dosagem científica de concretos usando areia de brita com ... · nbr 7389, 1992) ..... 13 figura 5...

Dosagem Científica de Concretos Usando

Areia de Brita com BétonlabPro® 3

Flávio Pereira André

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de

Engenharia Civil da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Luís Marcelo Marques Tavares

Coorientadora: Ana Catarina Jorge Evangelista

Rio de Janeiro

Fevereiro de 2017

ii

André, Flávio Pereira

Dosagem Científica de Concretos Usando Areia de Brita

com BétonlabPro® 3/ Flávio Pereira André. – Rio de Janeiro:

UFRJ/ Escola Politécnica, 2017.

xiv, 94 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Luís Marcelo Marques Tavares. Ana Catarina

Jorge Evangelista

Projeto de graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso

de Engenharia Civil, 2017.

Referências Bibliográficas: p. 73-79.

1. Areia de brita 2. Dosagem científica 3. BétonlabPro® 3

I. Tavares, Luís Marcelo Marques et al. II. Universidade

Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de

Engenharia Civil. III. Dosagem Científica de Concretos

Usando Areia de Brita com BétonlabPro® 3.

iii

Agradecimentos

Aos meus pais, Carlos e Teresa, e minha família, por todo esforço pela minha

educação e formação e pelo apoio nas minhas escolhas. São os grandes responsáveis

por eu estar aqui hoje;

À Hayla, por todo companheirismo ao longo da graduação e por todo auxílio e

calma transmitida quando a sensação de que o tempo disponível não seria suficiente;

Ao professor Luís Marcelo, por ter aberto as portas do LTM para que lá pudesse

fazer este trabalho, por todo seu esforço e pela excelente orientação;

À professora Ana Catarina, que mesmo do outro lado do mundo aceitou o desafio

de me orientar e me ajudou no desenvolvimento deste trabalho;

Ao professor Guilherme Cordeiro, pela imensa paciência ao transmitir todos os

conhecimentos que foram necessários para a realização deste trabalho;

À Mateus Gomes Rossi (in memoriam), por todo o companheirismo e auxílio

durante as primeiras etapas do projeto. Tenho certeza que estaria muito feliz por todos

os resultados obtidos;

Aos meus amigos do ciclo básico que me acompanharam desde o primeiro dia de

faculdade e aos amigos que a Engenharia Civil me apresentou, por tornarem esses

longos anos de engenharia mais leves e divertidos;

Aos bons amigos que o estágio me proporcionou, pelos momentos de descontração

e aprendizado no último ano;

A todos os membros do LTM e do NUMATS, pela ajuda prestada em diversos

momentos do trabalho;

A todos aqueles que de alguma maneira fizeram parte deste trabalho, seja com um

conselho ou estendendo uma mão amiga, meu muito obrigado!

iv

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil

DOSAGEM CIENTÍFICA DE CONCRETOS USANDO AREIA DE BRITA COM

BÉTONLABPRO® 3


Fevereiro/2017

Orientador: Luís Marcelo Marques Tavares

Coorientadora: Ana Catarina Jorge Evangelista

Curso: Engenharia Civil

O esgotamento de fontes de areia natural próximas aos grandes centros urbanos

acarretou na crescente utilização de agregados miúdos provenientes da cominuição de

rochas, a denominada areia de brita. Este material, no entanto, apresenta características

próprias que precisam ser levadas em consideração durante o processo de dosagem

de concretos. Este trabalho tem como objetivo realizar a dosagem científica de

concretos com a substituição de 100% dos agregados naturais através do Método do

Empacotamento Compressível, desenvolvido por DE LARRARD (1999), a partir da

calibração do software BétonlabPro® 3 para as características intrínsecas ao agregado

miúdo artificial, verificando a potencialidade do software para a dosagem de concretos

formulados com areia de brita e o funcionamento da ferramenta de otimização de

concretos com base em parâmetros estabelecidos. Este trabalho também realizou uma

análise dos impactos da forma da partícula e da presença de biotita nas propriedades

do concreto fresco e endurecido. Os resultados comprovaram a viabilidade do uso da

ferramenta de dosagem científica para a areia de brita além de comprovar a influência

das principais características da areia de brita nas propriedades do concreto.

Palavras-chave: Areia manufaturada, areia de brita, dosagem científica de concretos,

BétonlabPro® 3, Método do Empacotamento Compressível

v

Abstract of Undergraduate Project presented POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Civil Engineer

SCIENTIFIC DOSAGE OF CONCRETE USING MANUFACTURED SAND WITH

BÉTONLABPRO® 3


February/2017

Advisors: Luís Marcelo Marques Tavares

Ana Catarina Jorge Evangelista

Course: Civil Engineering

The depletion of natural sand sources in the vicinity of urban centers resulted in the

increasing use of fine aggregates produced from the comminution of rocks, called as

manufactured sand or crushed sand. This material, however, has its own characteristics

that need to be taken into account during the concrete proportioning process. This work

aims to perform the scientific dosage of concrete with the replacement of 100% of the

natural aggregates through the Compressible Packaging Model, developed by DE

LARRARD (1999), from the calibration of BétonlabPro® 3 for the intrinsic properties of

the manufactured fine aggregate, checking the potential of the software for the

proportioning of concretes formulated with crushed sand and the operation of the

concrete optimization tool. This work also carried out an analysis of the impacts of

particle shape and the presence of biotite on the properties of fresh and hardened

concrete. The results demonstrated the feasibility of using the scientific dosage tool for

manufactured sand and also proved the influence of the main characteristics of crushed

sand on the concrete properties.

Keywords: Manufactured sand, crushed sand, scientific dosage of concrete,

BétonlabPro® 3, Compressible Packing Model

vi

SUMÁRIO

Agradecimentos ............................................................................................................ iii

Lista de Figuras ........................................................................................................... ix

Lista de Tabelas .......................................................................................................... xii

1. Introdução .............................................................................................................. 1

