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UNIVERSIDADE TUITI DO PARANÁ

ANDRÉ LUIZ OLIVEIRA DE SOUSA

THYAGO ARAÚJO PETERS

ANÁLISE DE UMA VIGA BI-APOIADA DE CONCRETO ARMADO COM A SUBSTITUIÇÃO DO AGREGADO BRITA POR ARGILA

EXPANDIDA

CURITIBA

2016

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UNIVERSIDADE TUITI DO PARANÁ

ANDRÉ LUIZ OLIVEIRA DE SOUSA

THYAGO ARAÚJO PETERS

ANÁLISE DE UMA VIGA BI APOIADA DE CONCRETO ARMADO COM A SUBSTITUIÇÃO DO AGREGADO BRITA POR ARGILA

EXPANDIDA

Trabalho final de conclusão apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Faculdade de Ciências Exatas da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Orientador: Ricardo Augusto Voss

Coorientadora: Daniela Evaniki Pedroso

CURITIBA

2016

3

DEDICATÓRIA

Dedico mais esta conquista à minha família, por estar sempre ao meu

lado nesta jornada, fazendo desse sonho realidade.

À minha esposa, pelo companheirismo, paciência e compressão.

À minha mãe, por acreditar em mim, me orientar, me inspirar, me dar

força e me fazer querer vencer.

André Luiz Oliveira De Sousa

Dedico este trabalho a toda minha família e amigos pelo apoio e

compreensão durante todo este percurso, onde por diversas vezes estive

ausente fisicamente, mas sempre presente em pensamento, em especial a

minha esposa por estar do meu lado durante todo este período de trabalho e

estudos.

Thyago Araujo Peters

4

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradecemos a DEUS pela oportunidade, pela saúde e

pela força. Assim sendo possível acreditar, realizar sonhos e alcançar nossos

objetivos.

Agradecemos aos professores pela contribuição aos conhecimentos

adquiridos no decorrer deste curso, em especial aos orientadores deste

trabalho de conclusão Ricardo Augusto Voss e Daniela Evaniki Pedroso, pela

orientação para a realização do projeto, assim como ao técnico de laboratório

José Vitor Furtado, pelo auxilio e disponibilidade apresentada.

5

RESUMO

O concreto leve é atualmente uma alternativa na execução de obras

modernas onde se buscam versatilidade e economia, com isso o uso da argila

expandida vem sendo a cada dia mais aprimorado, buscando o

aperfeiçoamento do concreto leve estrutural.

Este trabalho faz um breve levantamento histórico do uso dos concretos

leves no mundo, apresenta as principais características e propriedades da

argila expandida que é classificada como um agregado leve. A fim de

aprofundar o estudo, este trabalho apresenta a determinação de três traços

distintos de concreto, verificando e analisando a utilização da argila expandida

como agregado graúdo em substituição do agregado natural. Para tal analise

foram moldados em laboratório corpos de prova dos traços encontrados e

posteriormente foram realizados ensaios de compressão axial com o intuído de

verificar as devidas resistências para as idades de 7, 14 e 28 dias.

Outro ponto abordado no trabalho faz o comparativo de custos entre os

três traços determinados, com o intuito de obter parâmetros financeiros de

viabilidade na utilização dos concretos analisados. Por fim é feita a analise de

uma viga bi apoiada de um projeto fictício, utilizando os parâmetros

encontrados do concreto convencional frente aos parâmetros do concreto leve

com argila expandida, onde a intenção foi verificar as quantidades de carga

suportadas pela estrutura assim como a influência da substituição dos

concretos na determinação da quantidade de aço necessária nas armaduras.

Palavras-chave: concreto leve, resistência a compressão, argila expandida.

6

ABSTRACT

Lightweight concrete is currently an alternative in the execution of

modern works where versatility and economy are sought, with which the use of

expanded clay has been increasingly improved, aiming at the improvement of

light structural concrete.

This work gives a brief historical survey of the use of lightweight

concretes in the world, presents the main characteristics and properties of the

expanded clay that is classified as a light aggregate. In order to deepen the

study, this work presents the determination of three distinct concrete traces,

verifying and analyzing the use of expanded clay as a large aggregate to

replace the natural aggregate. For this analysis, test specimens of the traces

found were molded in the laboratory and axial compression tests were carried

out with the aim of checking the resistance at the ages of 7, 14 and 28 days.

Another point discussed in the paper is the comparison of costs

between the three determined traits, with the purpose of obtaining financial

parameters of feasibility in the use of the analyzed concrete. Finally, the

analysis of a bi-supported beam of a specific project is done, using the

parameters of conventional concrete against the parameters of light concrete

with expanded clay, where the intention was to verify the amount of load

supported by the structure as well as the influence of the Replacing the

concrete in determining the amount of steel needed in the reinforcement.

Key-words: lightweight concrete, compressive strength, expanded clay.

7

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – Porto de Costa, Itália.....................................................................18

FIGURA 2 - Coliseu de Roma ...........................................................................18

FIGURA 3 - Cúpula do Panteão de Roma.........................................................18

FIGURA 4 - Lançamento da embarcação USS Selma 1919.............................19

FIGURA 5 - Edifício da Southwestern Bell TelephoneCompany.......................21

FIGURA 6 - Hotel Chase-Park Plaza.................................................................21

FIGURA 7 -Instalações da Cinasa em Jundiaí SP............................................22

FIGURA 8 - Micrografia (MEV) dos agregados produzidos pelos processos de

sinterização (a) e forno rotativo (b)....................................................................25

FIGURA 9 - Micrografia (MEV) ilustrando o acúmulo de bolhas de ar ao redor

dos Agregados leve decorrente da alta absorção de água após a mistura dos

minerais.............................................................................................................29

FIGURA 10 - Concreto leve...............................................................................32

FIGURA 11 - Plataforma Troll............................................................................36

FIGURA 12 - Aspecto da estrutura interna dos agregados leves(MEV.

Micrografia no modo elétrons secundários com aplicação de 300x). ..........38

FIGURA 13 - Aspecto da estrutura interna dos agregados leves (Microscopia

ótica de transmissão com aplicação de 200x)...................................................38

FIGURA14 - Aspecto de argila expandida brasileira produzido pela empresa

CINEXPAN.........................................................................................................39

FIGURA 15 - Argila expandida 1506 ................................................................47 FIGURA 16 - Amostras dos agregados areia e argila para ensaio de massa unitária...............................................................................................................50 FIGURA 17 - Ensaio de peso específico da areia com frasco de Chapman.....51 FIGURA 18 - Mistura do concreto......................................................................56 FIGURA 19 - Amostra de argila expandida saturada........................................56 FIGURA 20 - Tronco de cone............................................................................57 FIGURA 21 - Corpos de prova de concreto.......................................................58 FIGURA 22 - Guaria de subestação de energia................................................59 FIGURA 23 -Projeto de forma da guarita ..........................................................60

FIGURA 24 – Comparativo de resistência das amostras..................................65

FIGURA 25 - Áreas de influência da laje sobre as vigas...................................69

8

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - Características de alguns agregados leves comerciais.................29

TABELA 2 - Lista de alguns documentos normativos sobre agregados leves e

concretos com agregados leves........................................................................31

TABELA 3 - Valores de referencia da massa especificados concretos leves

estruturais..........................................................................................................33

TABELA 4 - Valores correspondentes de resistência à compressão e massa

específica para concreto leve estrutural............................................................33

TABELA 5 - Absorção de água da argila expandida.........................................39

TABELA 6 - Características e propriedades da argila expandida......................39

TABELA 7 - Série de peneiras estabelecidas pela NBR NM 248 (ABNT,

2003)..................................................................................................................43

TABELA 8 - Análise granulométrica da areia natural........................................44

TABELA 9 - Análisegranulométrica da brita......................................................45

TABELA 10 - Análise granulométrica da argila expandida................................48

TABELA 11 - Resultados dos ensaios para determinação do traço de

concreto.............................................................................................................51

TABELA 12 - Traços de concretos executados do trabalho..............................55

TABELA 13 - Resistência a compressão e massa específica para concretos

leves...................................................................................................................62

TABELA 14 - Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 7

dias....................................................................................................................62

TABELA 15 - Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 14

dias....................................................................................................................63

TABELA 16 - Evolução de resistência a compressão com base na NBR 6118

(ABNT, 2014) item 12.3.3..................................................................................64

TABELA 17 - Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 28 dias

...........................................................................................................................64

TABELA 18 - Custos do concreto convencional ...............................................66

TABELA 19 - Custos do concreto leve..............................................................67

TABELA 20 - Custo do concreto leve com aditivo.............................................68

TABELA 21 - Envoltória de cargas....................................................................71

9

TABELA 22 -Peso especifico médio das amostras aos 28 dias.......................71

TABELA 23 - Planilha de armaduras para (C.C)...............................................72

TABELA 24 - Planilha de armaduras para (C.L.A)............................................73

TABELA 25 - Quantidade de barras de aço para (C.C).....................................74

TABELA 26 - Quantidade de barras de aço para (C.L.A)..................................74

TABELA 27 - Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.C).................75

TABELA 28 - Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.L.A)..............76

10

LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 - Curva granulométrica da areia natural........................................44

GRÁFICO 2 - Curva granulométrica da brita ....................................................46

GRÁFICO 3 - Curva granulométrica da argila expandida..................................48

GRÁFICO 4 - Evolução media de resistência a compressão dos distintos tipos

de cimento Portland...........................................................................................52

GRÁFICO 5 - Curva de ABRAMS dos cimentos...............................................54

GRÁFICO 6 - Comparativo de resistência final das amostras...........................64

11

LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS

ABCP

ABNT

CP

CC

CL

CLA

NBR

NM

MF

Associação Brasileira de Cimento Portland

Associação Brasileira de Normas Técnicas

Corpo de Prova

Concreto Convencional

Concreto Leve

Concreto Leve com Aditivo

Norma Brasileira

Normatização (Países do Mercosul)

Módulo de Finura

As = área tracionada de aço na seção;

As’ = área comprimida de aço na seção;

bw = largura da seção;

d = altura útil da seção;

h = altura total da seção;

x = posição da linha neutra;

fck = resistência característica à compressão do concreto;

fcd = resistência de cálculo à compressão do concreto;

fyd = resistência de cálculo ao escoamento do aço;

Fd = valor de cálculo da combinação das ações;

Fgk = cargas permanentes diretas (peso próprio, revestimento e alvenarias);

Mrd1, lim = Momento limite;

Ø= diâmetro da barra;

pap = massa unitária do agregado

Sd = desvio padrão

Ɣ = massa especifica

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 14

1.1. OBJETIVO GERAL ......................................................................................................... 15

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................. 15

1.3. JUSTIFICATIVA DO TEMA ............................................................................................. 15

1.4. EXLUSÃO DE ESCOPO .................................................................................................. 16

2. REFERÊNCIAL TEÓRICO ........................................................................ 17

2.1. HISTÓRICO DO CONCRETO LEVE .................................................................... 17

2. 1. 1. Agregado leve artificial ....................................................................................... 19

2.1.2. Concreto leve no Brasil ........................................................................................ 22

2.2. AGREGADO LEVE ....................................................................................................... 23

2.2.1. Definição do agregado leve ................................................................................. 23

2.2.2. Processo de fabricação .................................................................................................. 24

2.2.3. Estrutura interna do agregado leve .......................................................................... 26

2.2.4. Impurezas ............................................................................................................... 28

2.2.5. Porosidade e absorção de água ......................................................................... 28

2.2.6. Controle tecnológico ............................................................................................. 30

2.3. CONCRETO LEVE ....................................................................................................... 31

2.3.1. Definições e especificações ................................................................................ 31

2.3.2. Concreto leve estrutural ........................................................................................... 32

2.3.3. Concreto Leve de Alto Desempenho ................................................................. 35

2.3.4. Argila expandida Brasileira ................................................................................. 37

3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 42

3. 1. CARACTERISTICAS DOS AGREGADOS ....................................................... 42

3.1.1. Determinação Da Composição Granulométrica Dos Agregados .............. 42

3. 1. 1. 1. Amostra De Areia Natural ...................................................................... 43

3. 1. 1. 2. Amostra de brita .............................................................................................. 45

3. 1. 1. 3. Amostra de argila expandida ........................................................................ 46

3. 1. 2. Massa Unitária dos Agregados e Massa Específica do Agregado Miúdo . 49

3. 2. PROPRIEDADES E DOSAGEM DO CONCRETO PELO MÉTODO ABCP... 52

3. 2. 1. Definições ............................................................................................................ 52

3. 2. 2. Dosagem do concreto ........................................................................................ 52

3. 3. MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ............................................................... 55

13

3. 3. 1. Procedimento E Etapas Para Moldagem ........................................................ 55

3.4. CURA DO CONCRETO ............................................................................................... 57

3. 5. ANÁLISE VIGA BI-APOIADA .................................................................................... 58

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 61

4.1. TRAÇOS DE CONCRETO ............................................................................................... 61

4.2. ENSAIOS MECÂNICOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ............................................ 61

4.3. COMPARATIVO DE CUSTO .................................................................................. 66

4.4. ANÁLISE DE UMA VIGA BI-APOIADA ................................................................. 69

4.4.1. Definições De Projeto ......................................................................................... 69

4.4.2. Quantidade De Aço .......................................................................................... 72

4.4.3. Análise De Sobrecarga .................................................................................... 75

5. CONCLUSÃO .............................................................................................. 79

ANEXOS

ANEXO 1: Certificado de resistência a compressão.....................................................84

ANEXO 2: Certificado de calibração da prensa - pg1 ..................................................85

ANEXO 2: Certificado de calibração da prensa – pg2..................................................86

ANEXO 4: Autorização de uso do nome da empresa Cinexpan...................................87

14

1. INTRODUÇÃO

Com o desenvolvimento das grandes metrópoles e a evolução natural da

arquitetura das cidades, é possível observar a cada dia os avanços das

construções e assim notar prédios cada vez mais altos com estruturas mais

esbeltas e vigas mais longas em grandes vãos.

