA E AÏTCIN, 1990).......................................... 20 – PROCESSO DE PRODUÇÃO DE SILÍCIO E DE CAPTAÇÃO DE SILICA ATIVA (DAL MOLIN, 1995)......................................................................................... 22 – MICROGRAFIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO DA SÍLICA ATIVA (MEHTA E MONTEIRO, 1994)..................................................................................... 23 – EFEITO MICROFILER DA SÍLICA ATIVA NO CONCRETO (BACHE APUD AÏTCIN, 2000) ................................................................................................................ 26 – EFEITO FÍSICO DA SÍLICA ATIVA NO CRESCIMENTO DOS CRISTAIS DE HIDRATAÇÃO, DE ACORDO COM (MALE APUD DAL MOLIN, 1995) ............... 27 – ESTRUTURA DE C-S-H DENSO NUM CONCRETO COM SÍLICA ATIVA EM TORNO DO AGREGADO. NOTA-SE A AUSÊNCIA DE ZONA DE TRANSIÇÃO ENTRE A PASTA E O AGREGADO (AÏTCIN, 2000)......................... 28 – ATUAÇÃO DA SÍLICA ATIVA NA INTERFACE AGREGADO-PASTA DOS CONCRETOS (ALMEIDA, 1996). ................................................................................ 28 – REPRESENTAÇÃO DIAGRAMÁTICA DA FLOCULAÇÃO DE PARTÍCULAS DE CIMENTO ANTES DA ADIÇÃO DO SUPERPLASTIFICANTE E A DISPERSÃO DOS FLOCOS APÓS A ADIÇÃO (MEHTA E MONTEIRO, 1994). .... 33 – ENSAIO DE MINIABATIMENTO DE KANTRO........................................................ 38 – ENSAIO DE FLUIDEZ – CONE DE MARSH .............................................................. 39 – INTERAÇÃO DOS FATORES QUE INFLUENCIAM A RESISTÊNCIA DO CONCRETO (MEHTA E MONTEIRO, 1994) .............................................................. 42 – (A) CORPO-DE-PROVA SUBMETIDO À ENSAIO DE COMRESSÃO AXIAL UTILIZANDO CAPEAMENTO DE ENXOFRE; (B) DETALHE DA RUPTURA PREMATURA DO CAPEAMENTO DURANTE O ENSAIO...................................... 45 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA COM A IDADE PARA CONCRETOS DE DIFERENTES RESISTÊNCIAS (CARRASQUILLO ET AL., 1981)........................... 47 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES (GOMES ET AL., 1996). ................................................................................................ 51 – MÓDULO DE ELASTICIDADE SECANTE EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES (GOMES ET AL., 1996).............. 54 – CONSUMO DE CIMENTO POR M³ DE CONCRETO ................................................ 57 – CUSTO DO M³ DE CONCRETO.................................................................................. 57 – (A) NO CCV, A RUPTURA OCORRE NA PASTA E NA INTERFACE PASTAAGREGADO; (B) NO CAD, ALGUMAS FISSURAS PROPAGAM-SE ATRAVÉS DAS PARTÍCULAS DO AGREGADO GRAÚDO.................................... 60 – ESTIMATIVA DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DA PARTÍCULA DE AGREGADO: (A) FORMA IRREGULAR; (B) FORMA PRISMÁTICA; (C) FORMA CILÍNDRICA (CHANG E SU, 1996) ............................................................. 65 x FIGURA 3.3 – (A) REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA EXSUDAÇÃO INTERNA NO CONCRETO RECÉM-LANÇADO; (B) RUPTURA DA ADERÊNCIA POR CISALHAMENTO EM CORPO-DE-PROVA DE CONCRETO ENSAIADO À COMPRESSÃO AXIAL (MEHTA E MONTEIRO, 1994)............................................ 71 FIGURA 3.4 – DIMENSÕES DO GRÃO ............................................................................................... 72 FIGURA 4.1 – CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO ........................................ 81 FIGURA 4.2 – AGREGADOS GRAÚDOS SELECIONADOS: (A) CALCÁRIO, (B) DIABÁSIO E (C) GRANITO ............................................................................................................ 82 FIGURA 4.3 – CURVA GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS.............................. 84 FIGURA 4.4 – BETONEIRA DE EIXO INCLINADO – 320 LITROS ................................................. 90 FIGURA 4.5 – CORPOS-DE-PROVA COBERTOS COM FILME DE PVC DURANTE AS PRIMEIRAS 24 HORAS ................................................................................................ 93 FIGURA 4.6 – RETIFICAÇÃO DOS TOPOS DOS CORPOS-DE-PROVA DE 10X20CM COM TORNO MECÂNICO ADAPTADO (LABORATÓRIO LAME /LACTEC) ................ 94 FIGURA 4.7 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA AS IDADES DE 3, 7 E 28 DIAS............................. 95 FIGURA 4.8 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) E A IDADE (DIAS) PARA AS DIVERSAS RELAÇÕES ÁGUA/AGLOMERANTE ENSAIADAS. ................................................................................................................. 96 FIGURA 4.9 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA A IDADE DE 28 DIAS................................................................................................................................ 97 FIGURA 4.10 – RELAÇÃO ENTRE O MÓDULO DE ELASTICIDADE E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA A IDADE DE 28 DIAS. .......................................... 97 FIGURA 5.1 – INFLUÊNCIA DA INTERAÇÃO ENTRE A RELAÇÃO A/AGLOM E A IDADE NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO. ........................................................................ 100 FIGURA 5.2 – INFLUÊNCIA DAS INTERAÇÕES ENTRE: (A) AGREGADO E IDADE E (B) AGREGADO E RELAÇÃO A/AGLOM NA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO. ...... 100 FIGURA 5.3 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS CONCRETOS COM CALCÁRIO......................... 101 FIGURA 5.4 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS CONCRETOS COM DIABÁSIO. ......................... 102 FIGURA 5.5 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS CONCRETOS COM GRANITO. .......................... 102 FIGURA 5.6 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE CALCÁRIO. ................................................................................................................... 103 FIGURA 5.7 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE DIABÁSIO...................................................................................................................... 103 FIGURA 5.8 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE GRANITO....................................................................................................................... 103 FIGURA 5.9 – VARIAÇÃO DA RELAÇÃO FC/FC28, EM FUNÇÃO DA IDADE PARA OS CONCRETOS. ................................................................................................................ 104 FIGURA 5.10 – INFLUÊNCIA DA INTERAÇÃO ENTRE A RELAÇÃO A/AGLOM E O TIPO DE AGREGADO NA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL. ................................................................................................................ 107 xi FIGURA 5.11 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS VÁRIOS CONCRETOS. ................................................................................................................ 108 FIGURA 5.12 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (fc,sp) X RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (fc) PARA IDADE DE 28 DIAS. .......................................................................................... 109 FIGURA 5.13 – CORRELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES.................................................................................................................... 110 FIGURA 5.14 – INFLUÊNCIA DO TIPO DE AGREGADO NO MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS CONCRETOS. ....................................................................................................... 112 FIGURA 5.15 – EVOLUÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS VÁRIOS CONCRETOS. ........................................................... 113 FIGURA 5.16 – MÓDULO DE ELASTICIDADE EC (GPa) X RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO FC (MPa)......................................................................................................................... 114 FIGURA 5.17 – CORRELAÇÃO ENTRE O MÓDULO DE ELASTICIDADE E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES................................................... 115 FIGURA 5.18 – CONSUMO DE CIMENTO POR M³ DOS DIVERSOS TRAÇOS COM GRANITO .. 119 FIGURA 5.19 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA E O CONSUMO DE CIMENTO PARA OS CONCRETOS COM GRANITO. ................................................................................... 120 FIGURA 5.20 – CUSTO DO M³ DOS CONCRETOS CAD E CCV (R$/M³).......................................... 121 FIGURA 5.21 – RELAÇÃO CUSTO/BENEFÍCIO DOS CAD X CCV (R$/MPa).................................. 121 xii LISTA DE TABELAS TABELA 2.1 – ESPESSURA DA ZONA DE TRANSIÇÃO (MICROMETRO)* ................................. 29 TABELA 2.2 – EFEITO DO MODO DE ADIÇÃO DOS SUPERPLASTIFICANTES SMF, SNF E CAE* NO SLUMP DE MISTURAS DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND .. 35 TABELA 2.3 – GANHO TOTAL DE RESISTÊNCIA PARA CONCRETO CONVENCIONAL E CAD ................................................................................................................................ 47 TABELA 3.1 – PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS ROCHAS, ARGAMASSAS E CONCRETOS AOS 91 DIAS........................................................................................ 62 TABELA 3.2 – PROPRIEDADES DAS ROCHAS, ARGAMASSAS E CONCRETOS À IDADE DE 28 DIAS .................................................................................................................... 63 TABELA 3.1 – DETERMINAÇÃO DA FORMA DO AGREGADO GRAÚDO ................................... 72 TABELA 4.1 – RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA CADA NÍVEL DE RESISTÊNCIA ESPERADO .................................................................................................................... 75 TABELA 4.2 – PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS E QUANTIDADE DE CORPOS-DE-PROVA.... 77 TABELA 4.3 – MÉTODOS DE ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS ................................................................................................................. 77 TABELA 4.4 – CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DO CIMENTO CPV-ARI ............................................ 78 TABELA 4.5 – CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DO CIMENTO CPV-ARI ....................................... 79 TABELA 4.6 – CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DO CIMENTO CPV-ARI.................................... 79 TABELA 4.7 – GRANULOMETRIA DO AGREGADO MIÚDO (NBR-7217/87) ............................... 80 TABELA 4.8 – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO ........................................................ 80 TABELA 4.9 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS (NBR7217/87) .......................................................................................................................... 82 TABELA 4.10 – CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS GRAÚDOS (NBR-7217/87).................... 83 TABELA 4.11 – CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DA SÍLICA ATIVA ................................................ 85 TABELA 4.12 – CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DA SÍLICA ATIVA ..................................................... 85 TABELA 4.13 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM CALCÁRIO - TCS (1ª REPETIÇÃO).................................................................................................. 87 TABELA 4.14 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM CALCÁRIO - RCS (2ª REPETIÇÃO) ................................................................................................. 88 TABELA 4.15 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM DIABÁSIO TDS (1ª REPETIÇÃO).................................................................................................... 88 TABELA 4.16 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM DIABÁSIO RDS (2ª REPETIÇÃO) ................................................................................................... 89 TABELA 4.17 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM GRANITO TGS (1ª REPETIÇÃO).................................................................................................... 89 TABELA 4.18 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM GRANITO RGS (2ª REPETIÇÃO) ................................................................................................... 90 TABELA 4.19 – PROGRAMAÇÃO DAS DOSAGENS........................................................................... 92 TABELA 5.1 – VALORES MÉDIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSAO DOS CONCRETOS (MPA).............................................................................................................................. 99 TABELA 5.2 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) PARA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL ............................................................................................................................ 99 xiii TABELA 5.4 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE DOS CONCRETOS PRODUZIDOS – COMPARAÇÃO COM A BIBLIOGRAFIA, PARA CIMENTOS ARI. ................................................................................................ 104 TABELA 5.5 – VALORES DE RESISTÊNCIAS MÉDIAS DE COMPRESSÃO AOS 28 DIAS (MPA) EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM – COMPARAÇÃO ENTRE CONCRETOS PRODUZIDOS E BIBLIOGRAFIA, COM BASE NOS DADOS DE AÏTCIN (2000)................................................................................................................ 105 TABELA 5.6 – VALORES DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSAO DIAMETRAL (MPA).............................................................................................................................. 106 TABELA 5.7 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) PARA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO............. 106 TABELA 5.8 – RELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (%) – 28 DIAS ............ 109 TABELA 5.9 – VALORES DE MÓDULO DE ELASTICIDADE SECANTE (GPA) .......................... 111 TABELA 5.10 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) PARA MÓDULO DE ELASTICIDADE...... 112 TABELA 5.11 – COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE CAD OBTIDOS NA PESQUISA E POR OUTROS PESQUISADORES – CONCRETOS CONTENDO CIMENTO ARI, A/AGLOM 0,28 E SÍLICA ATIVA, AGREGADOS DIFERENTES ....................................................................................... 116 TABELA 5.12 – COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE CAD OBTIDOS NA PESQUISA E OS OBTIDOS POR PEREIRA NETO (1995) – CONCRETOS COM CIMENTO ARI, A/AGLOM 0,28, SÍLICA ATIVA E AGREGADOS DE MESMA MINERALOGIA ............................................................. 117 TABELA 5.13 – CONSUMO DE MATERIAL POR M³ DE CONCRETO, EM KG ............................... 118 TABELA 5.14 – COMPOSIÇÃO DE CUSTOS DOS MATERIAIS PARA OS CONCRETOS COM GRANITO....................................................................................................................... 120 xiv LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS A/AGLOM A/C ABNT ACI ANOVA ARI BAEL / BPEL C2S C3A C3S Ca(OH)2 CAD CAR CCV CEB C-S-H Dmáx EC Ecs fc fc28 fck fcm FIP ft,sp INMETRO ISO LACTEC LAME MLS MPa MPT NBR NS RBLE SANEPAR SIO2 SMF SNF SO3 SP t UFPR RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE RELAÇÃO ÁGUA/CIMENTO ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS AMERCIAN CONCRETE INSTITUTE ANÁLISE DE VARIÂNCIA ALTA RESISTÊNCIA INICIAL NORMAS FRANCESAS SILICATO BICÁLCICO ALUMINATO TRICÁLCICO SILICATO TRICÁLCICO HIDRÓXIDO DE CÁLCIO CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO CONCRETO DE ALTA RESISTÊNCIA CONCRETO CONVENCIONAL VIBRADO COMITE EURO-INTERNATIONAL DU BETON SILICATO DE CÁLCIO HIDRATADO DIMENSÃO MÁXIMA CARACTERÍSTICA MÓDULO DE ELASTICIDADE MÓDULO DE LEASTICIDADE SECANTE RESISTÊNCIA MÉDIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO RESISTÊNCIA MÉDIA AOS 28 DIAS RESISTÊNCIA CARACTERISTICA À COMPRESSÃO DO CONCRETO RESISTÊNCIA MÉDIA DE DOSAGEM FÉDÉRATION INTERNATIONALE DE LA PRÉCONTRAINTE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA INERNATIONAL STANDARD ORGANIZATION INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO LABORATÓRIO DE MATERIAIS E ESTRUTURAS LIGNOSSULFATOS MODIFICADOS MEGAPASCAL MAXIMUN PASTE THICKNESS NORMA BRASILEIRA NORWEGIAN STANDARD REDE BRASILEIRA DE LABORATÓRIOS DE ENSAIOS COMPANHIA DE SANEAMENTO DO PARANÁ ÓXIDO DE SILÍCIO POLICONDENSADO DE FORMALDEÍDO E MELANINA SULFONADA POLICONDENSADO DE FORMALDEÍDO E NAFTALENO SULFONADO ÓXIDO DE ENXOFRE SUPERPLASTIFICANTE IDADE EM T DIAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ xv RESUMO Nas últimas décadas, os grandes avanços na tecnologia do concreto proporcionaram o surgimento dos concretos de alto desempenho, cujas características principais são a elevada resistência mecânica e maior durabilidade, obtidas com a utilização de baixas relações água/aglomerante. Por estas qualidades que o diferenciam do concreto convencional, o CAD é um material que vêm sendo largamente pesquisado e empregado em diversos países, como Estados Unidos, Canadá, França, Noruega, entre outros. No Brasil, o seu emprego é ainda limitado, tendo se desenvolvido quase exclusivamente nas grandes capitais, como São Paulo, Rio de Janeiro, Salvador, Porto Alegre, Florianópolis e Brasília, graças aos grupos de pesquisa concentrados nas universidades públicas. Entretanto, em Curitiba, a falta de conhecimento da comunidade técnica e científica local, com relação às propriedades e ao comportamento deste material, têm impedido o seu desenvolvimento na região. Diante deste cenário, é necessário criar condições à mudança de cultura no meio técnico paranaense, mostrando a potencialidade da tecnologia do CAD. Nesse sentido, este trabalho visa contribuir para maior compreensão do comportamento do CAD produzido a partir dos materiais disponíveis na região. Partindose da hipótese que o agregado graúdo pode tornar-se o fator limitante da resistência do CAD, foram produzidos concretos com três tipos de agregados disponíveis comercialmente na região de Curitiba - calcário, diabásio e granito. Os concretos foram produzidos com traços similares para as relações a/aglom 0.35, 0.31, 0.28 e 0.26. Foram utilizados 336 corpos-de-prova para a realização dos experimentos, com o objetivo de investigar a influência do agregado graúdo nas propriedades mecânicas destes concretos, mais especificamente na resistência à compressão, na resistência à tração por compressão diametral e no módulo de elasticidade. Uma análise estatística foi realizada com a finalidade de garantir a confiabilidade dos resultados obtidos. No geral, os resultados obtidos apresentaram-se compatíveis e consistentes com os valores encontrados na bibliografia sobre CAD. Foi comprovado estatisticamente o efeito significativo do tipo de agregado graúdo tanto na resistência à compressão como no módulo de elasticidade dos concretos produzidos. Entretanto, este efeito não foi confirmado para a resistência à tração por compressão diametral. Constatou-se também que o uso de equações para o cálculo do Ec a partir da resistência fc não é apropriado para estimativa do módulo de elasticidade no CAD. Por fim, verificou-se a possibilidade de se produzir CAD com os três agregados investigados, para resistências na faixa de 85-90 MPa, sem a necessidade de promover alterações em suas características iniciais. Destacando-se o desempenho do granito, cujos concretos chegaram aos 100 MPa. Palavras-chave: concreto de alto desempenho; CAD; agregados graúdos; resistência à compressão; resistência à tração por compressão diametral; módulo de elasticidade. ABSTRACT An experimental study investigated the influence of three coarse aggregate types available in Curitiba on the mechanical properties of high performance concrete mixtures. Granite, diabase and limestone aggregates were used. Concretes were produced using identical materials, similar mix proportions and water-cementitious ratios of 0.35, 0.31, 0.28 e 0.26. Compressive strength, splitting tensile strength and modulus of elasticity were analysed in concrete. A statistical analysis was conducted to guarantee the reliability of test results. In general, the results obtained are in agreement with those found by other researchers. Compressive strength and elastic modulus of concretes were shown to be significantly influenced by the type of coarse aggregates. However, this effect was not confirmed in the splitting tensile strength. In addition, the building code equations relating the elastic modulus Ec to the compressive strength fc are not valid as far as HPC is concerned. Finally, it was found using granite aggregate produced concretes with higher strength (about 100 MPa) than those using diabase and limestone (85-90 MPa). Keywords: high performance concrete; HPC; coarse aggregates; compressive strength; splitting tensile strength; modulus of elasticity. ii Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 1 1. INTRODUÇÃO 1.1 IMPORTÂNCIA DA PESQUISA Nas duas últimas décadas, tem-se obtido grandes avanços na tecnologia do concreto, face aos conhecimentos adquiridos pelos estudos da estrutura interna do concreto e ao advento de novos materiais, tais como os superplastificantes e as adições, principalmente a sílica ativa (AÏTCIN e NEVILLE, 1995). Estes avanços permitiram uma grande evolução nas resistências mecânicas do concreto e também em outras propriedades, proporcionando o surgimento dos “concretos de alto desempenho”, ou apenas CAD, os quais permitem a otimização de um ou mais parâmetros de caracterização de interesse do material, diferenciando-se, portanto, dos concretos convencionais, e exigindo maior rigor técnico e científico na sua elaboração e muito mais cuidado no seu preparo. Nos últimos seis anos, vários trabalhos técnicos, pesquisas, congressos e simpósios têm mostrado que o CAD é um material viável técnica e economicamente, para utilização em diversos tipos de estruturas, tanto convencionais como especiais (ALMEIDA, 1996a; INTERNATIONAL CONFERENCE ON HIGH- PERFORMANCE CONCRETE, AND PERFORMANCE AND QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES, 2nd, 1999). As principais aplicações do CAD na construção civil têm sido em edifícios de grande altura, plataformas submarinas, pontes, viadutos, pavimentos de rodovias e pisos industriais. Seu uso, principalmente em edifícios altos, proporciona estruturas mais esbeltas, redução significativa nas seções dos pilares com aumento da área útil dos pavimentos, diminuição do peso próprio da estrutura e, conseqüentemente, na carga das fundações, bem como aumento da velocidade de execução e redução na utilização de sistemas de formas (menor superfície de formas e maior rapidez na desforma). Além disto, apresenta elevado potencial ecológico devido à incorporação de vários resíduos industriais, como sílica ativa e/ou outras adições. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 2 Sua utilização nas estruturas não se justifica apenas pela elevação de suas propriedades mecânicas, mas principalmente pelo aumento da durabilidade, face à utilização de baixas relações água/aglomerante, que levam à diminuição da porosidade e, conseqüentemente, da permeabilidade do concreto (MEHTA, 1999), caracterizandoo como o material mais apropriado para garantir uma maior vida útil à estrutura e custos reduzidos de manutenção. Segundo HELENE (1997), no futuro próximo será antieconômico projetar estruturas com concreto de fck ≤ 50 MPa, especialmente em edifícios altos, com mais de 35 andares e em pontes e viadutos de grande vão. Por estas razões o CAD é apropriado para a crescente tendência da verticalização, com estruturas mais altas, esbeltas e arrojadas, de maiores vãos, localizadas em atmosferas densamente urbanas ou industriais carregadas de agentes agressivos. Por todas estas qualidades, o CAD é um material que está sendo muito pesquisado e divulgado atualmente em diversos países, como Estados Unidos, Canadá, França, Suíça, Noruega, Austrália, Alemanha, Japão, Coréia, China e outros. A nível nacional, o CAD já vem sendo utilizado há alguns anos em algumas cidades brasileiras como São Paulo, Salvador, Rio de Janeiro, Niterói e Brasília (ALMEIDA et al., 1995). As pesquisas em desenvolvimento sobre o CAD estão relativamente dispersas pelo país - Goiás, Brasília, Bahia, Minas Gerais, Espírito Santo, São Paulo, Rio de Janeiro, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, com grupos de pesquisa concentrados principalmente nas universidades públicas (ALMEIDA, 1996a). Porém, este avanço tecnológico ainda não chegou em Curitiba ou em outras regiões do Paraná. Embora o Estado possua a escola de engenharia mais antiga do Brasil e seja reconhecido pelo pioneirismo e arrojo em obras de concreto de grande porte (barragens, túneis, usinas, pontes e viadutos), a tradição paranaense em pesquisas na área de materiais é concentrada em aplicações de estruturas de grande porte de usinas hidrelétricas e é ainda incipiente no estudo de estruturas de edificações de concreto e em CAD e, no momento, são poucas as pesquisas em Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 3 desenvolvimento no Estado sobre o assunto. Isto se deve principalmente à falta de conhecimento da comunidade técnica e científica sobre as inúmeras vantagens que a utilização deste material apresenta, gerando insegurança e desconfiança nos engenheiros de estruturas, arquitetos e construtores da região. Há a necessidade de criar condições à mudança de cultura no meio técnico paranaense, mostrando a potencialidade da tecnologia do CAD. A solução para isto, segundo DAL MOLIN (1995), é o desenvolvimento de pesquisas para produção e análise de CAD com materiais e técnicas nacionais, analisando soluções obtidas em outros países e adaptando-as à realidade brasileira. O Brasil é um país de grande área territorial, com uma enorme variedade de materiais e, contudo, são poucos os trabalhos que abordam as propriedades dos concretos levando em conta as características dos materiais locais. Diante deste cenário, espera-se que os resultados deste trabalho venham a contribuir para maior compreensão do comportamento do CAD produzido a partir dos materiais disponíveis na região. Inicialmente, para se obter concreto de alto desempenho, é necessário verificar o panorama dos agregados disponíveis, uma vez que a resistência à compressão do concreto não é mais, necessariamente, governada pela resistência da pasta matriz, como ocorre com os concretos convencionais. No CAD o que define a resistência à compressão do material é o agregado ou sua interface com a pasta. Desta maneira, o agregado graúdo deixa de ser considerado apenas um material inerte e se torna o fator limitante da resistência do CAD, que passa a ser controlada pelas suas características físicas, mecânicas e mineralógicas. Como, por motivos de economia, os agregados graúdos empregados no concreto usualmente são os disponíveis nas jazidas próximas à obra, é fundamental que se conheça o desempenho dos agregados produzidos na região. Segundo AMARAL FILHO (1997), a limitação da resistência máxima passível de ser obtida dentro de um concreto de alto desempenho é função quase exclusiva do agregado graúdo. O mesmo vale para o módulo de elasticidade destes concretos que Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 4 dependem também do módulo de elasticidade do agregado. O autor estima que, em São Paulo, a máxima resistência alcançada em laboratório com os agregados locais (granitos) estaria próxima de 120 MPa, e em outras regiões do país, estes valores poderiam chegar a 140 MPa e 150 MPa com o emprego de diabásio e basalto. É importante lembrar que a seleção de materiais para a produção de CAD não é simples, uma vez que os cimentos e agregados disponíveis apresentam grandes variações nas suas composições e propriedades e ainda não existe, segundo MEHTA e AÏTCIN (1990b), uma sistemática clara que facilite a escolha do tipo de cimento e agregado mais apropriado para o CAD. Desta forma, o que se espera com este trabalho é avaliar algumas propriedades mecânicas do CAD produzido com diferentes agregados graúdos da região de Curitiba, entre os mais utilizados comercialmente, e encontrar parâmetros e diretrizes para seleção do agregado graúdo local mais apropriado para CAD. 1.2 OBJETIVOS DA PESQUISA 1.2.1 Objetivo Geral Esta pesquisa tem por objetivo geral produzir concretos de alto desempenho com diferentes tipos de agregados graúdos disponíveis na Região Metropolitana de Curitiba, de maneira que eles possam ser avaliados e comparados, do ponto de vista técnico e econômico. 