1.1 Considerações Iniciais .................................................................................... 1

1.2 Objetivos ........................................................................................................ 4

1.3 Estruturação do Trabalho ............................................................................... 4

2. Revisão Bibliográfica ............................................................................................. 5

2.1 Agregado Miúdo ............................................................................................. 5

2.2 Agregado Graúdo ........................................................................................... 6

2.3 Influência das Características do Agregado na Reologia do Concreto ............ 7

2.3.1 Granulometria .......................................................................................... 8

2.3.2 Forma das Partículas ............................................................................. 11

2.3.3 Textura Superficial ................................................................................. 16

2.3.4 Composição Mineralógica...................................................................... 17

2.4 Areia de Brita ................................................................................................ 20

2.4.1 Origem da Areia de Brita ....................................................................... 20

2.4.2 Comparação entre Britadores de Impacto de Eixo Vertical e Cônico ..... 22

2.4.3 Benefícios da Areia de Brita .................................................................. 26

2.4.4 Desafios ao Uso da Areia de Brita ......................................................... 26

2.5 Dosagem de Concretos ................................................................................ 28

2.5.1 Método de Empacotamento Compressível ............................................ 30

2.5.1.1 Empacotamento Virtual .................................................................. 31

2.5.1.2 Empacotamento Real ..................................................................... 35

2.5.2 BetónlabPro® 3 ...................................................................................... 36

3. Materiais e Métodos ............................................................................................ 37

3.1 Programa Experimental ................................................................................ 37

3.2 Materiais ....................................................................................................... 37

vii

3.3 Métodos Experimentais ................................................................................ 38

3.3.1 Cimento Portland ................................................................................... 38

3.3.1.1 Determinação da Granulometria ..................................................... 38

3.3.1.2 Determinação da Massa Específica ................................................ 39

3.3.1.3 Determinação da Compacidade ..................................................... 40

3.3.1.4 Determinação da Composição Química.......................................... 43

3.3.2 Agregados Miúdos ................................................................................. 43




3.3.2.4 Determinação da Absorção d’água ................................................. 46

3.3.2.5 Determinação dos Índices de Forma .............................................. 48

3.3.2.6 Apreciação Petrográfica do Agregado Manufaturado...................... 48

3.3.3 Agregado Graúdo .................................................................................. 48




3.3.3.4 Determinação da Absorção d’água ................................................. 49

3.3.4 Concreto ................................................................................................ 49

3.3.4.1 Elaboração dos concretos .............................................................. 50

3.3.4.2 Ensaio de Abatimento de Tronco de Cone ..................................... 51

3.3.4.3 Moldagem dos Corpos de Prova .................................................... 52

3.3.4.4 Preparação dos Corpos de Prova para Ruptura ............................. 52

3.3.4.5 Ensaio de Compressão .................................................................. 53

4. Resultados e Discussões ..................................................................................... 54

4.1 Caracterização dos Materiais ....................................................................... 54

4.1.1 Cimento Portland ................................................................................... 54

4.1.2 Agregados Miúdos ................................................................................. 56

4.1.3 Agregado Graúdo .................................................................................. 58

viii

4.1.4 Superplastificante .................................................................................. 59

4.2 Dosagem Científica dos Concretos ............................................................... 59

4.3 Resistência à Compressão ........................................................................... 60

4.4 Comparação entre os índices ....................................................................... 61

4.5 Abatimento de Tronco de Cone .................................................................... 63

4.6 Análise da Influência da Forma de Partícula ................................................. 64

4.7 Análise da Influência da Biotita ..................................................................... 66

4.8 Análise do custo de concretos através do software BétonlabPro® 3 ............. 68

5. Conclusões .......................................................................................................... 71

Referências Bibliográficas .......................................................................................... 73

Anexo I: Criação do Banco de Materiais Constituintes do BétonlabPro® 3 .................. 80

Anexo II: Geração de traços utilizando o BétonlabPro® 3 ............................................ 86

Anexo III: Calibração do Índices “p” e “q” do software BétonlabPro® 3 ........................ 88

Anexo IV: Otimização de concretos no software BétonlabPro® 3 ................................ 90

ix

Lista de Figuras

Figura 1 - Preço médio da areia por tonelada em cada Estado, referente ao mês de

setembro de 2016 (SINAPI, 2016) ................................................................................ 2

Figura 2 - Influência da dimensão máxima do agregado na demanda de água da mistura

para um dado valor de abatimento de tronco de cone (Adaptada de NEVILLE, 2012) 10

Figura 3 - Comparação entre forma de partículas de areia natural (a) e areia

manufaturada (b) (Adaptada de COIN, 2009) ............................................................. 12

Figura 4 - Avaliação visual dos graus de esfericidade e arredondamento (Adaptada da

NBR 7389, 1992) ........................................................................................................ 13

Figura 5 - Demonstração do aumento de consumo de água provocado por partículas

alongadas em comparação com partículas esféricas para obtenção da mesma

viscosidade (Adaptada de Hawlitschek, 2014) ............................................................ 15

Figura 6 - Componentes micáceos: Muscovita (a) e Biotita (b) ................................... 18

Figura 7 – Relação entre a razão de biotita na mistura e a resistência de argamassas

(Modificada de WAKIZAKA et al., 2005) ..................................................................... 19

Figura 8 - Relação entre a proporção de mica na mistura de concreto e a demanda

d'água (Adaptada de DANIELSEN, 1984) ................................................................... 20

Figura 9 - Ilustração do corte de um britador VSI (Adaptada de CEPURITIS et al., 2015)

................................................................................................................................... 23

Figura 10 - Ilustração do corte de um britador cônico (Adaptada de DIAZ, 2015) ....... 24

Figura 11 - Efeito do tamanho das partículas na esfericidade do agregado miúdo

(Adaptada de GONÇALVES et al., 2007) .................................................................... 25

Figura 12 - Efeito do tamanho das partículas na razão de aspecto do agregado miúdo

(Adaptada de GONÇALVES et al., 2007) .................................................................... 25

Figura 13 - Tipos de aeroclassificadores estáticos: gravitacional a ar (a), gravitacional

inercial a ar (b), centrífugo a ar (c) .............................................................................. 27

Figura 14 - Separador Magnético de Terras-Raras: Perfil (a) e detalhe (b) (Adaptada de

PARREIRA, 2016) ...................................................................................................... 28

Figura 15 - Mistura binária sem interação com grãos maiores como dominante (a) e

grãos menores como dominante (b) (FORMAGINI, 2005) .......................................... 31

Figura 16 - Evolução da compacidade virtual de uma mistura binária de esferas sem

interação (Adaptada de FORMAGINI, 2005) ............................................................... 32

Figura 17 - Efeito de parede exercido pela partícula de maior tamanho sobre a partícula

de menor tamanho (SILVA, 2004)............................................................................... 33

Figura 18 - Efeito de afastamento exercido pela partícula de menor tamanho sobre a

partícula de maior tamanho (FORMAGINI, 2005) ....................................................... 33

x

Figura 19 - Evolução da compacidade virtual de uma mistura binária de esferas variando

a interação entre as partículas (Adaptada de SILVA, 2004) ........................................ 34

Figura 20 - Perturbações exercidas na classe granular 2 por partículas de dimensões

maiores (1) e menores (3) (DE LARRARD, 1999) ....................................................... 34