Um dos grandes desafios da construção civil e que o acompanha durante

toda sua história e evolução, é a necessidade de diminuir o peso de peças

estruturais mantendo ou aumentando a sua capacidade de carga, para isso a

utilização de concreto leve estrutural (CLE) vem sendo tema de estudo e

pesquisa nos últimos anos, pelo mundo.

O concreto leve é utilizado em obras de engenharia a mais de 1000 anos,

agregados de rochas vulcânicas e pedra pomes eram utilizados desde as

primeiras obras de engenharia no mundo. Devido a massificação,

industrialização dos materiais e reservas naturais, os concretos convencionais

são dominantes no mercado da construção civil e a resistência do mercado em

aplicar novas técnicas e materiais dificulta a utilização em massa do concreto

leve.

Para este trabalho foi definido que o traço de concreto leve seria feito

utilizando como agregado graúdo somente argila expandida, mas segundo

Rossingnolo (2006) para que o concreto seja considerado leve, o agregado

pode ser substituído de forma parcial ou total, ou seja, também é considerado

concreto leve traços que contenham agregados com massa especifica superior

à 1000kg/m³, desde que não ultrapassem o limite estipulado pela NBR NM35

na relação entre a resistência do concreto e sua massa especifica.

15

1.1. OBJETIVO GERAL

Dosar um traço de concreto convencional com resistência característica

fck = 25 MPa. Com base neste traço, moldar amostras com os agregados

convencionais (areia e brita) e amostras com a substituição do agregado brita

pelo agregado leve (argila expandida).

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Analisar o comportamento mecânico dos concretos obtidos, com base

somente nos ensaios de compressão.

• Realizar comparativo de custo para produção de 1m³ de concreto, com

base na quantidade de insumos necessários.

• Analisar uma viga bi apoiada quanto a quantidade de aço e capacidade

de sobrecarga, utilizando informações obtidas a partir dos traços que

alcançaram resistência mínima de 25 MPa.

• Verificar a viabilidade do uso do concreto leve em estruturas de concreto

armado considerando somente a quantidade de armadura.

1.3. JUSTIFICATIVA DO TEMA

A escolha do tema foi determinada, além da grande importância do

concreto no mercado da construção civil, devido ao nicho de mercado em que

o concreto leve se encontra, vemos a cada dia mais estudos relacionados a

este tipo de concreto, onde são utilizados em lajes, nivelamento de pisos,

paredes de fechamento, com funções térmicas e isolantes entre outros. Mas

quando se refere ao concreto leve estrutural com resistências acima dos

25MPa encontra-se certa dificuldade em encontrar dados específicos que

justifiquem a troca do concreto convencional pelo concreto leve, fazendo de

grande valia o registro e estudo de tal tema.

16

1.4. EXLUSÃO DE ESCOPO

Não é objetivo deste trabalho dimensionar e detalhar as vigas do

projeto, como também não é, analisar efeitos de cisalhamento, tração,

adensamento, cálculo de esforços e outros fatores não abordados.

1.5. DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA

Estudo de nível laboratorial de concreto leve obtido pela substituição da

brita por argila expandida 1506, provenientes das Regiões de Metropolitana de

Curitiba.

17

2. REFERÊNCIAL TEÓRICO

2.1. HISTÓRICO DO CONCRETO LEVE

Os primeiros registros conhecidos sobre a aplicação dos concretos com

agregados leves data de aproximadamente 1100 a.C., cerca de 3100 anos

quando construtores pré-colombianos, na cidade mexicana de El Tajin,

utilizaram uma mistura contendo pedra-pomes, ligante a base de cinzas

vulcânicas e cal para a construção de elementos com função estrutural

(ROSSIGNOLO, 2009).

Em que pese esses registros, as aplicações históricas mais conhecidas

de concretos com a utilização de agregados leves, foram executadas pelos

romanos, com a finalidade de reduzir as cargas nas estruturas, utilizaram

concretos que combinavam aglomerante a base de cal e rochas vulcânicas.

Destacam-se na Itália o Porto de Cosa, a cobertura do Panteão e o Coliseu de

Roma. (ROSSIGNOLO, 2009; ACI 213R-03, 2003).

O Porto de Cosa (Figura 1), em 273 a.C., construído a 140 km de Roma,

teve em sua obra na execução de quatro estruturas para atracação de

embarcações a utilização de concreto com agregados leves de origem

vulcânica. Cerca de dois mil anos essas estruturas resistiram as ações da

natureza, apresentando apenas sinais de abrasão em sua superfície e só

deixaram de ser utilizadas por conta do assoreamento do porto

(ROSSIGNOLO, 2009; McCann et al, 1987).

O Coliseu de Roma (Figura 2), anfiteatro para 50 mil espectadores

construído entre os anos de 75 a 80 a.C., especificamente na estrutura de

fundação e em diversas paredes foi utilizado concreto com agregados leves

(ROSSIGNOLO, 2009).

FIGURA 1. Porto de Cosa, Itália

FONTE: ROSSIGNOLO, 2

Outro exemplo histórico é a cobertura do Panteão de Roma (figura 3),

cúpula abobadada com 44 m de diâmetro. Reconstruída em 125 d.C.,

utilizando concreto com pedras

desempenho estrutural. O projeto da nova cúpula apresentava algumas

inovações, como valores variáveis de espessura e de massa específica do

concreto. Ainda hoje a cúpula encontra

(ROSSIGNOLO, 2009; ACI 213R

FIGURA 3. Cúpula do Panteão de Roma

FONTE: Google/Imagens

de Cosa, Itália FIGURA 2. Coliseu de Roma

: ROSSIGNOLO, 2009 FONTE: Google/Imagens



utilizando concreto com pedras-pomes, com a finalidade de melhorar seu

enho estrutural. O projeto da nova cúpula apresentava algumas


concreto. Ainda hoje a cúpula encontra-se em perfeito estado de conservação

(ROSSIGNOLO, 2009; ACI 213R-03, 2003).

GURA 3. Cúpula do Panteão de Roma

18



pomes, com a finalidade de melhorar seu

enho estrutural. O projeto da nova cúpula apresentava algumas


se em perfeito estado de conservação

19

2. 1. 1. Agregado leve artificial

O Engenheiro americano Stephen J. Hayde, fabricante de tijolos

cerâmicos, inventou o processo para obtenção de agregados expandidos.

Hayde observou em sua fabrica, que quando a etapa de aquecimento dos

fornos ocorria mais rápido que o usual, os tijolos se transformavam em

elementos expandidos, deformados e extremamente leves e que se reduzisse

as dimensões, esses “tijolos expandidos” poderiam ser utilizados como

agregados para produzir concretos leves com propriedades mecânicas

semelhantes as do concreto convencional.

Em 1918, depois de quase uma década de experimentos, o processo de

obtenção de agregados leves pelo aquecimento em forno rotativo de pequenas

partículas de xisto, argila e ardósia, foi patenteada por Hayde, denominada

Haydite (ACI 213R-03, 2003).

Durante a primeira Guerra mundial em 1918, ocorreram as primeiras

aplicações dos agregados leves artificiais produzidos por Hayde, quando o

American Emergency FleetBuilding Corporation construiu embarcações com

concreto leve. O USS Selma (Figura 4), é um exemplo dessas embarcações,

com 123,3 m de comprimento, utilizou em sua estrutura cerca de 2000 m³ de

concreto leve com argila expandida, com valores de resistência à compreensão

aos 28 dias de 28,5 Mpa e massa especifica de 1905 Kg/m³. (Holm e Bremner,

1994).

FIGURA 4. Lançamento da embarcação USS Selma 1919

FONTE: Holm, 1980

20

Na mesma época o valor usual de resistência a compressão dos

concretos convencionais era de 15 MPa. Após 70 anos de exposição ao meio

marítimo, através de um estudo realizado por Holm e Bremner, demonstraram

o excelente estado de conservação da estrutura dessa embarcação

(ROSSIGNOLO, 2009).

Foram construídas 14 embarcações com estruturas de concreto leve

durante a primeira Guerra Mundial. Já na segunda Guerra Mundial, foram

construídos 488 navios com concreto leve, o que permitiu grande economia de

chapas de aço (ROSSIGNOLO, 2009).

Ao mesmo tempo em que eram aplicados os concretos leves artificiais

nas primeiras embarcações, nos Estados Unidos eram realizadas pesquisas

para o uso desse material na construção civil. Em 1922 no ginásio da Westport

High School, na cidade do Kansas, foi registrada a primeira aplicação de

concreto leve com agregados artificiais em edificações. A motivação para o uso

do concreto leve na estrutura foi a baixa capacidade de suporte do solo, com a

finalidade de reduzir os custos da fundação. Na época, apesar dos agregados

leves representarem um custo 150% maior que o concreto convencional, ainda

assim com a utilização deste material houve uma redução no custo geral da

edificação (ESCSI, 1971).

Em 1929 na cidade de Kansas, ocorreu a primeira aplicação do concreto

leve estrutural em edifícios de múltiplos pavimentos, na expansão do edifício de

escritórios da Southwestern Bell Telephone Company (Figura 5).Construído

inicialmente com 14 pavimentos de estrutura de concreto convencional, foi

projetado para receber mais oito pavimentos. No entanto, os projetistas

verificaram que se substituíssem o concreto convencional pelo concreto leve,

poderia ser executados seis pavimentos adicionais, além dos oito já previstos.

Assim a estrutura dos últimos 14 pavimentos foi executada com concreto leve

de 25 MPa de resistência a compressão aos 28 dias (ESCSSI, 1971).

O hotel Chase-Park Plaza (Figura 6), na cidade norte americana de St.

Louis, ainda em 1929, foi primeiro edifício de múltiplos pavimentos (28

andares) com estrutura integralmente executada em concreto com agregado

leve (ESCSSI, 1971).

21

FIGURA 5. Edifício da Southwestern Bell TelephoneCompany FIGURA 6. Hotel Chase-Park Plaza

FONTE: ESCSSI, 1971 FONTE: ESCSSI, 1971

Segundo Mehta e Monteiro (2008), em meados da década de 1930, foi

utilizado para a construção da pista superior da ponte da baía de San

Francisco-Oakland (EUA), concreto com agregados leves, o que proporcionou

uma economia em torno de três milhões de dólares em aço.

As aplicações dos concretos estruturais leves ficaram limitadas nos

Estados Unidos e no Canadá até a patente de Hayde expirar, em 1946. Na

Dinamarca, nessa época começou a funcionar a primeira fabrica de agregados

leves em argila expandida (os LECA, sigla em inglês para Lightweight

Expanded Clay Aggregates) (ROSSIGNOLI, 2009).

A partir dos anos de 1970, com o aprimoramento da tecnologia dos

concretos e com o desenvolvimento de novos materiais componentes, como os

aditivos redutores de água e as adições pozolânicas, tornaram-se mais fácil a

obtenção de concretos com alta resistência mecânica e elevada durabilidade.

Esses desenvolvimentos também foram aplicados aos concretos leves e, no

inicio dos anos de 1990, Zhang e Gjørv conseguiram superar a barreira dos

100 MPa de resistência à compressão aos 28 dias para concreto com

agregados leves (argila expandida), com massa especifica em torno de 1750

kg/m³ e consumo de cimento de 550 kg (ROSSIGNOLO, 2009).

Em 1995 na Noruega, ocorreu o Simpósio Internacional sobre Concretos

Estruturais com Agregados Leves, organizado pela associação Norueguesa de

Concreto, um importante marco na evolução da tecnologia dos concretos leves

estruturais (ROSSIGNOLO, 2009).

22

2.1.2. Concreto leve no Brasil

No Brasil em 1965, o Grupo Rabello junto com a empresa Compact

Engenharia Ltda., fundou a CINASA (atualmente CINEXPAN S.A.), com o

objetivo de produzir elementos pré-fabricados de concreto armado para a

construção de habitações (ROSSIGNOLO, 2009).

Verificou-se a possibilidade de utilizar concreto leve nos elementos

habitacionais, com a intenção de melhorar o desempenho no processo

produtivo, facilitando o transporte e moldagem das peças. Com a falta de

fornecedores de agregados leves no Brasil, o grupo Rabello decidiu implantar

uma unidade de produção desse material. Em 1968 a nova empresa do grupo,

a CINASA (Figura 7), iniciou a produção de argila expandida, com um volume

mensal de produção de 7500m³. Instalada no município de Jundiaí, a 60 km de

São Paulo, local escolhido em função da disponibilidade de argila piro-

expansiva nessa região (ROSSIGNOLO, 2009).

FIGURA 7. Instalações da Cinasa em Jundiaí SP


Com o avanço da tecnologia no desenvolvimento do concreto leve

estrutural no Brasil, após o inicio da produção de argila expandida, merecem

destaques as pesquisas realizadas pela Professora Yasuko Tezuca, da

23

Universidade de São Paulo, em especial sua dissertação de mestrado

defendida em 1973 e intitulada “ Concreto Leve à Base de Argila Expandida”

(TEZUCA, 1973).

É digno de nota, também, o pioneirismo do engenheiro Augusto Carlos

de Vasconcelos, pelos primeiros projetos estruturais empregando concreto com

argila expandida brasileira, bem como pelo inicio da divulgação das

implicações do uso desse agregado no projeto estrutural (VASCONCELOS,

1973; 1976).

Segundo Rossignolo, 2009, deste então, a tecnologia do concreto leve

estrutural tem sido motivo de pesquisas em diversas universidades do Brasil.

Uma das principais fontes de divulgação dessas pesquisas bem como de

exemplos de aplicações do concreto leve no Brasil, são os anais do Congresso

Brasileiro do concreto, evento realizado anualmente pelo Instituto Brasileiro de

Concreto (IBRACON).