1.2.2 Objetivos Específicos Dentre os objetivos específicos a serem alcançados na pesquisa, pretende-se: - avaliar a potencialidade de cada agregado graúdo escolhido na produção de concreto de alto desempenho; Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 5 - investigar a influência do tipo de agregado escolhido nas propriedades mecânicas do CAD, mais especificamente na resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. - estabelecer correlações entre a resistência à compressão e as demais propriedades analisadas. - fornecer, à comunidade técnica regional, dados que contribuam para maior compreensão do comportamento do CAD produzido com os materiais da região. Parte-se da hipótese de que é possível produzir CAD com resistências acima de 50 MPa, utilizando os agregados graúdos de Curitiba, na forma em que se encontram disponíveis no mercado, sem a necessidade de ajustar suas composições granulométricas. 1.3 ESTRUTURA DA PESQUISA Este trabalho está dividido em 6 capítulos. No Capítulo 1 é feita uma introdução à pesquisa, destacando-se sua justificativa e importância, seus objetivos, estrutura e limitações. No Capítulo 2 é apresentada a revisão bibliográfica sobre concreto de alto desempenho, iniciando-se com o histórico, definições, aplicações e viabilidade técnica e econômica do CAD. Seguindo com a seleção dos materiais constituintes e apresentação das principais propriedades do concreto endurecido a serem estudadas. Finalizando com a produção e controle de qualidade e métodos de dosagem para CAD. No Capítulo 3 é feita a revisão bibliográfica sobre a influência dos agregados graúdos nas propriedades mecânicas do CAD, com ênfase na resistência mecânica e no módulo de elasticidade. São destacadas as influências do tipo de agregado, da dimensão máxima, da forma e textura superficial, e da reatividade (interação química) dos agregados. No Capítulo 4 é apresentada a parte experimental da pesquisa, com a descrição do planejamento e da metodologia empregada para a execução dos ensaios, Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 6 iniciando com a seleção e caracterização dos materiais empregados, o método de dosagem utilizado e os ensaios mecânicos propriamente ditos – resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade. No Capítulo 5 são analisados e comentados os resultados dos ensaios apresentados anteriormente, utilizando ferramentas de análise estatística para verificar a confiabilidade dos resultados. No Capítulo 6 apresentam-se as considerações finais e conclusões baseadas neste trabalho, assim como sugestões para futuras pesquisas. 1.4 LIMITAÇÕES DA PESQUISA Esta pesquisa está concentrada no estudo experimental de concretos de alto desempenho confeccionados com três agregados graúdos provenientes da região de Curitiba (calcário, diabásio e granito). Houve a necessidade de limitar-se o número de tipos de agregados a apenas três, devido a questões de transporte, estocagem e disponibilidade das instalações do laboratório para a realização da pesquisa. A pesquisa limita-se ainda ao estudo de algumas propriedades mecânicas do CAD, com maior ênfase na resistência à compressão, sendo os aspectos de durabilidade destes concretos sugeridos como assunto para novas pesquisas. Cabe lembrar que, no que se refere à durabilidade do CAD, MEHTA (1999) explica que o fato de se utilizar baixas relações água/cimento na sua fabricação já garantem que aspectos de durabilidade, tais como menor porosidade e baixa permeabilidade, estejam sendo considerados. A escolha dos ensaios foi determinada pela sua relevância e importância, e pela limitação da pesquisa em função da disponibilidade de tempo e do uso do laboratório, além da escassez de recursos materiais, humanos e financeiros destinados à pesquisa. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 7 Com relação aos ensaios, estes foram realizados nas idades de 3, 7 e 28 dias para a resistência à compressão, enquanto para resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade apenas aos 28 dias de idade. Pode-se destacar ainda, como fatores limitantes desta pesquisa, a utilização constante de sílica ativa em substituição a 8% da massa do cimento, e a utilização de um único tipo de aditivo superplastificante em todos os concretos produzidos. Estas especificações ocorreram em função da necessidade de fixar-se parâmetros, de modo que os resultados obtidos pelos concretos produzidos com os diversos tipos de agregados possam ser comparados entre si. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 8 2. CONCRETO DE ALTO DESEMPENHO 2.1 HISTÓRICO Com os avanços na tecnologia do concreto nas últimas décadas, o conceito de concreto de alta resistência foi se alterando. Lentamente, o concreto de alta resistência foi introduzido no mercado dos edifícios de grande altura em Chicago nos anos 60 e no início dos anos 70, e a partir daí passou a ser utilizado em várias partes do mundo e veio, cada vez mais, a ser chamado de concreto de alto desempenho. Na década de 50, os concretos com 35 MPa eram considerados de alta resistência. Na década de 60, concretos de 40 a 50 MPa já estavam disponíveis comercialmente. No início dos anos 70, os concretos de alta resistência atingiam a barreira técnica dos 60 MPa. Durante os anos 80, com o advento dos superplastificantes e da utilização metódica da sílica ativa esta barreira foi ultrapassada, chegando a concretos de alto desempenho com resistência mecânica à compressão da ordem de 100 MPa. Hoje em dia, resistências da ordem de 140 MPa estão sendo utilizadas na construção de edifícios altos em algumas partes do mundo (CEB/FIP, 1990; ACI 363R-92, 2001; AÏTCIN, 2000). Nos últimos 20 anos, estudos intensivos sobre CAD têm sido realizados em diversos países, com o intuito de fornecer aos engenheiros as informações necessárias sobre suas propriedades, bem como dar subsídios para adaptação das normas de concreto às características diferenciadas deste novo material. O CAD tornou-se uma linha prioritária de pesquisa na área de materiais e, atualmente, a bibliografia sobre o tema é bastante ampla (DAL MOLIN, 1995). Vários congressos, simpósios, seminários e workshops têm sido promovidos em vários países para divulgação e discussão de trabalhos de diversos pesquisadores sobre CAD. No Brasil foram realizados dois grandes congressos sobre CAD em 1996 e 1999 (INTERNATIONAL CONGRESS ON HIGH-PERFORMANCE CONCRETE, Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 9 AND PERFORMANCE AND QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES, 1st, 1996; INTERNATIONAL CONFERENCE ON HIGH-PERFORMANCE CONCRETE, AND PERFORMANCE AND QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES, 2nd, 1999) contando com a participação ativa de pesquisadores e profissionais de diversos países. O próximo congresso será realizado em outubro deste ano (INTERNATIONAL CONFERENCE ON HIGH-PERFORMANCE CONCRETE, AND PERFORMANCE AND QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES, 3rd , 2002). Com relação aos estudos sobre CAD no Brasil, um número crescente de pesquisas têm sido desenvolvidas nos últimos anos. No levantamento realizado por ALMEIDA (1996a), em diversos estados sobre trabalhos envolvendo CAD, foram encontrados, já naquele ano, mais de 80 trabalhos abordando diversos aspectos do material. Nos dois congressos citados anteriormente, em 1996 e 1999, foram apresentados outros 48 trabalhos nacionais sobre CAD. 2.2 DEFINIÇÕES Ainda não existe um consenso claro no meio científico sobre o significado das expressões concreto de alta resistência (CAR) e concreto de alto desempenho (CAD), que teria uma abrangência mais ampla podendo ser aplicada a várias propriedades de interesse. Embora a segunda expressão venha sendo cada vez mais usada, sua aceitação ainda não é generalizada; por exemplo, o nome da Comissão 363, do ACI, é ainda Comissão do Concreto de Alta Resistência e não Comissão do Concreto de Alto Desempenho. Entretanto, ambas expressões vêm sendo utilizadas comumente por muitos pesquisadores para designar o mesmo material. Encontra-se na literatura algumas definições para estas expressões, baseadas em dois critérios significativos: resistência à compressão e relação água/aglomerante. O CAR tem sido classificado em diferentes categorias ao longo do tempo, basicamente em função de sua resistência à compressão, referida aos 28 dias de idade. O ACI 363R-92 (2001) define CAR como sendo concreto com resistência à Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 10 compressão, medida em corpos-de-prova cilíndricos, maior que 41 MPa. No entanto, o comitê reconhece que a definição pode variar de acordo com a região. O Comitê do CEB/FIP (1990) estabelece o CAR como sendo todo concreto com uma resistência à compressão, medida em cilindros, acima dos limites atualmente existentes nos códigos nacionais, da ordem de 60 MPa a 130MPa, o limite superior praticável para concretos utilizando agregados convencionais. MEHTA e MONTEIRO (1994) consideram que, para dosagens feitas com agregados convencionais, os concretos de alta resistência são aqueles que apresentam resistência à compressão superior a 40 MPa. De acordo com P. Shah1 (SHAH, 1981 apud MEHTA e MONTEIRO, 1994) dois argumentos justificam esta limitação: a) a maioria dos concretos convencionais está na faixa de 20 MPa a 40 MPa. Para produzir concretos acima de 40 MPa, é necessário um controle de qualidade mais rigoroso e maior cuidado na seleção e na dosagem dos materiais constituintes do concreto. Assim, para distinguir este concreto especialmente formulado para uma resistência maior que 40 MPa, deve-se chamá-lo de concreto de alta resistência. b) estudos experimentais comprovaram que a microestrutura e as propriedades do concreto com resistência acima de 40 MPa são consideravelmente diferentes das dos concretos convencionais. Como a prática atual de dimensionamento de estruturas ainda está fundamentada em experimentos realizados com concretos convencionais, é preferível manter os concretos com resistências acima de 40 MPa em uma classe diferenciada, de maneira a alertar o projetista da necessidade de ajustes nas equações existentes. Seguindo a mesma linha de raciocínio, a NBR 8953 (1992) classifica os concretos em dois grupos de resistência, segundo a resistência característica à compressão (fck): no grupo I, estão os concretos entre 10 e 50 MPa, e no grupo II, os 1 SHAH, S. P. Concrete International, v. 3, n. 5, p. 94-98, 1981. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 11 concretos de 55 a 80 MPa. De acordo com a norma, os concretos pertencentes ao grupo II (fck > 50 MPa) são concretos com características e resistências além do convencional, para os quais as atuais normas brasileiras não são apropriadas. Neste sentido, devido as suas características diferenciadas, parece razoável considerar estes concretos como de alta resistência. Uma outra maneira de classificar os concretos, sem envolver diretamente a resistência à compressão como parâmetro principal, é proposta por alguns pesquisadores. Para AÏTCIN (2000) um concreto de alto desempenho é essencialmente um concreto tendo uma relação água/aglomerante baixa, estabelecida em 0,40. Este seria o parâmetro mais apropriado para estabelecer-se a fronteira entre concretos usuais e concretos de alto desempenho. Da mesma maneira, NEVILLE (1997a) afirma que para um concreto ser considerado CAD a relação água/cimento deve ser sempre menor que 0,35. Além disto, segundo NEVILLE (1997a), CAD significa uma definição mais atual para concretos de alta resistência, porque se almeja, por intermédio desta propriedade, melhores resultados em outras como o módulo de deformação e/ou a durabilidade. Entende-se que no caso do concreto de alta resistência, contendo superplastificante e sílica ativa, o aumento da resistência está associado a uma microestrutura mais densa e com menos vazios. Desta maneira, as aplicações desse concreto estão ligadas não só à resistência à compressão do material, mas também a outras propriedades vantajosas como baixa permeabilidade, alta estabilidade dimensional, alta resistência à abrasão, alta resistência ao ataque de agentes agressivos, ou seja, maior durabilidade. Por essas razões, vários pesquisadores denominam esse concreto de concreto de alto desempenho. Com base nestes argumentos, no presente trabalho, será adotada a expressão concreto de alto desempenho, ou simplesmente, CAD. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 12 2.3 APLICAÇÕES As maiores aplicações do concreto de alto desempenho têm sido na construção de edifícios altos, especificamente para redução das dimensões dos pilares, aumentando assim, a área útil da edificação e da velocidade de execução da obra, além de permitir uma redução na carga permanente da estrutura e nas fundações e aumento da durabilidade do concreto (DAL MOLIN et al., 1997). A Figura 2.1 mostra a altura e resistências crescentes de alguns edifícios altos realizados nos Estados Unidos. Altura (m) ( ) resistência à compressão do concreto FIGURA 2.1 – EDIFÍCIOS ALTOS EM CAD NOS ESTADOS UNIDOS (AÏTCIN, 2000) No Brasil, o uso do CAD é ainda restrito, todavia, exemplos de obras realizadas no país têm sido publicados e relatados no meio técnicos, mostrando o interesse no desenvolvimento e aplicação deste material (ALMEIDA, 1995 e ALMEIDA, 1996a; SILVA, 1996; SILVA FILHO, 1996, e outros). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 13 No presente momento, 2002, cabe destacar três importantes obras que estão sendo realizadas com uso de CAD no país. Estas obras representam marcos históricos para a engenharia regional e nacional. Em Curitiba, está em andamento a construção do edifício “Evolution Towers”, localizado no centro da cidade, com utilização, em diversos pilares e no terço superior dos blocos de fundação, de aproximadamente 1060 m³ de concreto com resistência característica de 60 MPa. Este é o primeiro edifício executado com fck > 50 MPa que se têm notícia no Estado do Paraná. Em São Paulo, o edifício comercial “E-Tower” com 149 metros de altura, localizado na zona sul, está sendo executado em sua maior parte com concreto de fck 80 MPa. Em alguns pilares, a resistência do concreto atingiu valores com média de 125 MPa e máximo de 149,9 MPa, recorde mundial de resistência de concreto em obra (IBRACON, 2002), determinando um marco histórico para a engenharia de concreto brasileira, conforme as palavras do engenheiro Paulo Helene: “Na verdade, estamos batendo um recorde e empurrando a fronteira do conhecimento” (TÉCHNE, 2002). Ainda em São Paulo, a rodovia dos Imigrantes, obra de grande porte onde a utilização de CAD possibilitou a redução na quantidade de pilares e blocos de fundação, permitindo o aumento do vão entre pilares de 45 m para 90 m, reduzindo o impacto ambiental de sua construção em uma região de preservação do meio ambiente. MEHTA e MONTEIRO (1994) comentam que concretos de alto desempenho contendo superplastificante e baixa relação água/cimento, teor adequado de cimento e uma pozolana de boa qualidade têm um grande potencial de uso, em situações onde a impermeabilidade e a durabilidade e não apenas as altas resistências são os fatores de maior consideração. Neste panorama, o CAD tem sido empregado também em estruturas prémoldadas protendidas para pontes, tais como vigas protendidas, onde tem havido crescente preocupação com a durabilidade do concreto. Nestes casos, o uso de CAD resulta em: maior resistência à compressão por unidade de custo, peso e volume; maior Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 14 módulo de deformação resultando em deflexões reduzidas; e maior resistência à tração (CARPENTER2, 1980 apud CARRASQUILLO e CARRASQUILLO, 1988). Outros benefícios são a rápida reutilização de fôrmas, uma maior produtividade e menor perda de produtos durante o manuseio e o transporte (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Outro campo de atuação bastante interessante do CAD com sílica ativa são as plataformas marítimas, como por exemplo, a plataforma Statjord B, construída no Mar do Norte, onde o concreto foi projetado para resistir a ação corrosiva da água do mar e para suportar o impacto de ondas de 31 metros de altura. Nestas obras, os fatores relevantes são a velocidade de construção e a durabilidade do concreto em ambiente hostil e não apenas a alta resistência mecânica (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Atualmente, o CAD tem sido especificado para aplicações em pisos de alta resistência em pavimentos industriais, garagens e tabuleiros de pontes, em armazéns de produtos químicos e em vertedores e estruturas de dissipação de barragens. Nestas aplicações, o CAD é utilizado com a finalidade de fornecer um concreto com alta resistência à abrasão, melhor resistência aos ataques químicos, baixa permeabilidade e maior durabilidade (MALIER, 1991; ACI 363R-92, 2001). 2.4 VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA No CAD, os altos consumos de cimento, a incorporação de aditivos e adições e a necessidade de utilização de agregados de excelente qualidade tornam o custo por metro cúbico deste concreto relativamente mais caro que o do concreto convencional. Entretanto, quando se busca alta resistência, a utilização do CAD leva a uma redução significativa nas dimensões dos elementos estruturais diminuindo o volume total de concreto aplicado na estrutura, que aliada a outras vantagens de ordem técnica e econômica, podem compensar as diferenças de custos unitários, viabilizando o seu uso na construção civil. 2 CARPENTER, J. E. Applications of high-strength concrete for highway bridges. Public Roads, v. 44, n.2, Sept. 1980, p. 76-83. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 15 As principais vantagens técnicas do CAD em relação ao concreto convencional são as seguintes: - redução significativa nas dimensões de pilares de edifícios altos, aumentando a área útil dos diversos pavimentos e, principalmente, nos andares mais sobrecarregados e nos destinados para vagas de estacionamento; - redução do peso próprio da estrutura e, conseqüentemente, na carga das fundações; - possível redução nas taxas de armadura dos pilares; - maior rapidez na desforma, aumentando a velocidade de execução da obra; - menor segregação propiciando melhor acabamento especialmente em peças pré-moldadas; - aumento da durabilidade das estruturas, devido a sua baixa porosidade e permeabilidade e maior resistência aos agentes agressivos do ambiente. - possível redução de custos devida, principalmente, à diminuição das dimensões dos elementos estruturais, tais como pilares e fundações, acarretando redução no consumo total de concreto, aço e fôrma empregados, e pelo aumento da velocidade de execução, diminuindo os juros durante a construção. Além da viabilidade técnica, vários trabalhos têm mostrado a vantajosa relação custo/benefício do emprego de CAD em estruturas comumente executadas com concreto convencional (CCV). Algumas conclusões destes trabalhos são apresentadas a seguir. Em um estudo de viabilidade econômica, referente à execução da estrutura de um edifício de 15 andares, utilizando concretos de fck 21 MPa e 60 MPa, DAL MOLIN et al. (1997) relatam que a estrutura utilizando concretos de 60 MPa apresentou uma economia de 12% em relação à mesma estrutura executada com concreto convencional, sem considerar as vantagens relativas ao menor peso nas fundações, a maior área útil, a maior durabilidade e velocidade de execução. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 16 Em um estudo de caso real, referente à construção de dois edifícios de características similares, porém um executado integralmente com fck 20 MPa e o outro com fck variável de 25-30-40-50 MPa, foi constatada uma redução de custo real de 17,38% com a utilização de concretos de alto desempenho (CAMPOS, 1999). Em outro estudo, referente à concepção estrutural de um edifico de 16 andares, a opção de utilizar um concreto com fck 50 MPa no lugar de 20 MPa permitiu uma redução no pavimento tipo de 55 vigas e 28 pilares para 23 vigas e 20 pilares, com conseqüente redução de 18% no custo da estrutura (MENDONÇA, 1998). Como pode ser notado, o CAD é um material que se apresenta viável técnica e economicamente, desde que seja utilizado de maneira racional, sempre partindo de uma análise de custos prévia. O aumento no custo unitário do CAD deve ser avaliado e comparado com a economia resultante da redução dos consumos globais de concreto, formas e armaduras (MORENO, 1998). 2.5 MATERIAIS CONSTITUINTES Os critérios utilizados na seleção dos materiais para produção dos concretos convencionais não são suficientes para serem aplicados na produção de concretos de alto desempenho, segundo GUTIÉRREZ e CÁNOVAS (1996). A seleção de materiais para a produção de CAD é mais complicada e deve ser feita cuidadosamente, uma vez que os cimentos e agregados disponíveis apresentam grandes variações nas suas composições e propriedades, conforme afirmam MEHTA e AÏTCIN (1990b). Outro agravante é a diversidade de aditivos químicos e adições minerais existentes que podem ser utilizados simultaneamente, dificultando ainda mais a escolha dos materiais mais adequados. Para AÏTCIN (2000), a seleção dos materiais e a otimização dos constituintes de um concreto de alta resistência, trata-se mais de uma arte do que uma ciência. E a melhor forma de garantir a seleção da maioria dos materiais adequados para o CAD, é através da realização de estudos preliminares em laboratório. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 17 2.5.1 Cimento A escolha do cimento mais adequado para produção de CAD é extremamente importante, uma vez que este material influencia tanto a resistência da pasta quanto à aderência pasta-agregado. A princípio, qualquer tipo de cimento pode ser utilizado para a obtenção de CAD (MEHTA e AÏTCIN, 1990; ALMEIDA, 1996b). Entretanto, o ACI 363R-92 (2001) coloca que o melhor cimento é aquele que apresenta menor variabilidade em termos de resistência à compressão. Já GUTIÉRREZ e CÁNOVAS (1996) afirmam que a utilização de cimentos de alta resistência é necessária para produção de CAD. Nos casos em que alta resistência inicial seja o objetivo, deve-se dar preferência ao uso de cimento Portland de alta resistência inicial (ACI 363R-92, 2001; AGNESINI e SILVA, 1996). Contudo, para a seleção final do cimento mais adequado, além de suas propriedades mecânicas, outras três características devem ser levadas em consideração: sua finura, sua composição química e sua compatibilidade com os aditivos. Em termos de finura, quanto maior for a superfície específica, em contato com a água, mais rapidamente ocorrerá a hidratação do cimento, aumentando-se sua resistência à compressão, principalmente nas primeiras idades. Por outro lado, quanto mais fino o cimento, maior a dosagem de superplastificante necessária para alcançar uma mesma trabalhabilidade, uma vez que a eficiência do aditivo é influenciada diretamente pela finura do cimento (AÏTCIN et al, 1994; AÏTCIN, 2000). Em relação à composição química, MEHTA e AÏTCIN (1990) recomendam, preferencialmente, o cimento Portland comum e aqueles com maior teor de C3S e C2S, compostos que contribuem para a resistência do concreto. Outros pesquisadores apontam a importância do tipo de cimento na demanda de água, no tempo de pega e na trabalhabilidade da mistura, considerando como principais fatores o teor de C3A e a distribuição granulométrica do cimento (AÏTCIN e NEVILLE, 1993; AÏTCIN, 1995; GJORV, 1994; GUTIÉRREZ e CÁNOVAS, 1996). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 18 Por esta razão, nos concretos de alto desempenho, o problema de compatibilidade cimento-aditivo é muito mais crítico do que no concreto convencional. AÏTCIN et al (1994) e MEHTA (1996) relatam que alguns cimentos podem ser até rejeitados, em virtude de incompatibilidade cimento-aditivo, não porque seja impossível atingir a resistência desejada, mas porque é impossível manter a trabalhabilidade por um período suficiente para o lançamento adequado do concreto. A causa principal é a elevada quantidade de C3A, C3S e álcalis que levam a uma redução da fluidez e rápida perda de trabalhabilidade. Por fim, o consumo de cimento por metro cúbico de concreto é um fator determinante, tanto do ponto de vista técnico quanto econômico, quando se trata de viabilizar o emprego do CAD em estruturas onde comumente se aplica o concreto convencional. As dosagens de cimento usualmente empregadas na fabricação de CAD variam entre 400 e 550 kg/m³ (NEVILLE, 1997a; MEHTA e AÏTCIN, 1990b), enquanto no concreto convencional estão na faixa de 300 kg/m³. O ACI 363R-92 (2001) ressalta que o excesso de cimento pode não aumentar a resistência do concreto e, conforme menciona NEVILLE (1997), teores acima de 530 kg/m³ podem levar a uma queda de resistência mecânica, em virtude da perda de aderência entre a pasta e o agregado, resultante da fissuração por tensões de retração. A solução para este problema pode ser conseguida com a substituição parcial do cimento por materiais cimentícios suplementares, como a sílica ativa e pelo aumento da eficiência do cimento no concreto, obtida com o auxílio dos aditivos superplastificantes (ACI 363R-92, 2001). 2.5.2 Agregados No Brasil, ainda não existe norma especifica para qualificação dos agregados para emprego em CAD, portanto, devem ser atendidas as exigências mínimas prescritas nas normais atuais para concretos convencionais (NBR 7211, 1983; NBR 12654, 1992). Além destas exigências, outros aspectos devem ser considerados, conforme segue. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 19 2.5.2.1 Agregados graúdos A seleção do agregado graúdo adequado é condição fundamental para a produção de concretos de alto desempenho. Por esta razão, além de atender as exigências mínimas prescritas nas normas para concreto convencional, é importante que algumas características do agregado graúdo sejam analisadas com maior atenção, pois podem afetar sensivelmente as propriedades do concreto tanto no estado fresco como no estado endurecido. As principais características a serem analisadas são: mineralogia, composição granulométrica, dimensão máxima, forma e textura superficial, resistência mecânica, módulo de elasticidade e reatividade química. A influência destas características do agregado graúdo no CAD será discutida, com mais detalhe, no Capítulo 3. De modo geral, ALMEIDA (1996b) e o ACI 363R-92 (2001) recomendam que os agregados apresentem as seguintes características: - boa resistência à compressão; - módulo de elasticidade maior ou igual ao da pasta de cimento; - 100% britado e com mínimo de partículas alongadas e achatadas; - granulometria que minimize o consumo de água e/ou a concentração de tensões; - forma e textura superficial que favoreçam a aderência com a pasta; - propriedades químicas adequadas para evitar deterioração devido à composição do cimento ou ataque de agentes externos; - devem ser limpos e isentos de substâncias deletérias. Para uma avaliação mais apurada da potencialidade de um agregado graúdo para uso em CAD, MEHTA e AÏTCIN (1990) propõem um critério de seleção baseado na análise das curvas de histerese durante o ensaio de módulo de elasticidade do concreto (Figura 2.2). De acordo com os autores, os corpos-de-prova que apresentam curvas de histerese estreitas, tendendo a fechar-se completamente (sem deformação plástica dentro do regime elástico), indicam agregados de grande resistência e zona de transição agregado-pasta mais forte. No caso onde as curvas de histerese apresentam- Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 20 se largas e não se fecham completamente (apresentando deformação plástica irreversível no descarregamento) são indicações de fraqueza inerente nas partículas do agregado e/ou uma zona de transição fraca. FIGURA 2.2 – CURVAS DE HISTERESE PARA CONCRETOS PRODUZIDOS COM DIFERENTES AGREGADOS (MEHTA E AÏTCIN, 1990). Alguns autores utilizaram a lavagem dos agregados graúdos, como forma de minimizar a quantidade de pó e substâncias deletérias presentes na superfície dos agregados e fortalecer a aderência na ligação agregado-pasta. A adoção deste procedimento, segundo os mesmos, conduz a ganhos de até 8% na resistência à compressão do CAD (ALMEIDA, 1994; FONSECA SILVA et al., 1998). Por último, AÏTCIN (2000) recomenda que a seleção do agregado graúdo seja feita após um exame cuidadoso da mineralogia e da petrografia, para assegurar que as partículas são resistentes o suficiente para evitar ruptura precoce no CAD. 2.5.2.2 Agregados miúdos A escolha do agregado miúdo é determinada tanto pelo seu efeito na demanda de água como pelo seu empacotamento físico. Deste modo, quanto à forma, Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 21 são preferíveis as partículas arredondadas e lisas, pois exigem menos água de amassamento (ACI 363R-92, 2001). Em relação à procedência dos agregados miúdos, tanto as areias naturais de rios, quanto as artificiais, obtidas por britamento de rocha, podem ser utilizadas. Contudo, GUTIÉRREZ e CÁNOVAS (1996) recomendam o uso de areia natural de rio para evitar uma demanda excessiva de água. No CAD com adição de sílica ativa, devido ao teor elevado de finos, é aconselhável a redução do consumo de areia e/ou a utilização de areia com módulo de finura maior (ALMEIDA, 1990; DAL MOLIN, 1995). A areia adequada para utilização em CAD deve apresentar um módulo de finura entre 2,7 e 3,2 (MEHTA e AÏTCIN, 1990; ALMEIDA, 1994; GJORV, 1994; AÏTCIN, 2000; ACI 363R-92, 2001; e outros). O uso de uma areia mais grossa, conseqüentemente de menor superfície específica, necessita de menos água de amassamento, proporcionando a obtenção de uma dada trabalhabilidade com uma relação água/aglomerante menor, o que é vantajoso em termos de resistência e economia (NEVILLE, 1997a; AÏTCIN, 2000). Com relação à resistência à compressão do agregado miúdo, AÏTCIN (2000) adverte que a areia natural deve conter uma quantidade mínima de partículas maiores que 4,8 mm porque, em alguns casos, estas partículas não são muito fortes e podem se tornar o elo mais fraco no concreto. Por fim, recomenda-se que o agregado miúdo seja proveniente de rio, com quantidade mínima de finos, limpo, e livre de impurezas orgânicas, argila e silte. 