Figura 21 - Exemplo de curva experimental de compacidade para misturas binárias

(Adaptada de DE LARRARD, 1999) ........................................................................... 35

Figura 22 - Cimento Portland CP II F 32, produzido pela LafargeHolcim .................... 38

Figura 23 - Equipamento Malvern Hydro 2000MU, utilizado para determinação da

granulometria do cimento Portland ............................................................................. 39

Figura 24 - Equipamento Micromeritics AccuPyc 1340, utilizado na obtenção da massa

específica do cimento Portland ................................................................................... 40

Figura 25 - Fases do empacotamento durante o ensaio de compacidade por demanda

d'água (SILVA, 2004) .................................................................................................. 40

Figura 26 - Misturador planetário Soiltest CT-345 de 2 litros de capacidade, utilizado no

ensaio de compacidade por demanda d'água ............................................................. 41

Figura 27 - Fases do empacotamento do cimento Portland em ensaio por demanda

d'água: estado seco (a); estado pendular (b); estado funicular (c); início do estado capilar

(d) (CORDEIRO, 2006) ............................................................................................... 42

Figura 28 - Espectrômetro de Fluorescência de Raio-X por Energia Dispersiva, utilizado

para obtenção da composição química do cimento .................................................... 43

Figura 29 - Equipamento Tyler Ro-Tap®, utilizado para determinação da granulometria

dos agregados ............................................................................................................ 44

Figura 30 – Catetômetro para leitura dos dados e mesa vibratória em segundo plano 45

Figura 31 - Detalhamento do ensaio de compacidade em mesa vibratória (SILVA, 2004)

................................................................................................................................... 46

Figura 32 - Representação esquemática da umidade no agregado (Adaptada de

NEVILLE et al., 2010) ................................................................................................. 47

Figura 33 - Betoneira GMEG MB-120P, utilizada na formulação do concreto ............. 50

Figura 34 - Ensaio de abatimento de tronco de cone .................................................. 51

Figura 35 - Corpo de prova faceado com uso de torno mecânico (a) e corpo de prova

capeado com uso de argamassa de enxofre (b) ......................................................... 53

Figura 36 - Configuração do ensaio de resistência à compressão .............................. 53

Figura 37 - Curva granulométrica do cimento Portland CP II F 32 .............................. 54

Figura 38 - Curvas granulométricas da areia natural e manufaturada e limites de

tamanho segundo a NBR 7211 (ABNT, 2009) ............................................................ 56

Figura 39 - Curva granulométrica do agregado graúdo ............................................... 58

xi

Figura 40 - Granulometria do concreto contendo areia natural com descontinuidade

assinalada .................................................................................................................. 64

Figura 41 - Relação entre a razão de aspecto das partículas de areia de brita e o

abatimento de tronco de cone do concreto ................................................................. 66

Figura 42 - Banco de materiais constituintes do BétonlabPro® 3 ................................. 80

Figura 43 - Janela de propriedades do cimento Portland: Definições gerais e de custo

(a), Composição química (b), propriedades do cimento (c), granulometria (d), valores de

compacidade (e) e curva granulométrica do cimento (f) .............................................. 81

Figura 44 - Janela de propriedades da areia natural: Definições gerais e de custo (a),

propriedades da areia (b), granulometria (c), valores de compacidade (d) e curva

granulométrica da areia (e) ......................................................................................... 82

Figura 45 - Janela de propriedades da areia brita: Definições gerais e de custo (a),


granulométrica da areia (e) ......................................................................................... 83

Figura 46 - Janela de propriedades do agregado graúdo: Definições gerais e de custo

(a), propriedades da brita (b), granulometria (c), valores de compacidade (d) e curva

granulométrica da brita (e) .......................................................................................... 84

Figura 47 - Janelas de propriedades do superplastificante ......................................... 85

Figura 48 - Janela de seleção dos materiais que serão utilizados para formulação do

concreto do BétonlabPro® 3 ........................................................................................ 86

Figura 49 - Janela de simulação dos traços de concreto ............................................ 87

Figura 50 - Traços de resistência para 28 dias de 25MPa e 50 MPa gerados para a areia

natural e para a areia de brita ..................................................................................... 87

Figura 51 - Janela de entrada de dados para calibração do software BétonlabPro® 3 88

Figura 52 - Janela de seleção de material constituinte para a calibração dos parametros

"p" e "q" ...................................................................................................................... 89

Figura 53 - Valores calibrados para "p" e "q" .............................................................. 89

Figura 54 - Traços de concreto adotando mantendo a mesma composição da pasta e

alterando apenas o tipo de agregado miúdo ............................................................... 90

Figura 55 – Otimização dos agregados pela fixação da pasta (b) e minimização do índice

de compacidade (a) .................................................................................................... 91

Figura 56 - Traço de concreto após o primeiro ciclo de otimização da mistura ........... 92

Figura 57 – Otimização da composição da pasta pela fixação da proporção dos

agregados (b) e minimização do preço (a) .................................................................. 93

Figura 58 - Traço de concreto obtido após a otimização do preço por m³ ................... 94

xii

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Custos médios e variações percentuais, segundo áreas geográficas -

novembro de 2016 (SINAPI, 2016) ............................................................................... 2

Tabela 2 - Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo (Adaptada da NBR

7211, 2009) .................................................................................................................. 5

Tabela 3 - Classificação de britas quanto à dimensão (MME, 2009) ............................. 6

Tabela 4 - Limites da composição granulométrica do agregado graúdo (Adaptada da

NBR 7211, 2009) .......................................................................................................... 7

Tabela 5 - Massa mínima da amostra de ensaio (Adaptada da NBR NM 248, 2003) .... 8

Tabela 6 - Peneiras da série normal e intermediária e respectivas aberturas nominais

(Adaptada da NBR 7211, 2009) .................................................................................... 9

Tabela 7 - Classificação dos agregados quanto aos vértices e arestas dos grãos

(Adaptada de WEIDMANN, 2008)............................................................................... 13

Tabela 8 - Classificação dos agregados quanto à forma dos grãos (Adaptada de

WEIDMANN, 2008) ..................................................................................................... 13

Tabela 9 - Análise da influência da superfície específica do agregado na resistência e

densidade do concreto (Modificada de NEVILLE, 2012) ............................................. 15

Tabela 10 - Classificação do agregado segundo sua textura superficial (Adaptada de

NEVILLE et al., 2010) ................................................................................................. 16

Tabela 11 - Classificação dos estágios de Britagem quanto ao tamanho máximo de

alimentação e produção (Adaptada de LUZ et al., 2004) ............................................ 22