2.2. AGREGADO LEVE

2.2.1. Definição do agregado leve

O termo agregado leve serve para designar um agregado de massa

específica baixa. Para concretos leves estruturais essa massa é limitada a

cerca de um a dois terços da massa especifica dos agregados convencionais,

embora essa característica seja diretamente influenciada pela classificação e

forma das partículas. As características de peso e resistência são as duas

propriedades técnicas mais importantes do agregado leve.

Em sua pesquisa Rossignolo (2009), classifica os agregados em dois

grupos:

a) Naturais: são obtidos por meio da extração direta em jazidas, seguida

de classificação granulométrica. Esse tipo de agregado leve tem

pouca aplicação em concretos estruturais em função da grande

variabilidade de suas propriedades e da localização e disponibilidade

das jazidas. Como por exemplo, a pedra-pomes e o tufo vulcânico.

b) Artificiais: são obtidos através de processos industriais e,

normalmente, são classificados com base na matéria-prima utilizada

24

e no processo de fabricação, como a argila expandida e a escória

sinterizada.

2.2.2. Processo de fabricação

Os principais processos de fabricação de agregados leves artificiais são

o de sinterização e o de forno rotativo.

Segundo Mehta e Monteiro (1994), os agregados com argila expandida

produzidos pelo processo de sinterização possuem massa especifica aparente

na faixa compreendida entre 650 kg/m³ e 900 kg/m³, enquanto os produzidos

pelo processo de forno rotativo têm valores entre 300 kg/m³ e 650 kg/m³.

No processo de sinterização a matéria-prima é umedecida e misturada

com uma proporção adequada de combustível, podendo ser carvão finamente

moído ou coque, para em seguida ser transportada por uma grelha móvel sob a

ação de queimadores em altas temperaturas, de forma que o calor atinge

gradualmente toda a espessura da camada formando gases e

conseqüentemente expandindo-as (MEHTA E MONTEIRO, 1994; NEVILLE,

1976).

Segundo Rossignolo (2009), o agregado obtido pelo processo de

sinterização apresenta poros abertos, sem recobrimento e com altos valores de

absorção de água. Além disso, o produto final desse processo resulta em um

clinquer muito irregular e de arestas “vivas”, exigindo britagem para atender

todas as graduações granulométricas necessárias para a produção de

concretos.

Outra desvantagem da utilização dos agregados produzidos pelo

processo de sinterização é a possibilidade de peneiração da pasta de cimento

nos poros externos, que pode variar de 30 kg a 100 kg de cimento por m³ de

concreto, aumentando assim o consumo de cimento e a massa específica do

concreto (ROSSIGNOLO, 2009).

O processo de produção em forno rotativo aproveita as características

expansivas de alguns materiais, como por exemplo, algumas argilas quando

submetidas a elevadas temperaturas (entre 1000ºC e 1350ºC). Com a

temperatura nessa faixa, uma parte dos constituintes do material se funde

formando uma massa viscosa, enquanto a outra parte se decompõe

25

quimicamente liberando gases que são incorporados por essa massa, assim

expandindo-a até sete vezes seu volume inicial. Mesmo após o resfriamento

essa estrutura porosa se mantém. Esse processo de fabricação promove a

formação de uma camada vitrificada externa na partícula com baixa porosidade

(ROSSIGNOLO, 2009).

Os agregados produzidos em forno rotativo, como as argilas

expandidas, normalmente apresentam forma esférica e uma fina camada

externa com baixa porosidade, assim possibilitando uma boa trabalhabilidade

com baixas relações água/cimento. No entanto, em função do seu formato

esférico, esse agregado apresenta maior facilidade de segregação do que

produzido pelo processo de sinterização (CEB/FIP, 1977).

Na maioria dos processos de fabricação de agregados leves, o diâmetro

das partículas variam entre 1 mm e 25 mm, com valores de massa especifica

inversamente proporcional ao diâmetro (ROSSIGNOLO, 2003).

A Figura 8, apresenta a diferença na estrutura interna dos agregados e

na porosidade da superfície produzido por ambos os processo de produção.

FIGURA 8. Micrografia (MEV) dos agregados produzidos pelos processos de sinterização (a) e forno rotativo (b)

FONTE: Zhang; Gjorv

Descritas por Santos et al. (1986), é resumida em oito etapas o processo

de fabricação da argila expandida em forno rotativo.

a) Homogeneização: a matéria prima é lançada para homogeneização;

b) Desintegração: em função de reduzir os grandes torrões a um diâmetro

máximo de 5 cm o material é lançado a um desintegrador;

26

c) Mistura e nova homogeneização: por meio de esteiras o material é

transportado para um misturador com a finalidade de deixar a argila com

a trabalhabilidade adequada para a extrusão. Nessa etapa é feita a

correção de água e podem ser utilizados aditivos para melhorar a

plasticidade da argila ou para aumentar sua expansão durante a queima;

d) Laminação: etapa em que o material passa por dois cilindros rotativos

eliminando os torrões maiores que 5 mm, deixando a mistura pronta

para extrusão;

e) Pelotização: é realizada por extrusão continua em que o material é

forçado contra uma placa perfurada por orifícios circulares. O diâmetro

desses orifícios influi diretamente no diâmetro dos agregados após a

queima. O material que sai pelos orifícios é cortado por uma lamina

rotativa, assim formando as pelotas que são lançadas ao forno;

f) Secagem e queima: é considerada a parte mais importante do processo,

ocorre dentro do forno rotativo. A disposição das aletas internas para a

condução do material, a inclinação do forno, o tempo de permanência

dentro do formo, assim como outros detalhes específicos, dependem

das características da argila e devem ser estudados visando a maior

economia do processo e do desempenho do produto. A primeira fase é

onde ocorre a secagem das pelotas. Na zona de combustão, o forno

atinge a temperatura prevista entre 1000º C e 1350ºC, para a expansão

das pelotas. O combustível geralmente é óleo ou gás;

g) Resfriamento: normalmente é utilizado um cilindro na saída do forno, no

qual é soprado ar por ventiladores. O ar quente é reaproveitado dentro

do forno;

h) Classificação e estocagem final: através de peneiras vibratórias os

agregados leves são classificados e armazenados para comercialização.

2.2.3. Estrutura interna do agregado leve

Os agregados com baixos valores de massa especifica, são

responsáveis pela redução da massa especifica dos concretos leves

estruturais. Como as matérias primas dos concretos convencionais e dos

concretos leves apresentam valores de massa especifica da mesma ordem de

27

grandeza, utiliza-se a inclusão de uma estrutura porosa no agregado para a

redução desse índice físico, assim alterando a estrutura interna do agregado

(CEB/FIP, 1977).

Segundo Holm e Bremner (1994), a estrutura interna tem um efeito

importante na resistência mecânica e no módulo de deformação dos agregados

leves. Considerando a mesma mátria prima e o mesmo processo de

fabricação, os agregados com estruturas bastante porosas tem menos

resistência comparado aos concretos de estruturas pouco porosas. Outros

aspectos decisivos na resistência mecânica dos concretos leves são o tamanho

e a distribuição de poros. Para um mesmo grau de porosidade, é interessante

que haja uma distribuição uniforme de pequenos poros, em vez de poucos

poros de grande diâmetro. Em algumas áreas especificas a redução da

porosidade, também influencia na resistência mecânica do agregado. Com

característica de uma camada externa de baixa porosidade aumentando assim

sua resistência mecânica, a argila expandida é um exemplo desse agregado.

O valor do módulo de deformação dos agregados leves segundo FIP

(1983) pode ser estimado conforme a Equação 1, que relaciona o módulo de

deformação ��e massa especifica aparenteγ = kg/m³do agregado leve.

Segundo Holm e Bremner (1994), os valores do módulo de deformação

dos agregados leves utilizados em concretos estruturais variam entre 10 GPa e

18 GPa.

�� = 0,008 ∗ �� (1)

Ainda de acordo com Holm e Bremner (1994), os agregados leves com

baixa resistência mecânica têm pouca participação na transmissão de tensões

internas no concreto. Assim quanto maior for à diferença entre os valores do

módulo de deformação do agregado e da pasta de cimento, maior vai ser a

diferença entre a resistência a compressão da pasta de cimento e do concreto.

O aumento do módulo de deformação do agregado leve aumenta também os

valores da resistência a compressão e o do módulo do concreto.

28

2.2.4. Impurezas

Segundo Rossignolo (2003), os agregados leves artificiais produzidos

com argila expandida são quimicamente inertes e livre de impurezas. No

entanto as argilas obtidas em jazidas onde se alternam camadas de argila com

outras de calcário, os grãos poderão conter partículas de cal, com tendência a

criar eflorescência na presença de água.

2.2.5. Porosidade e absorção de água

As características de porosidade e absorção de água dos agregados

leves afetam significativamente as propriedades dos concretos no estado

fresco e o processo de hidratação do cimento. A velocidade e a quantidade de

água absorvida pelos agregados leves dependem da porosidade total,

conectividade entre os poros, características da superfície do agregado e da

umidade do agregado antes da mistura (NEVILLE, 1997; Euro Light Con,

1998).

Existem outros fatores que também podem influenciar a absorção de

água dos agregados, como os aditivos, a temperatura e, no caso do concreto

bombeado, a respectiva pressão de bombeamento. A absorção de água dos

agregados é proporcional à consistência do concreto e pode aumentar e pode

aumentar com o uso de super plastificantes. O que pode também aumentar a

absorção de água dos agregados é a utilização de agentes retardadores, pois

aumenta o tempo entre a mistura e o inicio do endurecimento do concreto. Em

função das altas pressões utilizadas quando o concreto é bombeado, o

agregado absorve uma quantidade maior de água (CEB/FIP, 1977).

Aos agregados leves com altos valores de absorção de água, é

recomendado a pré-saturação para evitar o prejuízo da trabalhabilidade do

concreto no estado fresco e evitar formações de bolhas de ar ao redor do

agregado, conforme mostra a Figura 9. Apesar da pré-saturação dos

agregados aumentar a absorção final de água, observa-se a redução da

absorção de água após a mistura (ROSSIGNOLO, 2003).

A alta quantidade de água absorvida pelo agregado leve pode ser

desfavorável a algumas propriedades do concreto no estado de endurecimento,

29

como o aumento da retração por secagem, o aumento da massa específica e a

redução de resistência ao fogo. No entanto, a absorção de água dos agregados

leves apresenta alguns aspectos positivos, como a melhoria das propriedades

da zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento, com a redução do

efeito parede. Além disso a água absorvida pelo agregado leve beneficia a

“cura interna” do concreto (HOLM; BREMNER, 1994).

FIGURA 9. Micrografia (MEV) ilustrando o acúmulo de bolhas de ar ao redor dos Agregados leve decorrente da alta absorção de água após a mistura dos minerais.

FONTE: Helland; Maage, 1995

Em seus estudos Rossignolo (2009), apresenta os valores de absorção

de água, assim como outras características de alguns agregados leves

comerciais nacionais, europeus e norte-americanos (Tabela 1).

TABELA 1. Características de alguns agregados leves comerciais


Como é possível inferir, a grande maioria dos agregados leves

comercializados no mundo possui o forno rotativo em seuprocesso de

30

fabricação, o que se justifica pelas inúmeras vantagens desse processo

relacionadas às características positivas que ele confere aos agregados leves

quando comparados ao processo de sinterização, como por exemplo, o

revestimento vítreo e a baixa permeabilidade. Ainda relacionado a essa última

característica, os agregados nacionais de argila expandida possuem menores

índices de absorção de água comparados ao de mesmo tipo de agregado

produzido pelo mesmo processo de fabricação em outros países, o que

caracteriza a qualidade do produto nacional.

2.2.6. Controle tecnológico

Um conjunto de análises prévias deve atender a utilização do agregado

leve em concreto estruturais. A NM 35 (1995) apresenta especificações para

analise dos agregados e do concreto com os agregados. Com relação ao

agregado, estão previstas nessa norma as análises de composição

granulométrica, de massa especifica aparente e de teores de substancias

nocivas (materiais orgânicos e oxido de ferro). Para o concreto com os

agregados leves, a referida norma apresenta especificação de análise para

retração por secagem (ROSSIGNOLO, 2009).

Além dessas análises previstas a NM 35 (ABNT, 1995), outros estudos

complementares são importantes na caracterização dos agregados leves, a

exemplo da análise de absorção de água, teor de cloretos e sulfatos e o

potencial reativo álcali-agregado (ROSSIGNOLO, 2009). No Euro Light Con

(2000) e na relação de normas constantes na Tabela 2, é possível obter os

procedimentos de ensaios para o controle tecnológico dos agregados leves e

para os concretos com esses agregados (ROSSIGNOLO, 2009).

31

TABELA 2. Lista de alguns documentos normativos sobre agregados leves e concretos com agregados leves


2.3. CONCRETO LEVE

2.3.1. Definições e especificações

A principal característica dos concretos leves é a redução da massa

específica com relação aos concretos convencionais, conseqüência da

substituição de parte dos materiais sólidos por ar. A utilização dos agregados

leves ocasiona mudanças significativas em outras importantes propriedades

dos concretos, como trabalhabilidade, resistência mecânica, módulo de

deformação, retração e fluência, além da redução da espessura da zona de

transição entre o agregado e a matiz de cimento (ROSSIGNOLO, 2003).

O termo concreto leve, é utilizado para identificar concretos com

estrutura porosa, geralmente a base de ligantes hidráulicos, com massa

específica inferior aos dos concretos tradicionais, segundo Short (1962),

basicamente, o único meio de obtenção de concretos leves é através da

inserção de ar em sua composição. Contudo, isso pode ser feito de três formas

distintas:

a) Criando bolhas de ar na própria matriz cimentícia, constituindo o

chamado concreto celular ou aerado;

b) Eliminando as partículas finas da composição granulométrica do

agregado, criando assim o chamado concreto com ausência de finos;

32

c) Substituindo a pedra britada por agregados porosos, o que inclui ar a

mistura (Figura 10).