2.5.3 Sílica Ativa A sílica ativa é hoje reconhecida como “uma adição pozolânica bem estabelecida que pode contribuir de forma ímpar nas propriedades dos produtos de cimento Portland” (KHAYAT e AÏTCIN, 1993). O seu desempenho com relação às demais adições minerais se deve principalmente pelas suas características físico-químicas, que lhe conferem uma alta reatividade com os Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 22 produtos de hidratação do cimento Portland e proporcionam um melhor empacotamento das partículas de cimento. Por estas razões, entre as adições minerais, a sílica ativa é ainda a mais empregada atualmente para a produção de CAD. Outras adições, como o metacaulim e a cinza de casca de arroz têm sido utilizadas com sucesso para a obtenção de CAD. A sílica ativa é um subproduto do processo de fabricação do silício metálico ou das ligas de ferro-silício. A produção dessas ligas se dá em fornos elétricos de fusão, tipo arco-voltaico, onde ocorre a redução do quartzo a silício pelo carbono a temperaturas da ordem de 2000°C. A sílica ativa bruta é coletada ao passar através de filtros especiais denominados filtros de manga. As matérias-primas utilizadas no processo são o quartzo de alta pureza, o carvão ou o coque (fonte de carbono), cavacos de madeira e, eventualmente, o minério de ferro no caso da produção de ferro-silício. (MALHOTRA e CARETTE, 1983; MEHTA e MONTEIRO, 1994; ACI 234R-96, 2001). Na Figura 2.3, a seguir, a representação esquemática da captação de sílica ativa. FIGURA 2.3 – PROCESSO DE PRODUÇÃO DE SILÍCIO E DE CAPTAÇÃO DE SILICA ATIVA (DAL MOLIN, 1995). 2.5.3.1 Características físicas e químicas da sílica ativa As características da sílica ativa, como cor, distribuição granulométrica e composição química, dependem do tipo de liga produzida, tipo de forno, composição química e dosagem das matérias primas. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 23 A sílica ativa é um pó fino cuja cor varia de cinza claro a cinza escuro. Como o SiO2 é incolor, a cor da sílica ativa é determinada pelo teor de carbono e de óxido de ferro presentes. Do ponto de vista físico, as partículas de sílica ativa são esféricas (Figura 2.4), extremamente pequenas, com diâmetro médio entre 0,1µm e 0,2µm, sendo 50 a 100 vezes menores que as do cimento (ACI 234R-96, 2001). FIGURA 2.4 – MICROGRAFIA ELETRÔNICA DE TRANSMISSÃO DA SÍLICA ATIVA (MEHTA E MONTEIRO, 1994). Sua área específica, medida pela técnica de adsorção de nitrogênio, varia de 13.000 a 30.000 m²/kg, ficando a média em torno de 20.000 m²/kg, bastante superior à do cimento Portland - 350 a 600 m²/kg (ACI 363R-92, 2001). A sua massa específica real é geralmente de 2,2 g/cm³, menor que a do cimento, que é de aproximadamente 3,10 g/cm³ (MALHOTRA, 1993; NEVILLE, 1997a). A massa unitária na forma natural é da ordem de 250 a 300 kg/m³, e na forma densificada passa a ser de 500 a 700 kg/m³. A baixa massa unitária associada à pequena dimensão das partículas de sílica ativa faz com que o material apresente problemas de manuseio e transporte, encarecendo seu custo final (KHAYAT e AÏTCIN, 1993; SILVA, 2000) Do ponto de vista químico, a sílica ativa é composta principalmente de SiO2, com pequenas quantidades de alumina, ferro, cálcio, álcalis, carbono, entre outros. O Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 24 conteúdo de SiO2 na sílica ativa depende do tipo de liga que está sendo produzido. Quanto maior o teor de silício da liga, maior o teor de SiO2 da sílica ativa. De maneira geral, este valor deve estar entre 85 a 98% de SiO2 (MALHOTRA, 1993; AÏTCIN, 2000). 2.5.3.2 Dosagem de sílica ativa Teoricamente, a dosagem ideal de sílica ativa, necessária para fixar todo o potencial de cal liberada pela hidratação do C3S e do C2S, estaria entre 25 e 30%. Porém, estas dosagens não seriam viáveis na prática, devido à quantidade elevada de superplastificante necessária (AÏTCIN, 2000). As dosagens de sílica ativa geralmente empregadas no concreto de alto desempenho se encontram na faixa de 5 a 15% sobre a massa de cimento (ACI 363R92, 2001). Para NEVILLE (1997a), teores abaixo de 5% não resultam em aumento de resistência, pois esta quantidade de adição é insuficiente para permitir o fortalecimento da interface agregado-pasta. Dosagens acima de 15% resultam em menores ganhos de resistência e aumentos consideráveis no custo final do concreto (GUTIERREZ e CÁNOVAS, 1996). YOGENDRAN et al. (1987) encontraram para concretos na faixa de 50 a 70 MPa o teor ótimo de 15%. Outros pesquisadores concordam que a incorporação de sílica ativa em substituição a 10% da massa de cimento além de não prejudicar a trabalhabilidade de concretos com relação a/c baixas, otimiza o ganho de resistência (ALMEIDA, 1990; DOMONE e SOUTSOS, 1994; TAYLOR et al., 1996; DUVAL e KADRI, 1998 e AÏTCIN, 2000). SILVA3 apud LOPES (1999) comenta que na década de 80, teores de 15% de sílica ativa eram comumente empregados. No final da década de 90, passou-se a utilizar 10% e hoje em dia a tendência é usar entre 6 e 8%. 3 SILVA, E. F. Concreto de alto desempenho: estudo de propriedades mecânicas. Brasília, 1997. 166 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade de Brasília. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 25 Cabe ressaltar que existem dois métodos de incorporação de sílica ativa no concreto. O primeiro e mais utilizado é a substituição de parte da massa de cimento pela adição mineral. Desta maneira, é possível reduzir o consumo inicial de cimento, acarretando tanto benefícios de ordem técnica quanto econômica. O segundo método consiste na adição de um teor de sílica ativa à massa de cimento já especificada. Essa forma de uso resulta em aumentos significativos na resistência a compressão entre 3 e 28 dias quando comparado com os concretos sem adição (MALHOTRA e CARETTE, 1983; MEHTA4 apud BARATA, 1998). 2.5.3.3 Efeito da sílica ativa na microestrutura do concreto Os benefícios da sílica ativa na microestrutura e nas propriedades do concreto devem-se principalmente a dois mecanismos de ação: o efeito químico ou efeito pozolânico e os efeitos físicos - efeito microfiler e de refinamento dos poros e dos produtos de hidratação do cimento (MALIER, 1991). O efeito pozolânico consiste na capacidade da sílica ativa de se combinar rapidamente com o hidróxido de cálcio – Ca(OH)2 – produzido na hidratação do cimento, formando silicato de cálcio hidratado – C-S-H – adicional, produto este que é o principal responsável pela resistência mecânica da pasta de cimento (DAL MOLIN, 1995). O que torna a sílica ativa um material pozolânico muito reativo são o seu teor muito alto de SiO2, o seu estado amorfo e a sua extrema finura (AÏTCIN, 2000). O efeito microfiler consiste em um maior empacotamento dos sólidos constituintes resultante do preenchimento dos vazios entre as partículas de cimento pelas minúsculas partículas esféricas de sílica ativa (Figura 2.5), cujo diâmetro médio é 100 vezes menor que o das partículas de cimento. Em uma mistura com 15% de sílica ativa em substituição à massa de cimento existem, aproximadamente, 4 MEHTA, P. K. Condensed silica fume. IN: SWAMY, R. N. (ed.). Cement replacement materials. (Concrete technology and design, v. 3). London, Surrey University Press, p 134-170, 1986. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 26 2.000.000 de partículas de sílica ativa para cada grão de cimento Portland na mistura (ACI 234R-96, 2001). FIGURA 2.5 – EFEITO MICROFILER DA SÍLICA ATIVA NO CONCRETO (BACHE apud AÏTCIN, 2000) As partículas de sílica ativa atuam também como “pontos de nucleação” para crescimento dos produtos de hidratação, causando o refinamento da estrutura dos poros e dos produtos de hidratação, além de reduzir o espaço disponível para a água, conforme mostra a Figura 2.6. Assim, o crescimento dos cristais ocorrerá tanto na superfície dos grãos de cimento como nos poros ocupados pela sílica ativa e pela água, acelerando as reações de hidratação e influenciando o tamanho dos produtos de hidratação formados. Com a presença da sílica ativa, os espaços disponíveis para o crescimento dos produtos são limitados, ocasionando assim a formação de um grande número de pequenos cristais em vez de poucos cristais grandes (DAL MOLIN, 1995). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 27 FIGURA 2.6 – EFEITO FÍSICO DA SÍLICA ATIVA NO CRESCIMENTO DOS CRISTAIS DE HIDRATAÇÃO, DE ACORDO COM (MALE apud DAL MOLIN, 1995) Isto dificulta a orientação preferencial dos cristais de hidróxido de cálcio na interface agregado-pasta, afetando desta maneira o arranjo físico do sistema, promovendo a homogeneidade da microestrutura do concreto e contribuindo para aumentar a coesão e a compacidade tanto da pasta matriz quanto da zona de transição. Além disto, devido ao tamanho extremamente reduzido de suas partículas, a sílica ativa reduz significativamente a exsudação interna da mistura, ao interferir na movimentação das partículas de água, reduzindo ou eliminando o acúmulo de água livre que fica retido sob os agregados além de preencher os vazios deixados pelas partículas de cimento próximas à superfície do agregado, contribuindo desta maneira para a diminuição da porosidade e da espessura da zona de transição (Figura 2.7). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 28 FIGURA 2.7 – ESTRUTURA DE C-S-H DENSO NUM CONCRETO COM SÍLICA ATIVA EM TORNO DO AGREGADO. NOTA-SE A AUSÊNCIA DE ZONA DE TRANSIÇÃO ENTRE A PASTA E O AGREGADO (AÏTCIN, 2000). FIGURA 2.8 – ATUAÇÃO DA SÍLICA ATIVA NA INTERFACE AGREGADO-PASTA DOS CONCRETOS (ALMEIDA, 1996b). (a) concreto fresco sem sílica, com grande espaço preenchido pela água em torno do agregado, devido à exsudação e ao empacotamento deficiente dos grãos de cimento (pc) na interface; (b) zona de transição do mesmo sistema, em estágio de maior maturidade, mostrando o preenchimento com hidróxido de cálcio (CH) e silicato de cálcio hidratado (CSH), mas ainda com espaços vazios, alguns dos quais preenchidos com materiais aciculares, provavelmente etringita (ett); (c) concreto fresco com sílica ativa (sf), cujas partículas preenchem o espaço em torno dos agregados, anteriormente ocupado, na fase (a), pela água; (d) zona de transição menos porosa, obtida com o sistema (c) em estágio de maior maturidade. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 29 Porém, de acordo com os estudos de PAULON (1996), essa diminuição rápida da espessura da zona de transição, resultante da eficiente ação pozolânica e física da sílica ativa, ocorre somente após os 3 primeiros dias (Tabela 2.1). TABELA 2.1 – ESPESSURA DA ZONA DE TRANSIÇÃO (MICROMETRO)* IDADE PASTA PURA 20% SILICA ATIVA 20% CINZA VOLANTE (DIAS) Quartzo Calcário Quartzo Calcário Quartzo Calcário 3 85 65 100 110 95 98 7 93 80 78 65 69 52 28 108 108 38 41 59 45 FONTE: PAULON. V. A. A interface entre a pasta de cimento e agregado: influência na durabilidade dos concretos. Revsita Téchne, n. 25, nov/dez, 1996. A combinação destes efeitos no concreto resultam em uma microestrutura muito mais densa, com uma ligação mais forte entre o agregado e a pasta de cimento hidratado, conforme pôde ser visto na Figura 2.7. Com estas melhorias na microestrutura, a sílica ativa aumenta a resistência à compressão do concreto, especialmente entre 7 e 28 dias (DETWILLER e MEHTA, 1989; MALHOTRA et al, 2000; AÏTCIN, 2000). Além disto, com o efeito de redução na porosidade da zona de transição, a sílica ativa reduz também a permeabilidade do concreto (BAYASI e ZHOU, 1993). Efeitos semelhantes ocorrem no concreto armado, alterando a morfologia e a microestrutura da zona de transição pasta-aço, aumentando assim a resistência de aderência entre a pasta e a armadura, conforme estudos de GJORV, MONTEIRO e MEHTA (1990). Tudo isto colabora para a elevação das propriedades mecânicas e para o aumento da durabilidade do concreto como um todo (ALMEIDA, 1996b). 2.5.3.4 Efeito da sílica ativa nas propriedades do concreto fresco e endurecido A adição de sílica ativa ao concreto tem-se mostrado efetiva no aumento da resistência do concreto, pois, além de seu efeito químico de reação pozolânica, suas partículas extremamente finas atuam fisicamente densificando a matriz e a zona de transição (DAL MOLIN, 1995). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 30 Enquanto a sílica ativa não é usualmente necessária para resistências à compressão menores do que 75 MPa, a maioria dos cimentos necessita desta adição para atingirem os 100 MPa. Ainda, AÏTCIN (2000) comenta que em função dos materiais disponíveis atualmente, é quase impossível exceder esse limite sem usar a sílica ativa. Tal afirmativa está de acordo com os resultados de PAULON e IBRAIM (1995), que estudando a influência de várias adições (sílica ativa, cinzas volantes, argila calcinada e um filer de resíduo de mineração do ouro) sobre as propriedades mecânicas de concretos de alta resistência na faixa de 60 a 80 MPa, chegaram à conclusão que a sílica ativa apresenta o melhor desempenho entre as adições, sendo imprescindível seu uso para obtenção de valores mais elevados de resistência. Outros benefícios da adição de sílica ativa nas propriedades do CAD são relatados pela literatura: - a resistência ao ataque de sulfatos é melhorada significativamente com a substituição de 5 a 15% de sílica ativa sobre a massa cimento Portland (MANGAT e KHATIB, 1995). - a utilização de 5 a 12% de sílica ativa é eficaz na redução da penetração de cloretos e água no concreto, garantindo maior durabilidade às estruturas em concreto armado (SCISLEWSKI e WOJTOWICZ, 1996). - por último, e confirmando todos os argumentos apresentados anteriormente, em estudos recentes sobre o desempenho em longo prazo de concretos com sílica ativa, alguns pesquisadores (LACHEMI et al, 1998; MALHOTRA et al, 2000) observaram que a adição de sílica ativa no concreto resultou em alta resistência à compressão, boa durabilidade ao gelo-degelo, baixa permeabilidade aos cloretos e reduzida profundidade de carbonatação, apresentando desempenho satisfatório mesmo após 10 anos de exposição a condições ambientais severas. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 31 Contudo, o uso de sílica ativa tem alguns inconvenientes, e o principal é a sua finura. A adição de sílica ativa, em substituição de parte do cimento, resulta em um aumento na demanda de água para manter as mesmas propriedades reológicas de uma pasta de cimento sem sílica ativa, isto é, produz um concreto com relação a/c mais elevada (NEVILLE, 1997a; FERRARIS, OBLA e HILL, 2001). Assim, todo o benefício que se consegue na resistência e durabilidade do concreto pela ação físicoquímica da sílica ativa pode ser contraposto pela maior quantidade de água necessária para tornar o concreto trabalhável (ALMEIDA, 1996b). Para evitar-se a adição de mais água na mistura, é imprescindível o uso de aditivos superplastificantes, aditivos redutores de água de alta eficiência, que dispersam as partículas de cimento e sílica ativa, diminuindo o atrito interno existente entre elas, permitindo o lançamento do concreto com abatimentos razoáveis, na obra. (KHAYAT e AÏTCIN, 1993; MEHTA e MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997a). 2.5.4 Aditivos Superplastificantes A obtenção de concretos de alta resistência e de alto desempenho tornou-se viável com o advento dos aditivos superplastificantes. Estes aditivos são também conhecidos como superfluidificantes ou aditivos redutores de água de alta eficiência. Estes materiais proporcionam, nos concretos, a obtenção conjunta de uma trabalhabilidade adequada com baixas relações água/materiais secos, características fundamentais para a confecção e o emprego dos concretos de alto desempenho. Em geral, a finalidade dos aditivos superplastificantes é modificar as propriedades do concreto no estado fresco e, como conseqüência de sua atuação na trabalhabilidade, influencia as propriedades do concreto endurecido, promovendo o aumento da resistência à compressão, o controle de velocidade de endurecimento, o aumento da trabalhabilidade e da durabilidade (KANTRO, 1980; MEHTA e MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997a; ACI 212.3R-91, 2001; ACI 363R-92, 2001). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 32 Segundo COLLEPARDI et al. (1999), os superplastificantes podem ser utilizados no concreto para três propósitos específicos e/ou combinação entre eles: a) aumento da fluidez do concreto fresco sem alteração na sua relação a/c – ou seja, sem necessidade de adição de mais cimento ou água para melhorar a trabalhabilidade do concreto. b) obtenção de resistências mais elevadas, para uma mesma trabalhabilidade e consumo de cimento - conseguida através da redução no consumo de água em até 30%, diminuindo significativamente a relação a/c. c) redução no consumo de cimento, com redução proporcional de água, mantendo a mesma trabalhabilidade e mesma resistência – gerando economia de custo, além de evitar o aparecimento de fissuras, retração e tensões térmicas causadas pelo calor de hidratação do cimento. Sua atuação consiste em dispersar as partículas de cimento que têm uma forte tendência a flocular quando misturadas à água de amassamento. Esta tendência, de acordo com AÏTCIN e NEVILLE (1995), é resultado de vários tipos de interações: forças de Van der Waals entre partículas, forças eletrostáticas entre partículas com cargas opostas, e fortes ligações envolvendo moléculas de água ou compostos hidratados. Este processo de floculação do cimento ocasiona o aprisionamento de parte da água, tornando-a indisponível para a hidratação do cimento e fluidificação da mistura (AÏTCIN et al, 1994). Com isso, quando as moléculas longas do superplastificante são adsorvidas pelas partículas de cimento, conferem uma forte carga negativa, a qual auxilia numa redução considerável da tensão superficial da água circundante, resultando na defloculação e dispersão das partículas de cimento, aumentando acentuadamente a fluidez do sistema, conforme Figura 2.9 (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 33 FIGURA 2.9 – REPRESENTAÇÃO DIAGRAMÁTICA DA FLOCULAÇÃO DE PARTÍCULAS DE CIMENTO ANTES DA ADIÇÃO DO SUPERPLASTIFICANTE E A DISPERSÃO DOS FLOCOS APÓS A ADIÇÃO (MEHTA E MONTEIRO, 1994). Os superplastificantes disponíveis no mercado são geralmente classificados, de acordo com sua composição química, em quatro categorias5: a) Policondensado de formaldeído e melanina sulfonada (SMF), ou simplesmente melanina sulfonada; b) Policondensado de formaldeído e naftaleno sulfonado (SNF), ou simplesmente naftaleno sulfonado; c) Lignossulfonatos modificados (MLS); d) Copolímeros – como os poliacrilatos e poliestireno sulfonado. SILVA (2000), citando BUCHER6, comenta que a melanina sulfonada apresenta uma ligeira tendência a retardar a pega do cimento e eventualmente, incorpora pequena quantidade de ar; os naftalenos sulfonados não incorporam ar e nem alteram significativamente o tempo de pega do cimento; e os lignossulfonatos geralmente incorporam ar e retardam com diversas intensidades a pega do cimento. 5 Bradley and Howarth, 1986; Rixom and Mailvaganam, 1986 apud AÏTCIN, 2000 6 BUCHER, H. R. E. Desempenho de aditivos redutores de água de alta eficiência em pastas, argamassas ou concretos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DO CONCRETO – IBRACON/REIBRAC, 30º, Rio de Janeiro, 1988. pp. 609-625. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 34 Atualmente, os superplastificantes comerciais mais usados são à base de naftaleno sulfonado e melanina sulfonada (AÏTCIN, 2000), podendo ainda existir aditivos com variações na composição, com a utilização de certa quantidade de lignossulfonatos, copolímeros e sais (ISTA e VERHASSELT7 e MITSUI8, apud PEREIRA NETO, 1994). Com relação aos superplastificantes à base de polímeros acrílicos, diversos estudos recentes, citados por COLLEPARDI et al (1999), têm comprovado seu desempenho superior em relação aos demais tipos, porém o seu maior custo é ainda uma barreira para a sua utilização. O desempenho dos aditivos superplastificantes depende de vários fatores, além de sua natureza e quantidade, tais como: tipo, finura e consumo de cimento, teor de C3A, C3S, SO3 e álcalis presentes (COLLEPARDI et al, 1999; ACI 212.3R-91, 2001), granulometria dos agregados, relação a/c, consistência, momento de colocação na mistura, processo de mistura, condições de cura, temperatura, entre outras (ALMEIDA, 1990; MAILVAGANAM, 1999). Dentre as características do cimento que mais afetam a compatibilidade cimento-aditivo, destacam-se a finura e o teor de C3A. Cimentos de maior finura e com elevadas quantidades de C3A apresentam redução na fluidez e rápida perda de trabalhabilidade (AÏTCIN et al, 1994; DAL MOLIN, 1995; GUTIÉRREZ e CÁNOVAS, 1996; ACI 212.3R-91, 2001). O momento de colocação e a maneira como o aditivo é adicionado à mistura é fundamental para sua eficiência, e também para a melhoria da consistência. O superplastificante age mais efetivamente se for adicionado alguns minutos após a 7 ISTA, A.; VERHASSELT, A. Chemical characterization of plasticizers and superplasticizers. IN: SUPERPLASTICIZERS AND OTHER CHEMICAL ADMIXTURES IN CONCRETE. Detroit, ACI SP119, p. 99-116, 1989. 8 MITSUI, K. et al. Properties of high-strength concrete with silica fume using high-range water reducer of slump retainig type. IN: SUPERPLASTICIZERS AND OTHER CHEMICAL ADMIXTURES IN CONCRETE. Detroit, ACI SP-119, p. 79-98, 1989. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 35 colocação da água de amassamento (CHIOCCHIO e PAOLINI9 apud HSU et al, 1999). A adição de superplastificante (parcialmente ou totalmente) na água de amassamento reduz sua eficiência, possivelmente devido à absorção pelos agregados durante a mistura (GUTIÉRREZ e CÁNOVAS, 1996). O retardo da adição do superplastificante em 1 minuto após contato do cimento com a água de amassamento leva a uma mistura com abatimento cerca de 100 porcento superior ao da mistura cuja colocação foi imediata (COLLEPARDI et al, 1999), conforme mostra a Tabela 2.2. De acordo com UCHIKAWA et al. (1995), a melhora na fluidez da pasta, ocasionada pelo retardo da adição do superplastificante, é causada pela redução significativa da quantidade de aditivo adsorvido pelo C3A. TABELA 2.2 – EFEITO DO MODO DE ADIÇÃO DOS SUPERPLASTIFICANTES SMF, SNF E CAE* NO SLUMP DE MISTURAS DE CONCRETO DE CIMENTO PORTLAND ADITIVOS DOSAGEM CONCRETOS TIPO DE ADITIVO (% TEOR DE SÓLIDOS) MODO DE ADIÇÃO RELAÇÃO A/C SLUMP (MM) SMF 0,50 IMEDIATA 0,41 100 SMF 0,50 RETARDADA 0,41 215 SNF 0,48 IMEDIATA 0,40 100 SNF 0,48 RETARDADA 0,40 230 CAE 0,30 IMEDIATA 0,39 230 CAE 0,30 RETARDADA 0,39 235 FONTE: COLLEPARDI et al. (1999). NOTAS: *CAE – Copolímero de éster acrílico; IMEDIATA – colocação do aditivo com a água de amassamento; RETARDADA – colocação do aditivo 1 minuto após mistura. 9 CHIOCCHIO, G.; PAOLINI, A. E. Optimum time for addition superpasticizers to portland cement pastes. Cement and Concrete Research, v. 15, n. 5, p. 901-908, 1985. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 36 A variação da temperatura de mistura influencia tanto a consistência inicial quanto a taxa de perda de abatimento. À medida que a temperatura do concreto diminui, são necessárias maiores dosagens de superplastificante para manter a mesma consistência inicial. Para temperaturas abaixo dos 22°C, este aumento de dosagem pode atingir 30%. Por outro lado, em temperaturas acima de 32ºC, ocorrem perdas drásticas de abatimento, da ordem de 45% do abatimento inicial (WHITING10 e MAILVAGANAM11 apud DAL MOLIN, 1995). AÏTCIN et al. (1994) relatam que nem todos os superplastificantes comerciais possuem a mesma eficiência na dispersão das partículas de cimento dentro da mistura, na redução da quantidade de água de amassamento e na trabalhabilidade de um traço com relação água/aglomerante (a/aglom) muito baixa. AÏTCIN (2000) comenta que existem ainda alguns tipos de cimentos Portland que se comportam de maneira diferenciada com os superplastificantes e, de outro lado, superplastificantes de baixa qualidade que não são compatíveis com qualquer tipo de cimento. Daí a necessidade de se realizar ensaios de compatibilidade cimento-aditivo para avaliar o desempenho destes materiais. Deve-se lembrar, ainda, que os aditivos superplastificantes comerciais apresentam diferentes teores de sólidos em suas composições, significando que a comparação de desempenho desses aditivos deve ser feita na quantidade de sólidos e não na massa total da solução (NEVILLE, 1997). Outro fator que não deve ser esquecido é a influência que a utilização de superplastificantes, geralmente empregados em altas dosagens - 5 a 20 l/m³ (AÏTCIN, 2000), podem ter no custo e nas propriedades mecânicas dos concretos de alto desempenho. Nestes concretos a dosagem ótima de superplastificante é, em geral, 10 WHITING, D. Effect of mixing temperature on slump loss and setting time of concrete containing high-range water reducers. Cement, Concrete and Aggregates, v. 2, n. 1, p. 31-38, 1980. 11 MAILVAGANAM, N. P. Factors influencing slump loss in flowing concrete. IN: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SUPERPLASTICIZERS IN CONCRETE, 1st., 1978, Ottawa, Canada. Papers… Detroit: ACI-SP 62, p. 389-403, 1979. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 37 maior do que a recomendada pelos fabricantes, devendo portanto ser definida através de misturas experimentais. Esta dosagem ótima, segundo GAGNÉ et al (1996), produzirá um concreto com boa trabalhabilidade mantida durante o tempo necessário, sem maiores efeitos no tempo de pega e nas propriedades mecânicas iniciais. Normalmente, a dosagem de superplastificante utilizada em CAD varia entre 0,5 a 2,5 % do teor de sólidos do aditivo em relação à massa de cimento, sendo que a parte sólida do aditivo é geralmente em torno de 40% da solução (MEHTA e AÏTCIN, 1990b; AÏTCIN, 2000). Isto corresponde à faixa usualmente empregada de 1 a 4 % de solução de aditivo (sólidos mais água) em relação à massa de cimento (MALHOTRA, 1998). Como o aditivo se apresenta usualmente na forma de solução, a água presente na solução deve ser considerada e descontada da água de amassamento. Em resumo, a seleção do superplastificante é determinada, principalmente, em função de sua compatibilidade com o cimento, desempenho, dosagem e custo. Em alguns casos, por razões técnicas e/ou econômicas, podem ser usados em conjunto com plastificantes, com retardadores de pega ou ainda com aceleradores de pega. 2.5.4.1 Compatibilidade cimento-aditivo Com a utilização de uma relação água/aglomerante cada vez mais baixa percebe-se, em determinadas situações, um comportamento reológico inesperado de algumas combinações entre cimento e aditivo superplastificante, levando a uma rápida perda de abatimento do concreto. Deste modo, é fundamental estabelecer uma combinação adequada de cimento-aditivo, que proporcione um período maior de retenção da fluidez (NEVILLE, 1997a). Alguns autores sugerem ensaios preliminares em pasta para a avaliação da compatibilidade cimento-aditivo (GUTIÉRREZ e CÁNOVAS, 1996; AÏTCIN et al, 1994). A avaliação da compatibilidade cimento-aditivo e a determinação da dosagem ótima podem ser realizadas pelo ensaio de miniabatimento desenvolvido por KANTRO (1980) ou pelo método do funil de Marsh (NBR-7682/83). O uso Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 38 combinado destes métodos simplificados permite avaliar diferentes aspectos reológicos da pasta de cimento, contribuindo para uma melhor seleção do aditivo superplastificante (AÏTCIN, 2000). Estes métodos têm sido adotados em diversos trabalhos científicos nacionais, apresentando resultados satisfatórios para a escolha do aditivo superplastificante de melhor desempenho (DAL MOLIN, 1995, VIEIRA e REGATTIERI, 1997; SPONHOLZ, PRUDÊNCIO JUNIOR e STEIL, 1998; CASSA et al., 1999; BIZ, PAULON e PINTO JÚNIOR, 2000; GAVA et al., 2001; e outros). O ensaio de miniabatimento consiste em fazer um ensaio de abatimento com uma pequena quantidade de pasta, usando um cone de abatimento de dimensões reduzidas e uma placa de vidro (Figura 2.10) e obter a área de espalhamento da pasta. Este ensaio permite avaliar o desempenho do aditivo no que se refere ao seu poder fluidificante e alterações de fluidez de pastas de cimento com o tempo, servindo como instrumento de pré-qualificação dos aditivos. Além disto, requer pequenas quantidades de material e equipamento simplificado. DAL MOLIN (1995), citando estudos realizados por RAABE12, comenta a eficiência deste ensaio na identificação do aditivo de maior ação fluidificante, alertando, contudo, que o mesmo não é valido como indicador do teor de dosagem ideal do aditivo. FIGURA 2.10 – ENSAIO DE MINIABATIMENTO DE KANTRO 12 RAABE, A.L. Aditivos superplastificantes em concretos de cimento Portland pozolânico. Porto Alegre, 1991. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Escola de Engenharia, UFRGS. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 39 O método do funil de Marsh consiste em preparar uma pasta e medir quanto tempo demora para que uma certa quantidade de pasta escoe através de um funil com um dado diâmetro (Figura 2.11). Este ensaio, além de avaliar a compatibilidade cimento-aditivo, possibilita determinar a dosagem ótima de superplastificante com base no “ponto de saturação” de uma pasta de cimento com aditivo. Esse ponto representa a quantidade de superplastificante a partir da qual não se observa melhoria significativa na trabalhabilidade da pasta. Segundo AÏTCIN (2000), essa dosagem geralmente corresponde a um limite superior da dosagem de aditivo a ser usada no concreto. Dessa forma, em uma primeira tentativa o autor recomenda utilizar apenas 80% da dosagem obtida no ponto de saturação, adicionado-se o resto se necessário. FIGURA 2.11 – ENSAIO DE FLUIDEZ – CONE DE MARSH Cabe lembrar que a utilização de mais superplastificante do que a dosagem correspondente ao ponto de saturação não traz benefícios; ao contrário, quantidades excessivas de superplastificante podem causar segregação no concreto (AÏTCIN et al., 1994), retardamento de pega, além de baixas resistências mecânicas na idade de 24 horas (GAGNÉ et al., 1996). Por fim, um estudo mais aprofundado da compatibilidade cimento-aditivo pode ser realizado, de acordo com VIEIRA e REGATTIERI, 1997, com base no ensaio do funil de Marsh, seguido de ensaios adicionais para a determinação da resistência à compressão axial e do calor de hidratação de argamassas experimentais. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 40 Esta metodologia, segundo os autores, mostra-se mais eficiente na definição da melhor combinação cimento-aditivo e do teor ótimo de superplastificante a ser utilizado. 2.5.5 Água de Amassamento Os requisitos para a água de amassamento utilizada na produção de concretos de alta resistência são os mesmos adotados para a água utilizada nos concretos convencionais (ACI 363R-92, 2001). Em geral, as normas internacionais consideram a água potável, proveniente da rede normal de abastecimento público, adequada ao emprego no amassamento de concretos. Exceto em alguns casos onde a água, embora potável, apresente pequenas quantidades de açúcares ou sais, tornando-se inadequada para uso no concreto (MC COY13 apud ALMEIDA, 1990). Em casos de utilização de água de qualidade duvidosa, devem ser realizados testes comparativos de resistência entre os concretos produzidos com a água de baixa qualidade e com água destilada, conforme as recomendações do ACI 363R-92 (2001). 2.6 PRODUÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE DE CAD A tecnologia de produção de CAD não difere muito dos processos empregados para concretos convencionais, não exige o emprego de materiais incomuns, nem de processos especiais e está ao alcance de qualquer produtor de concreto pré-misturado (ALMEIDA, 1990; DAL MOLIN e WOLF, 1991; AÏTCIN e NEVILLE, 1995; AGNESINI e SILVA, 1996). A justificativa para a não-utilização do CAD estaria ligada à falta de conhecimento, por parte do meio técnico, da tecnologia de concretos convencionais, subsídio básico para a obtenção de CAD. 13 MC COY, W. J. Water for mixing and curing of concrete. ASTM Special Technical Publication n. 169, Significance of tests and properties of concrete and concrete aggregates, ASTM, p. 355-360, 1962. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 41 Este tipo de concreto exige um maior controle de qualidade na seleção dos materiais constituintes, um controle mais rigoroso do processo de produção, e principalmente um conhecimento específico das propriedades dos seus componentes e da interação entre eles (TORALLES CARBONARI et al., 1998). Desta maneira, segundo HELENE (1997), aumentar-se-á a confiabilidade no processo de utilização de CAD, mesmo que aparentemente exija maior sofisticação. Outras recomendações envolvendo as etapas de planejamento, garantia da qualidade, controle de qualidade, ensaios e avaliação dos resultados de resistência à compressão de CAD, podem ser encontradas no ACI 363.2R-98 (2001). Com respeito ao processo de produção, as medidas que devem ser adotadas para obter-se um bom concreto de alto desempenho são: um controle rigoroso da quantidade de água, principalmente, à relação água/cimento sobre a qual incide a umidade e a absorção dos agregados; conhecimento prévio da eficiência do misturador; seqüência de mistura adequada ao tipo de misturador; transporte adequado ao tempo de perda das propriedades do concreto no estado fresco e método de cura adequado à mistura e às condições ambientes (TORALLES CARBONARI et al., 1998; FERRARIS e LOBO, 1998). Em conclusão, como a produção do CAD exige uma dosagem criteriosa e um controle de qualidade rigoroso, recomenda-se que seja executada em centrais de concreto com controle rigoroso e com acompanhamento técnico adequado. Evidentemente, as fábricas de pré-moldados e as obras de maior porte podem, elas próprias, prover as condições técnicas necessárias para uma dosagem e misturas adequadas. 2.7 PROPRIEDADES MECÂNICAS DO CAD Embora várias propriedades do concreto sejam alteradas com o aumento da resistência, neste tópico serão tratadas apenas as propriedades mecânicas relacionadas com o programa experimental desta pesquisa. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 42 2.7.1 Resistência à Compressão A resistência à compressão é a propriedade do concreto mais importante e mais valorizada pelos engenheiros, sendo geralmente especificada nos projetos de estruturas de concretos, além de servir de referência para a sua classificação. Primeiramente, comparada com outras propriedades do concreto, a resistência à compressão é relativamente mais fácil de ser ensaiada (MEHTA e MONTEIRO, 1994). No Brasil, o ensaio é realizado de acordo com a norma NBR 5739 (1994). Em segundo lugar, a determinação da resistência à compressão pode ser uma medida de qualidade do concreto, visto que está relacionada com a estrutura interna do material (NEVILLE, 1997a). Assim, conhecendo-se o seu valor é possível obter uma estimativa do desempenho do concreto tanto em termos mecânicos como, indiretamente, da sua durabilidade. Por exemplo, o valor do módulo de elasticidade e da resistência à tração podem ser estimados em função do resultado obtido para resistência à compressão. Entretanto, segundo MEHTA e MONTEIRO (1994), a resistência à compressão do concreto não depende somente da solicitação a qual o corpo-de-prova estará sujeito mas também da combinação de vários outros fatores, internos e externos, que podem afetar o resultado obtido dos ensaios, conforme ilustrado na Figura 2.12. FIGURA 2.12 – INTERAÇÃO DOS FATORES QUE INFLUENCIAM A RESISTÊNCIA DO CONCRETO (MEHTA E MONTEIRO, 1994) Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 43 Na prática, considera-se a relação a/c como o principal fator que influencia a resistência à compressão, pois afeta a porosidade tanto da pasta de cimento como da zona de transição entre a pasta e o agregado (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Contudo, embora a lei de Abrams estabeleça que, para concretos convencionais, a resistência à compressão aumenta inversamente proporcional à relação água/cimento, para CAR esta proporcionalidade só é válida até o limite de resistência do agregado graúdo. Por conseguinte, para cada agregado graúdo existe um valor crítico da relação água/cimento, abaixo do qual qualquer redução adicional da relação água/cimento não resulta aumentos significativos da resistência à compressão. A única maneira de aumentar a resistência deste concreto é utilizar um outro tipo de agregado graúdo (AÏTCIN, 2000; MOKHTARZADEH e FRENCH, 2000). Portanto, atenção especial deve ser dada às propriedades do agregado graúdo, como resistência, porosidade, módulo de elasticidade, composição granulométrica, dimensão máxima característica, forma, textura superficial, absorção de água e composição mineralógica, tendo em vista que afetam sobremaneira algumas propriedades do CAD, principalmente a sua resistência (GIACCIO e ZERBINO, 1996). Este assunto será abordado com maior profundidade no Capítulo 3. Outros fatores determinantes na resistência à compressão dos concretos são a incorporação de sílica ativa, a adição de superplastificantes, as condições de cura e alguns parâmetros de ensaio, principalmente quando se trata de CAD. Atualmente é consenso no meio científico que a incorporação de sílica ativa contribui significativamente para o desenvolvimento da resistência do concreto, seja pelo seu efeito pozolânico, seja pelo seu efeito físico, melhorando a resistência da zona de transição entre o agregado e a pasta matriz (DAL MOLIN, 1995). AÏTCIN e NEVILLE (1995) comentam que para produzir concretos com resistências acima de 90 MPa, é essencial o uso de sílica ativa. Os melhores resultados de resistência são obtidos com teores de 8 a 10% de sílica ativa (AÏTCIN, 2000). De acordo com os experimentos de DAL MOLIN (1995), este aumento pode variar de 7 a 16% em Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 44 concretos contendo 10% de sílica, em comparação aos concretos sem adição. Contudo, o ganho de resistência após os 28 dias é geralmente menor que dos concretos sem sílica ativa e com mesma relação a/c. Referentemente aos aditivos, alguns pesquisadores relatam que a adição de superplastificante no concreto permite a redução do conteúdo de água entre 20 e 35%, com conseqüente diminuição da relação água/cimento, refletindo em elevações da resistência à compressão dos concretos da ordem de 50 a 75% para a idade de 1 dia e de cerca de 45% aos 28 dias (ALMEIDA, 1990; DAL MOLIN, 1995). O tipo, o momento de início e a duração das condições de cura afetam significativamente a resistência dos concretos com ou sem sílica ativa. DAL MOLIN (1995) cita diversos trabalhos comprovando o efeito negativo da cura ambiente na resistência dos concretos com e sem adição, apontando como mais afetados aqueles com relações água/cimento mais altas. Na maioria dos casos, os concretos submetidos à cura úmida apresentaram as maiores resistências; sendo, portanto, o método de cura mais indicado para CAD. O início da cura deverá ser imediato, após a desforma ou após o desempeno no caso de lajes. Quanto à duração da cura úmida, KHAYAT e AÏTCIN (1993) recomendam um período de 7 dias consecutivos como suficientes para que os concretos com sílica ativa desenvolvam a resistência e durabilidade esperadas. Dentre os parâmetros de ensaio que têm influência nos resultados de resistência à compressão do concreto, os principais são: o tamanho e formato dos corpos-de-prova, o tipo de capeamento e o procedimento de cura. O valor de resistência à compressão é obtido em ensaios de ruptura de corpos-de-prova de concreto para cada idade pré-estabelecida. Este valor é influenciado diretamente pelo tamanho e formato dos corpos-de-prova. As dimensões padrão mais utilizadas nas normas internacionais são o cubo de 15x15x15cm e o cilindro de 15x30cm (ALMEIDA, 1990). O primeiro é mais utilizado na Europa e o segundo é adotado no Brasil e nos Estados Unidos (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 45 Contudo, para ensaios em CAD, normalmente utilizam-se corpos-de-prova de dimensões reduzidas (cilindros de 10x20cm), em função da capacidade limite da maioria das prensas. Os valores obtidos com estes corpos-de-prova são em média 5% maiores que os obtidos com cilindros de 15x30cm, para resistências na faixa de 72MPa a 126MPa (LESSARD14 apud AÏTCIN, 2000). AÏTCIN (2000) comenta que o grau de confiabilidade é o mesmo para ensaios com corpos-de-prova de 15x30cm ou 10x20cm, não havendo portanto a necessidade de aumentar o número de corpos-de-prova quando ensaiar concretos de alto desempenho com corpos-de-prova de 10x20cm. Outro fator importante, especialmente para determinação da resistência à compressão de CAD, é o tipo de capeamento utilizado. De acordo com o ACI 363-R92 (2001), se a resistência à compressão e o módulo de elasticidade do material de capeamento for menor que o do corpo-de-prova de concreto, as cargas aplicadas não serão transmitidas uniformemente para o corpo-de-prova, acarretando uma grande dispersão nos resultados. Neste sentido, os capeamentos convencionais de enxofre, largamente utilizados em concretos de baixa e média resistência, não são adequados para concretos com resistências acima de 70 MPa, conforme mostra a Figura 2.13. FIGURA 2.13 – (A) CORPO-DE-PROVA SUBMETIDO À ENSAIO DE COMRESSÃO AXIAL UTILIZANDO CAPEAMENTO DE ENXOFRE; (B) DETALHE DA RUPTURA PREMATURA DO CAPEAMENTO DURANTE O ENSAIO. 14 LESSARD, M. How to test high-performance concrete. Master´s degree thesis (in French) – Department of Civil Engineering, Université de Sherbrooke, Canada, 105 p. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 46 Para CAD, algumas soluções viáveis são: capeamentos com compostos de alta resistência, com espessura na faixa de 3mm (ACI 363-R92, 2001), regularização dos topos dos corpos-de-prova com aplicação de fina camada de pasta de cimento de menor relação a/c (DAL MOLIN, 1995), uso de almofadas de poliuretano ou neoprene com anéis de restrição (CARRASQUILLO e CARRASQUILLO, 1988), anel metálico preenchido com areia – “caixa de areia” (BOULAY, 1996), sistema de capeamento confinado (MIRZA e JOHNSON, 1996) e o método de retificação de ambas as extremidades dos corpos-de-prova muito utilizado na engenharia de rochas. Dentre os métodos citados, o processo de retificação traz as seguintes vantagens: em média as resistências à compressão são mais altas e os desviospadrão são menores, e ainda, pode ser executado a qualquer momento antes do ensaio, desde que os corpos-de-prova sejam colocados nas mesmas condições de cura antes da retificação (AÏTCIN, 2000). Quanto aos procedimentos de cura, os mais recomendados para os corposde-prova de CAD são a cura úmida e a cura por imersão em água (ACI 363-R92, 2001). Os estudos comprovam que estes procedimentos de cura levam a resistências mais altas do que as obtidas com a cura ao ar (DAL MOLIN, 1995). Outro aspecto importante na tecnologia do concreto é a evolução da resistência com a idade (Figura 2.14). O CAD apresenta uma taxa maior de ganho de resistência nas primeiras idades quando comparado com concretos convencionais, mas em idades mais avançadas a diferença não é significativa (CARRASQUILLO et al., 1981). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 47 FIGURA 2.14 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA COM A IDADE PARA CONCRETOS DE DIFERENTES RESISTÊNCIAS (CARRASQUILLO et al., 1981). Segundo o ACI 363-R92 (2001), a justificativa para este comportamento é o aumento da temperatura interna do concreto devido a um maior calor de hidratação, em razão do alto consumo de cimento no CAD. Outros pesquisadores acrescentam ainda que este fenômeno está associado à maior proximidade entre as partículas (que favorece a velocidade de hidratação do cimento) e à diminuição da porosidade e do tamanho dos poros, decorrentes da baixa relação água/cimento no CAD (ALMEIDA, 1990). Já GJORV (1994) comenta que a baixa taxa de ganho de resistência após os 28 dias em CAD com sílica ativa é devida à falta de água para hidratação adicional. Entretanto, o ganho total de resistência nos concretos de alto desempenho é na verdade muito maior que no caso dos concretos convencionais (ACI 363-R92, 2001), conforme exemplificado na tabela 2.3. TABELA 2.3 – GANHO TOTAL DE RESISTÊNCIA PARA CONCRETO CONVENCIONAL E CAD PARÂMETROS AVALIADOS Resistência média de compressão - fcjm (MPa) CCV (1) 7 dias 90 dias 17,2 29,0 CAD 7 dias 90 dias 50,3 69,0 Taxa de ganho de resistência entre 7 e 90 dias (%) 68 37 Ganho total de resistência entre 7 e 90 dias (MPa) 11,8 18,7 FONTE: Dados extraídos do ACI 363-R92 (2001). NOTA: (1) CCV – concreto convencional vibrado. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 48 Algumas normas internacionais propõem equações empíricas para previsão da evolução da resistência à compressão com o tempo. Três delas, ajustadas para concretos com cimentos de alta resistência inicial, submetidos à cura úmida, são apresentadas a seguir: - O ACI 209R-92 (2001), recomenda a equação: fcm (t) = [t /(2,3+0,92.t)]. fc28 (MPa) onde, fcm (t) = resistência média à compressão aos t dias. fc28 = resistência média à compressão aos 28 dias. - O Código MC90 do CEB-FIP (1991), recomenda a equação: fcm (t) = exp {0,20 . [1 – (28/t)0,5 ]} . fc28 (MPa) - As normas francesas BAEL e BPEL (apud DAL MOLIN, 1995): fcm (t) = [ t / ( 1,40 + 0,95 . t )] . fc28 (MPa) - DAL MOLIN (1995) apresenta a seguinte equação, válida até 91 dias: fc = (70,07 + 0,64.cur + 0,82. ms) . [ (0,18.t0,2601) / (0,18.t0,2601 + a/c)]1,12 (MPa) onde, fc = resistência à compressão (MPa) cur = tipo de cura (0 = cura ambiente ou 10 = cura úmida) a/c = relação água/aglomerante ms = percentual de sílica ativa t = idade do concreto (dias) 2.7.2 Resistência à Tração por Compressão Diametral A resistência à tração, assim como a resistência à compressão, é uma propriedade importante para o cálculo de estruturas de concreto simples e armado. A resistência à tração serve como um dos parâmetros necessários à verificação da aderência entre o concreto e a armadura, para o estabelecimento de critérios nos Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 49 estados limites de utilização de estruturas em concreto armado e nos estados limites últimos no caso de dimensionamento de concretos simples, para estimativa da carga que inicia a formação de fissuras no concreto, e conseqüentemente para a previsão de sua durabilidade. Embora possa ser estimada a partir da resistência a compressão, é preferível que seja determinada experimentalmente. O valor da resistência à tração pode ser determinado através de três ensaios: resistência à tração direta, tração na flexão e tração por compressão diametral. No presente trabalho será abordado apenas o último. A escolha deste ensaio está relacionada com as vantagens que ele apresenta: maior facilidade de ser executado, permite o uso do mesmo tipo de corpo-de-prova do ensaio de compressão, emprega menor quantidade de concreto e apresenta resultados mais uniformes do que os obtidos com ensaio de tração direta (NEVILLE, 1997). O ensaio de resistência à compressão diametral (NBR 7222, 1994), conhecido internacionalmente como “Brazilian Test”, foi desenvolvido pelo pesquisador brasileiro Lobo Carneiro. O ensaio consiste em submeter um corpo-de-prova cilíndrico de concreto a uma carga de compressão ao longo de duas linhas axiais, diametralmente opostas. A tensão de compressão produz uma tensão de tração uniforme normal ao plano de carregamento. O valor da resistência à tração é calculado pela fórmula T = 2.P /π. l.d, onde T é a resistência de tração, P a carga de ruptura, l o comprimento e d o diâmetro do corpo-de-prova. Os resultados de resistência à tração por compressão diametral também são influenciados pelos parâmetros de ensaio, tipo de cura, características do agregado graúdo, e pela incorporação de superplastificante e sílica ativa (MEHTA e MONTEIRO, 1994). A resistência à tração atinge seu valor máximo por volta dos 14 dias de idade, segundo DE LARRARD e MALIER (1992), ao contrário da resistência à compressão, que pode aumentar ainda 10 a 20% de seu valor após os 14 dias. Embora a resistência à tração por compressão diametral aumente para concretos de alto desempenho, a razão entre a resistência à tração e a resistência à Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 50 compressão é apenas da ordem de 5% nos CAD, enquanto nos concretos de resistência normal este valor é de aproximadamente 10% (ZHOU et al., 1995). Na falta de determinação experimental, a previsão da resistência à tração por compressão diametral pode ser feita segundo as equações propostas na literatura: - O ACI 363R-92 (2001) sugere, para 21MPa < fc < 83MPa: fct,sp = 0,59. fc1/2 (MPa) - O Código MC90 do CEB-FIP (1991), sugere a seguinte equação: fct,sp = 0,33. fc2/3 (MPa) - A norma norueguesa NS 3473E (1992), sugere, para 20MPa < fc < 94MPa, indicando um valor nominal máximo para resistência à tração de 4MPa: fct,sp = 0,36. fc0,6 (MPa) - DAL MOLIN (1995) sugere, para 20MPa < fc < 90MPa: fct,sp = 0,38. fc0,63 (MPa) - ZAIN et al. (2002) propõem uma equação baseada no ACI 363R-92 (2001) que abrange qualquer concreto, em qualquer idade t: fct,sp (t) = 0,59. fc(t)1/2.(t/28) 0,04 (MPa) - A norma brasileira NBR 6118 (1978), recomenda para fck > 18 MPa: fct,sp = 0,066. fck + 0,77 (MPa) - O Projeto de Revisão da NBR 6118 (2000) adota uma equação idêntica a proposta pelo Código Modelo do CEB-FIP (1991). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 51 GOMES et al. (1996) investigaram a aplicação de 17 equações propostas na literatura em concretos produzidos com 7 tipos de agregados graúdos empregados no Rio de Janeiro e São Paulo (Figura 2.15). De acordo com os autores, as equações que levam à melhor estimativa da resistência à tração por compressão diametral, são as seguintes: - TACHIBANA et al. : fct,sp = 0,62. fc1/2 (MPa) - GOMES : fct,sp = 0,84. fc0,445 (MPa) FIGURA 2.15 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES (GOMES et al., 1996). GOMES et al. (1996) observaram, ainda, que as equações propostas na literatura nem sempre fornecem valores adequados para os CAD, pois não levam em conta a parcela de influência dos agregados graúdos e da ligação agregado-pasta nas propriedades destes concretos. Para ilustrar tal fato, AÏTCIN (2000) explica que no ensaio de tração por compressão diametral de CAD, a ruptura ocorre, freqüentemente, no limite de resistência ao esmagamento do agregado graúdo. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 52 2.7.3 Módulo de Elasticidade As deformações dos elementos estruturais que compõem as estruturas de concreto têm importância tão relevante quanto sua resistência aos esforços mecânicos. O módulo de elasticidade é obtido através da relação entre a tensão aplicada e a deformação resultante no ensaio de corpos-de-prova sob compressão axial. Este parâmetro resulta na inclinação da curva tensão x deformação do concreto. O módulo de elasticidade secante (Ecs) é obtido através da inclinação da reta que liga a origem ao ponto da curva que corresponde a 40% da tensão de ruptura. Sua determinação é feita de acordo com a NBR 8522 (1984). A realização deste ensaio apresenta um grau de dificuldade significativo se comparado com o ensaio simples e direto de resistência à compressão. Por este motivo, o valor do módulo de elasticidade, usado nos cálculos para projetos usuais de estruturas de concreto convencional, é normalmente estimado a partir de equações empíricas que correlacionam o módulo de elasticidade e a resistência à compressão do concreto (NBR 6118, 1978). Entretanto, estas correlações são aproximadamente válidas apenas para concretos com resistências menores que 40MPa. Se aplicadas no CAD, estas equações podem levar a resultados razoavelmente diferentes dos reais (DAL MOLIN e MONTEIRO, 1996). Isto porque, primeiramente, os valores para o módulo de elasticidade dos CAD embora superiores aos dos concretos convencionais, não crescem na mesma proporção que os da resistência à compressão (GOMES et al., 1996). Além disto, tem sido verificado que nem sempre os concretos de maior resistência são os que apresentam maior módulo de elasticidade (KHAYAT e AÏTCIN, 1993). E por fim, vários trabalhos têm mostrado que as características dos agregados graúdos influenciam significativamente o módulo de elasticidade do CAD, conforme será visto no Capítulo 3. O ACI 363R-92 (2001), citando diversos trabalhos publicados, relata que os valores de módulo de elasticidade para CAD estariam na faixa de 31 a 45 GPa, dependendo do método de ensaio utilizado. Contudo, os valores de Ecs podem chegar até 50 a 55 GPa (ALMEIDA, 1996b; GIACCIO e ZERBINO, 1996; SILVA, 2000). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 53 A bibliografia existente, na falta de ensaios para determinação do módulo de elasticidade secante (Ecs), fornece estimativas do valor do módulo de elasticidade secante através das equações apresentadas a seguir: - O ACI 363R-92 (2001) sugere, para 21MPa < fc < 83MPa: Ecs = 3320 . fc1/2 .+ 6900 (MPa) - IRAVANI (1996), sugere, para 55MPa < fc < 125MPa: Ecs = 4700 . Cca . fc1/2 (MPa) onde, Cca = coeficiente empírico para os agregados graúdos quartzito – 0,97; calcário e dolomito - 0,92; diabásio – 0,90; granito - 0,82; entre outros. - O ACI 318-99 (2001), sugere para fc < 80 MPa: Ecs = 4730 . fc1/2 (MPa) - O Código MC90 do CEB-FIP (1991), sugere para fc < 80 MPa: Ecs = 8500 . ( fc.+ 8)1/3 (MPa) - A norma norueguesa NS 3473E (1992), sugere, para 20MPa < fc < 94MPa: Ecs = 9500 . fc.0,3 (MPa) - A norma brasileira NBR 6118 (1978), que ainda não foi ajustada para abranger concretos de alta resistência, recomenda para fck > 18 MPa: Ecs = 5940 .( fck. + 3,5)1/2 (MPa) - O Projeto de Revisão da NBR 6118 (2000) sugere, para fck < 50 MPa: Ecs = 4760 . fck1/2 (MPa) - CALIXTO et al. (1996) sugerem, para 10MPa < fc < 81 MPa: Ecs = 5445 + 3691 . fc1/2 (MPa) Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 54 - DAL MOLIN (1995) sugere, para 20MPa < fc < 90MPa: Ecs = 9750 . fc0,31 (MPa) Uma análise sobre a aplicabilidade de 12 equações propostas na literatura em concretos produzidos com 7 tipos de agregados graúdos empregados no Rio de Janeiro e São Paulo foi realizada por GOMES et al. (1996), conforme a Figura 2.16. FIGURA 2.16 – MÓDULO DE ELASTICIDADE SECANTE EM FUNÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES (GOMES et al., 1996). De acordo com os autores, as equações que levam à melhor estimativa do módulo de elasticidade secante (Ecs), são as seguintes: - GOMES: Ecs = 8142 . fck.0,37 (MPa) - EUROCODE2-92: Ecs = 9500 . fck.0,33 (MPa) Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 55 Os autores concluíram ainda que a equação da norma brasileira NBR 6118 (1978), substancialmente, superestima o valor do Ecs, para concretos com resistências mais elevadas. Este resultado está de acordo com o obtido por CALIXTO et al. (1996). Esta tendência é confirmada também por IRAVANI (1996), o qual relata que a equação do comitê do ACI 318 superestima o módulo de elasticidade dos concretos com resistências acima de 50MPa, bem como o ACI 363R-92 (2001) alerta que os desvios dos valores estimados a partir de equações empíricas são altamente dependentes das propriedades e proporções dos agregados graúdos. 2.8 MÉTODOS DE DOSAGEM PARA CAD O objetivo de qualquer método de dosagem é determinar uma proporção adequada e econômica dos materiais constituintes do concreto, com o propósito de produzir, ao menor custo possível, um concreto com desempenho que atenda a certos requisitos previamente estabelecidos, tais como resistência, durabilidade e consistência adequadas. Para muitos a dosagem é mais uma arte que uma ciência, entretanto, é indiscutível que alguns princípios científicos básicos podem ser usados para o proporcionamento dos materiais do concreto (AÏTCIN, 2000). Ao longo das últimas décadas, diversos métodos têm sido propostos para dosagem de concretos de alto desempenho, muitos com abordagens diferentes e, em alguns casos, até versões computacionais dos mesmos encontram-se disponíveis comercialmente (ADDIS E ALEXANDER, 1990; DE LARRARD, 1990; MEHTA E AÏTCIN, 1990; ACI 363-R92, 2001; DOMONE E SOUTSOS, 1994; DE LARRARD E SEDRAN, 1994; AGNESINI E SILVA, 1996; NAWY, 1996; DAY, 1996; GANJU, 1996; DE LARRARD E SEDRAN, 1996; GUTIÉRREZ E CÁNOVAS, 1996; ISAIA, 1996; POPOVICS E POPOVICS, 1996; TORALLES CARBONARI, 1996; DEHUAI, ZHAOYUAN E WEIZU, 1997; O’REILLY DÍAZ, 1998; AÏTCIN, 2000; BHARATKUMAR et al., 2001; CREMONINI et al., 2001). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 56 Este crescente interesse pelo desenvolvimento de novos métodos de dosagem deve-se ao fato de que o concreto de alto desempenho, por normalmente incorporar adições e aditivos, apresenta uma estrutura interna complexa, o que dificulta a utilização e a extrapolação dos métodos tradicionais de dosagem, principalmente, devido aos seguintes aspectos: compatibilidade entre cimento-aditivo, teor ideal de adição, baixa relação água/aglomerante, e eficiência do aditivo tanto em relação à seqüência de colocação como na perda das propriedades com o tempo (TORALLES CARBONARI, 1998). Porém, ainda assim, em muitos casos o concreto de alto desempenho vem sendo produzido utilizando-se os métodos de dosagem para concretos convencionais. Embora atualmente já existam métodos de dosagem apropriados para CAD, os materiais e suas correspondentes proporções ainda são muitas vezes selecionados empiricamente através de extensos testes de laboratório. No que se refere à realidade brasileira, existe uma gama enorme de materiais disponíveis, que variam de uma região para outra, tornando impossível padronizar-se os métodos de dosagem em função dos materiais. Desta forma, há a necessidade de adequar-se os métodos de dosagem existentes para os diversos materiais comumente empregados na produção de concreto no país. Neste sentido, ALVES (2000) desenvolveu na Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS, um estudo comparativo sobre métodos de dosagem para produção de CAD. Neste interessante trabalho, a autora descreve sucintamente os fundamentos básicos, os requisitos de projeto, as etapas de dosagem e as vantagens e desvantagens de nove métodos de dosagem encontrados na literatura, sendo que dois deles são comumente utilizados para concreto convencional e os demais são específicos para CAD. Para o desenvolvimento da parte experimental foram selecionados apenas quatro métodos - IPT/EPUSP (1992), MEHTA E AÏTCIN (1990b), TORALLES CARBONARI (1996) e AÏTCIN (1998) – de acordo com os princípios fundamentais, critérios de praticidade e limitações técnicas de cada método. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 57 Os resultados do comportamento dos diferentes métodos de dosagem estão relacionados de acordo com o consumo de cimento por m³ e com o custo do m³ do concreto por faixas de resistência à compressão (figuras 2.17 e 2.18). No que diz respeito ao consumo de cimento por m³ de concreto, o Método Aïtcin é o que apresenta os menores consumos, seguido pelo Método Mehta/Aïtcin. consumo de cimento (kg/m³) 1000 900 800 700 600 500 400 300 50 55 60 65 70 75 80 85 90 fc (MPa) IPT Toralles Carbonari Mehta & Aitcin Aitcin FIGURA 2.17 – CONSUMO DE CIMENTO POR M³ DE CONCRETO (ALVES, 2000) 350 custo (R$/m³) 300 250 200 150 100 50 55 60 65 70 75 80 85 fc (MPa) IPT Toralles Carbonari Mehta & Aitcin Aitcin FIGURA 2.18 - CUSTO DO M³ DE CONCRETO (ALVES, 2000) 90 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 58 Embora o Método Aïtcin tenha apresentado os menores consumos de cimento por m³ de concreto, a figura 2.17 mostra que ele nem sempre representa a maior economia. Na faixa de resistência que vai de 65 MPa a 75 MPa, o Método Mehta/Aïtcin apresenta-se como o mais econômico. Entretanto, a partir de 80 MPa, o trabalho indica que o Método Aïtcin passa a ser novamente o de menor custo. De acordo com ALVES (2000), existem diferenças significativas entre produzir-se CAD por métodos de dosagem específicos e por métodos de dosagem para concreto convencional. Do ponto de vista técnico e econômico, os métodos específicos para CAD apresentam consumo de cimento por m³ significativamente menor. Do ponto de vista prático, alguns métodos analisados são bem mais simplificados do que outros, exigindo poucos ensaios preliminares e partindo de pré-supostos. Cabe ao produtor do concreto escolher o método que melhor se adequar às condições técnicas disponíveis. Quanto ao método de dosagem mais apropriado para CAD, em função do dos resultados apresentados por ALVES (2000), ambos os métodos Mehta/Aïtcin e AÏTCIN apresentaram desempenhos satisfatórios. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 59 3. INFLUÊNCIA DOS AGREGADOS GRAÚDOS NO CAD 3.1 INTRODUÇÃO Os agregados graúdos podem chegar a ocupar 60 a 70% do volume de concreto e portanto pode-se esperar que exerçam influência significativa sobre as suas propriedades e, notadamente, tem um papel muito mais importante nas propriedades mecânicas do CAD que nos concretos convencionais. MEHTA e MONTEIRO (1994) relatam que o agregado graúdo é predominantemente responsável pela massa unitária, módulo de elasticidade e estabilidade dimensional do concreto. No entanto, sua influência na resistência à compressão é muito pequena quando utilizado para produção de concretos convencionais (fck < 50MPa). Nestes casos, os componentes mais fracos no concreto são a pasta de cimento endurecida e a zona de transição entre a pasta e o agregado. Por outro lado, à medida que se aumenta a resistência à compressão desejada (fck > 50 MPa), a situação inverte-se: a resistência da pasta de cimento endurecida e da zona de transição é melhorada significativamente, não sendo mais limitadoras da resistência do concreto. Conseqüentemente, o agregado graúdo torna-se o “elo mais fraco” da estrutura e a resistência final do concreto passa a ser controlada pela mineralogia e resistência do próprio agregado (AÏTCIN e MEHTA, 1990; GIACCIO et al., 1992; ALMEIDA, 1994; GOMES, SHEHATA e ALMEIDA, 1995; AÏTCIN e NEVILLE, 1995; GIACCIO e ZERBINO, 1996; DE LARRARD e BELLOC, 1997; PAZ e PRUDÊNCIO JUNIOR, 1998; AÏTCIN, 2000; e outros). Isto pode ser constatado examinando-se, a olho nu, a superfície de ruptura de corpos-de-prova executados com concreto convencional vibrado (CCV) e concreto de alto desempenho (CAD) (Figura 3.1). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes (a) PPGCC/UFPR 2002 60 (b) FIGURA 3.1 – (A) NO CCV, A RUPTURA OCORRE NA PASTA E NA INTERFACE PASTA-AGREGADO; (B) NO CAD, ALGUMAS FISSURAS PROPAGAM-SE ATRAVÉS DAS PARTÍCULAS DO AGREGADO GRAÚDO. Observa-se que, no primeiro caso, a ruptura se desenvolve tanto pela pasta de cimento endurecida como ao longo da interface entre a pasta e o agregado graúdo (zona de transição), uma vez que esses dois componentes constituem o elo mais fraco do concreto convencional. Entretanto, no corpo-de-prova de CAD, as fissuras se propagam através das partículas do agregado, indicando que o limite de resistência do agregado foi atingido. Por esta razão, agregados britados provenientes de rochas duras e densas, tais como o calcário, a dolomita e de rochas ígneas do tipo plutônico (granito, diabásio, diorito, gabro e sienito), têm sido recomendados e empregados com sucesso na produção de concretos de alto desempenho (AÏTCIN, 2000). A seguir, será discutida a influência das principais características dos agregados graúdos nas propriedades do concreto de alto desempenho. 3.2 A INFLUÊNCIA DO TIPO DE AGREGADO Diversos pesquisadores, ao longo dos anos, têm relatado que a resistência à compressão e o módulo de elasticidade do CAD são fortemente influenciados pelas características mineralógicas dos diferentes tipos de agregados graúdos utilizados. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 61 AÏTCIN, SARKAR e YAYA (1987), usando três agregados diferentes – calcário calcítico, calcário dolomítico e um pedregulho quartzítico contendo xisto em concretos com materiais e propriedades idênticas (a/c = 0,24), observaram que a aderência entre a pasta de cimento e agregado (resistência da zona de transição) era maior nos concretos produzidos com calcário. AÏTCIN e MEHTA (1990), usando quatro tipos diferentes de agregados (calcário, diabásio, granito e seixo) em concretos de alto desempenho com relação a/c 0,275, dosados com os mesmos materiais e proporções, observaram que o calcário e o diabásio produziam concretos com maiores resistências e módulos de elasticidade do que aqueles usando granito e seixo. Através da análise das curvas de histerese dos concretos, apresentadas na figura 2.2, os autores observaram que os agregados de calcário e diabásio, além de serem mais resistentes, apresentavam uma forte aderência entre o agregado e a pasta. SWAMY e BOUIKNI (1990) relataram uma forte ligação resultante de uma reação química entre agregados de rochas carbonáticas e a pasta de cimento. Esta possível aderência química foi constatada também por NEVILLE (1997a) utilizando agregados como o calcário e o dolomito. A explicação para estes casos, de acordo com MONTEIRO e MEHTA (1986), é uma possível interação química entre a calcita presente no calcário e o hidróxido de cálcio na pasta de cimento hidratado, contribuindo no aumento da resistência da zona de transição dos concretos com calcário. BAALBAKI et al. (1991) realizaram um estudo sobre as propriedades elásticas dos materiais, utilizando três tipos de agregados: calcário, quartzito e arenito. Foram determinadas à idade de 91 dias, conforme tabela 3.1, a resistência à compressão e o módulo de elasticidade das rochas, das argamassas e dos concretos produzidos com agregados britados das mesmas. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 62 TABELA 3.1 – PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS ROCHAS, ARGAMASSAS E CONCRETOS AOS 91 DIAS QUARTZITO PROPRIEDADES CALCÁRIO ARENITO Rocha* Argamassa* Concreto Rocha* Argamassa* Concreto Rocha* Argamassa* Concreto 87 108 99 115 106 106 147 - 107 42 38 45 49 36 44 40 - 31 Resistência à Compressão (MPa) Módulo de Elasticidade (GPa) FONTE: BAALBAKI, W. et al. Influence of coarse aggregate on elastic properties of high-performance concrete. ACI Materials Journal, v. 88, n. 5, p. 499-503., set./out. 1991. (*) ensaios realizados com cilindros de 52 x 104 mm. De acordo com os resultados, os autores concluíram que a resistência à compressão axial nos concretos de alto desempenho é controlada pelo componente menos resistente do concreto. Além disso, devido à forte aderência entre o agregado e a pasta, o CAD tende a se comportar como um verdadeiro material compósito de duas fases: a argamassa endurecida e o agregado graúdo. Desta maneira, as propriedades elásticas do agregado graúdo passam a exercer grande influência no módulo de elasticidade do CAD, conforme constatado pela análise das curvas de histerese dos concretos e das rochas-mãe, que se mostraram similares. Apesar deste fato, BAALBAKI et. al. (1992) concluíram que não é possível prever com exatidão o módulo de elasticidade de concretos de alto desempenho a partir da resistência à compressão ou dos módulos de elasticidade da argamassa e da rocha-mãe dos agregados graúdos, sendo ainda a melhor maneira de determinação a medição direta do módulo de elasticidade do concreto. Embora, as equações propostas pelo ACI 363R-92 (2001), CEB-FIP (1991) e NS 3473 E (1992) para previsão do Ec em função de fc , forneçam estimativas com erros menores que 20% nos ensaios realizados com idades de controle 28 e 91 dias. Em estudo realizado por GIACCIO et. al. (1992) foram produzidos concretos com basalto, granito e calcário, com graduações similares e Dmáx de 19mm, cimento ARI, areia de rio com módulo de finura 2.60, 2,5% de superplastificante à base de naftaleno e relação a/c igual a 0,30. Os resultados são apresentados na tabela 3.2. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 63 TABELA 3.2 – PROPRIEDADES DAS ROCHAS, ARGAMASSAS E CONCRETOS À IDADE DE 28 DIAS PROPRIEDADES ARGAMASSA* BASALTO GRANITO CALCÁRIO Rocha Concreto Rocha Concreto Rocha Concreto Resistência à Compressão (MPa): Cilindros 100 x 200 mm 94,4 160,0 91,9 114,0 80,0 70,0 61,9 Cilindros 150 x 300 mm 91,3 - 87,0 - 77,5 - 58,2 Cilindros 100 x 200 mm 42,0 90,0 55,4 52,0 42,4 85,0 46,1 Cilindros 150 x 300 mm 37,8 - 46,5 - 38,5 - 39,0 Módulo de Elasticidade (GPa): FONTE: GIACCIO, G. et al. High-strength concretes incorporating different coarse aggregates. ACI Materials Journal, v. 89, n. 3, p. 242-246., mai./jun. 1992. (*) valor médio da argamassa, obtido de cada concreto. Nesta pesquisa, verificou-se que a rocha basáltica utilizada apresentou os maiores valores de módulo de elasticidade e resistência à compressão. O mesmo verificou-se nos concretos produzidos com este agregado. Em contra partida, o concreto produzido com agregado calcáreo apresentou a mais baixa resistência à compressão (61,9 MPa) e maior parte das fissuras passando através dos agregados graúdos. Verificou-se que as partículas dos agregados basalto e granito apresentavam-se homogêneas, enquanto as partículas de calcário apresentaram diferenças na cor, tamanho dos grãos e na textura superficial, o que implica em uma maior heterogeneidade nas suas propriedades. A argamassa extraída dos concretos apresentou alto nível de resistência, excedendo 90 MPa, valor este considerado limite de resistência para CAD sem incorporação de adições minerais (GIACCIO et. al., 1992). Os concretos produzidos com basalto quase atingiram o limite estabelecido pela resistência da argamassa, mostrando evidência do alto desempenho dos concretos produzidos com este agregado. Além disso, observaram que a resistência da ligação pasta-agregado torna-se mais importante na resistência à flexão do que na resistência à compressão. Os estudos verificaram também que a influência das características dos agregados na resistência do concreto aumenta nos concretos de alto desempenho. Sendo a resistência da matriz próxima da resistência da rocha, a probabilidade de desenvolvimento de fissuras através dos agregados aumenta, e os mecanismos de fissuração são diferentes se comparados com o concreto convencional. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 64 ALEXANDER (1996) investigou a influência de 23 tipos de agregados graúdos nas propriedades do concreto endurecido. Os resultados confirmaram as evidências que os agregados exercem uma profunda e importante influência nas propriedades elásticas do concreto. Houve uma grande variação no comportamento elástico do concreto, com agregados exercendo uma forte influência sobre o módulo de elasticidade Ec. Por exemplo, para concretos com traços similares para fc = 40 MPa, o Ec pode variar em até 100%, dependendo exclusivamente do tipo de agregado graúdo. NEVILLE (1997b) explica que a relação entre o módulo de elasticidade do concreto e sua resistência à compressão é bem conhecida no caso de concretos convencionais, mas não há consenso sobre a forma precisa desta relação no CAD. Não existe uma expressão única para esta relação porque o módulo de elasticidade do concreto é afetado tanto pelo módulo de elasticidade do agregado quanto pelo volume de agregado no concreto. Além disso, as diferenças entre os módulos de elasticidade do agregado e da pasta de cimento endurecida influenciam a tensão de aderência entre os dois materiais e afetam a forma da curva tensão-deformação do concreto. BAALBAKI et al. (1991) constataram que o concreto produzido com quartzito apresenta módulo de elasticidade elevado, pois este agregado apresenta uma dureza relativamente alta que melhora a rigidez do concreto; entretanto, causa também uma concentração de tensões na interface pasta-agregado quando submetido a tensões elevadas, resultando em baixa resistência à compressão. Da mesma forma, CETIN e CARRASQUILLO (1998) relataram que agregados com módulo de elasticidade muito mais elevado que a pasta matriz provocam concentrações de tensões responsáveis pelo aparecimento de microfissuras na zona de transição, reduzindo a resistência à compressão dos concretos. Nos casos em que os módulos de elasticidade do agregado e da pasta aproximam-se um do outro, a concentração de tensões na interface pasta-agregado é reduzida e o concreto resultante apresenta uma relação tensão-deformação mais linear, podendo exibir um aumento de fragilidade (NEVILLE, 1997b). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 65 Outros pesquisadores têm buscado correlações entre as propriedades dos agregados e os seus efeitos na resistência mecânica do concreto, como forma de avaliação dos agregados para uso em CAD. CHANG e SU (1996) descobriram que há uma correlação entre a resistência à compressão do agregado graúdo e sua sanidade (perda de peso devida à exposição a ciclos de gelo-degelo) obtida pelo ensaio ASTM C-88. Os autores investigaram quatro tipos diferentes de agregados com valores significativamente diferentes de sanidade e concluíram que quanto maior a perda de peso do agregado no ensaio de sanidade, menor é a sua resistência à compressão. Usando os agregados nas dosagens de CAD, os autores ainda encontraram correlações entre as resistências médias dos agregados e a resistência à compressão dos concretos, na faixa de 35 a 75MPa. O método consiste em realizar testes de compressão com uma amostra de pelo menos 70 partículas de agregado e estimar a resistência à compressão do agregado a partir da resistência média das partículas ensaiadas. A equação para estimativa da resistência do agregado é mostrada na Figura 3.2, onde σ22 é a resistência média à compressão do agregado, V é o volume individual das partículas de agregado antes do teste, determinadas pelo princípio de Arquimedes, e P é a carga máxima de compressão que causa a ruptura do agregado. O valor final da resistência do agregado será a resistência média da amostra. Segundo os autores, este parâmetro serve como critério de seleção e controle de qualidade do agregado para uso em CAD. P a P b σ22 = Ph V (a) Forma Irregular h P V = abh r h h P P A = ab σ22 = Ph = P V ab (b) Forma Prismática P 2 V = π.r h 2 A = π.r σ22 = Ph = P 2 V π.r (c) Forma Cilíndrica FIGURA 3.2 – ESTIMATIVA DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DA PARTÍCULA DE AGREGADO: (A) FORMA IRREGULAR; (B) FORMA PRISMÁTICA; (C) FORMA CILÍNDRICA (CHANG E SU, 1996) Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 66 CHANG e SU (1996) investigaram ainda correlações entre a resistência à compressão do agregado e outras cinco propriedades (massa específica, absorção, resistência à abrasão, dureza e sanidade) e chegaram à conclusão que há uma boa correspondência entre a sanidade e a resistência à compressão do agregado graúdo. De LARRARD e BELLOC (1997) apresentaram um modelo de avaliação quantitativa dos efeitos dos agregados graúdos na resistência à compressão do concreto. O modelo enfatiza os aspectos topológicos (p. ex., forma e dimensões do volume ocupado pelos agregados, ou pela pasta matriz) e os aspectos mecânicos (p. ex., aderência entre agregado-matriz e as propriedades mecânicas dos agregados). O conceito do modelo está relacionado a um único parâmetro físico denominado “espessura máxima da pasta” (MPT – “maximum paste thickness”), definido como a distância média entre dois agregados graúdos adjacentes. Assim, equações são fornecidas para calcular o MPT e seu efeito na resistência do concreto. Para matriz de resistência normal, a resistência do concreto é igual a da matriz, multiplicada por um coeficiente que depende da aderência entre a pasta e o agregado. No caso de matriz de alta resistência, um efeito adicional é exercido por alguns agregados, quando a resistência desejada do concreto aproxima-se da resistência intrínseca da rocha. Estas equações podem ser incorporadas em softwares computacionais específicos para dosagens e controle de qualidade de concretos convencionais e de alta resistência. Complementando os resultados mostrados anteriormente, vários outros autores investigaram o efeito de diferentes tipos de agregados graúdos nas propriedades do concreto de alto desempenho. Em geral, foram apontados como parâmetros importantes do agregado graúdo: a mineralogia, o módulo de elasticidade, a resistência, a dimensão máxima, a granulometria, a forma, a textura superficial e a reatividade química, visto que afetam o desempenho do concreto. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 67 De acordo com as observações de CARRASQUILLO15 (apud BARATA, 1998), os agregados naturais mais favoráveis para o uso em CAD são o basalto, o quartzo e alguns tipos de calcários de estrutura fina. Além desses, AÏTCIN (2000) recomenda o granito, o diabásio, o diorito, o gabro e o sienito. Obviamente que estas observações se referem ao universo de materiais analisados pelos pesquisadores, e devem ser confirmados para cada região e mineralogia específicas. 3.3 A INFLUÊNCIA DA DIMENSÃO MÁXIMA DO AGREGADO Quanto ao efeito da dimensão máxima característica (Dmáx) do agregado sobre a resistência do CAD, parece existir algumas controvérsias no meio técnico e científico. Enquanto muitos autores defendem o uso de agregados com dimensão cada vez menor (Dmáx ≤ 12,5 mm) para produção de concretos de alto desempenho, alguns estudos, ao contrário, têm apresentado resultados satisfatórios com a utilização de agregados maiores com Dmáx entre 20 a 25 mm (ACI 363R-92, 2001). Para GJORV (1994), a dimensão máxima mais adequada para CAD está entre 10 e 14 mm. MEHTA e MONTEIRO (1994) e DAL MOLIN (1995) apontam resultados satisfatórios com Dmáx de 19 mm. Já AÏTCIN e NEVILLE (1995) relatam a possibilidade de utilização de agregados de Dmáx acima de 20 mm na produção de CAD, na faixa de resistência de 60 a 100 MPa, contudo afirmam ser muito difícil produzir concretos com resistências acima de 100 MPa usando agregados maiores do que 25 mm. Segundo eles, apenas em casos onde a rocha-mãe é suficientemente resistente e homogênea, agregados com Dmáx de 20 a 25 mm podem ser usados sem afetar a resistência e a trabalhabilidade do concreto. Caso contrário, a Dmáx do agregado não deve exceder 12mm. Em contrapartida, DE LARRARD e BELLOC (1992) concluíram, com base em estudos experimentais, que a utilização de agregados graúdos com Dmáx entre 20 e 15 CARRASQUILLO, 1985. Dissertação de Mestrado. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 68 25 mm levam a concretos com melhor desempenho e economia se comparados com agregados de Dmáx de 10 a 12 mm – considerados pelos próprios autores, em pesquisas anteriores, como dimensões máximas preferíveis para produção de CAD, atestando o avanço contínuo da pesquisa neste assunto. Estudos realizados por ALMEIDA (1990) e PAZ e PRUDÊNCIO JUNIOR (1998) conduziram às mesmas conclusões. Do mesmo modo, resultados obtidos pelo Grupo de Pesquisa em Concreto de Elevado Desempenho, Materiais e Tecnologia – CEDMATE/EESC-USP (SILVA, 2000) confirmaram a possibilidade de produção de CAD com agregados de dimensão máxima de 25 mm e com resistência à compressão acima de 100 MPa. Resultados semelhantes foram obtidos também com os concretos produzidos por SILVA (2000). Contudo, as razões para utilização de agregados de menor Dmáx em CAD são: a) durante o processo de britagem, a microestrutura dos agregados pode ser afetada, sendo probabilisticamente mais provável remanescerem falhas ou fissuras nos agregados de maiores dimensões (JENNINGS16 apud DAL MOLIN, 1995; AÏTCIN e NEVILLE, 1995); b) partículas menores do agregado graúdo são geralmente mais resistentes do que as partículas maiores devido ao processo de redução de tamanho que, freqüentemente, elimina os defeitos internos do agregado, tais como poros grandes, microfissuras e inclusões de minerais moles (MEHTA e AÏTCIN, 1990a); c) com o aumento da dimensão máxima do agregado, a zona de transição torna-se maior e mais heterogênea (MEHTA e AÏTCIN, 1990a), sendo mais suscetível à fissuração quando sujeita às tensões de tração induzidas por movimentos diferenciais entre o agregado e a pasta (MEHTA e MONTEIRO, 1994). 16 JENNINGS, H. M. Design of high-strength cement based materials: part 2 – microstructure. Materials Science and Technology, v. 4, n. 4, p. 285-290, April 1988a. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 69 d) quanto maior o agregado e mais elevada a proporção de partículas chatas e alongadas, maior será a tendência da água se acumular próxima à superfície do agregado, enfraquecendo a zona de transição do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 1994; DAL MOLIN, 1995). e) o aumento da superfície específica do agregado causa uma redução na tensão média de aderência, contribuindo assim para o aumento da resistência (ACI 363R-92, 2001). 3.4 A INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA DO AGREGADO De acordo com AÏTCIN (2000), pouca pesquisa tem sido realizada sobre a influência da granulometria dos agregados graúdos sobre a trabalhabilidade do concreto de alto desempenho. Portanto, as considerações feitas para o concreto convencional devem ser estendidas para o CAD. Em primeiro lugar, a distribuição granulométrica dos agregados afeta diretamente a quantidade de água necessária à obtenção da relação a/c desejada e, conseqüentemente, influencia na trabalhabilidade do concreto. Além disso, agregados bem graduados, sem deficiências ou excessos de qualquer fração, possibilitam o emprego de maior quantidade desse material em um determinado volume de concreto, dando origem a uma mistura mais densa, com maior estabilidade volumétrica e mais resistente. Ainda, com o melhor empacotamento dos grãos, as partículas menores preenchem os espaços existentes entre as partículas maiores, diminuindo a quantidade de vazios na mistura. Logo, menor será o consumo de cimento para uma determinada trabalhabilidade, reduzindo o custo do concreto (MEHTA, 1996). Portanto, conclui-se que um controle mais rigoroso da qualidade do agregado, com relação à granulometria, dimensão máxima e mineralogia, é fundamental para a produção de concreto de alto desempenho. Uma vez que a Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 70 preocupação principal é manter a demanda de água tão baixa quanto possível, impõese que apenas agregados graúdos bem graduados devem ser utilizados no CAD (MEHTA e AÏTCIN, 1990; AÏTCIN, 2000). 3.5 A INFLUÊNCIA DA FORMA E TEXTURA SUPERFICIAL DO AGREGADO A resistência de aderência na interface agregado-pasta matriz, ou zona de transição, pode tornar-se um fator limitante para o desenvolvimento de concretos de alto desempenho. Em vista disso, a forma e textura superficial do agregado passam a ter uma influência significativa nas propriedades do concreto fresco e endurecido. Estudos mostram que uma forma angular e uma superfície rugosa, como a maioria das partículas britadas, proporciona concretos com maiores resistências do que partículas arredondadas e lisas, como o seixo rolado (ACI 363R-92, 2001). A justificativa para isto é a maior aderência mecânica desenvolvida entre a pasta matriz e as partículas angulares e rugosas. Segundo os estudos de GIACCIO e ZERBINO (1996), a redução na resistência à compressão pode chegar a 15% quando se utiliza um agregado arredondado e liso (seixo natural de rio), comparado com agregados britados. Além disso, ALMEIDA (1990) comenta que os concretos com agregados britados geralmente apresentam maiores módulos de elasticidade, resistência à tração na flexão e resistência à tração direta, propriedades estas que são influenciadas pela aderência agregado-pasta, e portanto, pela rugosidade e angulosidade das partículas. Entretanto, dependendo da rocha de origem e do tipo de britador, o agregado britado pode conter uma proporção considerável de partículas lamelares ou alongadas, que afetam negativamente as propriedades do concreto. Estas partículas são muito frágeis e facilmente quebráveis, prejudicando a obtenção de maiores resistências no concreto. Além disso, a angulosidade acentuada dos grãos provoca o aumento no consumo de água necessária para uma dada trabalhabilidade. Por fim, com o aumento no tamanho e quantidade de grãos lamelares Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 71 e alongados, associado à exsudação interna que ocorre no concreto (Figura 3.3), há uma maior tendência de acúmulo de água próximo à superfície do agregado, enfraquecendo a aderência na zona de transição (MEHTA e MONTEIRO, 1994). FIGURA 3.3 – (A) REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA EXSUDAÇÃO INTERNA NO CONCRETO RECÉMLANÇADO; (B) RUPTURA DA ADERÊNCIA POR CISALHAMENTO EM CORPO-DE-PROVA DE CONCRETO ENSAIADO À COMPRESSÃO AXIAL (MEHTA E MONTEIRO, 1994) A determinação da forma do agregado pode ser feita com base nas normas NBR 7809 – Índice de Forma do Agregado Graúdo pelo Método do Paquímetro (1983) e NBR 7225 – Materiais de Pedra e Agregados Naturais (1982). Segundo a NBR 7809 (1983), o índice de forma do agregado graúdo é dado pela média da relação C/e de todos os grãos medidos, onde “C” é a maior dimensão possível de ser medida, correspondendo ao comprimento do grão e “e” é a menor distância possível entre dois planos paralelos à direção da medida “C” (Figura 3.4). Este índice permite avaliar a qualidade de um agregado graúdo em relação à forma dos grãos, considerando que os agregados com grãos de forma cúbica tida como forma ótima para agregados britados, terão índice próximo de 1; os de grãos lamelares apresentarão valores bem maiores, sendo considerado aceitável o limite de 3. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 72 FIGURA 3.4 – DIMENSÕES DO GRÃO (ABCP, 1998) Já a NBR 7225 (1982) introduz mais um parâmetro para a caracterização, no caso denominada de largura “L”, correspondente a terceira dimensão da partícula, para a avaliação da forma do agregado graúdo, conforme a tabela 3.1. TABELA 3.1 – DETERMINAÇÃO DA FORMA DO AGREGADO GRAÚDO FORMA RELAÇÃO ENTRE AS DIMENSÕES Alongado C/L > 2 L/e ≤ 2 Cúbico C/L ≤ 2 L/e ≤ 2 Lamelar C/L > 2 L/e > 2 Quadrático C/L ≤ 2 L/e > 2 FONTE: NBR 7225 (1982) – Materiais de Pedra e Agregados Naturais. Em síntese, o agregado ideal deve ser britado, cúbico, angular, bem graduado, limpo, e com um mínimo de partículas lamelares ou alongadas. 3.6 A INFLUÊNCIA DA REATIVIDADE DO AGREGADO Quando uma rocha não inerte é utilizada, a interação química existente entre o agregado graúdo e a pasta matriz pode afetar, positivamente ou não, as características do concreto. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 73 Vários autores têm relatado a ocorrência de uma aderência química positiva entre a pasta de cimento e agregados de rochas carbonáticas (p. ex. calcário e dolomita) e silicosas, melhorando as características da zona de transição e as propriedades mecânicas do concreto (MEHTA e AÏTCIN, 1990b; SWAMY e BOUIKNI, 1990; MEHTA e MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1997a). A explicação para este aumento da resistência da zona de transição dos concretos produzidos com rochas carbonáticas, segundo MONTEIRO e MEHTA (1986), é uma possível interação química entre a calcita presente no calcário e o hidróxido de cálcio na pasta de cimento hidratado. Tais interações contribuem para a resistência através da cristalização de novos produtos nos vazios da zona de transição e conseqüente redução da concentração de hidróxido de cálcio na zona de transição (MEHTA e MONTEIRO, 1994). Assim, é desejável que haja de uma combinação química entre o agregado e a pasta de cimento, além de uma interação de redes cristalinas. No entanto, essas reações não devem ser expansivas (p. ex. reação álcali-agregado), pois estas anulariam a coesão entre as partículas e comprometeriam as propriedades do concreto (SILVA, 2000). No que se refere à reação álcali-agregado, para que esta se desenvolva é necessária à ocorrência simultânea das três condições seguintes: em primeiro lugar o agregado deve ser potencialmente reativo; em segundo lugar, o teor de álcalis na solução intersticial do concreto deve ser suficientemente alto; e em último lugar, o concreto deve estar úmido (AÏTCIN, 2000). Nesse sentido, cabe salientar que ainda não está estabelecido se agregados potencialmente reativos aos álcalis presentes no cimento podem ser usados em concretos de alto desempenho (AÏTCIN, 2000). Embora, segundo PAULON (1996), a expansão causada pela reação entre o álcalis do cimento e certos tipos de agregados pode ser evitada com a utilização de sílica ativa, desde que em proporção adequada conforme o grau de reatividade existente. Dissertação de Mestrado 4. Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 74 PROGRAMA EXPERIMENTAL Com vistas à obtenção de parâmetros que caracterizassem os concretos de alto desempenho produzidos com diferentes tipos de agregados graúdos, possibilitando dessa maneira a comparação entre eles, procedeu-se à realização dos seguintes ensaios mecânicos: resistência à compressão (fc) resistência à tração por compressão diametral (ft,sp) módulo de elasticidade (Ec) O programa experimental consistiu basicamente das seguintes etapas: levantamento, através de pesquisa de mercado, dos materiais disponíveis comercialmente na Região Metropolitana de Curitiba, comumente empregados na fabricação de concretos. seleção de três agregados graúdos de diferentes mineralogias provenientes dos maiores fornecedores de agregados às concreteiras da região. caracterização dos materiais selecionados através de ensaios específicos. estudos de dosagem, com vistas à utilização e adaptação do método de dosagem proposto por AÏTCIN (2000) à realidade dos materiais locais. seleção dos traços que atenderam aos parâmetros pré-estabelecidos para os concretos com relações água/aglomerante definidas – mesmo abatimento, consumo de agregado graúdo e de material aglomerante semelhantes. realização dos ensaios mecânicos para avaliação das propriedades mecânicas dos concretos selecionados. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 75 O desenvolvimento do programa experimental foi realizado no Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC, conveniado à Universidade Federal do Paraná, que é credenciado pelo INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, integrando a Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaios – RBLE; é também certificado em conformidade com a NBR ISO 9002, sendo credenciadora a DET NORSKE VERITAS. 4.1 PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS Quando se trata de materiais de construção, principalmente do concreto, são inúmeros os fatores que direta ou indiretamente influenciam uma determinada propriedade do material. Por esta razão, optou-se por considerar como mais significativos os seguintes fatores controláveis (variáveis independentes): a) Relação água/aglomerante ou a/aglom: 0,35; 0,31; 0,28 e 0,26. Estas relações foram inferidas, utilizando-se o gráfico proposto por AÏTCIN (2000), que correlaciona resistência à compressão aos 28 dias de idade com a relação água/aglomerante, de acordo com o método de dosagem proposto pelo autor. Desta maneira, é possível estimar os valores de resistência que se deseja alcançar, conforme mostra tabela 4.1. TABELA 4.1 – RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA CADA NÍVEL DE RESISTÊNCIA ESPERADO Nível de Resistência (MPa) Relação a/aglom 50 MPa 0,35 65 MPa 0,31 80 MPa 0,28 95 MPa 0,26 FONTE: Dados extraídos de AÏTCIN, 2000. NOTA: valores médios sugeridos pela fonte. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 76 b) Idade: 3, 7 e 28 dias para os ensaios de resistência à compressão e, para os ensaios de tração por compressão diametral e módulo de elasticidade, a idade de 28 dias - por ser a idade de referência comumente utilizada em análises do comportamento do concreto. As idades para cada ensaio foram estabelecidas em função das condições de disponibilidade dos equipamentos, dos materiais e do tempo disponível para realização dos ensaios. c) Agregados graúdos: com vistas a um estudo comparativo entre concretos produzidos com diferentes agregados graúdos, foram selecionados 3 tipos mineralógicos da região para execução dos experimentos (calcário, diabásio e granito). A seleção foi realizada segundo critérios de localização, mineralogia e consumo, através de pesquisa de mercado objetivando que os mesmos sejam representativos da região de Curitiba. Com relação aos ensaios experimentais, foram adotados 3 (três) corpos-deprova para as resistências à compressão e tração por compressão diametral, conforme a maioria dos trabalhos na área de tecnologia de concreto e 2 (dois) corpos-de-prova para a determinação de módulo de elasticidade. Ainda, decidiu-se realizar 2 (duas) repetições para cada traço investigado, de maneira a fornecer maior confiabilidade aos resultados obtidos para os concretos produzidos. Com todos os parâmetros estabelecidos, passou-se à execução dos experimentos. O planejamento dos ensaios e a quantidade de corpos-de-prova são mostrados, de forma esquemática, na tabela 4.2. Trata-se de um projeto fatorial com 3 (três) fatores para os estudos de resistência à compressão: agregados, com 3 (três) níveis; relação a/aglom com 4 (quatro) níveis e idade de controle com 3 (três) níveis. Nos estudos de resistência à tração e módulo de elasticidade temos projetos fatoriais com 2 (dois) fatores, já que a idade de controle será controlada a 28 dias. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 77 TABELA 4.2 – PLANEJAMENTO DOS ENSAIOS E QUANTIDADE DE CORPOS-DE-PROVA ENSAIOS REALIZADOS TIPO DE AGREGADO A/AGL IDADE CP/IDADE QUANT. Calcário Resistência à compressão Resistência à tração Módulo de Elasticidade Diabásio 0,26 0,28 0,31 Granito 0,35 Calcário 0,26 0,28 Diabásio 0,31 3 3 36 7 3 36 28 3 36 3 12 3 12 28 Granito 0,35 3 12 Calcário 0,26 2 12 2 12 2 12 Diabásio Granito 0,28 0,31 28 0,35 TOTAL 108 36 24 168 Quantidade de corpos-de-prova para 01 repetição de ensaios mecânicos: FONTE: O autor. De acordo com a tabela 4.2, a quantidade total de corpos-de-prova a serem ensaiados, com a execução das 2 (duas) repetições, é de 336. Não levando em conta, nestes números, os corpos-de-prova utilizados durante as fases de estudo de dosagem, verificação dos procedimentos de moldagem, adensamento e capeamento, e calibração dos equipamentos de ensaio. 4.2 METODOLOGIA PARA EXECUÇÃO DOS ENSAIOS A execução dos ensaios foi programada em função das seguintes variáveis: três variáveis dependentes (fc, ft,sp, Ec), três variáveis independentes (relação a/aglom, idade e agregado graúdo). Os métodos de ensaios adotados para a determinação das propriedades mecânicas constam na tabela 4.3. TABELA 4.3 – MÉTODOS DE ENSAIOS PARA DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DETERMINAÇÃO MÉTODO DE ENSAIO Resistência à compressão (fc) NBR-5739/94 Resistência à tração por compressão diametral (ft,sp) NBR-7222/94 Módulo de Elasticidade (Ec) NBR-8522/84 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 78 Os materiais e procedimentos utilizados para o desenvolvimento do programa experimental estão descritos a seguir. 4.2.1 Seleção e Caracterização dos Materiais A seleção dos materiais utilizados nesta pesquisa foi realizada de acordo com a disponibilidade dos mesmos na região, através de pesquisa de mercado junto às concreteiras de Curitiba. Os materiais foram utilizados da maneira como são fornecidos comercialmente, sem alterações em suas características iniciais (p. ex. ajustes na curva granulométrica dos agregados através de peneiramento, lavagem para diminuição da quantidade de pó, entre outras). 4.2.1.1 Cimento No estudo experimental foi utilizado cimento Portland de Alta Resistência Inicial, CPV-ARI. O cimento foi fornecido em sacos de papel kraft de 50 kg cada, proveniente da mesma partida de fabricação. O conteúdo foi colocado em sacos plásticos e estocado dentro de tambores lacrados para conservação de suas características iniciais. As tabelas 4.4, 4.5 e 4.6 apresentam, respectivamente, os ensaios físicos, químicos e mecânicos do cimento utilizado neste trabalho. TABELA 4.4 – CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DO CIMENTO CPV-ARI ENSAIOS FÍSICOS RESULTADOS LIMITES DA NBR 5733/91 Resíduo na peneira ABNT 200 (%) 0,2 ≤ 6,0 % Resíduo na peneira ABNT 325 (%) 1,4 - 2 Área Específica Blaine (m /kg) 412 ≥ 300 m2/kg Expansibilidade à quente (mm) 0,0 ≤ 5 mm Tempo de início de Pega (h:mm) 2:30 ≥1h Tempo de fim de Pega (h:mm) 3:30 ≤ 10 h 3 Massa Específica (g/cm ) 3,10 - FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 TABELA 4.5 – CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DO CIMENTO CPV-ARI TEORES (%) LIMITES DA NBR 5733/91 Perda ao Fogo 3,53 ≤ 4,5 % Resíduo Insolúvel 0,62 ≤ 1,0 % Óxidos de Silício (SiO2) 18,8 - 4,1 - Óxidos de Ferro (Fe2O3) 2,42 - Óxidos de Cálcio (CaO) 61,8 - Óxidos de Magnésio (MgO) 5,24 ≤ 6,5 % Óxidos de Enxofre (SO3) 3,0 ≤ 3,5 % Óxidos de Sódio (Na2O) 0,08 - Óxidos de Potássio (K2O) 1,00 - Óxidos de Cálcio livre (CaO) 1,7 - Equivalente Alcalino em Na2O 0,7 - C3S 69,22 - C2S 1,77 - C3A 6,72 ≤ 8% C4AF 7,36 - ENSAIOS QUÍMICOS Óxidos de Alumínio (Al2O3) FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC TABELA 4.6 – CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA DO CIMENTO CPV-ARI RESULTADOS LIMITES DA NBR 5733/91 Resistência à compressão - 1 dia 21,9 ≥ 14,0 MPa Resistência à compressão - 3 dias 34,7 ≥ 24,0 MPa Resistência à compressão - 7 dias 41,1 ≥ 34,0 MPa Resistência à compressão - 28 dias 44,7 - ENSAIOS MECÂNICOS FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC 79 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 80 4.2.1.2 Agregados miúdos Utilizou-se areia natural proveniente do Rio Iguaçu, na região metropolitana de Curitiba. As características físicas do material são apresentadas nas tabelas 4.7 e 4.8. A curva granulométrica é apresentada na figura 4.1. TABELA 4.7 – GRANULOMETRIA DO AGREGADO MIÚDO (NBR-7217/87) ABERTURA DA PENEIRA (MM) % MÉDIA RETIDA % MÉDIA ACUMULADA 4,8 0,5 0 2,4 9,4 10 1,2 22,8 33 0,6 24,2 57 0,3 27,0 84 0,15 12,5 96 < 0,15 3,7 100 FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC TABELA 4.8 – CARACTERIZAÇÃO DO AGREGADO MIÚDO MÉTODO DE ENSAIO LIMITES NBR 7211/83 4,8 NBR 7217/83 - Módulo de Finura 2,75 NBR 7217/83 - Graduação (zona) 3 NBR 7217/83 3 (média) 3 Massa Específica SSS (g/cm ) 2,58 NBR 9776/87 - 3 Massa Específica Seca (g/cm ) 2,61 NBR 9776/87 - 3 Massa Unitária Solta (g/cm ) 1,39 NBR 7251/82 - Absorção (%) 1,61 NBR 9777/87 - Material pulverulento (%) 2,47 NBR 7219/87 0,5 a 3,0 % 0 NBR 7218/87 1,0 a 3,0 % ENSAIOS REALIZADOS Dimensão máxima característica (mm) Torrões de Argila (%) RESULTADOS FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC De acordo com a tabela 4.8, o agregado miúdo atende as recomendações para seu emprego em concretos. Segundo AÏTCIN (2000), o agregado miúdo deve Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 81 apresentar um módulo de finura dentro do limite de 2,7 a 3,0, característica de uma areia mais grossa. Isto se deve ao fato dos traços de CAD já serem ricos em partículas finas (alto teor de cimento) e, portanto, o uso de uma areia mais grossa proporcionará uma pequena redução na quantidade de água da mistura para uma mesma trabalhabilidade, o que é vantajoso tanto do ponto de vista de resistência, como do ponto de vista econômico. 100 90 % passante acum ulada 80 70 60 50 40 30 20 Areia Natural 10 76 64 50 38 32 25 19 12 ,5 9, 5 6, 3 4, 8 2, 4 1, 2 0, 6 0, 3 0, 15 Fu nd o 0 abertura (m m ) FIGURA 4.1 - CURVA GRANULOMÉTRICA DO AGREGADO MIÚDO 4.2.1.3 Agregados graúdos Os agregados graúdos foram selecionados dentre aqueles comercialmente disponíveis na Região Metropolitana de Curitiba, sendo escolhidos em função de sua localização, mineralogia e volume de consumo, através de pesquisa de mercado junto às concreteiras da região. Embora solicitado, junto aos três fornecedores, agregados graúdos com diâmetro máximo característico de 19mm (brita 1), os materiais apresentaram valores diferentes. Cabe salientar que o intuito deste trabalho é verificar o desempenho dos agregados graúdos em concretos de alto desempenho, utilizando os mesmos da Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 82 maneira que são fornecidos no mercado; ou seja, sem alterações nas suas características iniciais. A utilização destes agregados tem o objetivo principal de se trabalhar o mais próximo possível da realidade observada nas centrais produtoras de concreto. Assim, não foram utilizados procedimentos de lavagem prévia do material e nem de ajuste da granulometria através de peneiramento. Desta forma, prosseguiramse os experimentos com os materiais inalterados (Figura 4.2). A análise petrográfica das rochas encontra-se no ANEXO 3. (b) (a) (c) FIGURA 4.2 - AGREGADOS GRAÚDOS SELECIONADOS: (A) CALCÁRIO, (B) DIABÁSIO E (C) GRANITO A caracterização das britas de calcário, diabásio e granito encontra-se respectivamente nas tabelas 4.9 e 4.10. A curva granulométrica dos agregados graúdos é apresentada na figura 4.3. TABELA 4.9 – COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS (NBR-7217/87) CALCÁRIO DIABÁSIO GRANITO ABERTURA DA PENEIRA (MM) % Média Retida % Média Acumulada % Média Retida % Média Acumulada % Média Retida % Média Acumulada 25,0 0 0 0 0 0 0 19,0 3,1 3 10,0 10 9,5 9 12,5 64,3 67 45,4 55 59,5 69 9,5 22,8 90 21,4 77 20,7 90 6,3 8,9 99 14,9 92 8,8 98 4,8 0,3 99 3,9 96 0,6 99 < 4,8 0,6 100 4,2 100 1,0 100 FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 83 De acordo com a tabela 4.9, nota-se que na composição granulométrica dos agregados, em todos os casos, não foi identificado material retido na peneira de 25mm, o que pode sugerir que os agregados têm tamanhos máximos similares, diferenciandose entre si apenas por sua graduação mais ou menos grossa dentro dos mesmos limites (ver figura 4.3), sendo passíveis de serem comparados entre si. Ainda, comparando os dados dos agregados apresentados na tabela 4.9, verifica-se que o agregado diabásio apresenta uma maior porcentagem de partículas menores que 9,5 mm (23%), enquanto o calcário e o granito apresentam porcentagens similares menores (10%). TABELA 4.10 – CARACTERIZAÇÃO DOS AGREGADOS GRAÚDOS (NBR-7217/87) ENSAIOS REALIZADOS Dmáx. Característica (mm) CALCÁRIO DIABÁSIO GRANITO MÉTODO DE ENSAIO LIMITES NBR 7211/83 19 25 25 NBR 7217/87 - Módulo de Finura 6,92 6,83 6,98 NBR 7217/87 - Absorção (%) 0,28 0,63 0,47 NBR 9937/87 - 3 Massa Específica SSS (g/cm ) 2,85 2,83 2,68 NBR 9937/87 - 3 Massa Específica Seca (g/cm ) 2,84 2,82 2,67 NBR 9937/87 - 3 Massa Unitária Solta (g/cm ) 1,50 1,50 1,43 NBR 7251/82 - 3 Massa Unitária Compactada (g/cm ) 1,60 1,62 1,50 NBR 7810/83 - Material pulverulento (%) 0,43 1,48 0,31 NBR 7219/87 ≤ 3,0 % Abrasão Los Angeles (%) 24 18 18 NBR 6465/84 ≤ 50 % 2,56 2,59 2,44 NBR 7809/83 - Índice de Forma FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC De acordo com a tabela 4.10, é possível fazer uma análise dos agregados, conforme algumas características peculiares. Primeiramente, destaca-se que os agregados apresentam módulo de finura muito próximos, indicando, como efeito, que para uma mesma relação água/aglomerante os concretos apresentariam uma mesma consistência. Em segundo lugar, os três materiais apresentam valores de absorção abaixo do normalmente empregado na produção de CAD (1%). Em terceiro lugar, Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 84 destaca-se a maior abrasão “Los Angeles” do calcário (24%) em comparação com os demais agregados (18%), que segundo alguns pesquisadores deve ter seu limite próximo de 15% para CAD (GUTIÉRREZ e CÁNOVAS, 1996). Em quarto lugar, o teor elevado de material pulverulento encontrado no diabásio (~1,5%) em relação aos demais agregados (< 0,5%) pode prejudicar seu desempenho em algumas propriedades do CAD. E por último, com relação à forma do agregado, a diferença entre os valores de índice de forma é muito pequena. Conclui-se então que se tratam de materiais com algumas características físicas similares, embora de mineralogias diferentes. 100 90 % passante acum ulada 80 70 60 50 40 30 20 Calcário 19mm Diabásio 25mm Granito 25mm 10 76 64 50 38 32 25 19 12 ,5 9, 5 6, 3 4, 8 2, 4 1, 2 0, 6 0, 3 0, 15 Fu nd o 0 abertura (m m ) FIGURA 4.3 - CURVA GRANULOMÉTRICA DOS AGREGADOS GRAÚDOS Finalmente, analisando a Figura 4.3, embora o diâmetro máximo característico dos agregados não seja o mesmo, nota-se que as curvas granulométricas são muito próximas, principalmente no caso do calcário e granito, onde as curvas apresentam formas muito similares. 4.2.1.4 Adições Utilizou-se sílica ativa nacional, do tipo não-densificada, proveniente de um mesmo lote de fabricação, fornecida em sacos de papel kraft de 15 kg cada. A sílica foi empregada em substituição a 8 % da massa de cimento. Suas características físicas e químicas encontram-se nas tabelas 4.11 e 4.12. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 85 TABELA 4.11 - CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA DA SÍLICA ATIVA ENSAIOS QUÍMICOS TEORES (%) LIMITES DA NBR 13957/97 2,64 ≤ 6,0 % Óxidos de Silício (SiO2) 96,09 ≥ 85,0 % Óxidos de Sódio (Na2O) 0,51 - Óxidos de Potássio (K2O) 0,86 - Equivalente Alcalino em Na2O 1,10 ≤ 1,5 % Perda ao Fogo FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC TABELA 4.12 - CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DA SÍLICA ATIVA ENSAIOS FÍSICOS RESULTADOS LIMITES DA NBR 13957/97 Massa específica (g/cm³) 2,20 - Umidade (%) 1,20 ≤ 3,0 % FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC 4.2.1.5 Aditivo A escolha do aditivo a ser utilizado em CAD deve ser feita com base em ensaios preliminares de compatibilidade com o cimento e a sílica ativa. Desta forma, realizou-se um estudo preliminar com quatro aditivos superplastificantes de pega normal, sendo três a base de naftaleno sulfonado e um a base de melanina (ANEXO 1). A seleção do aditivo foi realizada através dos ensaios de miniabatimento desenvolvido por KANTRO (1980) e do funil de Marsh (NBR-7682/83). AÏTCIN (2000) explica que o uso simultâneo dos dois métodos possibilita a análise de diferentes parâmetros reológicos da pasta. Enquanto no primeiro a pasta é avaliada num comportamento mais estático, no segundo é ensaiada em condições mais dinâmicas. O aditivo selecionado, de acordo com os resultados dos ensaios de compatibilidade (ANEXO 1), foi um superplastificante a base de naftaleno sulfonado, com massa específica de 1,19 kg/dm³, e teor de sólidos igual a 38%. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 86 4.2.1.6 Água de amassamento Utilizou-se no programa experimental água potável proveniente da rede de abastecimento da Companhia de Saneamento do Paraná – SANEPAR. 4.2.2 Proporcionamento dos Materiais O proporcionamento dos materiais para execução das misturas foi determinado com base no método de dosagem desenvolvido por AÏTCIN (2000), específico para concretos de alto desempenho. O método foi escolhido, com base nos estudos de ALVES (2000), por apresentar o menor consumo de cimento por m³ de concreto e o segundo menor custo por m³ deste material quando comparado com outros métodos empregados para produção de CAD. Além disto, apresenta as vantagens de ser de fácil execução, conter planilhas que facilitam o proporcionamento dos materiais e por considerar nos cálculos, de maneira direta, características específicas dos agregados (p. ex. a forma do agregado graúdo para estimativa da demanda de agregado). Inicialmente foram fixados alguns parâmetros, válidos para o método de dosagem adotado, a fim de que os resultados obtidos possam ser comparados entre si. São eles: - abatimento: 140 ± 20 mm; - aditivo: acrescentado à mistura em quantidade mínima suficiente para alcançar-se a trabalhabilidade desejada; - adição: 8% de sílica ativa sobre a massa de cimento; - faixa de resistência: 50 a 95 MPa O próximo passo foi o preenchimento das planilhas de dosagem, sugeridas pelo método, para estimativa do proporcionamento dos materiais, em volume e em massa. Convém destacar que este método segue a mesma abordagem do método do Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 87 volume absoluto, sugerido pelo ACI 211.1-91 (2001), sendo utilizado para estimarse a demanda de agregado graúdo. Outro fator importante, dentro do método utilizado, é que os cálculos de traço dos concretos foram feitos com base no teor de sólidos do superplastificante, ou seja, considerando na água total adicionada ao concreto, a água presente no aditivo, de modo a manter fixa a relação água/aglomerante. 4.2.3 Produção e Preparo dos Corpos-de-prova Depois de determinado o proporcionamento dos materiais, passou-se à produção dos concretos e preparo dos corpos-de-prova. De acordo com o previamente estabelecido, foram executadas duas repetições de cada traço, aumentando assim a confiabilidade dos resultados. As tabelas 4.13 a 4.18 ilustram o proporcionamento dos materiais para a produção dos concretos. TABELA 4.13 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM CALCÁRIO - TCS (1ª REPETIÇÃO) TRAÇO TCS-035 TCS-031 TCS-028 TCS-026 NÍVEL DE RESISTÊNCIA 50 MPa 65 MPa 80 MPa 95 MPa Cimento (kg) 362 409 452 486 Sílica Ativa (kg) 31 35 39 42 Areia (kg) 900 854 815 784 Brita (kg) 1053 1054 1053 1052 (1) 137 137 137 137 Água/aglomerante 0,35 0,31 0,28 0,26 1,2 1,2 1,2 1,4 Abatimento (mm) 120 140 140 130 H (%) 5,9 5,8 5,8 5,8 Teor de argamassa seca (%) 55 55 55 55 Água (l) Aditivo (%) (2) FONTE: O autor. NOTA(1) : Na quantidade de água total adicionada está considerada a água presente no aditivo . NOTA(2): Porcentagem com base no teor de sólidos do aditivo em relação a massa de aglomerante. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 TABELA 4.14 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM CALCÁRIO - RCS (2ª REPETIÇÃO) TRAÇO RCS-035 RCS-031 RCS-028 RCS-026 50 MPa 65 MPa 80 MPa 95 MPa Cimento (kg) 362 409 452 486 Sílica Ativa (kg) 31 35 39 42 Areia (kg) 901 854 815 784 Brita (kg) 1054 1054 1054 1053 137 137 137 137 0,35 0,31 0,28 0,26 1,2 1,2 1,2 1,4 Abatimento (mm) 130 140 120 130 H (%) 5,9 5,8 5,8 5,8 Teor de argamassa seca (%) 55 55 55 55 NÍVEL DE RESISTÊNCIA Água (l) (1) Água/aglomerante Aditivo (%) (2) FONTE: O autor. NOTA(1) : Na quantidade de água total adicionada está considerada a água presente no aditivo . NOTA(2) : Porcentagem com base no teor de sólidos do aditivo em relação a massa de aglomerante. TABELA 4.15 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM DIABÁSIO - TDS (1ª REPETIÇÃO) TRAÇO TDS-035 TDS-031 TDS-028 TDS-026 NÍVEL DE RESISTÊNCIA 50 MPa 65 MPa 80 MPa 95 MPa Cimento (kg) 362 408 453 486 Sílica Ativa (kg) 31 35 39 42 Areia (kg) 894 849 808 776 Brita (kg) 1054 1053 1054 1053 (1) 137 137 137 137 Água/aglomerante 0,35 0,31 0,28 0,26 1,2 1,2 1,2 1,4 Abatimento (mm) 120 140 120 130 H (%) 5,9 5,9 5,8 5,8 Teor de argamassa seca (%) 55 55 55 55 Água (l) Aditivo (%) (2) FONTE: O autor. NOTA(1) : Na quantidade de água total adicionada está considerada a água presente no aditivo . NOTA(2) : Porcentagem com base no teor de sólidos do aditivo em relação a massa de aglomerante. 88 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 TABELA 4.16 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM DIABÁSIO - RDS (2ª REPETIÇÃO) TRAÇO RDS-035 RDS-031 RDS-028 RDS-026 50 MPa 65 MPa 80 MPa 95 MPa Cimento (kg) 363 409 453 486 Sílica Ativa (kg) 31 35 39 42 Areia (kg) 894 849 807 776 Brita (kg) 1055 1054 1054 1053 137 137 137 137 0,35 0,31 0,28 0,26 1,2 1,2 1,2 1,4 Abatimento (mm) 130 120 120 120 H (%) 5,9 5,9 5,8 5,8 Teor de argamassa seca (%) 55 55 55 55 NÍVEL DE RESISTÊNCIA Água (l) (1) Água/aglomerante Aditivo (%) (2) FONTE: O autor. NOTA(1) : Na quantidade de água total adicionada está considerada a água presente no aditivo . NOTA(2) : Porcentagem com base no teor de sólidos do aditivo em relação a massa de aglomerante. TABELA 4.17 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM GRANITO - TGS (1ª REPETIÇÃO) TRAÇO TGS-035 TGS-031 TGS-028 TGS-026 NÍVEL DE RESISTÊNCIA 50 MPa 65 MPa 80 MPa 95 MPa Cimento (kg) 362 409 455 486 Sílica Ativa (kg) 31 35 39 42 Areia (kg) 839 796 745 722 Brita (kg) 1053 1055 1059 1052 (1) 138 137 138 137 Água/aglomerante 0,35 0,31 0,28 0,26 1,2 1,2 1,2 1,4 Abatimento (mm) 130 140 120 130 H (%) 6,0 6,0 6,0 6,0 Teor de argamassa seca (%) 54 54 54 54 Água (l) Aditivo (%) (2) FONTE: O autor. NOTA(1) : Na quantidade de água total adicionada está considerada a água presente no aditivo . NOTA(2) : Porcentagem com base no teor de sólidos do aditivo em relação a massa de aglomerante. 89 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 90 TABELA 4.18 – QUANTIDADE DE MATERIAL UTILIZADO NOS TRAÇOS COM GRANITO - RGS (2ª REPETIÇÃO) TRAÇO RGS-035 RGS-031 RGS-028 RGS-026 50 MPa 65 MPa 80 MPa 95 MPa Cimento (kg) 362 409 453 487 Sílica Ativa (kg) 31 35 39 42 Areia (kg) 839 796 753 723 Brita (kg) 1054 1055 1054 1054 138 137 137 136 0,35 0,31 0,28 0,26 1,2 1,2 1,2 1,4 Abatimento (mm) 130 130 120 140 H (%) 6,0 6,0 6,0 6,0 Teor de argamassa seca (%) 54 54 54 54 NÍVEL DE RESISTÊNCIA Água (l) (1) Água/aglomerante Aditivo (%) (2) FONTE: O autor. NOTA(1) : Na quantidade de água total adicionada está considerada a água presente no aditivo . NOTA(2) : Porcentagem com base no teor de sólidos do aditivo em relação a massa de aglomerante. A mistura dos concretos do experimento foi realizada em betoneira de eixo inclinado, com capacidade para 320 litros (Figura 4.4). Antes de iniciar o processo de mistura, o interior da betoneira era molhado, a fim de evitar-se que a água da mistura fosse absorvida pelas paredes internas, anteriormente secas. FIGURA 4.4 - BETONEIRA DE EIXO INCLINADO – 320 LITROS Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 91 A ordem de colocação dos materiais na betoneira em movimento foi mantida constante para todas as misturas: 1. 100% da brita mais 25% da água 2. 100% do cimento e 100% da sílica (previamente misturados) 3. 75% restantes da água 4. mistura por 1 minuto 5. 80% do aditivo 6. mistura por 1 minuto 7. 100% da areia 8. mistura por 2 minutos 9. parada por 2 minutos 10. 20% do aditivo (permitindo ajustes finais no traço) 11. mistura por 2 minutos Encerrado o período de mistura (8 minutos), foram realizados os ensaios de consistência pelo abatimento do tronco de cone (NBR-NM-67, 1998) e massa específica (NBR-9833, 1987). Cabe salientar que a colocação do aditivo superplastificante 1 minuto após a mistura do cimento com a água resultou em um abatimento superior ao do concreto com o aditivo misturado previamente na água de amassamento. Este resultado já tinha sido observado por diversos pesquisadores, entre eles COLEPARDI et al. (1999). É possível observar também que o tempo de mistura para CAD é superior ao tempo utilizado para concretos convencionais, devido ao comportamento tixotrópico deste concreto que demanda uma maior energia de amassamento, implicando em misturar o concreto por mais tempo na betoneira, para assim se Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 92 obter a homogeneidade necessária (AGUADO e OLIVEIRA17 apud LOPES, 1999). A tixotropia é a propriedade que alguns materiais apresentam, quando no estado plástico, de adquirirem uma consistência gelatinosa quando deixados em repouso, mas ao serem solicitados ou agitados por esforços externos retornam a um estado fluido, viscoso (GIAMMUSSO, 1989). Cada traço de concreto foi produzido com os três tipos de agregados graúdos seguindo os mesmos procedimentos de mistura, mantendo o ambiente da sala de dosagens sob as mesmas condições de temperatura e umidade, de forma a evitar a interferência destes fatores nos resultados dos concretos, procurando desta maneira diminuir o ruído do sistema. A programação das dosagens foi realizada conforme mostrado na tabela 4.19. TABELA 4.19 – PROGRAMAÇÃO DAS DOSAGENS DOSAGENS DATA DA EXECUÇÃO TCS-028 28/02/02 TDS-028 ; TGS-028 01/03/02 TCS-031 19/03/02 TDS-031 ; TGS-031 20/03/02 TCS-035 ; TDS-035 25/03/02 TGS-035 ; TCS-026 26/03/02 TDS-026 ; TGS-026 27/03/02 RGS-026 ; RCS-026 08/04/02 RDS-026 ; RGS-028 09/04/02 RCS-028 ; RDS-028 10/04/02 RGS-031 ; RCS-031 11/04/02 RDS-031 ; RGS-035 12/04/02 RCS-035 ; RDS-035 15/04/02 FONTE: O autor. NOTAS: Significado das siglas: T – traço inicial; R – traço repetido; S – sílica ativa; C – calcário; D – diabásio; G – granito. Os números representam a relação a/aglom (p. ex. 028 – a/aglom = 0,28) 17 AGUADO, A.; OLIVEIRA, M. O. Informe sobre la caracterización mecánica de un hormigón de alta resistencia. Barcelon, 1992. 