Tabela 12 - Valores de K para os diferentes protocolos de compactação ................... 36

Tabela 13 - Informações sobre os traços executados ................................................. 50

Tabela 14 - Tipo de regularização das bases dos corpos-de-prova ............................ 52

Tabela 15 - Resultados do ensaio de obtenção de massa específica do cimento Portland

................................................................................................................................... 54

Tabela 16 - Resultados do ensaio de compacidade por demanda d'água do cimento

Portland ...................................................................................................................... 55

Tabela 17 - Composição química do cimento Portland CP II F 32 .............................. 55

Tabela 18 - Resistência à compressão do cimento Portland CP II F 32, lote 10 24 .... 56

Tabela 19 - Apreciação petrográfica da areia de brita realizada por DRX ................... 57

Tabela 20 - Propriedades físicas dos agregados miúdos ............................................ 57

Tabela 21 - Propriedades granulométricas dos agregados miúdos ............................. 57

Tabela 22 - Propriedades físicas dos agregados graúdos .......................................... 58

Tabela 23 - Dados técnicos do superplastificante Glenium® 51 .................................. 59

xiii

Tabela 24 - Proporções e propriedades físicas dos traços de AN25, AN50, AB25 e AB50

................................................................................................................................... 59

Tabela 25 - Comparação entre os valores de resistência experimentais e teóricos dos

corpos de prova do traço AN25, com 7 e 28 dias de idade ......................................... 60


corpos de prova do traço AN50, com 7 e 28 dias de idade ......................................... 60


corpos de prova do traço AB25, com 7 e 28 dias de idade ......................................... 61


corpos de prova do traço AB50, com 7 e 28 dias de idade ......................................... 61

Tabela 29 - Parâmetros de calibração do agregado graúdo para ambos os tipos de areia

................................................................................................................................... 62

Tabela 30 - Parâmetros de calibração da areia natural ............................................... 62

Tabela 31 - Parâmetros de calibração da areia de brita .............................................. 62

Tabela 32 - Comparação entre os valores teóricos de resistência à compressão antes e

após calibração com os valores experimentais ........................................................... 63

Tabela 33 - Comparação entre os valores teóricos e os resultados do ensaio de

abatimento de tronco de cone ..................................................................................... 63

Tabela 34 - Comparativo entre os índices de razão de aspecto e esfericidade para

produto gerado por britadores cônicos e VSI .............................................................. 64

Tabela 35 - Resultados experimentais de abatimento de tronco de cone e resistência à

compressão do traço VSI ............................................................................................ 65


compressão do traço CON.......................................................................................... 65

Tabela 37 - Consumo em kg/m³ dos materiais constituintes dos concretos para os traços

RB e PB ...................................................................................................................... 67


compressão do traço RB ............................................................................................ 67


compressão do traço PB ............................................................................................. 67

Tabela 40 - Custos de materiais constituintes utilizados para otimização de preço do

BétonlabPro® 3 ........................................................................................................... 68

Tabela 41 - Proporções e propriedades físicas e de custo dos traços de areia natural

inicial e otimizado ....................................................................................................... 69

Tabela 42 - Proporções e propriedades físicas e de custo dos traços de areia de brita

inicial e otimizado ....................................................................................................... 69

xiv

Tabela 43 - Proporções e propriedades físicas e de custo dos traços de areia natural e

areia de brita inicial e otimizado .................................................................................. 70

Tabela 44 - Parâmetros utilizados pelo software BétonlabPro® 3 de acordo com o tipo

de material .................................................................................................................. 80

1

1. Introdução

1.1 Considerações Iniciais

O concreto é atualmente o material construtivo mais utilizado no Brasil. Dados da

Federácion Iberoamericana de Hormigón Premesclado estimam um consumo mundial

anual de 11 bilhões de toneladas de concreto, correspondente a um consumo médio de

1,9 tonelada de concreto por habitante/ano, valor inferior apenas ao consumo médio de

água potável (PEDROSO, 2009). No ano de 2015, a região Sudeste do país respondeu

por 43% do consumo nacional de cimento, que atua como aglomerante na mistura do

concreto, alcançando a marca de 27.994.077 toneladas consumidas (SNIC, 2015).

Todavia, o elevado consumo de concreto impõe desafios. A alta demanda pelo

material implica na constante extração de agregados utilizados em sua fabricação que,

por serem não renováveis, caminham para um esgotamento em regiões próximas aos

grandes centros consumidores, motivando suas explorações em locais distantes aos de

suas utilizações e ocasionando a elevação dos custos de transporte. Além disso, leis

mais rigorosas que regem a exploração de agregados na natureza visando a redução

dos impactos ambientais causados por essa atividade também ocasionam o aumento

do custo final do produto.

Historicamente, a areia natural tem sido o agregado miúdo mais utilizado na

produção de concreto, tanto devido ao seu bom desempenho, quanto ao seu baixo custo

de produção. O Estado do Rio de Janeiro é o quarto maior produtor de areia natural do

país, respondendo pela produção de 8,9% do total comercializado em 2015 (DNPM,

2015). Apesar da elevada produção de areia natural, este insumo é o oitavo mais caro

do país na comparação com os demais Estados da Federação (SINAPI, 2016a), com

preço médio de R$ 23,95 por tonelada1, valor 13% superior à média nacional (Figura 1).

Ademais, dados do Panorama Mineral do Estado do Rio de Janeiro de 2014 (DRM-RJ,

2014) atribuem ao Estado o segundo maior dispêndio em Compensação Financeira pela

Exploração de Recursos Minerais – CFEM gerado pela extração de recursos minerais

usados na construção civil nos estados com perfil de mineração de recursos não

metálicos nos anos de 2011 e 2012, atingindo no último o valor de 15,93 milhões de

reais.

1 Preço médio referente ao mês de setembro de 2016, utilizando a média de valores de areia fina, média e grossa,

calculado sem frete e considerando a densidade média da areia 2,60 t/m³.

2

Figura 1 - Preço médio da areia por tonelada em cada Estado, referente ao mês de setembro

de 2016 (SINAPI, 2016)

Tais fatores, aliados ao alto custo de mão de obra e insumos no Estado do Rio de

Janeiro, resultam no custo médio por metro quadrado de construção mais elevado do

país (SINAPI, 2016b). Dados referentes ao mês de novembro de 2016 (Tabela 1)

mostram que o custo por metro quadrado do Estado Fluminense é 7% superior à média

da Região Sudeste e 13% superior à média nacional.