FIGURA 10. Concreto leve:


Embora existam três formas distintas de produção, os concretos leves

são produzidos através de referidas combinações. Por exemplo, concretos com

ausência de finos empregam agregados leves, assim como concretos aerados

utilizam agregados celulares em sua composição (SHORT, 1962).

Como complemento para essa classificação, Maycá et. al (2008), sugere

o acréscimo de um quarto tipo de concreto leve, denominado concreto misto, o

qual seria o resultado de uma combinação de agregados leves, aditivos

incorporadores de ar e da redução de finos no traço.

2.3.2. Concreto leve estrutural

De acordo com Rossignolo (2003), os concretos leves estruturais são

obtidos através da substituição total ou parcial dos agregados tradicionais por

agregados leves e, normalmente apresentam valores de massa específica seca

abaixo de 2000 kg/m³. A Tabela 3 apresenta valores limites de massa

específica citados em alguns documentos normativos ou de referência para os

concretos leves.

33

TABELA 3. Valores de referencia da massa especificados concretos leves estruturais


ACI 213R-03 (2003), especifica que o concreto leve estrutural, além de

apresentar o valor de massa específica nos limites apresentados na Tabela 3,

deve apresentar resistência à compressão aos 28 dias acima de 17 MPa.

A NBR NM 35 (ABNT, 1995) apresenta valores mínimos de resistência à

compressão em função dos valores de massa especifica aparente, conforme

verifica Tabela 4. Valores intermediários de resistência à compressão e da

massa específica aparente correspondente, podem ser obtidos por

interpolação. Além disso, esse documento normativo especifica que os

agregados leves utilizados na produção dos concretos estruturais devem

apresentar valores de massa unitária o estado seco e solto abaixo de 1120

kg/m³ para agregados miúdos, e de 880 kg/m³ para agregados graúdos.

TABELA 4. Valores correspondentes de resistência à compressão e massa específica para concreto leve

estrutural

l FONTE: NM 35, 1995

Entre as vantagens de utilização dos concretos leves estruturais com

relação ao concreto convencional é possível citar a redução de das seções

34

transversais de elementos estruturais compostos por outros tipos de materiais

que venham a trabalhar de forma conjunta com o concreto leve, redução das

dimensões das fundações, redução do peso próprio dos materiais com

conseqüente aumento da produtividade no canteiro de obras, maior isolamento

térmico e acústico do produto acabado, redução do tempo de execução, a

possibilidade de se construir sobre solos com menor capacidade de suporte,

menor custo com armaduras e maior durabilidade (SILVA, 2007).

Por outro lado, os concretos leves possuem teores de cimento maiores

que os concretos convencionais, o que representa um custo adicional, tornando

o concreto leve mais caro. Outras desvantagens são a limitação da resistência

determinada pela resistência dos agregados de maiores dimensões e a maior

dificuldade de se dispor de caracterização e procedimento de dimensionamento

(SILVA, 2007).

Em termos de traço, a resistência à compreensão dos concretos leves

está normalmente associada com o teor de cimento para um dado abatimento

e não com o fator água/cimento. Na maioria das vezes, essa resistência pode

ser aumentada reduzindo-se a dimensão máxima do agregado e/ou

substituindo-se o agregado leve miúdo por areia natural de boa qualidade

(MEHTA E MONTEIRO, 1994).

Em decorrência ao seu baixo peso específico, quando comparado ao

concreto convencional, o concreto leve estrutural tem se mostrado

extremamente importante na construção e na recuperação de pontes. Isso pelo

fato de que geralmente, nas pontes de grandes vãos o peso próprio da

estrutura chega a representar 70% das solicitações (ROSSIGNOLO E

AGNESINI, 2005).

Liu et. al (2010), utilizaram o concreto leve estrutural na recuperação do

tabuleiro de pontes antigas focando os aspectos de construção e técnicas de

controle de qualidade. Os estudos mostraram que a adoção de conectores de

cisalhamento e manta de aço aliado à utilização do concreto leve estrutural

poderia resolver os problemas de diminuição da força de rolamento de pontes

antigas.

De acordo com Vieira (2000), outra vantagem da utilização do concreto

leve estrutural em pontes encontra-se na fase construtiva, quanto este é

executado em balanços progressivos. Isso porque os esforços no carro são

35

menores, permitindo um menor desgaste do equipamento e maiores avanços.

A redução do peso próprio ainda permite a construção de pontes com

elementos pré-fabricados que possa vencer vãos superiores aos alcançados

com a utilização de concreto convencional.

Outra aplicação eficiente desse material ocorre em lajes de piso de

grandes edifícios, uma vez que a resistência não é o fator mais importante

nesse tipo de elemento. Como exemplo dessa aplicação é possível citar a Like

Point Tower, em Chicago (MEHTA E MONTEIRO, 1994).

A grande maioria das aplicações de concreto leve em termos mundiais

continua sendo na produção de elementos e painéis pré-fabricados de

concreto. O menor peso dos elementos reduz os custos com equipamentos de

manuseio, transporte e construção, sendo mais convenientes para esse tipo de

construção do que o concreto com agregados tradicionais (MEHTA E

MONTEIRO 1994).

2.3.3. Concreto Leve de Alto Desempenho

Segundo American Concrete Institute – ACI (1990), o concreto de alto

desempenho pode ser definido como o concreto que atende os requisitos de

uniformidade e apresenta desempenho especial. Considerasse esta definição

mais adequada do que aquelas baseadas unicamente na resistência mecânica

do concreto.

Segundo AITCIN (2000), e SILVA (2000), uma definição ainda mais

adequada para os concretos de alto desempenho deveria basear-se em pelo

menos três fatores: resistência mecânica, propriedades relativas à durabilidade

e relação água/aglomerante. Para em especifico os concreto leve, outro

parâmetro muito importante deve ser levado em conta: massa específica.

Segundo SPITZNER (1994) E HOLM (2000), o concreto leve de alto

desempenho pode ser definido através de um parâmetro que relaciona a

resistência à compressão e a massa específica. Essa relação, denominada

Fator de Eficiência, é apresentada na Equação 2.

FatordeE�iciência =#$

%�MPa�(2)

36

Onde:

Fc = resistênciaàcompressão�MPa�

γ = massaespecí�icasecadoconcreto�kg/m³�

Ainda de acordo com Spitzner (1994) e Armelinet al. (1994), é

considerado concreto leve de alto desempenho um concerto com Fator de

Eficiência acima de 25 MPa.dm³/kg. Esse valor foi obtido tendo como

referencia um concreto com agregados convencionais, com resistência à

compressão de 60 MPa e massa específica de 2400 kg/m³, classificado por

Spitzner (1994) como de alta resistência. Assim considera-se concreto leve de

alto desempenho, por exemplo, um concreto com resistência à compressão de

30 MPa, desde que sua massa específica seja inferior 1200 kg/m³.

Concretos leves de alto desempenho têm sido usados na construção de

plataformas off shore Figura 11, por duas razões fundamentais, sendo elas, a

maior flutuabilidade e a maior resistência específica (CRUZ et al, 2000).

FIGURA 11. Plataforma Troll

FONTE: Google/Imagens

A maioria delas é construída em estaleiros para posteriormente serem

transportadas para o local de uso definitivo, sendo, portanto, necessários

reduzir o peso da estrutura. Para essas estruturas é essencial que se alie

37

simultaneamente agregados leves e de alto desempenho, por estas estarem

expostas a ambientes de alto grau de agressividade (HOLM E BREMNER

1994).

De fato o concreto leve estrutural possui inúmeras vantagens quando

comparado ao concreto convencional, e salvo alguns critérios e medidas

preventivas a serem seguidos e adotados para a sua aplicação, possuem

enorme potencial de utilização. Outros estudos desenvolvidos na área além de

promover o desenvolvimento tecnológico agregam valor e qualidade aos

produtos e serviços prestados no setor construtivo (MAYCA et al, 2008).

2.3.4. Argila expandida Brasileira

A argila expandida é o único agregado leve produzido no Brasil. A

produção desse agregado fica restrita a um único fabricante, a empresa

CINEXPAN (antiga CINASA), fabrica localizada na Cidade de Várzea Paulista,

a 50 km de São Paulo. A produção da argila expandida destina-se ao setor da

construção civil, lavanderias, paisagismo, refratárias e demais aplicações,

como substratos.

Em decorrência das necessidades da indústria da construção civil de

São Paulo, foram realizadas pelo IPT, várias pesquisas visando encontrar

argilas viáveis à produção de agregados leves pelo processo de forno rotativo.

Dessa maneira foram estudados trezentos tipos de argila do estado de São

Paulo, as quais eram indicadas com possível potencial de expansão devido à

composição química e mineralógica (CABRAL, 2005).

Segundo Souza Santos 1992, através de ensaios de queima rápida e

lenta, foram escolhidas dezesseis variedades de argila: ensaios em escala

piloto permitiram a seleção de outras quatro, tendo sido escolhida apenas uma

por condições econômicas para industrialização.

De acordo com Cabral (2005), a produção em escala piloto foi realizada

utilizando um forno piloto rotativa adaptada e construída inteiramente em São

Paulo. Na época o forno o foi projetado de forma que permitia o controle de

inclinação obre o plano horizontal e o maçarico de chama direta permitia a

formação de uma atmosfera oxidante e temperaturas máximas de

38

1350ºC.Atualmente o processo de produção da argila expandida ocorre em

forno rotativo, utilizando temperaturas media de 1100ºC e argila com

características piro - expansiva extraída no município de Jundiaí, vizinho à

Várzea Paulista. Conseqüência desse processo, o agregado apresenta formato

arredondado regular núcleo esponjoso, envolto por uma camada vitrificada,

com baixa permeabilidade, como pode ser observado nas micrografias

apresentadas nas Figuras 12 e 13 (ROSSIGNOLO, 2009).

FIGURA 12. Aspecto da estrutura interna dos FIGURA 13. Aspecto da estrutura interna dos agregados

agregados leves (MEV. Micrografia no modo leves (Microscopia ótica de transmissão com aplicação

elétrons secundários com aplicação de 300x). de 200x).

FONTE: ROSSIGNOLO, 2009 FONTE: ROSSIGNOLO, 2009

Segundo Rossignolo 2009, os agregados leves são produzidos em

diversas faixas granulométricas para atender a construção civil, a indústria têxtil

e o setor de jardinagem. Os agregados usualmente empregados em concretos

estruturais são os denominados comercialmente de Cinexpan 0500 (Dmáx =4,8

mm), Cinexpan 1506 (Dmáx = 12,5 mm), Cinexpan 2215 (Dmáx = 19,0 mm),

conforme Figura 14.

39

FIGURA14. Aspecto de argila expandida brasileira produzido pela empresa CINEXPAN

FONTE: CINEXPAN/Imagem alterada

As Tabelas 5 e 6, apresentam respectivamente os valores de absorção

de água (determinados pelo método proposto por Tezuca, 1973), e os valores

de algumas características e propriedades dos três tipos de argila expandida

usualmente empregados em concretos estruturais. Os valores apresentados

nessas tabelas são apenas indicativos e podem apresentar alterações em

função das especificidades dos lotes produzidos (ROSSIGNOLO, 2009).

TABELA 5. Absorção de água da argila expandida


TABELA 6. Características e propriedades da argila expandida


40

Algumas características da argila expandida nacional que se destacam

dos agregados convencionais:

a) Leveza: 60% mais leve que os agregados convencionais. É a

principal característica da argila expandida. É derivada do processo

de expansão durante a sua fabricação e pode atingir ate 5 vezes o

seu volume inicial;

b) Alta resistência mecânica: a argila expandida tem um excelente

comportamento em relação à tração de compressão, devido a sua

estrutura esférica formada pela camada externa vitrificada;

c) Estabilidade dimensional: a camada externa da argila expandida é

responsável pela alta resistência a alterações dimensionais

provocadas por condições externas;

d) Contribui para a sustentabilidade da obra: a argila expandida

contribui significativamente na obtenção da certificação LEED

(Leadership in Energy and Environmental Desing). De 110 créditos

possíveis de se atingir no projeto e na execução de uma obra, a

argila expandida pode contribuir com até 16 créditos;

e) Inerte quimicamente: a argila expandida não reage com outros

materiais de construção e nem deteriora com a ação do tempo;

f) Alta durabilidade: a exposição a alta temperatura de fundição forma

um solido estável com alta durabilidade ao longo do tempo. Por isso,

a argila expandida é quimicamente inerte, não emite gases e odores

e não se decompõe física ou quimicamente.

g) Isolante acústico: o seu excelente desempenho como isolante

acústico é resultado de sua estrutura micro poroso, que reduz a

dissipação da energia acústica. Com apenas 5 cm de argila

expandida no concreto leve é possível atenuar 25db de ruído;

h) A isolação térmica: característica importante devido à sua

constituição porosa, que aprisiona grande quantidade de ar no seu

interior, proporcionando uma barreira na transferência de calor de

fora para dentro do ambiente. Esse isolamento térmico possibilita a

redução da variação térmica em até 5ºC;

41

i) Resistência ao fogo: a argila expandida é um material cerâmico

refratário fundido a temperatura de ate 1250ºC, o que explica a

ausência de matéria orgânica em sua composição e a não a emissão

de gases tóxicos quando exposto a altas temperaturas. Sendo assim,

o produto possui baixos coeficientes de condutividades, o que

permite uma alta resistência ao fogo e evita a propagação de

chamas.

Algumas aplicações da argila expandida nacional que se destacam na

construção civil são: enchimento leve solto, concreto leve estrutural,

geotécnica, enchimento leve rígido, steel deck, paisagismo, enchimento misto,

artefatos pré-moldados e telhado verde.

42

3. MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização do trabalho, foram executados ensaios laboratoriais na

Universidade Tuiuti do Paraná, a fim de adquirir os referentes resultados e com

isso ser possível dosar um traço de concreto e moldar amostras através de

corpos de prova para que sejam realizados ensaios de resistência à

compressão axial.