79 p. Relatório – Universitat Politècnica de Catalunya & Fomento de Construciones y Contratas SA. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 93 Para cada betonada foram moldados 14 corpos-de-prova cilíndricos, em formas metálicas de 100 x 200 mm. Sendo 9 corpos-de-prova para resistência `a compressão (aos 3, 7 e 28 dias), 3 corpos-de-prova para resistência à tração por compressão diametral (aos 28 dias) e 2 corpos-de-prova para módulo de elasticidade (aos 28 dias). A distribuição dos corpos-de-prova por ensaio foi apresentada na tabela 4.2. Os corpos-de-prova foram adensados mecanicamente, utilizando vibrador de imersão elétrico, com agulha de 25 mm. Após a moldagem, foram cobertos com filme de PVC, evitando assim a perda de água do concreto, e mantidos no ambiente de laboratório por aproximadamente 24 horas (Figura 4.5). FIGURA 4.5 - CORPOS-DE-PROVA COBERTOS COM FILME DE PVC DURANTE AS PRIMEIRAS 24 HORAS Após as 24 horas, os corpos-de-prova eram retirados das fôrmas e colocados em câmara úmida com umidade relativa superior a 95% e temperatura de (22±2)°C até a data de ruptura, sendo retirados apenas uma hora antes do ensaio. Os corpos-de-prova tiveram seus topos retificados com torno mecânico adaptado (figura 4.6). Este procedimento foi adotado após a constatação durante a fase de estudos de dosagem, de dispersão nos resultados de resistência à compressão dos corposde-prova capeados com enxofre, principalmente na idade de 28 dias. Com a retificação dos topos dos corpos-de-prova, a dispersão nos resultados reduziu consideravelmente. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 94 FIGURA 4.6 – RETIFICAÇÃO DOS TOPOS DOS CORPOS-DE-PROVA DE 10X20CM COM TORNO MECÂNICO ADAPTADO (LABORATÓRIO LAME /LACTEC) 4.2.4 Apresentação dos Resultados Os dados obtidos nos ensaios mecânicos encontram-se nas Tabelas 1 a 9 do ANEXO 2, juntamente com os parâmetros estatísticos referentes a cada variável analisada. Os resultados finais de cada ensaio são apresentados a seguir. 4.2.4.1 Resistência à compressão axial As figuras 4.7 e 4.8 apresentam os gráficos com os resultados de resistência à compressão axial dos concretos produzidos com calcário, diabásio e granito. Cada valor plotado representa a média de seis corpos-de-prova para cada idade de ensaio, retirados de duas betonadas realizadas em dias diferentes. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes Calcário 100 90 90 80 80 fc (MPa) fc (MPa) 100 70 PPGCC/UFPR 2002 Diabásio 70 60 60 50 50 40 40 0,26 0,28 0,31 0,26 0,35 0,28 3d 0,31 0,35 a/aglom a/aglom 7d 3d 28d Granito 100 7d 28d idade: 28 dias 100 90 90 80 fc (MPa) fc (MPa) 95 70 60 80 70 60 50 50 40 0,26 0,28 0,31 0,35 0,26 3d 7d 0,28 0,31 0,35 a/aglom a/aglom 28d Diabásio Calcário Granito FIGURA 4.7 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA AS IDADES DE 3, 7 E 28 DIAS Sandro Eduardo da Silveira Mendes 100 100 90 90 80 80 fc (MPa) fc (MPa) Dissertação de Mestrado 70 60 PPGCC/UFPR 2002 96 70 60 50 50 Calcário 40 Diabásio 40 3d 0,26 7d idade 0,28 28d 0,31 3d 0,35 0,26 7d idade 0,28 28d 0,31 0,35 100 fc (MPa) 90 80 70 60 50 Granito 40 3d 0,26 7d idade 0,28 28d 0,31 0,35 FIGURA 4.8 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (MPa) E A IDADE (DIAS) PARA AS DIVERSAS RELAÇÕES ÁGUA/AGLOMERANTE ENSAIADAS. 4.2.4.2 Resistência à tração por compressão diametral A figura 4.9 apresenta os valores de resistência à tração por compressão diametral dos concretos produzidos com os agregados selecionados. Cada ponto corresponde à média dos resultados observados em seis corpos-de-prova provenientes de duas betonadas em dias diferentes. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes ft,sp (MPa) 7 PPGCC/UFPR 2002 97 idade: 28 dias 6 5 4 0,26 0,28 0,31 0,35 a/aglom Diabásio Calcário Granito FIGURA 4.9 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA A IDADE DE 28 DIAS 4.2.4.3 Módulo de elasticidade Os valores de módulo de elasticidade dos concretos produzidos com os agregados selecionados são apresentados na figura 4.10. Os valores representam a média dos resultados observados em quatro corpos-de-prova retirados de duas betonadas em dias diferentes. 60 idade: 28 dias Ec (GPa) 50 40 30 20 0,26 0,28 0,31 0,35 a/aglom Diabásio Calcário Granito FIGURA 4.10 – RELAÇÃO ENTRE O MÓDULO DE ELASTICIDADE E A RELAÇÃO ÁGUA/AGLOMERANTE PARA A IDADE DE 28 DIAS. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 98 5. ANÁLISE DOS RESULTADOS Neste capítulo é apresentada a análise dos resultados obtidos nos ensaios de resistência à compressão simples, de tração por compressão diametral e de módulo de elasticidade dos concretos produzidos com os agregados selecionados. O programa experimental utilizado para a produção destes concretos está descrito no capítulo 3 e os resultados dos ensaios encontram-se no capítulo 4. Os resultados foram analisados do ponto de vista estatístico e técnico, verificando a influência dos diversos fatores nas propriedades mecânicas dos concretos estudados. Algumas considerações sobre custos e consumo de material por m³ de concreto foram também incluídas. Por último, os resultados aqui obtidos foram ainda comparados com outros resultados encontrados em trabalhos semelhantes na literatura. A análise estatística foi realizada com a finalidade de garantir a confiabilidade dos resultados obtidos nos ensaios de compressão axial, tração por compressão diametral e módulo de elasticidade dos corpos-de-prova referentes aos concretos produzidos com os agregados selecionados. Para tanto, foram realizadas análises de variância (RIBEIRO e CATEN, 2001) para cada experimento, com o objetivo de comprovar estatisticamente a influência dos fatores: idade, relação a/aglom e tipo de agregado, bem como verificar a existência de alguma possível interação entre estes fatores. 5.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL A tabela 5.1 apresenta o resumo dos resultados obtidos para resistência à compressão axial dos concretos produzidos com os diferentes tipos de agregados (Tabelas 1 a 3, ANEXO 2), onde cada valor representa a média de seis corpos-deprova ensaiados, provenientes de 2 (duas) betonadas realizadas em dias diferentes (ver Tabela 4.19). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 99 TABELA 5.1 – VALORES MÉDIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSAO DOS CONCRETOS (MPa) TIPO DE AGREGADO RELAÇÃO A/AGLOM IDADE (DIAS) 0,26 0,28 0,31 0,35 3 65,8 61,2 55,4 47,9 7 74,2 68,4 64,4 58,7 28 91,8 86,6 80,3 74,8 3 64,1 59,8 52,0 48,6 7 72,5 64,2 63,8 59,0 28 87,6 84,9 75,2 70,9 3 67,4 64,0 60,1 50,6 7 77,2 75,4 70,1 55,0 28 99,2 94,1 83,6 77,7 CALCÁRIO DIABÁSIO GRANITO FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC A análise de variância (RIBEIRO e CATEN, 2001) realizada com base nos dados de resistência à compressão é apresentada na tabela 5.2. TABELA 5.2 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) PARA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL FONTE IDADE (A) SQ GDL MQ FCALC. FLIM. SIGNIFIC. 24472,80 2 12236,40 1419,26 3,05 SIM AGREGADO (B) 1767,49 2 883,74 102,50 3,05 SIM A/AGLOM (C) 8066,55 3 2688,85 311,87 2,65 SIM (AB) 149,36 4 37,34 4,33 2,42 SIM (AC) 277,48 6 46,25 5,36 2,15 SIM (BC) 55,792 6 9,30 1,08 2,15 NÃO (ABC) 175,56 12 14,63 1,70 1,80 NÃO ERRO 1551,90 180 8,62 TOTAL 36517,00 215 NOTAS: GDL - graus de liberdade; SQ - soma quadrada; MQ = SQ/GDL – média quadrada; FCALC. – valor calculado de F; FLIM. – valor tabelado da distribuição de Fischer-Snedecor, para nível de significância 0,05; SIGNIFIC. – efeito significativo. De acordo com a análise de variância, comprova-se a importância da relação a/aglom e idade nos resultados de compressão dos concretos, em conformidade com os Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 100 resultados encontrados na literatura.Verifica-se ainda a influência significativa do tipo de agregado e, em menor escala, o efeito das interações idade x a/aglom e idade x agregado. A seguir estão representados os gráficos de vários fatores (Figuras 5.1 e 5.2), os quais servirão para complementar as análises estatísticas efetuadas, mostrando que o efeito das interações é pequeno, já que há um quase paralelismo entre as curvas 100 100 90 90 80 80 fc (MPa) fc (MPa) no intervalo estudado. 70 70 60 60 50 50 40 0,25 40 0,27 0,29 0,31 0,33 0,35 0 0,37 5 10 3 7 15 20 25 30 idade (dias) a/aglom 0,26 28 0,28 0,31 0,35 FIGURA 5.1 – INFLUÊNCIA DA INTERAÇÃO ENTRE A RELAÇÃO A/AGLOM E A IDADE NA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO. 85 90 80 80 fc (MPa) fc (MPa) 90 100 70 60 75 70 65 60 50 55 40 0 5 10 15 20 25 30 50 0,25 0,27 0,29 Granito Calcário (a) Diabásio 0,31 0,33 0,35 0,37 a/aglom idade (dias) Calc ário Diabásio Granito (b) FIGURA 5.2 - INFLUÊNCIA DAS INTERAÇÕES ENTRE: (A) AGREGADO E IDADE E (B) AGREGADO E A/AGLOM NA RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO. Para a interação mostrada no gráfico (a) da figura 5.2, e efetuando-se uma comparação múltipla de médias para verificar se há diferenças significativas entre as médias, não foram constatadas diferenças significativas entre os valores de resistência Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 101 à compressão dos concretos produzidos com calcário e diabásio, nas idades de 3 e 7 dias. Somente aos 28 dias, a diferença entre esses agregados passa a ser significativa. Analisando o gráfico (b) da figura 5.2, nota-se que há uma tendência das curvas médias de resistência de se aproximarem com o aumento da relação água/aglomerante, significando que para concretos com menores resistências (relações a/aglom maiores que 0,35), o tipo de agregado utilizado passa a não ter efeito significativo na resistência à compressão desses concretos, fato que foi confirmado através da comparação múltipla de médias. Este resultado é consistente com todos os estudos efetuados e já indicados anteriormente, pois a menor resistência da argamassa e da interface passa a ter efeito preponderante, chegando-se próximo dos raciocínios efetuados geralmente em concretos convencionais. A seguir, serão apresentados os gráficos e equações obtidas correlacionando o crescimento da resistência à compressão dos concretos produzidos com cada agregado, em função da relação a/aglom (Figuras 5.3 a 5.5). 100 Equações para estimativa de fc em função de a/aglom: fc (MPa) 90 80 p/ 3 dias : y = -59,896 . Ln(x) - 14,914 R² = 0,9997 p/ 7 dias : y = -50,205 . Ln(x) + 5,664 R² = 0,9820 p/ 28 dias : y = -57,110 . Ln(x) - 14,256 R² = 0,9905 70 60 50 40 0,25 0,27 0,29 3 dias 0,31 a/aglom 7 dias 0,33 0,35 0,37 28 dias FIGURA 5.3 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS CONCRETOS COM CALCÁRIO. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 102 100 Equações para estimativa de fc em função de a/aglom: fc (MPa) 90 80 p/ 3 dias : y = -53,890 . Ln(x) - 9,0954 R² = 0,9616 p/ 7 dias : y = -39,775 . Ln(x) + 16,737 R² = 0,8377 p/ 28 dias : y = -59,991 . Ln(x) - 7,045 R² = 0,9600 70 60 50 40 0,25 0,27 0,29 3 dias 0,31 a/aglom 7 dias 0,33 0,35 0,37 28 dias FIGURA 5.4 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS CONCRETOS COM DIABÁSIO. 100 Equações para estimativa de fc em função de a/aglom: fc (MPa) 90 80 70 p/ 3 dias : y = -76,838 . Ln(x) - 4,4936 R² = 0,9830 p/ 7 dias : y = -39,938 . Ln(x) + 23,790 R² = 0,9880 p/ 28 dias : y = -55,441 . Ln(x) - 6,5727 R² = 0,9709 60 50 40 0,25 0,27 0,29 3 dias 0,31 a/aglom 7 dias 0,33 0,35 0,37 28 dias FIGURA 5.5 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS CONCRETOS COM GRANITO. Outro aspecto importante a ser considerado, dentro da tecnologia do concreto, é o crescimento da resistência à compressão com o tempo. As figuras 5.6 a 5.9 apresentam os resultados deste crescimento nos concretos estudados. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes 100 PPGCC/UFPR 2002 Relação fc/fc28 em função da idade - calcário fc (MPa) 90 a/aglom 80 0,35 70 0,31 60 0,28 3 dias 0,64 0,78 0,71 0,80 1,0 0,81 1,0 0,79 1,0 0,72 Média 0,69 28 dias 1,0 0,69 0,26 50 7 dias 0,80 1,00 40 0 5 10 0,26 15 idade 0,28 20 25 0,31 30 0,35 FIGURA 5.6 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE - CALCÁRIO. 100 Relação fc/fc28 em função da idade - diabásio fc (MPa) 90 a/aglom 80 0,35 70 3 dias 0,69 0,83 0,31 0,28 60 0,70 Média 0,85 1,0 0,83 1,0 0,76 1,0 0,73 0,70 28 dias 1,0 0,69 0,26 50 7 dias 0,82 1,00 40 0 5 10 0,26 15 idade 0,28 20 0,31 25 30 0,35 FIGURA 5.7 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE - DIABÁSIO 100 Relação fc/fc28 em função da idade - granito fc (MPa) 90 a/aglom 80 0,35 70 3 dias 0,66 0,31 60 0,28 50 0,26 Média 7 dias 0,85 0,72 0,68 1,0 0,84 1,0 0,78 1,0 0,80 0,68 0,69 1,0 0,82 40 0 5 0,26 10 0,28 15 idade 20 0,31 25 28 dias 30 0,35 FIGURA 5.8 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE - GRANITO. 1,00 103 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 104 No que diz respeito à evolução do crescimento da resistência à compressão referente à de 28 dias, cabe comentar que a relação da resistência à compressão de 3 e 7 dias para os 28 dias, no geral, está muito próxima para todos os concretos, como pôde ser visto na figura 5.6. 1,2 Relação fc/fc28 em função da idade - geral fc/fc28 1,0 agregado 0,8 calcário 3 dias 0,69 diabásio 0,6 granito 0,4 GERAL 7 dias 0,80 0,70 0,69 1,0 0,82 0,82 0,69 28 dias 1,0 1,0 0,81 1,00 0,2 0 5 10 15 20 idade (dias) granito diabásio 25 30 calcário FIGURA 5.9 – VARIAÇÃO DA RELAÇÃO FC/FC28, EM FUNÇÃO DA IDADE PARA OS CONCRETOS. Na tabela 5.4, faz-se uma comparação entre as relações obtidas nos concretos estudados com as encontradas na bibliografia, para concretos produzidos com cimento ARI, considerando a idade de 28 dias como sendo 100% da resistência à compressão. TABELA 5.4 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO COM A IDADE DOS CONCRETOS PRODUZIDOS – COMPARAÇÃO COM A BIBLIOGRAFIA, PARA CIMENTOS ARI. FONTE IDADE 3 dias 7 dias 28 dias CEB-FIP MODEL CODE 1990 (1991) 0,66 0,82 1,0 ACI 209R-92 (2001) 0,59 0,80 1,0 BAEL e BPEL (apud DAL MOLIN, 1995) 0,71 0,87 1,0 DAL MOLIN (1995) 0,63 0,81 1,0 ALVES (2000) 0,76 0,86 1,0 SILVA (2000) 0,71 0,82 1,0 (*) 0,69 0,80 1,0 DIABÁSIO (*) 0,70 0,82 1,0 GRANITO (*) 0,69 0,82 1,0 CALCÁRIO NOTA: (*) crescimento médio da resistência dos respectivos concretos. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 105 De acordo com a Tabela 5.4, verifica-se que os concretos produzidos na pesquisa apresentaram ganhos de resistência compatíveis e consistentes com os valores encontrados na bibliografia. Ainda, em termos de valores absolutos, realizou-se uma comparação entre os resultados de resistência média obtidos nesta pesquisa e em outras bibliografias, tomando-se como referência às relações a/aglom x fc28 estimadas por AÏTCIN (2000), conforme mostra a Tabela 5.5. TABELA 5.5 – VALORES DE RESISTÊNCIAS MÉDIAS DE COMPRESSÃO AOS 28 DIAS (MPa) EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM – COMPARAÇÃO ENTRE CONCRETOS PRODUZIDOS E BIBLIOGRAFIA, COM BASE NOS DADOS DE AÏTCIN (2000) AÏTCIN (2000) DAL MOLIN (1995) ALVES (2000) (1) Basalto Basalto Calcário Diabásio granito 0,37 a 0,35 50 - 60 66,1 56,2 74,8 70,9 77,7 0,32 a 0,31 70 - 75 71,1 69,4 80,3 75,2 83,6 0,29 a 0,28 85 - 90 80,7 74,8 86,6 84,9 94,1 0,26 a 0,25 100 - 110 92,4 76,7 91,8 87,6 99,2 RELAÇÃO A/AGLOM EXPERIMENTOS NOTA: todos os concretos foram produzidos com cimento ARI e adição de sílica ativa. (1) os valores de resistência sugeridos não fazem menção ao tipo de agregado utilizado. Comparando os valores da tabela 5.5 acima, confirma-se a consistência dos resultados obtidos nos experimentos realizados neste trabalho. 5.2 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL A tabela 5.6 apresenta o resumo dos resultados obtidos para tração por compressão diametral aos 28 dias, com os diferentes tipos de agregado graúdo (Tabelas 4 a 6, ANEXO 2), onde cada valor representa a média de seis corpos-de-prova ensaiados, provenientes de duas repetições realizadas em dias diferentes (Tabela 4.19). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 106 TABELA 5.6 – VALORES DE RESISTÊNCIA A TRAÇÃO POR COMPRESSAO DIAMETRAL (MPa) RELAÇÃO A/AGLOM TIPO DE AGREGADO IDADE (DIAS) 0,26 0,28 0,31 0,35 CALCÁRIO 28 6,6 5,6 5,5 5,1 DIABÁSIO 28 6,6 5,7 5,6 5,2 GRANITO 28 6,4 5,5 5,5 5,0 FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC De acordo com a tabela, verifica-se que os valores obtidos são superiores aos encontrados em concretos convencionais, significando que a resistência à tração nos concretos de baixa relação a/aglom cresce, embora em menores proporções, com o aumento da resistência à compressão. Cabe destacar que estes valores se explicam pelo efeito significativo da incorporação de sílica ativa no aumento da resistência à tração por compressão diametral, conforme constatado por DAL MOLIN (1995). Com base nestes dados, realizou-se uma análise de variância (RIBEIRO e CATEN, 2001) para verificar a influência dos fatores a/aglom e tipo de agregado graúdo nos ensaios de resistência à tração por compressão diametral, conforme mostra a tabela 5.7. TABELA 5.7 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) PARA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO FONTE A/AGLOM (A) SQ GDL MQ FCALC. FLIM. SIGNIFIC. 20,10 2 10,03 36,65 3,15 SIM AGREGADO (B) 0,44 3 0,15 0,53 2,76 NÃO (AB) 0,10 6 0,02 0,06 2,25 NÃO ERRO 16,42 60 0,27 TOTAL 37,0 71 NOTAS: GDL - graus de liberdade; SQ - soma quadrada; MQ = SQ/GDL – média quadrada; FCALC. – valor calculado de F; FLIM. – valor tabelado de F para nível de significância 0,05 (distribuição de Fischer); SIGNIFIC. – efeito significativo. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 107 Conforme esperado, a análise de variância confirmou o efeito significativo da relação a/aglom na resistência à tração por compressão diametral, como já havia sido constatado para a resistência à compressão. Em contrapartida, o tipo de agregado empregado no concreto não apresentou efeito significativo na resistência à tração, dentro do intervalo estudado, conforme mostra a figura 5.10. 8 ft,sp (MPa) 7 6 5 4 3 0,26 0,28 0,31 0,35 a/aglom Calcário Granito Diabásio FIGURA 5.10 – INFLUÊNCIA DA INTERAÇÃO ENTRE A RELAÇÃO A/AGLOM E O TIPO DE AGREGADO NA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL. Analisando o gráfico, percebe-se que as curvas de comportamento dos concretos produzidos com diferentes agregados são muito próximas, não apresentando diferenças significativas dentro da faixa de relação a/aglom estudada, confirmando os resultados da análise de variância (Tabela 5.7). Complementando a análise de variância, aqui também foi efetuada uma comparação múltipla de médias, a qual mostra que não há diferença significativa entre os resultados de resistência à tração para as relações a/aglom 0,28, 0,31 e 0,35 para todos os agregados, mostrando-se significativa apenas a diferença entre os resultados obtidos para a/aglom 0,26 e os demais. As equações para estimativa da resistência à tração por compressão diametral aos 28 dias, para cada tipo de agregado, em função da relação a/aglom, são retiradas do gráfico a seguir (Figura 5.11). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 108 8 ft,sp (MPa) 7 6 5 4 3 0,26 0,28 0,31 0,35 a/aglom Diabásio Granito Calcário FIGURA 5.11 – EVOLUÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS VÁRIOS CONCRETOS. Embora não tenha sido constatada influência significativa do tipo de agregado nos resultados de tração, as equações são apresentadas aqui apenas para efeito ilustrativo. Nesta situação, pode ser adotada uma única equação para representar os três agregados estudados. Nas equações: y é a resistência ft,sp e x, a relação a/aglom. - calcário ⇒ y = -4,426.ln(x) + 0,3432 R2 = 0,8016 - diabásio ⇒ y = -4,152.ln(x) + 0,7499 R2 = 0,8215 - granito ⇒ y = -4,074.ln(x) + 0,6697 R2 = 0,8122 - equação (única) ⇒ y = -4,217.ln(x) + 0,5876 R2 = 0,8131 5.2.1 Relação entre a Resistência à Tração (ft,sp) e a Resistência à Compressão (fc) De acordo com o ACI 363R-92 (2001), enquanto a relação entre tração/compressão nos concretos convencionais situa-se na faixa de 10%, nos concretos de resistência elevada, esta relação tende a diminuir, podendo chegar a 5%. A Tabela 5.8 apresenta as relações obtidas, a partir dos dados experimentais, entre a resistência à tração por compressão diametral e a resistência à compressão. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 109 TABELA 5.8 – RELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSAO DIAMETRAL E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL (%) – 28 DIAS RELAÇÃO ft,sp / fc (%) TIPO DE AGREGADO 0,26 0,28 0,31 0,35 CALCÁRIO 7,2 6,5 6,9 6,8 DIABÁSIO 7,5 6,7 7,5 7,3 GRANITO 6,5 5,8 6,6 6,5 MÉDIA 7,1 6,3 7,0 6,9 Nota-se que a relação ft/fc (%), ou seja, a taxa de crescimento da resistência à tração em função da resistência à compressão dos concretos produzidos, situa-se na faixa de 6,5 a 7,0%, estando dentro dos limites de referência encontrados na bibliografia (ACI 363R-92, 2001). O crescimento da resistência à tração em relação ao crescimento da resistência à compressão, em valores absolutos, é apresentado na figura 5.12. 9 ft,sp (MPa) 8 7 6 5 4 3 70 75 80 85 90 95 100 fc (MPa) Diabásio Calcário Granito FIGURA 5.12 – RESISTÊNCIA À TRAÇÃO (fc,sp) X RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (fc) PARA IDADE DE 28 DIAS. As curvas foram ajustadas de acordo com o modelo potencial, em concordância com os modelos propostos na bibliografia. As equações para estimativa da resistência à tração por compressão diametral em função da resistência à Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 110 compressão, para a idade de 28 dias, são apresentadas a seguir. Da mesma maneira, as três equações podem ser substituídas por uma única equação, uma vez que não foi verificada a influência do tipo de agregado na resistência à tração por compressão diametral. Onde y é a resistência ft,sp e x, a resistência fc28, sendo a equação válida para a faixa de 70 < fc28 < 100MPa. - calcário ⇒ y = 0,0396 . x1,1231 R2 = 0,8510 - diabásio ⇒ y = 0,1326 . x0,8619 R2 = 0,7436 - granito ⇒ y = 0,1634 . x0,7884 R2 = 0,7745 - equação (única) ⇒ y = 0,1008 . x0,9106 R2 = 0,7922 Na figura 5.13 observa-se a diferença entre a previsão da resistência à tração por compressão diametral a partir da resistência à compressão feita por diferentes equações propostas na bibliografia (ver item 2.7.2) e a equação obtida experimentalmente. 8 Tachibana Gomes NS 3473E MC90 - CEB ACI 363R-92 Carrasquillo Iravani Dal Molin Experimental ft,sp (MPa) 7 6 5 4 y = 0,1008x 0,9106 3 60 70 80 90 100 110 fc28 (MPa) FIGURA 5.13 – CORRELAÇÃO ENTRE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL E RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 111 Os valores relativamente semelhantes para qualquer agregado poderiam, a ser confirmado em pesquisas específicas, ser explicados por eventuais fissuras nos agregados geradas na britagem, por concentrações de tensões geradas pela rugosidade do agregado, pelos procedimentos de ensaio, dentre várias outras causas possíveis. 5.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE A tabela 5.9 apresenta o resumo dos resultados obtidos para módulo de elasticidade aos 28 dias com os agregados de mineralogias diferentes (Tabelas 7 a 9, ANEXO 2), onde cada valor representa a média de quatro corpos-de-prova ensaiados, provenientes de duas betonadas realizadas em dias diferentes (Tabela 4.19). TABELA 5.9 – VALORES DE MÓDULO DE ELASTICIDADE SECANTE (GPa) RELAÇÃO A/AGLOM TIPO DE AGREGADO IDADE (DIAS) 0,26 0,28 0,31 0,35 CALCÁRIO 28 45,4 43,5 41,2 39,9 DIABÁSIO 28 52,0 49,9 50,0 48,6 GRANITO 28 43,0 40,9 38,5 36,1 FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC Como pode se observar, os módulos de elasticidade dos concretos de alto desempenho são superiores aos obtidos em concretos convencionais. Os valores variaram de 36 a 52GPa, estando coerentes com os resultados observados por alguns pesquisadores, que relatam valores de até 55GPa (ALMEIDA, 1996; SILVA, 2000; AÏTCIN 2000). Verifica-se, ainda, que grande parte dos resultados está em conformidade com o intervalo de valores do ACI 363R-92 (2001), que é de 31 a 45GPa, lembrando que os valores dependem do método de ensaio utilizado. Cabe ressaltar que os valores do módulo de elasticidade secante dos concretos estudados correspondem à deformação produzida por uma carga de 40% da ruptura, seguindo os procedimentos da norma brasileira NBR 8522 (1984). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 112 Com base nos resultados obtidos, foi realizada uma análise de variância (RIBEIRO e CATEN, 2001) para verificar a influência da relação a/aglom e do tipo de agregado no módulo de elasticidade dos concretos, conforme mostra a tabela 5.10. TABELA 5.10 – ANÁLISE DE VARIÂNCIA (ANOVA) PARA MÓDULO DE ELASTICIDADE FONTE SQ GDL MQ FCALC. FLIM. SIGNIFIC. A/AGLOM (A) 184,01 3 61,34 15,45 2,87 SIM AGREGADO (B) 940,70 2 470,35 118,50 3,26 SIM 21,66 6 3,61 0,91 2,36 NÃO ERRO 142,89 36 3,97 TOTAL 1289,27 47 (AB) NOTAS: GDL - graus de liberdade; SQ - soma quadrada; MQ = SQ/GDL – média quadrada; FCALC. – valor calculado de F; FLIM. – valor tabelado de F para nível de significância 0,05 (distribuição de Fischer); SIGNIFIC. – efeito significativo. Como esperado, os resultados da análise de variância confirmaram o efeito significativo da relação a/aglom e do tipo de agregado no módulo de elasticidade do concreto, em conformidade com os resultados obtidos por DAL MOLIN (1995). A influência do tipo de agregado graúdo é apresentada na figura 5.14. 60 55 Ec (GPa) 50 45 40 35 30 25 20 0,25 0,27 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 a/aglom DIABÁSIO CALCÁRIO GRANITO FIGURA 5.14 – INFLUÊNCIA DO TIPO DE AGREGADO NO MÓDULO DE ELASTICIDADE DOS CONCRETOS. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 113 60 55 Ec (GPa) 50 45 40 35 30 25 20 0,25 0,27 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 a/aglom Diabásio Cálcario Granito FIGURA 5.15 – EVOLUÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE EM FUNÇÃO DA RELAÇÃO A/AGLOM PARA OS VÁRIOS CONCRETOS. No gráfico da figura 5.15, as curvas foram ajustadas de acordo com o modelo logarítmico, que apresentou a melhor aproximação com o comportamento real das curvas. As equações para estimativa do módulo de elasticidade aos 28 dias em função da relação a/aglom, para cada tipo de agregado, são apresentadas a seguir, onde y é o módulo secante Ec e x, a relação a/aglom. - calcário ⇒ y = -18,779.ln(x) + 19,748 R2 = 0,9644 - diabásio ⇒ y = -9,8634.ln(x) + 38,169 R2 = 0,8185 - granito ⇒ y = -23,291.ln(x) + 11,430 R2 = 0,9944 5.3.1 Relação entre o Módulo de Elasticidade (Ec) e a Resistência à Compressão (fc) Sabe-se que os valores para o módulo de elasticidade do CAD, embora sejam superiores aos dos concretos convencionais, não crescem na mesma proporção que sua resistência à compressão. Além disto, nem sempre os concretos de maior resistência são os que apresentam maior módulo de elasticidade. Tal fato foi verificado nos resultados obtidos na pesquisa experimental, conforme mostra a figura 5.16. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 114 70 Ec (GPa) 60 50 40 30 20 70 75 80 85 90 95 100 fc (MPa) Diabásio Calcário Granito FIGURA 5.16 – MÓDULO DE ELASTICIDADE EC (GPa) X RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO fc (MPa) Isto ocorre devido à importância do tipo de agregado nos resultados de módulo de elasticidade dos concretos de alto desempenho, conforme constatada na análise de variância. Observa-se que para uma resistência à compressão, a diferença entre os concretos produzidos com diabásio e granito é em média 10GPa. Por esta razão, hoje há um consenso na bibliografia (BAALBAKI et al, 1991; KHAYAT e AÏTCIN, 1993; GOMES et al., 1996; AÏTCIN, 2000), que as equações que correlacionam simplesmente o módulo de elasticidade com a resistência à compressão, sem levar em conta o tipo de agregado, não são adequadas para aplicação em CAD. Assim, segundo AÏTCIN (2000), a melhor maneira para prever o módulo de elasticidade de CAD é determinando as correlações a partir de estudos experimentais com os agregados a serem empregados. Desta maneira, as curvas apresentadas na figura 5.16 foram ajustadas com o modelo potencial, que apresentou a melhor aproximação com o comportamento real das curvas. As equações para estimativa do módulo de elasticidade em função da resistência à compressão aos 28 dias, para cada tipo de agregado, são apresentadas a seguir, onde y é o módulo secante Ec e x, a resistência fc28, para a faixa de 70MPa < fc28 < 100MPa: Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 - calcário ⇒ y = 2522 . x0,64 R2 = 0,9890 - diabásio ⇒ y = 18164 . x0,23 R2 = 0,6914 - granito ⇒ y = 1970 . x0,67 R2 = 0,9878 115 A figura 5.17 apresenta a comparação entre a previsão do módulo de elasticidade a partir da resistência à compressão feita por diferentes equações propostas na bibliografia (ver item 2.7.3) e as equações obtidas experimentalmente. 