Tabela 1 - Custos médios e variações percentuais, segundo áreas geográficas - novembro de

2016 (SINAPI, 2016)

Áreas Geográficas Custo Médios

(R$/m²)

Variações Percentuais

Mensal No Ano 12 Meses

Brasil 1097,77 0,11 6,37 6,43

Região Norte 1107,59 -0,11 4,31 4,76

Rondônia 1145,44 0,20 4,05 4,17

Acre 1203,43 0,61 5,55 4,98

Amazonas 1052,38 -0,18 -0,79 -0,77

Roraima 1168,56 -0,01 5,99 5,70

Pará 1111,68 -0,35 7,03 7,41

Amapá 1085,02 0,31 2,90 7,12

Tocantins 1121,84 0,03 4,34 4,94

Região Nordeste 1011,91 0,55 6,59 6,52

Maranhão 1036,77 0,54 6,72 6,70

R$ 0,00

R$ 5,00

R$ 10,00

R$ 15,00

R$ 20,00

R$ 25,00

R$ 30,00

AC

AL

AM

AP

BA

CE

DF

ES

GO

MA

MG

MS

MT

PA

PB

PE PI

PR

RJ

RN

RO

RR

RS

SC

SE

SP

TO

3

Piauí 1021,07 0,35 6,15 5,93

Ceará 1015,98 -0,06 6,55 6,42

Rio Grande do Norte 941,06 0,03 1,41 1,08

Paraíba 1061,46 0,18 6,58 6,36

Pernambuco 997,59 2,63 8,96 8,93

Alagoas 1006,99 -0,13 5,98 6,19

Sergipe 966,55 -0,17 4,94 4,65

Bahia 1011,06 0,11 6,48 6,52

Região Sudeste 1155,77 -0,14 7,28 7,29

Minas Gerais 1025,96 -0,30 7,58 7,61

Espírito Santo 1003,82 1,23 6,20 5,81

Rio de Janeiro 1238,13 -0,23 6,10 5,86

São Paulo 1212,99 -0,12 7,69 7,83

Região Sul 1125,37 0,06 4,64 4,80

Paraná 1089,87 -0,17 1,42 1,77

Santa Catarina 1220,13 0,41 7,24 7,06

Rio Grande do Sul 1093,65 0,06 7,51 7,74

Região Centro-Oeste 1104,34 0,12 6,10 6,15

Mato Grosso do Sul 1081,64 -0,11 6,06 6,21

Mato Grosso 1124,59 0,48 7,26 7,66

Goiás 1086,08 0,01 6,32 5,78

Distrito Federal 1118,31 -0,06 4,24 4,58

O preço do concreto depende basicamente do custo de seus constituintes, como

cimento, agregados e água e, sendo responsável por aproximadamente 35% do volume

total do concreto, considerando-se traços empíricos, o agregado miúdo contribui na

determinação do custo final do concreto. Como forma de minimizar o elevado custo

inerente à areia natural e reduzir os impactos ambientais causados pela sua explotação,

a indústria da construção civil tem optado cada vez mais pela utilização de areia de brita

na formulação de concreto. Essa substituição do agregado natural pelo agregado

artificial na dosagem do concreto pode ser parcial ou total e é extremamente benéfica

do ponto de vista da sustentabilidade, pois utiliza os finos resultantes da britagem,

material de aplicação marginal e, muitas das vezes, classificado como resíduo nas

pedreiras. Entretanto, esse material, devido à sua granulometria diferenciada, com

elevado teor de material pulverulento (<0,075 mm) e formato de partículas menos

arredondadas, impacta nas características do concreto, como sua resistência e

trabalhabilidade.

4

1.2 Objetivos

O objetivo geral deste trabalho é analisar e compreender os aspectos que envolvem

a substituição da areia natural pela areia de brita na formulação de concreto e seus

impactos nas características do produto final.

O objetivo específico da presente pesquisa é realizar a dosagem científica de

concreto fazendo uso de areia de brita em sua formulação por meio do método do

empacotamento compressível através do software BétonlabPro® 3, bem como a

calibração do software para as características intrínsecas ao agregado miúdo artificial.

1.3 Estruturação do Trabalho

Este trabalho está dividido em 5 capítulos, sendo que o capítulo 1 apresenta uma

breve introdução ao tema, explicando o atual cenário do mercado da construção civil e

de agregados no Brasil, os objetivos e a estruturação do trabalho.

No capítulo 2 é apresentado uma revisão bibliográfica sobre agregados para

construção civil, abordando assuntos relativos à granulometria, textura, forma e

composição mineralógica. Além de apresentar um breve resumo sobre a origem da areia

de brita, as tecnologias utilizadas em sua fabricação e introduzir o Método de

Empacotamento Compressível, explicando suas características e suas premissas.

O capítulo 3 descreve o programa experimental adotado, os materiais utilizados

neste projeto, assim como os procedimentos utilizados para a caracterização dos

mesmos. Este capítulo descreve também os procedimentos utilizados para a dosagem

e produção dos concretos.

No capítulo 4 é apresentado os resultados dos ensaios realizados nos concretos em

seu estado fresco e endurecido, além da discussão e análise dos mesmos.

O capítulo 5 apresenta as conclusões do estudo apresentado com base nos

resultados obtidos no capítulo 4, além da análise da viabilidade dos métodos propostos

com base em seus resultados.

Após as conclusões, são apresentadas as referências bibliográficas utilizadas para

o desenvolvimento deste trabalho.

Por fim, os anexos apresentam em maiores detalhes o funcionamento do software

BétonlabPro® 3, demonstrando as etapas desenvolvidas durante a execução do

programa.

5

2. Revisão Bibliográfica

2.1 Agregado Miúdo

Segundo a NBR 7211: Agregados para Concreto - Especificações (ABNT, 2009),

denomina-se agregado miúdo aquele cujos grãos passam pela peneira com abertura de

malha de 4,75 mm. No entanto a própria norma estabelece um limite superior na zona

utilizável de 7% de material retido na peneira de 6,3 mm, conforme a Tabela 2. Em

relação ao material pulverulento (<0,075 mm), a NBR 7211 (ABNT, 2009) estipula que

o total passante por essa peneira não pode ser superior a 3% no caso de concreto

submetido a desgaste superficial e 5% em concretos protegidos do desgaste superficial.

Quando o material fino que passa através da peneira 75 µm for constituído apenas de

partículas geradas durante a britagem de rochas, tais limites aumentam para 10% e

12%, respectivamente, desde que seja possível comprovar, por apreciação petrográfica,

que as partículas acima de 150 µm não gerem finos que interfiram nas propriedades do

concreto, como materiais micáceos, ferruginosos e argilominerais expansivos.