3. 1. CARACTERÍSTICAS DOS AGREGADOS

3.1.1. Determinação Da Composição Granulométrica Dos Agregados

Os agregados podem ser divididos em graúdos e miúdos conforme sua

composição granulométrica. O agregado miúdo é resultante do britamento de

rochas, de diâmetro característico máximo igual ou inferior a 4,8 mm, já o

agregado graúdo é resultante do britamento de rochas, de diâmetro

característico superior a 4,8mm.

Segundo NBR NM 248 (ABNT, 2003), dimensão máxima característica

corresponde a grandeza associada à distribuição granulométrica do agregado,

correspondente a abertura nominal, em milímetros, da malha da peneira de

série normal ou intermediaria, na qual o agregado apresenta uma porcentagem

retida acumulada igual ou imediatamente inferior a 5% da massa.

Para a determinação da composição granulométrica, faz se o ensaio de

peneiramento, com o objetivo de caracterizar os agregados quanto ao tamanho

e distribuição de suas partículas, conforme NBR NM 248 (ABNT, 2003). Neste

ensaio foi utilizado um conjunto de peneiras sucessivas que atendam as

normas NM-ISO3310-1 ou 2, com as aberturas de malhas estabelecidas na

Tabela 7.

43

TABELA 7. Série de peneiras estabelecidas pela NBR NM 248 (ABNT, 2003)

FONTE: NBR NM 248 (2003)

3. 1. 1. 1. Amostra De Areia Natural

Para a realização do ensaio de granulometria, 1 kg de areia foi seca em

estufa por cerca de 24 horas à uma temperatura média de 105ºC à 110ºC até

Constancia de massa, posteriormente a amostra foi peneirada por 10 minutos

com auxilio do agitador mecânico e com a seguinte série de peneiras com

malhas de: 9,5 mm, 6,3 mm, 4,8 mm, 2,4 mm, 1,2 mm, 0,6 mm, 0,3 mm e 0,15

mm.

Para se obter uma apreciação global sobre a composição granulométrica

da areia, define-se o módulo de finura (MF), pela soma das porções relativas

acumuladas, obtidas no ensaio de peneiramento normal, isto é, pela soma das

porcentagens acumuladas divididas por 100.

Em comparação com os limites estabelecidos pela NBR 7211

(ABNT,2009), a Tabela 8 mostra a composição granulométrica e o Gráfico 1 a

curva granulométrica da areia natural.

44

TABELA 8. Análise granulométrica da areia natural

Peso Peso

Retido (g) Retido (g)

0,0 0,0

0,0 0,0

31,0 26,0

98,0 108,0

212,0 219,0

258,0 246,0

216,0 221,0

132,0 128,0

0,0 0,0

52,0 49,0

999,0 997,0

22,0 35,4

Porcentagem Retida (%)

Individual Acumulada

0,0 0,0

0,0

40,0

18,1

5,1

0,0

Nº30

21,2

94,9

24,7 60,1

22,2 82,2

Média

% Acumulada

Passante

100,0

100,0

97,1

86,810,8 13,4

Nº4

9,8 12,9

0,0

2,6 2,64,8

DETERMINAÇAO DA COMPOSIÇÃO GRANULOMÉTRICA

95,1

95,1 94,9 5,1Nº100 0,15 13,2 94,8 12,8

Determinação 02

Nº16 1,18

0,60

Nº50 0,30

Nº200 0,08

34,1

4,9 100,0

25,8

Fundo

Total

0,0 94,8

5,2 100,0

0,0

100%

60,0

21,6

65,2

Acumulada

0,0 0,03/8" 9,5

0,0 0,0

3,1 3,1

34,8

60,0

81,9

100%

Determinação 01

Nº8 2,36

81,6

Retida

0,0

0,0

2,9

13,2

Peneiras

Nº mm

1/4" 6,3

Porcentagem Retida (%)

Individual

100,0

FONTE:Própria do autor

GRÁFICO 1. Curva granulométrica da areia natural

FONTE:Própria do autor

Através da analise granulométrica da areia natural pode-se concluir que

a mesma atende as especificações pré-estabelecidas pela NBR 7211 (ABNT,

2009), pois mesmo que sua curva não esteja completamente dentro da zona

ótima, a mesma encontra-se totalmente dentro da zona utilizável.

45

O resultado da soma das porcentagens retidas acumuladas em massa

do agregado nas peneiras de serie normal, conhecida como Módulo de finura

(MF), foi de 2,88 correspondendo a areia grossa.

3. 1. 1. 2. Amostra de brita

Para determinar a composição granulométrica da brita, foi realizado o

mesmo ensaio da areia, onde houve apenas a substituição da série de peneira.

As amostras de brita foram peneiradas por 10 minutos com o auxilio do

agitador mecânico, utilizando série de peneiras específicas para agregados

graúdos: 31,5 mm, 25 mm, 19 mm, 12,5 mm, 9,5 mm, 6,3 mm e 4,75 mm. Após

o processo de peneiramento, foram pesadas as porções retidas em cada

peneira e calculada as porcentagens retidas acumuladas, assim podendo

determinar o módulo de finura e a dimensão máxima característica da brita

ensaiada.

A composição granulométrica do agregado graúdo e sua classificação

de acordo com NBR 7211 (ABNT, 2009) encontra-se na Tabela 9 e na curva

granulométrica Gráfico 2.

TABELA 9: Análise granulométrica da brita

Peso Peso


0,0 0,0

2,0 0,0

13,0 20,0

523,0 503,0

274,0 286,0

121,0 112,0

0,0 0,0

0,0 0,0

67,0 78,0

1000,0 999,0

Porcentagem Retida (%) Porcentagem Retida (%) % Acumulada

Nº mm Individual Acumulada Individual Acumulada Retida Passante

1.1/4" 31,5 0,0


Peneiras

Determinação 01 Determinação 02 Média

0,0 0,0 0,0 0,0 100,0

1" 25 0,2 0,2 0,0 0,0 0,1 99,9

1,8 98,2

1/2" 12,5 52,3 53,8 50,4 52,4 53,1 46,9

3/4" 19 1,3 1,5 2,0 2,0

81,1 18,9

1/4" 6,3 12,1 93,3 11,2 92,2 92,7 7,3

3/8" 9,5 27,4 81,2 28,6 81,0

100,0

92,7 7,3

Nº8 2,36 0,0 93,3 0,0 92,2 92,7 7,3

Nº4 4,75 0,0 93,3 0,0 92,2

0,0

Total 1,0 1,0

Fundo 6,7 100,0 7,8 100,0

FONTE: Própria do autor

46

Gráfico2. Curva granulométrica da brita


Através dos resultados obtidos na análise granulométrica da brita é

possível concluir que o agregado atende as especificações pré-estabelecidas

pela NBR 7211 (ABNT, 2009), pois sua curva está localizada, praticamente em

sua totalidade, dentro dos limites da zona utilizável.

O agregado apresentou módulo de finura de 6,68 e dimensão máxima

característica de 19,00 mm, dados necessários para realização da dosagem do

concreto.

3. 1. 1. 3. Amostra de argila expandida

As amostras de argila expandida 1506 são de origem nacional e foram

adquiridas na Região Metropolitana de Curitiba PR, fornecidas pela

distribuidora local da empresa fabricante.

47

FIGURA 15. Argila expandida 1506


Os ensaios realizados foram os mesmos que para os agregados

convencionais, submetidas aos ensaios granulométricos segundo a NBR 7211

(ABNT,2009). Previamente à realização dos ensaios, as amostras de argilas

foram secas em estufa por um período aproximado de 24 horas à temperatura

média de 105ºC. A argila expandida utilizada foi a de classificação 1506,

segundo o catálogo do fornecedor sua dimensão varia de 06 mm à 15 mm,

onde a mesma é equivalente à brita 0. Com base nisto, para a realização do

ensaio granulométrico, foram utilizadas as seguintes peneiras de malhas: 31,5

mm, 25 mm, 19 mm, 12,5 mm, 9,5 mm, 6,3 mm e 4,75 mm. Foram peneiradas

com o auxilio do agitador mecânico por 10 minutos. Posteriormente foram

pesadas as porções retidas em cada peneira e calculada as porcentagens

retidas acumuladas, podendo assim definir o módulo de finura e a dimensão

máxima característica.

A Tabela 10 apresenta a composição granulométrica da argila

expandida, assim como o Gráfico 3 apresenta sua curva granulométrica.

48

TABELA 10. Análise granulométrica da argila expandida

Peso Peso


0,0 0,0

0,0 0,0

0,0 0,0

93,0 121,0

501,0 472,0

285,0 253,0

0,0 44,0

0,0 16,0

121,0 93,0

1000,0 999,0

0,0

Total 100% 100%

Fundo 12,1 100,0 9,3 100,0 100,0

88,5 11,5

Nº8 2,36 0,0 87,9 1,6 90,7 89,3 10,7

Nº4 4,75 0,0 87,9 4,4 89,1

59,4 40,6

1/4" 6,3 28,5 87,9 25,3 84,7 86,3 13,7

3/8" 9,5 50,1 59,4 47,2 59,4

0,0 100,0

1/2" 12,5 9,3 9,3 12,1 12,1 10,7 89,3

3/4" 19 0,0 0,0 0,0 0,0

1.1/4" 31,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0

1" 25 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0

Porcentagem Retida (%) Porcentagem Retida (%) % Acumulada

Nº mm Individual Acumulada Individual

PeneirasDeterminação 01 Determinação 02 Média

Acumulada Retida Passante



GRÁFICO 3. Curva granulométrica da argila expandida


Para este estudo, foi utilizado o mesmo padrão granulométrico da brita

analisada anteriormente com o intuído de verificar a compatibilidade

dimensional dos dois agregados.

Podemos observar no Gráfico que os resultados obtidos na análise

granulométrica da argila expandida permitem concluir que o mesmo não se

49

encontra na zona granulométrica bem definida. Os resultados apresentam um

diâmetro máximo do agregado de 19,00mm, onde não verifica com os valores

obtidos nas peneiras, que a maior dimensão retida foi na malha de 12,5mm.

3. 1. 2. Massa Unitária dos Agregados e Massa Específica do Agregado Miúdo

Massa unitária de um agregado é a relação entre sua massa e seu

volume sem compactar, considerando os vazios entre os grãos. É utilizada

para transformar massa em volume e vice-versa. Massa unitária compactada é

a relação entre sua massa e seu volume compactado segundo um determinado

processo, considerando também os vazios entre os grãos. Pode ser feita com

um único agregado ou com uma composição destes.

Utilizado na transformação de massa para volume com vazios entre os

grãos de agregados, tem como finalidade na aplicação de concreto dosado em

volume e para controle de recebimento e estocagem de agregados em

volumes. Massa unitária também serve como parâmetro para classificação do

agregado quanto à densidade.

A determinação da massa unitária dos agregados foi realizada conforme

NBR NM 45 (ABNT, 2006). O mesmo processo foi realizado para os três

agregados utilizados no projeto, argila expandida, areia e brita.

As amostras foram secas em estufa à uma temperatura de 110ºC,

depois foi determinado o volume do recipiente utilizado (V), onde este mesmo

recipiente foi pesado, afim de obter sua massa (Mr). Em seguida o recipiente

foi cheio com a amostra, lançada a uma altura de 10 cm à 15 cm, afim de evitar

sua compactação, por fim pesa-se o recipiente com a amostra (Mra) conforme

Figura 16. O ensaio foi repetido com uma segunda amostra do mesmo material

a fim de refinar o resultado final.

50

FIGURA 16. Amostras dos agregados areia e argila para ensaio de massa unitária.


Através da Equação 3, pode-se obter o valor da massa unitária do

agregado.

-�. =/012/1

3 �3�

-�. = 5�66�789:á<9�=>�?<@?�=>�A?/5³�

5�< = 5�66�=><@�9.9@8:@ + �?<@?�=>�A?�

5< = 5�66�=><@�9.9@8:@C�D9>�A?�

C = C>E75@=><@�9.9@8:@�5F�

Para o agregado miúdo (areia natural), foi determinado o valor de sua

massa específica pelo método do frasco de Chapman, conforme NBR (ABNT,

9776). A areia foi seca em estufa (100º C A 110º C) até constância de massa,

foi adicionado 200 ml de água no frasco e deixado em repouso para que a

água adquirida na parte interna escorra, em seguida, foi introduzido

cuidadosamente a amostra de areia no frasco com auxilio de um funil e agitado

para eliminação de bolhas de ar, com isso foi feita a leitura do nível de água no

gargalo do frasco, conforme Figura 17.

51

FIGURA 17. Ensaio de peso específico da areia com frasco de Chapman


Para se obter o resultado, a massa específica do agregado foi calculada

pela Equação 4:

� =GHH

I2�HH �4�

onde:

� = 5�66�@6.@�íK9��=>�?<@?�=>59ú=>, @M.<@66�@5?/�5³

N = E@9:7<�8>K<�6�>�C>E75@>�7.�=>.@E>�>8O78:>á?7�/�?<@?�=>5í7=>�

Duas determinações consecutivas foram feitas com amostras do mesmo

agregado miúdo, não devendo diferir entre si em mais de 0,005 g/cm³ e o

resultado deve ser com três algarismos significativos. A Tabela 11 apresenta os

resultados dos ensaios para a determinação do traço do concreto.

TABELA 11. Resultados dos ensaios para determinação do traço de concreto

MATERIALMÓDULO DE

FINURA (MF)

MASSA UNITÁRIA

(Kg/m³)

MASSA ESPECÍFICA

(Kg/m³)

ARGILA 1506 6,36 460 1100

AREIA MÉDIA 2,88 1476 2568

PEDRA BRITA Nº 1 6,68 (19mm) 1580 2700

CIMENTO x x 3100

ÁGUA x x 1000 FONTE: Própria do autor

52

3. 2. PROPRIEDADES E DOSAGEM DO CONCRETO PELO MÉTODO ABCP

3. 2. 1. Definições

Este método de dosagem foi criado na década de 80 pela ABCP

(Associação Brasileira de Cimento Portland) por meio de experimentos. A

dosagem é a relação de proporção mais adequada e econômica dos materiais

utilizados na produção do concreto: cimento, água, agregados, adições e

aditivos. Os requisitos para dosagem são: trabalhabilidade, resistência

mecânica, permeabilidade/porosidade, condição de exposição e custos.