65 Carrasquillo Iravani ACI 318 MC90 - CEB NBR 6118 Calixto Dal Molin Gomes EC2-92 calcário diabásio granito 60 Ec (Gpa)) 55 50 45 40 35 30 60 70 80 90 100 110 fc28 (MPa) FIGURA 5.17 – CORRELAÇÃO ENTRE O MÓDULO DE ELASTICIDADE E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO POR DIFERENTES EQUAÇÕES Conforme a figura 5.17, verifica-se que a previsão com base nas correlações apenas entre o módulo de elasticidade e a resistência à compressão não conseguem abranger os efeitos do tipo de agregado empregado. O próprio ACI 363R-92 (2001) alerta que os desvios dos valores estimados a partir das equações empíricas são altamente dependentes das características dos agregados graúdos. Ainda, confirma-se que a norma NBR 6118 (1978) superestima os valores de módulo quando empregada em concretos de alta resistência, em concordância com os resultados de vários pesquisadores, entre eles GOMES et al. (1996). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 116 5.4 COMPARAÇÃO COM A BIBLIOGRAFIA As tabelas a seguir (Tabelas 5.11 e 5.12) mostram uma análise comparativa entre os dados experimentais apresentados nesta pesquisa e os resultados obtidos por outros pesquisadores. O objetivo desta análise é verificar se os resultados obtidos para os concretos produzidos com os materiais da região apresentam consistência com os resultados de estudos semelhantes em outras regiões do país. TABELA 5.11 – COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE CAD OBTIDOS NA PESQUISA E POR OUTROS PESQUISADORES – CONCRETOS CONTENDO CIMENTO ARI, A/AGLOM 0,28 E SÍLICA ATIVA, AGREGADOS DIFERENTES DAL MOLIN (1995) ALVES (2000) Basalto Basalto Calcário Diabásio Granito 3 50,8 54,8 61,2 59,8 64,0 7 63,5 60,1 68,4 64,2 75,4 28 80,7 74,8 86,6 84,9 94,1 ft,sp (MPa) 28 6,4 5,7 5,6 5,7 5,5 Ec (Gpa) 28 36,8 - 43,5 49,9 40,9 ENSAIO fc (MPa) IDADE (DIAS) RESULTADOS EXPERIMENTAIS NOTA: DAL MOLIN (1995) e ALVES (2000) utilizaram adição de 10% de sílica ativa; os concretos dos resultados experimentais contêm 8% de sílica ativa como substituição à massa de cimento. Analisando a tabela 5.11 pode-se observar que todos os concretos produzidos na pesquisa experimental, no geral, apresentaram desempenho ligeiramente superior quanto à resistência à compressão e módulo de elasticidade. Desta forma, conclui-se que os resultados aqui obtidos se apresentaram consistentes e em concordância com o que se têm obtido em um dos mais reconhecidos núcleos de pesquisa em CAD no país. A explicação para a consistência dos resultados deve-se à busca pela otimização dos traços e dosagens com os materiais locais, com base nos fundamentos contidos no trabalho de DAL MOLIN (1995) e na experiência prática sobre a aplicação dos métodos de dosagem para CAD desenvolvida por ALVES (2000). Dissertação de Mestrado TABELA 5.12 TIPO DE AGREGADO – Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 117 COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE CAD OBTIDOS NA PESQUISA E OS OBTIDOS POR PEREIRA NETO (1995) – CONCRETOS COM CIMENTO ARI, A/AGLOM 0,28, SÍLICA ATIVA E AGREGADOS DE MESMA MINERALOGIA PEREIRA NETO (1995) RESULTADOS EXPERIMENTAIS fc (MPa) ft,sp (MPa) ft,sp/fc (%) Ec (GPa) fc (MPa) ft,sp (MPa) ft,sp/fc (%) Ec (GPa) CALCÁRIO 79,86 5,9 7,4 38,9 86,6 5,6 6,5 43,5 DIABÁSIO 93,63 6,5 6,9 37,5 84,9 5,7 6,7 49,9 GRANITO 86,32 5,0 5,8 33,2 94,1 5,5 5,8 40,9 NOTA: PEREIRA NETO (1995) utilizou materiais da região de São Paulo (SP); nos resultados experimentais foram utilizados materiais da região de Curitiba (PR). Comparando os valores da tabela 5.12, observa-se que os concretos produzidos com agregados de mesma mineralogia não apresentaram o mesmo desempenho em cada propriedade ensaiada. Estes resultados levam à conclusão que além da mineralogia é preciso investigar a qualidade do agregado, pois podem existir diferenças significativas entre agregados de mesma mineralogia mas de procedências diferentes. No geral, os resultados experimentais apresentaram-se coerentes e compatíveis com os obtidos na bibliografia citada. Por fim, como este trabalho investigou os agregados mais freqüentemente utilizados e que se mostram adequados à utilização de CAD, pesquisas devem continuar para o mapeamento da capacidade dos demais agregados para execução de CAD, de modo a fornecer um panorama mais amplo às futuras aplicações da técnica. 5.5 CONSUMO DE MATERIAIS POR M³ DE CONCRETO A seguir serão feitas algumas considerações sobre o consumo de materiais e o custo dos concretos produzidos na pesquisa experimental. Primeiramente, cabe lembrar que todos os concretos foram produzidos com consumos similares de materiais, uma vez que a quantidade de agregado graúdo (em massa) foi mantida constante para os concretos com mesma relação a/aglom e as pequenas variações no traço são decorrentes das diferenças entre as massas específicas Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 118 dos agregados. Desta forma, optou-se por realizar a comparação de custos apenas com os concretos produzidos com granito, uma vez que apresentaram as maiores resistências. Esta análise estará focada no custo básico dos materiais, pois se considera que o processo de fabricação do CAD em central de concreto não agrega valores substancialmente maiores que o concreto convencional a longo prazo, já que são necessários apenas pequenos ajustes de silos e na mistura. Pela necessidade de rigor no controle e cura, há possivelmente acréscimos de custo provavelmente pouco significativos, que deverão ser objeto de pesquisa específica. Para efeito de fornecimento de uma primeira aproximação, visando contribuir à comunidade técnica local com subsídios para início da absorção das vantagens da técnica do CAD, uma análise comparativa baseada no custo dos materiais é uma ferramenta útil e complementar aos estudos de parâmetros mecânicos. A tabela 5.13 apresenta o consumo de material por m³ de concreto para os quatro traços produzidos com granito. TABELA 5.13 – CONSUMO DE MATERIAL POR M³ DE CONCRETO, EM KG TRAÇO A/AGLOM CONSUMO DE MATERIAIS (KG) fc (MPa) CIMENTO SÍLICA(1) AREIA BRITA ÁGUA ADITIVO 1:5,2 0,35 77,7 362 31 839 1053 138 12,38 1:4,5 0,31 83,6 409 35 796 1055 137 13,92 1:4,0 0,28 94,1 455 39 745 1059 138 15,71 1:3,6 0,26 99,2 486 42 722 1052 137 19,52 NOTA: (1) nos concretos foi utilizada sílica ativa em substituição a 8% da massa de cimento. O consumo de cimento por m³ de concreto variou de 362 kg/m³ a 486 kg/m³, para resistências entre 77,7MPa e 99,2MPa. Este consumo máximo de 486 kg/m³ está dentro dos padrões recomendados para concretos de alto desempenho, tanto do ponto de vista técnico quanto econômico. Ainda, as resistências médias obtidas para cada traço foram maiores que os níveis de resistência estimados inicialmente (Tabela 4.1). Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 119 A figura 5.18 mostra o consumo de cimento para os diversos traços de concreto produzidos com granito. 550 cimento (kg/m³) 500 486 455 450 409 400 362 350 300 250 0,25 0,27 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 a/aglom FIGURA 5.18 – CONSUMO DE CIMENTO POR M³ DOS DIVERSOS TRAÇOS COM GRANITO Cabe ressaltar que a otimização das dosagens levou à produção de concretos com resistência medida em corpo-de-prova de 102,7MPa e média de 99,2MPa, com consumo máximo de apenas 486 kg/m³ de cimento e 31 kg/m³ de sílica ativa, abaixo do patamar de 500 kg/m³. Isto contribui significativamente para a diminuição dos problemas de ordem técnica, como fissuras de retração hidráulica e de calor de hidratação, bem como na economia alcançada pela redução do custo do concreto, uma vez que o cimento tem uma parcela expressiva no valor final do m³ do material. A figura 5.19 mostra a relação resistência x consumo de cimento para estes concretos. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 120 550 486 cimento (kg/m³) 500 455 450 409 400 362 350 300 250 70 75 80 85 90 95 100 105 fc (MPa) FIGURA 5.19 – RELAÇÃO ENTRE A RESISTÊNCIA E O CONSUMO DE CIMENTO PARA OS CONCRETOS COM GRANITO. Para a composição dos custos destes concretos (Tabela 5.14), serão considerados os seguintes valores (com base nos preços, posto em obra, em R$ referentes a setembro de 2002 – com o dólar cotado em R$ 3,80 reais ): Cimento CPV-ARI ⇒ R$ 0,34 / kg Sílica ativa ⇒ R$ 1,13 / kg Areia ⇒ R$ 19,00 / m³ Brita ⇒ R$ 18,00 / m³ Aditivo SP ⇒ R$ 4,00 / kg TABELA 5.14 – COMPOSIÇÃO DE CUSTOS DOS MATERIAIS PARA OS CONCRETOS COM GRANITO TRAÇO A/AGLOM fc (MPa) CUSTO R$/M³ 1:5,2 0,35 77,7 226,25 1:4,5 0,31 83,6 251,62 1:4,0 0,28 94,1 277,39 1:3,6 0,26 99,2 304,26 NOTA: a sílica ativa foi usada em substituição a 8% da massa de cimento. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 121 Nas figuras a seguir (Figura 5.20 e 5.21) são apresentados os gráficos de custo do m³ dos concretos em função das resistências obtidas e a relação custo/benefício expressa em R$/MPa, para os concretos de alto desempenho produzidos na pesquisa em comparação com concretos convencionais fornecidos no mercado. 400,00 350,00 304,26 R$ / m³ 300,00 277,39 251,62 250,00 226,25 200,00 155,27 150,00 126,42 100,00 26,6 36,6 77,7 83,6 94,1 99,2 fc (MPa) FIGURA 5.20 – CUSTO DO M³ DOS CONCRETOS CAD E CCV (R$/M³) 8,0 7,0 R$ / MPa 6,0 5,0 4,75 4,24 4,0 3,0 2,91 3,01 2,95 3,07 77,7 83,6 94,1 99,2 2,0 1,0 0,0 26,6 36,6 fc (MPa) FIGURA 5.21 – RELAÇÃO CUSTO/BENEFÍCIO DOS CAD X CCV (R$/MPa) Os dois concretos apresentados na figura 5.20 (fc 26,6MPa e 36,6MPa), correspondem a fck 20MPa e 30MPa, com custo de R$126,42 e R$155,27 respectivamente. Cabe ressaltar que estes dados foram obtidos junto à concreteira, referentes apenas aos custos das matérias primas para a composição dos mesmos. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 122 Percebe-se, então, que a relação custo/benefício destes concretos (4,75 R$/MPa e 4,24 R$/MPa) é maior que os apresentados pelos concretos de alto desempenho, cujos valores estão na ordem de 3,00 R$/MPa, tornando-se atraentes do ponto de vista econômico. Por exemplo, comparando-se os dois concretos, de 26,6MPa e 77,7MPa, nota-se que o aumento no custo do m³ do CAD é da ordem de 79% em relação ao primeiro, entretanto o CAD é 2,5 vezes mais resistente e apresenta um custo/benefício 63% menor que o do concreto convencional. Conclui-se que, embora o custo unitário do m³ do CAD seja mais caro, o volume total a ser utilizado pode ser bem menor, considerando-se as vantagens devidas a maior resistência (e menor custo/benefício), como a redução no tamanho dos elementos estruturais, principalmente as seções transversais dos pilares, que juntamente com a possibilidade de maiores vãos gerando áreas úteis maiores com conseqüentes vantagens econômico-comerciais e funcionais. A outra conseqüência desta diminuição de volume de concreto é a natural redução dos esforços nas fundações, permitindo economia nas soluções. Sob um ponto de vista subjetivo, devese lembrar que os ganhos de resistência permitem maior criatividade às soluções estruturais, gerando condições para que arquitetos, engenheiros de estruturas e fundações criem alternativas funcionais e estéticas novas, além de permitir a oportunidade de serem empregados sistemas construtivos mais rápidos. E por fim, não apenas pela elevação da resistência, mas principalmente pelo aumento de durabilidade, o CAD se mostra o material mais apropriado para garantir uma maior vida útil às estruturas. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 123 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho teve como objetivo principal produzir concretos de alto desempenho com os agregados graúdos comumente empregados na Região Metropolitana de Curitiba, na forma em que se encontram disponíveis no mercado. Para isto, foram estudadas algumas propriedades mecânicas destes concretos: resistência à compressão axial, resistência à tração por compressão diametral e módulo de elasticidade, com maior ênfase na primeira, por se tratar de uma propriedade fundamental do concreto a partir da qual as demais podem ser correlacionadas. Procurou-se, ainda, avaliar o potencial dos agregados graúdos selecionados, quanto ao desempenho na resistência à compressão do CAD, bem como investigar a influência da mineralogia desses materiais nas propriedades mecânicas do CAD. Com base nos resultados obtidos neste trabalho, procurou-se estabelecer correlações entre as propriedades mecânicas estudas, com o objetivo de fornecer aos engenheiros e projetistas subsídios para o cálculo e produção de CAD em futuras obras na Região Metropolitana de Curitiba. As conclusões apresentadas a seguir, embora não devam ser tomadas de maneira absoluta, pois se referem apenas aos dados obtidos dos concretos produzidos com os agregados investigados neste trabalho, servem como base um melhor conhecimento do comportamento dos CAD produzidos com os materiais regionais. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 124 6.1 CONCLUSÕES Considerando as condições de ensaio, a metodologia utilizada, os resultados obtidos nos ensaios mecânicos e os dados das análises estatísticas, pode-se chegar às seguintes conclusões: • É possível produzir concretos de alto desempenho com os materiais locais de Curitiba, utilizando-os da maneira em que são fornecidos, sem a necessidade de promover alterações em suas características iniciais. • Os três agregados graúdos investigados (calcário, diabásio e granito) mostraram-se adequados para produção de concretos de alto desempenho com resistências na faixa de 85 MPa. • O melhor desempenho foi obtido com o granito (Dmáx = 25mm), atingindo resistências da ordem de 100 MPa; sendo, portanto, o agregado recomendado para uso em concretos de alto desempenho. • O método de dosagem mostrou-se adequado e de fácil aplicação para produção de CAD, possibilitando a otimização das dosagens em função de menores consumos de cimento, conforme constatado por ALVES (2000). • O consumo de cimento variou de 362 a 486 kg por m³, para resistências médias no intervalo de 70 a 100 MPa, estando abaixo do limite de 500 kg/m³ recomendado pela bibliografia. • Quanto à influência dos agregados nas propriedades mecânicas do CAD, foi comprovado estatisticamente que o tipo de agregado exerce influência significativa tanto na resistência à compressão como no módulo de elasticidade. Entretanto, não foi comprovada a influência dos agregados na resistência a tração por compressão diametral. • Quanto à resistência à compressão, cabe destacar que não foram constatadas diferenças significativas entre os concretos com calcário e diabásio para baixas idades. Somente a partir dos 28 dias a diferença passa a ser significativa. Dissertação de Mestrado • Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 125 Foi comprovado estatisticamente, que para relações a/aglom < 0,35, o tipo de agregado passa a não ter efeito significativo na resistência à compressão, indo de acordo com os raciocínios já estabelecidos para concreto convencional. • A evolução do crescimento da resistência apresentou comportamento muito próximo para os três agregados. A relação fc/fc28 foi em média 0,69 (3 dias) e 0,81 (7 dias). • Quanto à resistência à tração por compressão diametral, estatisticamente não há diferença significativa entre os resultados obtidos com os diferentes agregados para relações a/aglom > 0,26. • A relação ft,sp/fc para a idade de 28 dias manteve-se na faixa de 6,5 a 7,0%, dentro dos limites encontrados na bibliografia. • Quanto ao módulo de elasticidade dos concretos estudados, estes apresentaram valores superiores aos comumente obtidos em concretos convencionais, da ordem de 36 a 52 GPa, comprovando a grande influência do tipo de agregado nesta propriedade. • Constatou-se que o concreto produzido com granito apresentou as maiores resistências à compressão e, entretanto, os menores valores de módulo de elasticidade. A situação inversa foi verificada com o diabásio (menor resistência à compressão e maior módulo de elasticidade). • Confirma-se, portanto, que o uso de equações para cálculo do Ec a partir de fc não é apropriado para estimativa do módulo de elasticidade no CAD, sendo recomendada a determinação do seu valor através de ensaio, em concordância com os resultados obtidos por outros pesquisadores. • Em resumo, os resultados obtidos nos ensaios desta pesquisa apresentaram-se compatíveis e consistentes com os valores encontrados na bibliografia. • Por fim, com relação a custos, embora o custo unitário do m³ do CAD seja mais caro que do concreto convencional, o volume total a ser utilizado pode Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 126 ser bem menor, considerando-se sua maior resistência e menor relação custo/benefício (R$/MPa), com conseqüentes vantagens econômicocomerciais e funcionais. 6.2 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS • Investigar as propriedades relacionadas à durabilidade, principalmente quanto à reação álcali-agregado, ataque por sulfatos, penetração de íons cloretos e carbonatação, para os concretos de alto desempenho produzidos com os mesmos materiais. • Produzir concretos com outros tipos de agregados graúdos, disponíveis na região de Curitiba, de forma a mapear a capacidade dos agregados locais para utilização em CAD, fornecendo um panorama mais amplo às futuras aplicações. • Estudar o emprego de aditivos superplastificantes à base de polímeros e/ou o uso combinado de um aditivo plastificante e um superplastificante no CAD, de modo a verificar a viabilidade técnica e econômica destas soluções, comparando com os resultados obtidos nos concretos produzidos. • Estudar a influência da granulometria dos agregados graúdos nas propriedades do CAD, para as relações água/aglomerante aqui utilizadas, verificando-se principalmente a resistência máxima desses concretos em função da alteração na dimensão máxima dos agregados em comparação com os resultados aqui encontrados. • Estudar a aplicação de outros métodos de dosagem para CAD, empregandose os mesmos materiais, e comparar com o método de dosagem utilizado na pesquisa. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 127 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ADDIS, B. J.; ALEXANDER, M. G. A method of proportioning trial mixes for highstrength concrete. ACI-SP-121, 1990. p. 287-308. AGNESINI, M. V. C.; SILVA, L. F. Dosagem de microconcretos e concretos de elevado desempenho – estudo de caso. In: INTERNATIONAL CONGRESS ON HIGHPERFORMANCE CONCRETE, AND PERFORMANCE AND QUALITY OF CONCRETE STRUCTURES, 1st., 1996, Florianópolis. Anais... Florianópolis, SC, Jun. 1996. p. 167-177. AÏTCIN, P. C.; NEVILLE, A. 120 MPa sem mistério. Revista Téchne, São Paulo, v. 3, n. 19, p. 29-33, nov/dez. 1995. AÏTCIN, P. -C. Concreto de Alto Desempenho. Trad. Geraldo G. Serra. São Paulo, ed. PINI, 2000, p. 667. AÏTCIN, P.-C.; MEHTA, P. K., Effect of coarse-aggregate characteristics on mechanical properties of high-strength concrete, ACI Materials Journal, v. 87, n. 2, p. 103-107, Mar./Apr. 1990. AÏTCIN, P. -C.; JOLICOEUR, C.; MACGREGOR, J. G. 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Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 137 ANEXOS • ANEXO 1 – Estudos preliminares de compatibilidade cimento-aditivo para escolha do superplastificante de melhor desempenho. • ANEXO 2 – Resultados dos Ensaios. • ANEXO 3 – Análise Petrográfica das Rochas. Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 ANEXO 1 ESTUDOS PRELIMINARES DE COMPATIBILIDADE CIMENTO-ADITIVO PARA ESCOLHA DO SUPERPLASTIFICANTE DE MELHOR DESEMPENHO. TABELA 1A - CARACTERIZAÇÃO DOS ADITIVOS SUPERPLASTIFICANTES ADITIVOS BASE QUÍMICA PH DENSIDADE (kg/dm3) TEOR DE SÓLIDOS (%) Aditivo A Naftaleno 8,6 1,19 38 Aditivo B Naftaleno 9,3 1,22 41 Aditivo C Melanina 8,0 1,13 22 Aditivo D Naftaleno 7,7 1,21 38 FONTE: Laboratório de Materiais e Estruturas – LAME/LACTEC Ensaio de mini-slump - KANTRO Ensaio de mini-slump - KANTRO Relação a/c = 0,28; cimento CP-V ARI Relação a/c = 0,35; CP-V ARI; 8% sil. teores de aditivo: 1,0% - 1,5% - 2,0% 1% de sólidos em relação massa cimento 180 170 Área de Espalhamento (cm²) 250 200 150 100 50 0 10 min 30 min 60 min 160 150 140 130 120 110 100 90 80 90 min 10 min 30 min Intervalo (min) Aditivo A Aditivo B Aditivo D A - 1% A - 1,5% A - 2% Ensaio de Marsh 5 min 30 min 60 min 60 50 40 30 20 10 0 0,6 60 min 90 min Intervalo (min) Aditivo C Escoamento (s) Área de Espalhamento (cm²) 300 0,8 1,0 1,2 Teor de Aditivo A (% ) 1,5 2,0 C - 1% C - 1,5% C - 2% 138 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 139 ANEXO 2 RESULTADOS DOS ENSAIOS TABELA 1 – Resultados de Compressão Axial – Calcário - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 3d 0,26 0,28 0,31 0,35 TCS RCS TCS RCS TCS RCS TCS RCS 69,8 64,6 63,8 59,6 49,0 56,4 45,5 50,2 67,8 63,5 58,9 60,4 56,3 57,5 44,7 49,0 65,3 64,0 60,2 64,0 57,9 55,2 48,4 49,3 Média (MPa) 65,8 61,2 55,4 47,9 DP (MPa) 2,5 2,2 3,3 2,2 CV (%) 3,7 3,6 5,9 4,6 7d 72,1 76,6 64,8 67,8 62,2 67,2 58,7 54,3 75,1 71,9 68,3 71,1 57,3 66,3 61,6 57,6 76,7 72,9 69,6 68,8 66,1 67,1 60,3 59,9 Média (MPa) 74,2 68,4 64,4 58,7 DP (MPa) 2,2 2,1 3,9 2,6 CV (%) 3,0 3,1 6,1 4,4 28d 89,2 96,4 87,0 88,7 79,2 83,4 76,0 76,4 87,6 95,7 79,8 84,4 82,2 79,0 73,9 75,3 87,6 94,3 87,9 91,6 76,2 81,7 74,5 72,7 Média (MPa) 91,8 86,6 80,3 74,8 DP (MPa) 4,1 4,1 2,6 1,4 CV (%) 4,5 4,7 3,3 1,8 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 140 TABELA 2 – Resultados de Compressão Axial – Diabásio - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 3d 0,26 0,28 0,31 0,35 TDS RDS TDS RDS TDS RDS TDS RDS 61,0 66,1 57,5 60,6 51,3 55,8 50,3 48,7 64,5 64,9 58,5 59,2 47,0 53,2 47,5 47,1 64,0 64,1 61,1 61,8 50,2 54,6 48,1 50,0 Média (MPa) 64,1 59,8 52,0 48,6 DP (MPa) 1,7 1,7 3,2 1,3 CV (%) 2,7 2,8 6,2 2,7 7d 67,0 73,0 57,3 68,9 62,2 66,3 60,3 57,2 72,6 71,5 67,1 61,6 62,4 65,9 57,9 61,5 75,4 75,5 61,6 68,9 60,7 65,5 61,3 55,7 Média (MPa) 72,5 64,2 63,8 59,0 DP (MPa) 3,1 4,8 2,4 2,4 CV (%) 4,3 7,4 3,7 4,1 28d 89,3 91,6 81,9 86,2 71,9 79,8 71,0 66,1 79,6 90,6 83,7 87,6 71,3 78,7 68,5 73,6 81,8 92,8 81,7 88,3 70,7 78,5 72,5 73,5 Média (MPa) 87,6 84,9 75,2 70,9 DP (MPa) 5,5 2,9 4,3 3,0 CV (%) 6,3 3,4 5,7 4,2 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 141 TABELA 3 – Resultados de Compressão Axial – Granito - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 3d 0,26 0,28 0,31 0,35 TGS RGS TGS RGS TGS RGS TGS RGS 65,3 69,7 58,5 65,2 60,4 61,5 50,0 50,9 66,8 68,2 66,3 66,3 55,5 62,6 51,3 49,4 67,5 66,8 62,0 65,6 56,6 63,7 50,1 51,8 Média (MPa) 67,4 64,0 60,1 50,6 DP (MPa) 1,5 3,1 3,3 0,9 CV (%) 2,2 4,9 5,5 1,8 7d 77,1 74,0 75,9 76,7 71,5 71,3 64,5 66,1 79,2 74,6 69,3 78,3 67,9 70,2 64,8 68,3 78,3 80,0 76,2 75,8 68,7 70,9 64,4 66,8 Média (MPa) 77,2 75,4 70,1 65,8 DP (MPa) 2,5 3,1 1,5 1,6 CV (%) 3,2 4,1 2,1 2,4 28d 97,5 100,7 92,0 97,0 79,7 86,5 74,1 80,9 97,4 102,7 97,4 96,4 81,4 85,9 79,6 81,0 96,7 99,9 87,0 94,9 83,0 84,8 76,8 74,0 Média (MPa) 99,2 94,1 83,6 77,7 DP (MPa) 2,3 4,0 2,7 3,2 CV (%) 2,4 4,2 3,2 4,2 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 142 TABELA 4 – Resultados de Tração por Compressão Diametral – Calcário - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 28d 0,26 0,28 0,31 0,35 TCS RCS TCS RCS TCS RCS TCS RCS 7,0 6,7 5,8 5,5 5,9 6,2 5,6 5,0 7,0 6,6 6,5 5,6 5,2 5,7 5,6 5,2 5,9 6,6 5,7 4,5 5,0 5,2 5,0 4,4 Média (MPa) 6,6 5,6 5,5 5,1 DP (MPa) 0,4 0,6 0,5 0,5 CV (%) 6,1 11,5 8,5 8,8 TABELA 5 – Resultados de Tração por Compressão Diametral – Diabásio - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 28d 0,26 0,28 0,31 0,35 TDS RDS TDS RDS TDS RDS TDS RDS 7,5 6,5 6,0 6,1 5,9 5,2 6,1 5,2 7,0 6,1 6,0 6,0 5,7 5,4 6,3 4,5 6,6 6,1 4,5 5,7 5,6 5,5 5,2 3,9 Média (MPa) 6,6 5,7 5,6 5,2 DP (MPa) 0,5 0,6 0,2 0,9 CV (%) 8,2 10,7 4,4 17,6 TABELA 6 – Resultados de Tração por Compressão Diametral – Granito - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 28d 0,26 0,28 0,31 0,35 TGS RGS TGS RGS TGS RGS TGS RGS 6,1 6,6 5,2 6,2 5,6 5,9 5,3 5,2 6,6 6,6 5,6 5,8 5,3 5,6 5,7 4,5 6,0 6,5 5,4 5,0 4,9 5,5 5,1 4,1 Média (MPa) 6,4 5,5 5,5 5,0 DP (MPa) 0,3 0,4 0,3 0,6 CV (%) 4,3 7,8 6,2 11,7 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 143 TABELA 7 – Resultados de Módulo de Elasticidade – Calcário - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 28d 0,26 0,28 0,31 0,35 TCS RCS TCS RCS TCS RCS TCS RCS 47,1 44,1 45,6 41,2 42,1 39,4 41,0 39,2 48,1 42,3 43,4 43,8 44,5 38,6 40,4 38,8 Média (GPa) 45,4 43,5 41,9 39,9 DP (GPa) 2,7 1,8 2,7 1,0 CV (%) 5,9 4,2 6,5 2,6 TABELA 8 – Resultados de Módulo de Elasticidade – Diabásio - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 28d 0,26 0,28 0,31 0,35 TDS RDS TDS RDS TDS RDS TDS RDS 52,7 50,1 50,6 47,6 51,3 47,6 48,0 47,2 53,5 51,7 51,7 49,6 52,3 48,6 50,8 48,4 Média (GPa) 52,5 49,9 50,0 48,6 DP (GPa) 1,5 1,7 2,2 1,0 CV (%) 2,8 3,5 4,4 2,6 TABELA 9 – Resultados de Módulo de Elasticidade – Granito - Parâmetros Estatísticos IDADE (DIAS) 28d 0,26 0,28 0,31 0,35 TGS RGS TGS RGS TGS RGS TGS RGS 44,9 40,9 41,5 41,2 38,4 37,4 36,5 35,6 46,6 39,7 38,7 42,2 40,6 37,6 34,7 37,4 Média (GPa) 43,0 40,9 38,5 36,1 DP (GPa) 3,3 1,5 1,5 1,2 CV (%) 7,6 3,7 3,8 3,2 Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 144 ANEXO 3 ANÁLISE PETROGRÁFICA DAS ROCHAS AMOSTRA 1: Características Macroscópicas: Rocha de coloração cinza-médio, melanocrática, de granulação fina a média, com cristais inequigranulares, formada essencialmente por feldspatos. A estrutura da rocha é maciça com presença de minerais entre maiores com até 4,0 mm em meio a uma matriz equigranular, com tamanho médio de 0,5 mm. Características Microscópicas: rocha de textura faberítica inequigranular de estrutura maciça, isótropa, sem orientação mineralógica. Estado microfissural incipiente a inexistente, não se observando qualquer fraturamento na amostra. Grau de alteração baixo ou inexistente. Mineralogia: microclínio (35%), clorita (5%), plagioclásio-andesina (20%), biotita (3%), hornblenda (15%), quartzo (10%), piroxênio-augita (3%), óxidos de ferro, zircão e apatita (traços). Classificação: Rocha ígnea plutônica, formada pela cristalização do magma em profundidade. Segundo classificação, trata-se de um quartzo monzonito, vendido comercialmente como granito, devido às propriedades semelhantes de seus compostos mineralógicos. Análise das imagens: predomínio de minerais félsicos (cinzas) sobre minerais máficos (coloridos). (a) (b) FIGURA 1C - Imagem micrográfica com falsa cor – (a) luz normal ; (b) luz polarizada FONTE: Departamento de Geologia – Setor de Ciências da Terra - UFPR Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 145 AMOSTRA 2: Características Macroscópicas: Rocha de coloração cinza-escuro, melanocrática, de granulação fina (< 0,8 mm), formada essencialemente por plagioclásios ripiformes milimétricos e piroxênios anédricos. A estrutura da rocha é maciça com presença subordinada de pequenas manchas de coloração preta. Características Microscópicas: rocha de textura subofítica, de estrutura maciça, isótropa, sem orientação mineralógica. Estado microfissural incipiente, caracterizado principalmente por fraturas ou microfissuras nos cristais de piroxênio e/ou plagioclásio. Grau de alteração moderado, com argilização dos cristais de piroxênio. O estágio de alteração atingiu também os plagioclásios. Mineralogia: labradorita (45%), óxidos de ferro (10%), augita (35%), opacos (5%), zeólitas, clorita e argilo-minerais (traços). Classificação: Rocha ígnea vulcânica de composição básica formada pela cristalização do magma na superfície ou muito próximo à superfície. Segundo classificação, trata-se de um basalto ou micrograbo (dependendo da forma em que a rocha está ocorrendo), podendo ser denominada também de diabásio (como é conhecido comercialmente na região). Análise das imagens: os cristais de labradorita em meio a matriz constituída por cristais menores de labradorita, augita e opacos (óxidos de ferro). (a) (b) FIGURA 2C - Imagem micrográfica com falsa cor – (a) luz normal ; (b) luz polarizada FONTE: Departamento de Geologia – Setor de Ciências da Terra - UFPR Dissertação de Mestrado Sandro Eduardo da Silveira Mendes PPGCC/UFPR 2002 146 AMOSTRA 3: Características Macroscópicas: Rocha de coloração cinza-claro, com granulação entre 0,1 e 0,4 mm, com cristais equigranulares, finos e estrutura maciça, homogênea e monomineralógica. Características Microscópicas: rocha de textura granoblástica, de estrutura maciça, isótropa, sem orientação mineralógica. Estado microfissural com importante fraturamento caracterizado Poe estar intergranular, possuir diferentes direções e serem preenchidos (selados) por carbonato. Grau de alteração baixo a inexistente. Mineralogia: carbonatos - calcita e dolomita (98%). Devendo haver predomínio de dolomita sobre calcita, uma vez que não ocorre efervescência sob ataque de HCl a frio. Classificação: Rocha metamórfica de composição essencialmente cálcica, produto de metamorfismo de baixo grau sobre rochas calcárias. Segundo classificação, trata-se de mármore dolomítico ou metadolomito, podendo ser denominado calcário dolomítico (como é conhecido comercialmente na região). Análise das imagens: as imagens mostram a relação existente entre os grãos de carbonatos. (a) (b) FIGURA 3C - Imagem micrográfica com falsa cor – (a) luz normal ; (b) luz polarizada FONTE: Departamento de Geologia – Setor de Ciências da Terra - UFPR