Tabela 2 - Limites da distribuição granulométrica do agregado miúdo (Adaptada da NBR 7211,

2009)

Peneira com abertura de malha

(ABNT NBR NM ISO 3310-1)

Porcentagem, em massa, retida acumulada

Limites inferiores Limites superiores

Zona utilizável Zona ótima Zona ótima Zona utilizável

9,5 mm 0 0 0 0

6,3 mm 0 0 0 7

4,75 mm 0 0 5 10

2,36 mm 0 10 20 25

1,18 mm 5 20 30 50

600 µm 15 35 55 70

300 µm 50 65 85 95

150 µm 85 90 95 100

Nota 1: O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90. Nota 2: O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20. Nota 3: O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50.

Quanto a origem do agregado miúdo, a NBR 9935: Agregados – Terminologia

(ABNT, 2011) classifica o material em diferentes categorias: é chamada de areia natural

aquela resultante de ação de agentes da natureza, de areia artificial quando proveniente

de processos industriais, de areia reciclada quando proveniente de processos de

reciclagem e de areia de britagem quando resultante do processo de cominuição

mecânica de rocha, conforme normas específicas.

6

O agregado miúdo natural caracteriza-se por ser um material sem forma e volume

definido, geralmente inerte. Sua comercialização ocorre, na maioria dos casos, na forma

em como é extraído, passando apenas por grelhas que separam frações mais grossas

e retiram eventuais resíduos, além de lavagem para retirada de argila (ABDI, 2012). O

material apresenta-se na natureza na forma de sedimentos não coesos, no caso de

leitos de rios, planícies e terraços aluviais e em dunas litorâneas ou sedimentos

consolidados, na forma de arenitos e quatzitos que sofreram litificação. Os métodos de

extração da areia natural variam de acordo com sua forma de ocorrência, sendo os mais

comuns: Dragagem, desmonte hidráulico e desmonte mecânico (MME, 2009).

2.2 Agregado Graúdo

A NBR 7211 (ABNT, 2009) classifica como agregado graúdo as partículas que

passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com

abertura de malha de 4,75 mm. A origem do agregado graúdo pode ser natural ou

resultante da cominuição de rochas estáveis, sendo o termo brita utilizado para

denominar fragmentos de rochas duras, originárias de processos de britagem e

peneiramento de blocos extraídos de maciços rochosos. As rochas mais comumente

usadas na produção de brita são granito, gnaisse, basalto, diabásio, calcário e dolomito.

No Brasil, cerca de 85% da brita produzida tem origem em rochas graníticas e

gnáissicas, 10% em calcário e dolomito e 5% em basalto e diabásio (MME, 2009).

As britas são classificadas de acordo com as faixas granulométricas em que se

apresentam. Todavia, a classificação adotada no mercado de agregados da construção

civil (Tabela 3) difere-se da classificação normativa brasileira em relação às dimensões

mínimas e máximas de cada tipo de brita. As faixas granulométricas adotadas

comumente para a fabricação do concreto correspondem a brita 0 e a brita 1.

Tabela 3 - Classificação de britas quanto à dimensão (MME, 2009)

Pedra Britada Numerada Abertura de peneiras de malhas quadradas (mm)

Mínima Máxima

0 4,8 9,5

1 9,5 19

2 19 25

3 25 50

4 50 76

5 76 100

7

Assim como para o agregado miúdo, a NBR 7211 (ABNT, 2009) estabelece o limite

máximo para a presença de material pulverulento (<0,075 mm) de 1% em relação à

massa do agregado graúdo, podendo esse limite ser alterado para 2% no caso de

agregados produzidos a partir de rochas com absorção d’água inferior a 1%. Além disso

a referida norma técnica também estipula o limite máximo de perda de massa que o

agregado graúdo poderá estar sujeito através do ensaio de abrasão Los Angeles,

limitando-o a 50%, em massa, do material.

Por fim, a NBR 7211 (ABNT, 2009) determina zonas granulométricas, indicando os

limites correspondentes à menor e à maior dimensão do agregado graúdo (Tabela 4).

Tabela 4 - Limites da composição granulométrica do agregado graúdo (Adaptada da NBR

7211, 2009)

Peneira com abertura de malha (ABNT NBR

NM ISO 3310-1)

Porcentagem, em massa, retida acumulada

Zona granulométrica d/Da

4,75/12,5 9,5/25 19/31,5 25/50 37,5/75

75 mm - - - - 0 – 5

63 mm - - - - 5 – 30

50 mm - - - 0 – 5 75 – 100

37,5 mm - - - 5 – 30 90 – 100

31,5 mm - - 0 – 5 75 – 100 95 – 100

25 mm - 0 – 5 5 – 25 b 87 – 100 -

19 mm - 2 – 15 b 65 b – 95 95 – 100 -

12,5 mm 0 – 5 40 b – 65 b 92 – 100 - -

9,5 mm 2 – 15 b 80 b – 100 95 – 100 - -

6,3 mm 40 b – 65 b 92 – 100 - - -

4,75 mm 80 b – 100 95 – 100 - - -

2,36 mm 95 – 100 - - - -

a Zona Granulométrica correspondente à menor (d) e à maior (D) dimensões do agregado graúdo. b Em cada zona granulométrica deve ser aceita uma variação de no máximo cinco unidades percentuais em apenas um dos limites marcados com 2). Essa variação pode também estar distribuída em vários desses limites.

2.3 Influência das Características do Agregado na Reologia do Concreto

A mistura do concreto deve apresentar características específicas que garantam seu

manuseio ainda no estado fresco e a obtenção da resistência desejada após o

endurecimento do mesmo. GONÇALVES et al. (2007) afirmam que propriedades como

granulometria, densidade, forma das partículas e textura superficial dos agregados

8

impactam majoritariamente as propriedades do concreto em seu estado fresco,

enquanto a composição mineralógica, dureza, módulo de elasticidade e o grau de

alteração dos agregados afetam principalmente as características do concreto em seu

estado endurecido.

2.3.1 Granulometria

A granulometria de um determinado material corresponde a distribuição do tamanho

de suas partículas, sendo comumente expressa em termos de porcentagens

acumuladas do quantitativo retido ou passante em cada uma das peneiras. A

granulometria é determinada por meio de peneiramento manual ou mecânico de uma

alíquota do material que o represente como um todo. A NBR NM 248: Agregados –

Determinação da Composição Granulométrica (ABNT, 2003) estabelece as massas

mínimas de amostras a serem ensaiadas de acordo com a dimensão máxima do

agregado (Tabela 5).