3. 2. 2. Dosagem do concreto

A partir da resistência desejada, Fck = 25 MPa, onde os insumos deste

concreto já foram caracterizados previamente, foi dosado um concreto

utilizando a metodologia adotada pela ABCP e apresentado seu traço unitário.

Para a dosagem foi considerando o cimento CP II F-40 (Cimento

Portland Composto). Este cimento contém elevado teor de clínquer e alta

reatividade, contém ainda adição de fíler calcário entre 6 à 10%, segundo

informações do fabricante oferece resistência iniciais e final muito superiores.

A evolução média esperada da resistência dos principais tipos de

cimento está ilustrada no Gráfico 4.

GRÁFICO 4. Evolução media de resistência a compressão dos distintos tipos de cimento Portland

FONTE: ABCP

53

Para definição do traço foi determinado o uso do cimento tipo CPII, como

podemos ver No Gráfico 4 representado pela linha em vermelho, este cimento

apresenta resistência inicial nos 3 primeiros dias acima de 20MPa aumentando

até o sétimo dia e a partir deste ponto demonstra uma evolução mais lenta até

os 28 dias, pode ser classificado como um cimento intermediário comparado

aos outros 4 apresentados na figura acima.

Para determinação do traço de concreto foi utilizado a Equação5, onde o

é determinado à resistência de dosagem (fcj) a partir do fck desejado,

considerando ainda o desvio padrão de acordo com o controle tecnológico

envolvido na produção do concreto, tal fórmula é recomendada na NBR 12655

(ABNT, 2006).

fcj = fck + 1,65 ∗ Sd(5)

fcj = resistênciamédiadoconcretoàcompressão;

fck =corresponde a quantia de 5% em uma curva de distribuição normal das

resistênciasàcompressãodoconcreto,ouseja.95%detodooconcretoproduzido

deveráapresentarresistênciasuperioraofck;

Sd = desviopadrão;

O desvio padrão de dosagem Sd é considerado a partir dos aspectos

decorrentes do controle tecnológico empregado na execução do concreto, para

tal foi adotado Sd = 4MPa (desvio padrão) conforme condição estabelecida

pela NBR 12655, (ABNT, 2006) proporcionando os materiais em massa,

correção de umidade e assistência de um profissional qualificado.

Para a determinação do fator a/c (água/cimento), foi utilizado o ábaco da

curva de ABRAMS do cimento onde é possível retirar o valor do fator a/c

(Gráfico 5).

54

GRÁFICO 5. Curva de ABRAMS dos cimentos

FONTE: Clube do concreto

Através dos resultados obtidos em laboratório e seguindo o método de

dosagem de concreto da ABCP (associação brasileira de cimento Portland),

obtivemos como resultado para 25Mpa o traço de concreto convencional (C.C)

abaixo:

1 : 714,31/386,79 : 1058,6/386,79 : 205/386,79

=

1 : 1,85 : 2,74 : 0,53

A partir do traço principal definido, definimos um segundo traço partindo

somente para a substituição do agregado graúdo, brita, pela argila expandida

utilizando a mesma relação de volume, obtendo assim um traço de concreto

leve (C.L).

1 : 1,85 : 7,82 : 0,53

Definimos o terceiro traço adicionando o uso de um aditivo super

plastificante,no qual possui como característica a redução no consumo de água

em aprox. 20%, alterando assim o fator de água / cimento, possibilitando a

produção de concretos com maior índice de consistência e aumentando a

resistência final do concreto, assim chegamos à um terceiro traço denominado

concreto leve com aditivo (C.L.A)

55

1 : 1,85 : 7,82 : 0,42

Nomenclatura para identificação dos ensaios:

Concreto Convencional - (C.C.)

Concreto Leve - (C.L.)

Concreto Leve com Aditivo - (C.L.A.)

3. 3. MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA

3. 3. 1. Procedimento E Etapas Para Moldagem

Com base no traço determinado conforme estudo de dosagem, será

moldado três tipos de traço, mantendo as proporções do aglomerante e da

areia, substituindo apenas os agregados graúdos. O traço referência, contendo

os agregados naturais, areia e brita denominada C.C.. Um traço contendo

argila expandida, onde a determinação do traço contendo o agregado leve não

foi feita por meio de estudo de dosagem e sim onde foi feita a substituição do

agregado brita por argila expandida, alterando apenas o valor em massa dos

agregados graúdos, denominado C.L., onde este mesmo traço foi modificado

com a diminuição de água e acrescentado 20ml de aditivo super plastificante,

denominado C.L.A..

A Tabela 12 apresenta as dosagens finais dos concretos, assim como a

quantidade dos insumos.

TABELA 12. Traços de concretos executados do trabalho

ENSAIOCIMENTO

(Kg)

AREIA

(Kg)

BRITA

(Kg)

ARGILA

(Kg)ÁGUA (L) ADITIVO

C.C 10 18,5 27,4 0 5,3 0

C.L 10 18,5 7,82 7,82 5,3 0

C.L.A 10 18,5 7,82 7,82 4,2 20ml

TRAÇOS - PRINCIPAL 1 : 1,85 : 2,74 : 053


A mistura dos materiais foi realizada por uma betoneira com capacidade

de 400 litros. Para a homogeneização do concreto adicionou-se primeiramente

56

na betoneira todo o agregado graúdo (brita ou argila expandida) junto com

cerca de 70% de água, em seguida foi adicionado o aglomerante (cimento) e

por último o agregado miúdo (areia). Os materiais foram misturados por

aproximadamente por 5 minutos. Posteriormente foi adicionada a mistura o

restante de água para que os materiais fossem misturados por 5 minutos

adicionais.

FIGURA 18. Mistura do concreto


As amostras de argila expandida utilizada na realização dos traços de

concretos leves ficaram submersas por 24 horas antes de ser utilizada na

moldagem, como ilustra a Figura 19. Uma vez que a perda do abatimento

pode-se tornar um problema serio, quando o agregado continua a absorver

uma quantidade considerável de água após a mistura, misturar o agregado em

condições úmidas é uma forma de controle.

Figura 19. Amostra de argila expandida saturada


57

Com a mistura devidamente preparada, foi realizado o slump test para

avaliar a consistência do concreto no estado fresco. O tronco de cone foi

preenchido de concreto por três camadas, aplicando-se 25 golpes com uma

haste metálica em cada camada para adensamento (Figura 25), conforme NBR

NM 67 (ABNT:1998).

As moldagens dos concretos foram realizadas de acordo com NBR 5738

(ABNT, 2015). Os corpos de prova cilíndricos utilizados foram metálicos e com

dimensões 10 cm x 20 cm, referentes ao diâmetro e altura, respectivamente.

Antes de serem preenchidos de concreto, os moldes foram untados com óleo

para facilitar a desmoldagem.

FIGURA 20: Tronco de cone


3.4. CURA DO CONCRETO

A cura do concreto é o conjunto de medidas que devem ser tomadas

para evitar a evaporação da água de amassamento utilizada no concreto

aplicado. A cura adequada é fundamental para o concreto alcançar um melhor

desempenho.

Conforme NBR 5738 (ABNT,2015) durante as primeiras 24 horas, após

a moldagem, os moldes foram colocados sobre superfície horizontal rígida, livre

de vibrações e de qualquer outra ação que posa perturbar o concreto. Após o

58

período de cura inicial, os corpos de prova foram desmoldados, identificados e

foram submergidos em tanque de água, onde permaneceram submersos até

idade de rompimento.

Os corpos de prova preparados com concreto leve foram retirados do

tanque ao sétimo dia e conservados ao ar até o momento do ensaio.

FIGURA 21: Corpos de prova de concreto


Na Figura 21 podemos observar os 06 corpos de prova de cada traço identificados com etiquetas com o nome do ensaio, de data de moldagem e rompimento, além da resistência estimada.

3.5. ANÁLISE VIGA BI-APOIADA

Para a análise da viga bi apoiada, foi considerado um projeto fictício

projetado com o auxílio do software Eberick e composto com seguintes

dimensões:

Na Figura 22 será apresentada a estrutura a ser analisada contendo:

- 4 pilares 20 x 20 (cm) → altura = 2,70 m;

- 6 vigas 20 x 40 (cm) → comprimento 4,60 m (2 no baldrame, 2 no segundo

pavimento e 2 na cobertura);

- 6 vigas 20 x 40 (cm) → comprimento 2,60 m (2 no baldrame, 2 no segundo - -

pavimento e 2 na cobertura);

59

- 02 lajes com 10 cm de espessura

- 4 apoios

FIGURA 22: Guarita de subestação de energia


Conforme apresentado na Figura 22 a viga a ser analisada é a que

possui o maior vão (4,60 m), no caso a viga V1. Na Figura 23 é possível notar

que na viga V1 (viga em estudo), tem dois arcos na cor amarela ao lado dos

pilares P1 e P2, indicando que o vínculo da viga sobre o pilar é um apoio

articulado, não um engaste.

60

FIGURA 23. Projeto de forma da guarita


Sendo com o auxílio do software Excel, através dos resultados dos

ensaios de resistência à compressão, foi considerado para o estudo da viga

somente as amostras que atingiram fck maior ou igual que 25 MPa tanto para

concreto convencional quanto para as amostras de concreto leve.

61

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1. TRAÇOS DE CONCRETO

Através dos resultados obtidos em laboratório e seguindo o método de

dosagem de concreto da ABCP (associação brasileira de cimento portland)

como já citado no capítulo de Materiais e Métodos, foram encontrados 03

traços distintos para a resistência de 25 MPa, como apresentado abaixo:

a) Traço piloto principal, concreto convencional (C.C)

1: 1,85 : 2,74 : 0,53

b) Traço de Concreto Leve sem aditivo (C.L)

1: 1,85 : 7,82 : 0,53

c) Traço de concreto leve com uso de aditivo (C.L.A)

1 : 1,85 : 7,82 : 0,42

Nomenclatura para identificação dos ensaios:

Concreto Convencional - (C.C.)

Concreto Leve - (C.L.)

Concreto Leve com Aditivo - (C.L.A.)

4.2. ENSAIOS MECÂNICOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

Os ensaios realizados tiveram como objetivo identificar e avaliar as

diferenças em relação à resistência à compressão e também relativos à massa

especifica dos concretos moldados. Para tal relação à NBR NM35

(ABNT,1995)estabelece para concretos leves a Tabela abaixo:

62

TABELA 13. Resistência a compressão e massa específica para concretos leves.

RESISTÊNCIA A

COMPRESSÃO - MPa (28 dias)

MASSA ESPECÍFICA

APARENTE (Kg/m³)

≥ 28 ≤ 1840

≥ 21 ≤ 1760

≥ 17 ≤ 1680

FONTE: NBR NM35 (ABNT, 1995)

Para os 03 traços de concreto foram moldados 18 corpos de prova,

sendo 06 pra cada traço. Os testes de compressão foram realizados nas

idades de 7, 14 e 28 dias. A partir do peso das amostras, dividindo pelo volume

dos recipientes de corpo de prova chegou-se na determinação da massa

especifica (kg/m³) para cada traço ensaiado. O resultado final foi obtido através

da média dos valores como apresentado na Tabela 14 abaixo, separada pelas

devidas idades de rompimento.

a) Ensaios realizados para a idade de 7dias

Na Tabela 14 será apresentado os resultados de massa especifica e

resistência à compressão aos 7 dias de cura do concreto:

TABELA 14: Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 7 dias.

ENSAIO PESO DA

AMOSTRA (kg)

MASSA ESPECÍFICA

(Kg/m³)

MASSA ESPECÍFICA

MÉDIA (Kg/m³)

RESISTÊNCIA

COMPRESSÃO

(Mpa)

RESISTÊNCIA

MÉDIA (Mpa)

3,764 2394,40 21,2

3,762 2393,13 24

2,442 1553,44 8,7

2,350 1494,91 12,5

2,548 1620,87 20

2,556 1625,95 21,7

22,6

10,6

20,85

ENSAIOS DAS AMOSTRAS - 7 DIAS

C.C.

C.L.

C.L.A.

2393,77

1524,17

1623,41


Conforme observado na Tabela 14 os resultados obtidos no rompimento ao

sétimo dia mostrou que o uso do cimento CP2 F40 possui um alto ganho de

63

resistência nos primeiros dias, chegando a valores próximos ao estimado pela

dosagem, observando que o ensaio (C.L) onde houve somente a substituição

do volume de brita por argila expandida, teve uma queda de aprox. 40% na sua

resistência quando comparado ao concreto (C.C), provando que somente a

substituição do agregado não é suficiente para manter as mesmas

características de resistência.

Já o concreto (C.L.A) teve uma perda de 7,7% em relação ao concreto

convencional, o que é considerado satisfatório.

b) Ensaios para idade de 14 dias

Na Tabela 15 os corpos de prova foram rompidos com 14 dias de idade e os

resultados seguem apresentados abaixo:

TABELA 15. Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 14 dias

ENSAIO PESO DA

AMOSTRA (kg)

MASSA ESPECÍFICA

(Kg/m³)

MASSA ESPECÍFICA

MÉDIA (Kg/m³)

RESISTÊNCIA

COMPRESSÃO

(Mpa)

RESISTÊNCIA

MÉDIA (Mpa)

3,720 2366,41 26

3,736 2376,59 26

2,336 1486,01 14,6

2,216 1409,67 16,8

2,514 1599,24 21

2,456 1562,34 25,2

C.C.

C.L.

C.L.A.


26

15,7

23,1

2371,50

1447,84

1580,79


Conforme verificado na Tabela 15, aos 14 dias os resultados dos

ensaios (C.C) e (C.L.A) foram tomados como satisfatórios tanto em relação à

resistência média a compressão, que ficou dentro do esperado atingindo mais

de 90% da sua resistência aos 14 dias como estabelece a NBR 6118, sendo

que esta se aplica à concretos convencionais com massa especifica acima dos

2300 Kg/m³.

64

Quanto ao valor da massa especifica, os dois traços de concreto leve

ficaram dentro dos padrões estabelecidos pela NBR NM 35 (ABNT, 1995) que

para o 25 MPa deve ser menor que 1760 Kg/m³.

Quanto ao ensaio do concreto convencional (C.C), este atingiu apenas

60% da resistência estimada para tal idade, apresentando resistência média de

15,7 MPa quando o correto seria ter alcançado 22,5 MPa, isto sendo

estabelecido para concretos convencionais.

TABELA 16. Evolução de resistência a compressão com base na NBR 6118 (ABNT, 2014) item 12.3.3.

CP I / CP II 60% 78% 90% 96% 100%

CP III / CP IV 46% 68% 85% 94% 100%

CP V - ARY 66% 82% 92% 97% 100%

TIPO DE CIMENTO

3 dias 7 dias 14 dias 21 dias 28 dias

FONTE: Site http://www.tce.eng.br/utilidades/concreto/evolucao)

A Tabela 16 apresenta de forma percentual às taxas de resistência as

compressões estimadas para as devidas idades e tipos de cimento, conforme

estabelecido no item 12.3.3 da NBR 6118 (ABNT, 2014).

c) Ensaios para idade de 28 dias

Os resultados finais e que serão utilizados para os próximos cálculos

são apresentados na Tabela 17, com os resultados obtidos com os

rompimentos aos 28 dias.

TABELA 17. Resultados das amostras para ensaio de compressão aos 28 dias.

ENSAIO PESO DA

AMOSTRA (kg)

MASSA ESPECÍFICA

(Kg/m³)

MASSA ESPECÍFICA

MÉDIA (Kg/m³)

RESISTÊNCIA

COMPRESSÃO

(Mpa)

RESISTÊNCIA

MÉDIA

3,675 2337,72 28,2

3,654 2324,63 30

2,245 1428,37 17,2

2,218 1411,12 16,5

2,475 1574,47 25,7

2,442 1553,35 25,1

C.C.


25,4

29,1

16,9C.L.

C.L.A.

2331,18

1419,75

1563,91


65

Através da Tabela 17 é possível constatar que o uso da argila expandida

na substituição do agregado graúdo convencional reduz em média

aproximadamente 32% da massa especifica do concreto.

Também se verifica que a massa especifica média dos corpos de prova

com argila expandida atendem os requisitos da NBR NM35 chegando a valores

abaixo de 1760 Kg/m³ para concretos leves com mais de 21 MPa na idade de

28 dias.

A Figura 24 apresenta lado a lado todos os resultados dos ensaios de

resistência a compressão realizada para as três idades de rompimento, onde é

possível verificar a evolução e o ganho de resistência dos traços em estudo.

Figura 24: Comparativo de resistência das amostras

0

5

10

15

20

25

30

35

7 dias 14 dias 28 dias

C.C.

C.L.

C.L.A


Também na Figura 24 podemos observar que a evolução do concreto

(C.L.A) apesar de ser inferior ao concreto convencional, apresenta um

crescimento satisfatório sempre muito próximo dos resultados do concreto

(C.C) com diferenças de aproximadamente de 3 MPa.

66

4.3. COMPARATIVO DE CUSTO

Para os 03 traços de concreto executados em laboratório foi realizado

um estudo comparativo de custos de material, excluindo mão de obra e

transporte. Para tal comparação foi utilizado como referência os valores

apresentados na tabela Sinapi de setembro de 2016 do estado do Paraná do

tipo não desonerado.

Tal comparação foi realizada com base na quantidade dos materiais

definidos nos traços em estudo, já apresentados anteriormente.

O valor da argila expandida 1506 não consta na tabela Sinapi 2016 de

referência, com isso foi utilizado o valor de venda praticado pelo representante

legal do fabricante, localizado na cidade de Colombo-PR.

a) Custos do Concreto Convencional (C.C)

Na Tabela 18 será apresentado o custo de produção do concreto (C.C)

com os valores de referencia já citados anteriormente.

TABELA18. Custos do concreto convencional

MATERIALVALOR

COMERCIALVALOR (1m³)

MASSA

ESPECIFICA

(Kg/m³)

CONSUMO

(Kg/m³)VALOR TOTAL

ARGILA 1506 R$ 25,00 (50L) R$ 500,00 1100 0 R$ 0,00

AREIA MÉDIA R$ 56,00 (1 m³) R$ 56,00 2568 714,31 R$ 15,58

PEDRA BRITA Nº 1 R$ 42,00 (1 m³) R$ 42,00 1580 1058,6 R$ 28,14

CIMENTO * R$ 24,25 (50kg) R$ 1.503,50 3100 386,79 R$ 187,59

ADITIVO** R$ 4,88 (1L) R$ 4.880,00 x 0 R$ 0,00

ÁGUA R$33,74 (10m³) R$ 3,37 1000 205 R$ 0,69

R$ 232,00

**VALOR DE REF. UTILIZADO DO ADITIVO PLASTIFICANTE RETARDADOR DE PEGA E REDUTOR DE AGUA PARA CONCRETO

TABELA CUSTO X CONSUMO - TRAÇO - C.C

VALOR TOTAL PARA 1m³ DE CONCRETO

* UTILIZADO VALOR DE REFERENCIA DO CIMENTO CP II-32


Em relação a mesma tabela Sinapi de referência, pode ser feita a titulo

de comparativo com o item referenciado na tabela como concreto usinado

bambeável excluso serviço de bombeamento, de classe de resistência C25

com brita 0 e 1, slump = 100+/-20mm, onde apresenta o valor de R$223,24

67

para 1m³. Portanto para o concreto (C.C) em estudo temos um pequeno

aumento de 3,92% em relação ao concreto usinado.

b) Custos do Concreto Leve (C.L)

A seguir, na Tabela 19, será apresentada a composição dos valores

para produção do concreto (C.L), como alguns insumos são vendidos em m³,

outros em litros e outros em quilograma, utilizamos a massa especifica de

cada material para transformar tudo em (Kg) e assim verificar junto ao

consumo de cada material o valor final de cada insumo.

TABELA 19. Custos do concreto leve

MATERIALVALOR


MASSA

ESPECIFICA

(Kg/m³)

CONSUMO

(Kg/m³)VALOR TOTAL

ARGILA 1506 R$ 25,00 (50L) R$ 500,00 1100 302,46 R$ 137,48

AREIA MÉDIA R$ 56,00 (1 m³) R$ 56,00 2568 714,31 R$ 15,58

PEDRA BRITA Nº 1 R$ 42,00 (1 m³) R$ 42,00 1580 0 R$ 0,00

CIMENTO * R$ 24,25 (50kg) R$ 1.503,50 3100 386,79 R$ 187,59

ADITIVO** R$ 4,88 (1L) R$ 4.880,00 x 0 R$ 0,00

ÁGUA R$33,74 (10m³) R$ 3,37 1000 205 R$ 0,69

R$ 341,34




TABELA CUSTO X CONSUMO - TRAÇO - C.L


Podemos observar que o concreto (C.L) apresentou um acréscimo de

R$ 109,34 em relação ao concreto (C.C) cerca de 47% maior, isso deve em

boa parte no custo do agregado graúdo que era de R$ 28,14 para a brita e

passou para R$ 137,48 para a argila expandida.

c) Custos do concreto leve com aditivo (C.L.A)

Para realização dos custos de produção do concreto (C.L.A) foram

utilizados os mesmos parâmetros adotados para os outros concretos, a

68

única diferença que temos é a redução de água devido ao uso de aditivo,

como podemos ver na Tabela 20.

TABELA 20: Custo do concreto leve com aditivo

MATERIALVALOR


MASSA

ESPECIFICA

(Kg/m³)

CONSUMO

(Kg/m³)VALOR TOTAL

ARGILA 1506 R$ 25,00 (50L) R$ 500,00 1100 302,46 R$ 137,48

AREIA MÉDIA R$ 56,00 (1 m³) R$ 56,00 2568 714,31 R$ 15,58

PEDRA BRITA Nº 1 R$ 42,00 (1 m³) R$ 42,00 1580 0 R$ 0,00

CIMENTO * R$ 24,25 (50kg) R$ 1.503,50 3100 386,79 R$ 187,59

ADITIVO** R$ 4,88 (1L) R$ 4.880,00 x 2,05 (L) R$ 10,00

ÁGUA R$33,74 (10m³) R$ 3,37 1000 162,36 R$ 0,55

R$ 351,20



TABELA CUSTO X CONSUMO - TRAÇO - C.L.A.


FONTE: Própria do autor.

Para o comparativo de custos de insumos foi levado em consideração

somente os dois ensaios que atingiram a resistência estimada de 25 MPa aos

28 dias.

Em relação ao custo total de cada concreto, pode-se observar que o

traço de concreto leve com o uso de aditivo (C.L.A) teve como valor final para

1m³ de concreto o total de R$351,20 aproximadamente 51,4% mais elevado

que o concreto convencional (C.C) onde se obteve o valor final igual à

R$232,00.

Quando comparado o concreto (C.L.A) com o concreto usinado de

classe C25 com base na tabela Sinapi, citado anteriormente, observa-se um

aumento de custo para utilização do concreto leve de aproximadamente 57,4%.

Ao levar em consideração que o peso específico do concreto (C.L.A) tem

redução média de 30% quando comparado ao concreto convencional, a

diferença de custo encontrada a mais no concreto leve, pode ser compensada

pela redução de custo em outros materiais afetados diretamente pelo seu uso,

como por exemplo na quantidade de aço, onde sofre reduções no seu

69

dimensionamento devido as cargas atuantes serem mais leves, além de

serviços afetados como formas, fundação, mão de obra e outros.

4.4. ANÁLISE DE UMA VIGA BI-APOIADA

4.4.1. Definições De Projeto

Para a análise da viga bi-apoiada foi utilizado somente os resultados

encontrados nos traços (C.C) e (C.L.A), já o traço (C.C) onde houve somente a

substituição da brita pela argila expandida, não atingiu a resistência estimada

de 25MPa aos 28 dias, tornando incoerente a sua comparação com os demais

concretos ensaiados.

Para definição das cargas, foi tomado como ponto de partida o

dimensionamento da laje quanto as áreas de influência (Figura 24) onde foi

pré-dimensionado vigas de 20x40cm.

FIGURA 25: Áreas de influência da laje sobre as vigas


70

Podemos verificar na Figura 24 as áreas de influencia da laje sobre cada viga. Para nossa viga em estudo temos uma área de 3,84 m² descarregando sobre a viga V1.

Para a analise da viga V1, foi adotado 10 cm de espessura para laje,

consideramos ainda uma carga acidental, onde segundo a NBR 6120:1980 em

edifícios residenciais considera-se 1,5 kN/m², como calculado abaixo:

Pesolaje =bcdbccefg∗áfbghbij�keêj$ig∗%$lj$fbml

noipg(6)

Pesolaje =0,10 ∗ 3,84 ∗ 25

4,6= 2,09kN/m

Cargaacidentalsobrealaje =áfbghbij�keêj$ig∗$gfpgg$ihbjmgk

noipg(7)

Cargaacidentalsobrealaje =3,84 ∗ 1,5

4,6= 1,25kN/m

Para cálculo das paredes foi considerado pé direito de 2,60m,

fechamento em tijolo cerâmico furado e reboco nas duas faces, demonstrado

abaixo:

Pesoparede = �γtijolo ∗ esp. tijolo ∗ alturatijolo�(8)

Pesoparede = �12 ∗ 0,15 ∗ 2,60� = 4,68kN/m

Pesoreboco = �2 ∗ γreb.∗ esp. reb.∗ alturareb. �(9)

Pesoreboco = �2 ∗ 20 ∗ 0,025 ∗ 2,6� = 2,60kN/m

71

TABELA 21. Envoltória de cargas

LAJE 2,09

CARGA ACIDENTAL 1,25

PAREDE 4,68

REBOCO 2,6

TOTAL 10,62

SOBRECARGAS (Kn/m)


Com base na massa especifica média das amostras rompidas aos 28

dias, multiplicado pela aceleração da gravidade (9,806 m/s²), obteve o peso

específico de cada tipo de concreto, como apresenta a Tabela 22.

TABELA 22: Peso especifico médio das amostras aos 28 dias

ENSAIOMASSA

ESPECÍFICA (Kg/m³)

PESO ESPECÍFICO

(N/m³)

PESO ESPECÍFICO

(kN/m³)

C.C 2371,5 23240,70 23,24

C.L 1447,84 14188,83 14,19

C.L.A 1580,79 15491,74 15,49

FONTE: própria do autor.

O momento fletor da viga é um dos fatores de maior importância na

questão do seu dimensionamento, para isto foi considerado, além das

sobrecargas, o peso próprio da viga (20x40cm) através do peso específico (ɣ)

dos concretos em estudo, podendo assim determinar a quantidade de aço

mínima para a viga.

Pesopróprio= base ∗ altura ∗ γconcreto. (10)

Pp�C. C� = 23,24 ∗ 0,4 ∗ 0,2 = 1859kN/m

Pp�C. L. A� = 15,49 ∗ 0,4 ∗ 0,2 = 1239kN/m

72

4.4.2. Quantidade De Aço

Esta análise visa somente verificar a quantidade de aço longitudinal

necessária para a viga V1,onde foram comparados os dois tipos de concreto

(C.C) e (C.L.A).