Tabela 5 - Massa mínima da amostra de ensaio (Adaptada da NBR NM 248, 2003)

Dimensão máxima nominal do agregado (mm)

Massa mínima da amostra de ensaio (kg)

< 4,75 0,3*

9,5 1

12,5 2

19,0 5

25,0 10

37,5 15

50 20

63 35

75 60

90 100

100 150

125 300

* Após Secagem

O módulo de finura de um agregado é definido pela NBR NM 248 (ABNT, 2003)

como a soma das porcentagens retidas acumuladas nas peneiras de abertura da série

normal, padronizada pela NBR 7211 (ABNT, 2009) (Tabela 6), dividida por 100. Este

valor fornece uma ideia de quão fino ou grosso é o material, embora diferentes

9

distribuições granulométricas possam possuir o mesmo módulo de finura. Apesar de

certas limitações, este valor permite avaliar a variabilidade de um agregado ao longo do

tempo, além de fornecer uma noção da finura do agregado (WEIDMANN, 2008).

Tabela 6 - Peneiras da série normal e intermediária e respectivas aberturas nominais

(Adaptada da NBR 7211, 2009)

Série Normal Série Intermediária

75 mm -

- 63 mm

- 50 mm

37,5 mm -

- 31,5 mm

- 25 mm

19 mm -

- 12,5 mm

9,5 mm -

- 6,3 mm

4,75 mm -

2,36 mm -

1,18 mm -

600 -

300 -

150 µm -

A NBR NM 248 (ABNT, 2003) classifica a dimensão máxima característica do

agregado como a abertura nominal, em milímetros, da malha da peneira da série normal

ou intermediária, na qual o agregado representa a porcentagem retida acumulada igual

ou imediatamente inferior a 5%. Esta dimensão é usualmente limitada por questões

construtivas (tamanho da peça, cobrimento e distância entre armaduras) ou de

transporte e operação (diâmetro da tubulação de bombeamento) (WEIDMANN, 2008).

A curva granulométrica do material corresponde à representação gráfica dos

valores acumulados de material retido ou passante nas peneiras de acordo com suas

aberturas e permite de maneira rápida a verificação de algumas informações sobre o

agregado como, por exemplo, se o mesmo é deficiente em uma determinada faixa de

tamanho ou se o material apresenta características mais finas ou mais grossas. No

entanto, WEIDMANN (2008) afirma que apenas a granulometria do material não é

suficiente para a caraterização do mesmo, pois partículas alongadas são capazes de

10

passar por peneiras de malhas inferiores, distorcendo os resultados, visto que partículas

de dimensões maiores ficariam retidas em peneiras de abertura de malha menor. Como

alternativa para essa distorção, deve-se caracterizar o agregado não apenas em sua

composição granulométrica, mas também em relação a forma de seus grãos.

A granulometria do agregado, especialmente do agregado miúdo, possui

significante influência nas propriedades dos concretos frescos, como sua

trabalhabilidade, exsudação e susceptibilidade a segregação (AHN, 2000). A utilização

de agregados bem graduados e quantidades adequadas de material nas diversas faixas

de tamanho garantem uma mistura com elevado empacotamento e baixa demanda de

água (POLAT et al., 2013). Além disso, a ASTM C33: Standard Specification for

Concrete Aggregates (2016) afirma que concretos com alto grau de empacotamento

demandam uma menor mistura de água e cimento para o correto preenchimento dos

vazios, tornando a mistura mais econômica.

NEVILLE (2012) afirma que, para o mesmo valor de abatimento de tronco de cone,

o aumento nas dimensões máximas do agregado graúdo é responsável pela redução

da quantidade de água necessária na mistura do concreto (Figura 2). No entanto,

WEIDMANN (2008) e AHN (2000) afirmam que agregados demasiadamente grossos,

principalmente os agregados miúdos, tendem a gerar concreto ásperos, de baixa

trabalhabilidade e elevada tendência à segregação e exsudação, sendo necessária a

utilização de teores maiores de argamassa para correção das referidas deficiências,

ocasionando o aumento o consumo de cimento na mistura.

Figura 2 - Influência da dimensão máxima do agregado na demanda de água da mistura para

um dado valor de abatimento de tronco de cone (Adaptada de NEVILLE, 2012)

110

120

130

140

150

160

170

180

190

0 10 20 30 40 50 60 70

Mis

tura

de á

gua (

kg/m

³)

Dimensão máxima do agregado (mm)

Agregado A

Agregado B

11

Pelo cimento ser o componente mais dispendioso na fabricação do concreto, a sua

dosagem durante a formulação do concreto deve ser profundamente estudada,

otimizando seu consumo. Estudos apontam que a substituição de 5% do cimento por

material pulverulento (passante na peneira de 0,075 mm) resultou no aumento da

resistência à compressão e tração do concreto (LI et al., 2016). Em contrapartida, o

excesso de finos no material resulta numa demanda superior de água, devido à sua

elevada superfície específica, tornando o concreto antieconômico e aumentando a

possibilidade de segregação. Todavia, o uso de areias mais finas resulta em uma

demanda menor de argamassa para obtenção de características satisfatórias de coesão

e trabalhabilidade, o que em certos casos compensaria a maior demanda d’água

ocasionada pelo material (WEIDMANN, 2008).

A correta composição granulométrica dos agregados permite a obtenção de

concretos mais resistentes, de elevada capacidade de acabamento superficial e melhor

trabalhabilidade. Porém, a obtenção da granulometria adequada, além de variar de

acordo com a finalidade do concreto, torna-se extremamente complicada devido às

variações que apresentam os agregados em diferentes regiões. Faz-se necessário a

adaptação da composição granulométrica com base nos recursos disponíveis

localmente, sendo rotineiramente adotada a mistura de diferentes tipos de agregados,

como, por exemplo, o agregado miúdo de britagem e a areia natural, buscando melhorar

a granulometria do material e reduzir o custo final do concreto.

2.3.2 Forma das Partículas

A forma das partículas exerce grande impacto na trabalhabilidade, durabilidade e

resistência do concreto. Agregados de origem natural tendem a apresentar partículas

de formato arredondado (Figura 3a), devido a abrasão contínua por agentes da

natureza, enquanto agregados manufaturados apresentam partículas com formato

angular, com vértices e arestas bem definidos (Figura 3b), sendo o último influenciado

não apenas pelo tipo de rocha matriz como também pelo tipo de britador e a razão de

redução empregada em sua cominuição (NEVILLE, 2012).

12

Figura 3 - Comparação entre forma de partículas de areia natural (a) e areia manufaturada (b)

(Adaptada de COIN, 2009)

A NBR 7225: Materiais de Pedra e Agregados Naturais (ABNT, 1993) define os

seguintes termos em relação às dimensões do agregado:

i. Comprimento (c): Distância de dois planos paralelos que possam conter o

agregado, em sua maior dimensão;

ii. Largura (l): Diâmetro de menor abertura circular através da qual o agregado

possa passar;

iii. Espessura (e): Distância mínima entre dois planos paralelos que possa conter

o agregado.