Não é objetivo deste estudo, analisar o dimensionamento total da

estrutura, espaçamentos, detalhamento de armadura, assim como verificações

de torção, cisalhamento e demais solicitações.

A partir da definição de todas as cargas que incidem sobre a viga, os

valores foram lançados no programa Excel onde foi criada uma planilha com

todos os cálculos necessários a fim de encontrar os momentos de cálculo e a

quantidade necessária de armadura para cada tipo de concreto. A planilha foi

desenvolvida seguimos as recomendações da revisão de 2014 da NBR 6118,

que estabelece uma taxa de aço mínima para armaduras de tração conforme a

classe do concreto utilizado, no caso do concreto C25 a taxa é igual a 0,15%

da área de concreto. Os valores de βx, βz, βs e Momento limite também estão

de acordo com a ultima revisão da NBR 6118.

TABELA 23. Planilha de armaduras para (C.C)

LARGURA bw (m)

ALTURA h (m)

COMPRIMENTO (m)

COBRIMENTO d' (cm)

CONCRETO ( C )

TIPO DO AÇO (CA)

SOBRECARGA (kN/m)

0,2 0,4 4,6 4 25 50 10,62

AS Calc. (cm²)AS MÍN.

(cm²)AS adotado

(cm²)

3,15 1,2 3,15

Fcd (kN/cm²)

Fyd (kN/cm²)

Mrd1,lim (kN.cm) βxVERIFICAÇÃO

βxβz βs

1,79 43,48 11614,01 0,157 OK 0,937 1

PLANILHA DE CÁLCULO DE ARMADURA PARA VIGAS BI APOIADAS

PARA CONCRETOS C20 à C50 (NBR6118:2014)

CONCRETO CONVENCIONAL (C.C)

PESO ESP. CONCRETO (kN/m³)

23,24

PESO PRÓPRIO DA VIGA (kN/m)

MOMENTO MÁX. (kN/m)MOMENTO MÁX. CÁLCULO

(kN.cm)

1,859 33,007 4621,05

VERIFICAÇÃO

NÃO PRECISA DE AS'


Para tal analise, foi adotado segundo NBR 6118 cobrimento igual a 4cm

definido pela para classe de agressividade 3 (ambientes industriais) para vigas

e pilares, além do fck de 25 MPa devido ao concreto foi utilizado aço CA-50.

73

Na analise dos valores encontrados para o concreto (C.C), verificou que

a viga sofre um momento igual a 46,21 kN.m o que resultou em armadura de

tração (As) de 3,15 cm², não sendo necessário o uso de armadura de

compressão (As’).

Na Tabela 24 apresenta a planilha de cálculo para o concreto leve com

aditivo (C.L.A) com as mesmas definições e características utilizadas na

analise anterior, alterado somente o valor de entrada no campo do peso

específico do concreto, que para o concreto (C.L.A) é igual a 15,49 kN/m³ , com

isso pode se observar a diminuição do momento fletor da viga.

TABELA 24. Planilha de armaduras para (C.L.A)

LARGURA bw (m)

ALTURA h (m)

COMPRIMENTO (m)

COBRIMENTO d' (cm)

CONCRETO ( C )

TIPO DO AÇO (CA)

SOBRECARGA (kN/m)

0,2 0,4 4,6 4 25 50 10,62


(cm²)AS adotado

(cm²)

2,98 1,2 2,98

Fcd (kN/cm²)

Fyd (kN/cm²)


βxβz βs

1,79 43,48 11614,01 0,148 OK 0,941 1



CONCRETO LEVE COM ADITIVO (C.L.A)


15,49



(kN.cm)

1,239 31,368 4391,46

VERIFICAÇÃO

NÃO PRECISA DE AS'


No caso do concreto leve (C.L.A) a diferença encontrada no valor de

momento da viga é relativamente baixo comparada ao concreto convencional,

conseqüentemente resultando em um valor mais baixo de armadura, sendo

necessários 2,98 cm² de As contra os 3,15 cm² obtidos para o concreto

convencional (C.C)

Nas Tabelas 25 e 26, apresentadas abaixo, podemos verificar a

quantidade de barras necessárias para atender os dois concretos analisados

devido ao tipo da bitola de aço.

74

TABELA 25. Quantidade de barras de aço para (C.C)

ÁREA (cm²) Nº DE BARRAS

0,2 16

0,31 11

0,5 7

0,79 4

1,23 3

2,01 2

3,14 1

4,91 1

8,04 1

5

QUANTIDADE DE BARRAS - (C.C)

BITOLA (mm)

25 (1")

32

6,3

8

10

12,5 (1/2")

16

20


TABELA 26. Quantidade de barras de aço para (C.L.A)

ÁREA (cm²) Nº DE BARRAS

0,2 15

0,31 10

0,5 6

0,79 4

1,23 3

2,01 2

3,14 1

4,91 1

8,04 1

5

QUANTIDADE DE BARRAS - (C.L.A)

BITOLA (mm)

25 (1")

32

6,3

8

10

12,5 (1/2")

16

20


A diferença na quantidade de aço encontrada para os dois

dimensionamentos foi de apenas 0,17 cm², isso representa ser menor que 01

barra de Ø 5mm onde possui cerca de 0,20 cm² de seção de aço.Essa

pequena diferença não representa que a quantidade de aço necessária será a

mesma para os dois,pois isso depende da disposição e da definição das bitolas

a serem utilizadas, fazendo então com que qualquer diferença de aço

apresentada apresente grande importância na quantidade de barras em uma

viga.

A partir das tabelas de quantidade de barras, percebe-se que para a

maioria das bitolas a diferença acaba sendo de 01 barra, onde foi considerado

75

para esta comparação somente um tipo de bitola, não levando em

consideração a combinação de diferentes bitolas na mesma armadura.

Neste projeto, no caso do uso da bitola de Ø8mm, seriam necessárias

07 barras para o (C.C) enquanto para o concreto (C.L.A) seriam necessárias 06

barras. Esta diferença pode parecer pequena quando pensamos somente em

uma viga, mas quando se analisa a estrutura como um todo é possível verificar

o impacto que 01 barra por viga pode causar, resultando tanto na economia de

aço, quanto no dimensionamento de peças estruturais, como também em

estruturas de fundação.

4.4.3. Análise De Sobrecarga

Neste caso foi avaliada a diferença de sobrecarga suportada pela viga

V1 utilizando as características dos concretos (C.C) e (C.L.A), para tal analise

foi mantida a mesma taxa de armadura (As = 3,15 cm²), dimensões e

características iguais, como apresentado na Tabela 27 e 28.

TABELA 27. Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.C)

LARGURA bw (m)

ALTURA h (m)

COMPRIMENTO (m)

COBRIMENTO d' (cm)

CONCRETO ( C )

TIPO DO AÇO (CA)

SOBRECARGA (kN/m)

0,2 0,4 4,6 4 25 50 10,62


(cm²)AS adotado

(cm²)

3,15 1,2 3,15

Fcd (kN/cm²)

Fyd (kN/cm²)


βxβz βs

1,79 43,48 11614,01 0,157 OK 0,937 1



CONCRETO CONVENCIONAL (C.C)


23,24



(kN.cm)

1,859 33,007 4621,05

VERIFICAÇÃO

NÃO PRECISA DE AS'


Podemos verificar na tabela acima que a quantidade de sobrecarga para

o concreto convencional é de 10,62 kN/m² e uma taxa de armadura de 3,15

cm².

76

TABELA 28. Planilha de dimensionamento para sobrecarga (C.L.A)

LARGURA bw (m)

ALTURA h (m)

COMPRIMENTO (m)

COBRIMENTO d' (cm)

CONCRETO ( C )

TIPO DO AÇO (CA)

SOBRECARGA (kN/m)

0,2 0,4 4,6 4 25 50 11,25


(cm²)AS adotado

(cm²)

3,15 1,2 3,15

Fcd (kN/cm²)

Fyd (kN/cm²)


βxβz βs

1,79 43,48 11614,01 0,157 OK 0,937 1



CONCRETO LEVE COM ADITIVO (C.L.A)


15,49



(kN.cm)

1,239 33,034 4624,75

VERIFICAÇÃO

NÃO PRECISA DE AS'


Mantendo a mesma quantidade de armadura, a viga de concreto

convencional (C.C) suporta uma sobrecarga de 10,62 kN/m, já o concreto leve

com aditivo (C.L.A) suportaria uma sobrecarga de 11,25kN/m, o que significa

que o uso do concreto (C.L.A) no lugar do concreto (C.C) resulta em um

aumento possível de sobrecarga em torno de 6% por metro de viga.

Ao utilizar a mesma fórmula da carga acidental da laje sobre a viga, vista

anteriormente, podemos verificar o valor por m²:

wxyzxx{|}~��x�}x�x�~ =áy~x}~|��ê�{|x ∗ {xyzxx{|}~��x�

��|zx��

��, �� − ��, �� =�, �� ∗ {xyzxx{|}~��x�

�, �

�, �� ∗ �, � = �, �� ∗ {xyzxx{|}~��x�

{xyzxx{|}~��x� = �, ��

��

Sabendo que:

��

��= ��, ��

�z�

��

77

Logo temos que: �, ��

��= ��, ��

�z�

��

Com isso observar-se que com a utilização do concreto leve com aditivo

(C.L.A) é possível aumentar a carga sobre a laje em 0,75 kN/m² mantendo o

mesmo dimensionamento de armadura.

79

5.CONCLUSÃO

O presente trabalho teve como objetivo determinar um traço de concreto

leve de resistência a compressão de 25 MPa e avaliar a sua utilização em uma

estrutura de concreto analisando somente o caso de uma viga bi apoiada.

Com os ensaios e cálculos realizados, durante toda a montagem deste

trabalho, ficou claro que o concreto leve com a utilização da argila expandida

como agregado graúdo, traz algumas vantagens frente ao concreto

convencional, tornando a sua utilização viável, tanto estrutural como

economicamente.

A partir da execução dos traços encontrados, e com os resultados de

resistência a compressão, confirma que somente a substituição da brita pela

argila expandida não é o suficiente para manter as características de

resistência do concreto, mas como demonstrado quando alterada a relação

água cimento, podemos chegar aos mesmos parâmetros de resistência do

concreto convencional que foi estipulado no desenvolvimento da dosagem.

Ainda que o traço encontrado de concreto leve com aditivo foi

satisfatório e atendeu a nossa proposta de trabalho, podemos afirmar que é

possível chegar a resistências maiores que 25Mpa aos 28 dias utilizando argila

expandida.

Com a moldagem dos corpos de prova conseguimos quantificar e avaliar

as características de cada traço ensaiado em laboratório e através da massa

de cada amostra foi possível concluir que o concreto leve tem o seu peso

aproximadamente 32% menor quando comparado ao concreto convencional.

Partindo deste fato relacionado ao peso, podemos presumir que em

estruturas de concreto armado onde for utilizado o concreto leve, teremos

reduções na carga total da estrutura fazendo com que o dimensionamento das

demais peças estruturais, como exemplo as de fundação sofram reduções nas

suas dimensões e quantidades de aço resultando em uma economia de

material e conseqüentemente reduzindo o custo e o valor total da obra.

Como vimos no projeto apresentado, analisado quanto à quantidade de

aço necessária, uma das vantagens de se utilizar o agregado leve é quanto à

redução no consumo de barras de aço nas vigas, onde este é um dos insumos

de maior custo dentro de uma obra, com isso tendo um grande impacto no

80

custo da estrutura. Porém essa redução de aço que podemos obter devido ao

uso do concreto leve nem sempre será vantajosa e deve ser avaliada caso a

caso, pois como sabemos o dimensionamento de uma armadura está

diretamente relacionada à carga aplicada sobre a viga e muitas vezes essa

troca nos delimita a utilização de determinada bitola e que muitas vezes não

condiz com o restante do aço utilizado na obra, com o manuseio,

trabalhabilidade e outros aspectos de avaliação do engenheiro ou projetista

responsável.

Também devido à diferença de peso dos concretos (leve e

convencional), podemos observar a possibilidade que ganhamos em mexer na

dimensão de uma viga sem alterar a sua capacidade de carga, trazendo

benefícios funcionais e estéticos para as estruturas de concreto armado.

Com tudo, pode-se afirmar que o concreto leve é viável e oferece

vantagens na sua utilização, porém deve-se avaliar a necessidade do seu uso

frente às características de cada projeto. Lembramos também que todo o

desenvolvimento deste material foi feito em laboratório com base em corpos de

prova, analisando somente a resistência a compressão em vigas com flexão

simples e que para resultados mais específicos e outras análises é necessário

realizar ensaios em matrizes maiores ou em ensaios em campo onde possam

ser realizados analisados fatores de cisalhamento, torção, adensamento do

concreto e demais fatores não avaliados neste trabalho.

81

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Concreto leve celular estrutural – Determinação da densidade de massa

aparente no estado fresco – Procedimentos. Rio de Janeiro, 2014.


Parede de concreto moldada no local para construção de edificações –

Requisitos e procedimentos. Rio de Janeiro, 2012.

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82

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Concreto - Amostragem de concretofresco. Rio de Janeiro, 2003. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE - ACI. Guide for structural light weight aggregate concrete. ACI - 213R-03. ACI Manual of Concrete Practice, Part1, 27p., 2003. BAUER, L.A. F. Materiais de construção. 5ºed. rev. Rio de Janeiro. LTC. Editora, vol. 1 e 2, 2000 CABRAL. G. L. L. Metodologia de produção e emprego de agregados de argilacalcinada para pavimentação. 2005. 359 p. Dissertação (Mestrado) – Ciências em Engenharia de Transportes, Instituído Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, 2005.

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ANEXOS

ANEXO 1: Certificado de resistência a compressão

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ANEXO 2: Certificado de calibração da prensa - pg1

86

ANEXO 3: Certificado de calibração da prensa - pg2

87

ANEXO 4: Autorização de uso do nome da empresa Cinexpan.

universidade tuiti do paranÁ andrÉ luiz oliveira de...

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