A classificação proposta por WEIDMANN (2008) com base nas especificações

estabelecidas pela NBR 7225 (ABNT, 1993) permite a caracterização dos agregados

quanto as características de seus vértices e arestas (Tabela 7) e quanto à forma das

partículas (Tabela 8) de maneira subjetiva, contrapondo os limites fixos de separação

estabelecidos pela norma vigente. A Figura 4, adaptada da NBR 7389: Apreciação

Petrográfica de Materiais Naturais, para Utilização como Agregado em Concreto (ABNT,

1992), exemplifica a classificação dos agregados apresentada por WEIDMANN (2008).

13

Tabela 7 - Classificação dos agregados quanto aos vértices e arestas dos grãos (Adaptada de

WEIDMANN, 2008)

Classificação Descrição

Anguloso Arestas e vértices vivos, bem definidos,

formados pela interseção de faces relativamente planas.

Arredondado Não apresentam arestas e possuem cantos (vértices) arredondados, erodidos pela água

ou atrito.

Tabela 8 - Classificação dos agregados quanto à forma dos grãos (Adaptada de WEIDMANN,

2008)

Classificação Descrição

Alongado Comprimento muito maior que a largura e espessura que

normalmente são da mesma ordem de grandeza.

Cubico Comprimento, largura e espessura da mesma ordem de grandeza.

Discóide Espessura pequena em relação ao comprimento e largura que

normalmente são da mesma ordem de grandeza.

Esférico Grão arredondado semelhante a uma esfera.

Lamelar Comprimento muito maior que a largura e largura muito maior que

a espessura.

Figura 4 - Avaliação visual dos graus de esfericidade e arredondamento (Adaptada da NBR

7389, 1992)

14

Outros dois parâmetros muito utilizados na classificação das partículas quanto à

forma são a razão de aspecto e a esfericidade. A razão de aspecto consiste na razão

entre a largura e o comprimento das partículas e a esfericidade é obtida através da

equação 1:

Esfericidade = 4 π área projetada da partícula

Perímetro² (1)

Esses dois parâmetros, para o caso de uma partícula perfeitamente esférica, são

iguais a 1. Para partículas de formato alongado, onde o comprimento é muito superior

à sua largura, a razão de aspecto apresenta valores reduzidos. A esfericidade

representa a angulosidade da partícula e valores próximos ao limite superior sugerem

uma superfície de partícula mais uniforme, enquanto valores mais baixos indicam

superfícies mais irregulares e angulares.

WEIDMANN (2008) afirma que o formato das partículas impacta no desgaste de

equipamentos utilizados para produção e bombeamento do concreto, como betoneiras

e tubulações, sendo as partículas mais angulares responsáveis pelo maior desgaste aos

equipamentos. Além disso, partículas arredondadas normalmente aumentam a

facilidade de acabamento superficial do concreto, pois reduz sua aspereza.

Segundo BAHABRI (2016), o agregado miúdo bem graduado e com elevada

proporção de partículas angulares tende a produzir uma mistura mais empacotada, de

maior resistência e durabilidade se comparado com o agregado miúdo mais

arredondado. No entanto, partículas de formato alongado apresentam resultados

indesejados devido a facilidade de ruptura do material sob a ação de cargas. Ademais,

principalmente para o agregado graúdo, partículas lamelares tendem a se acomodar em

uma direção preferencial, resultando em planos de fraqueza (WEIDMANN, 2008).

Corroboram para essa constatação estudos expostos por NEVILLE (2012) comparando

agregados de diferentes superfícies específicas com a resistência à compressão do

concreto com 28 dias de idade e densidade do concreto fresco (Tabela 9). Agregados

alongados, cuja superfície específica é maior, resultam em concretos de menor

resistência à compressão e menor densidade.

15

Tabela 9 - Análise da influência da superfície específica do agregado na resistência e

densidade do concreto (Modificada de NEVILLE, 2012)

Superfície específica do agregado (m²/kg)

Resistência à compressão do concreto com idade 28 dias (MPa)

Densidade do concreto fresco (kg/m³)

2,24 36,1 2330

2,80 34,9 2325

4,37 30,3 2305

5,71 27,5 2260

Outro fator importante envolvendo a forma das partículas diz respeito à demanda de

água da mistura do concreto. Partículas de formatos alongado, lamelar e discoide

necessitam de uma quantidade de água superior à demandada por partículas esféricas

para preencher os vazios da mistura e recobrir a superfície das partículas, garantindo a

mesma trabalhabilidade (Figura 5) (HAWLISTCHEK, 2014; NEVILLE, 2012), por esse

motivo a trabalhabilidade do concreto oriundo de agregados alongados tende a ser

inferior àquela obtida fazendo-se uso de partículas arredondadas.

Figura 5 - Demonstração do aumento de consumo de água provocado por partículas alongadas

em comparação com partículas esféricas para obtenção da mesma viscosidade (Adaptada de

Hawlitschek, 2014)

16

2.3.3 Textura Superficial

A NBR 7389: Agregados – Análise Petrográfica de Agregado para Concreto (ABNT,

2009) preconiza que a caracterização da superfície das partículas deve ser realizada

por meio da descrição de sua textura, classificando-a como polida, fosca ou rugosa. A

textura superficial das partículas é dependente da dureza, dimensão das partículas e da

porosidade da rocha matriz, além da ação de forças atuantes, tornando-os ásperos ou

lisos (NEVILLE, 2012). A superfície das partículas influencia a trabalhabilidade, a

quantidade de cimento necessário para a produção de concreto e aderência entre

agregados e a pasta de cimento hidratado no concreto endurecido. Agregados de

origem natural costumam apresentar superfície lisa enquanto agregados manufaturados

tendem a apresentar superfície mais áspera. A Tabela 10 exemplifica os diferentes tipos

de superfície dos agregados de acordo com sua rugosidade.

Tabela 10 - Classificação do agregado segundo sua textura superficial (Adaptada de NEVILLE

et al., 2010)

Textura Superficial Características

Vítrea Fratura conchoidal

Lisa Desgastado por água ou alisado devido à fratura de rochas

laminadas ou de granulação fina.

Granular Fratura mostrando grãos mais ou menos uniformes arredondados.

Áspera Fratura áspera de rochas de granulação fina ou média contendo

constituintes cristalinos de dificil visualização.

Cristalina Presença de constituintes cristalinos de fácil visualização.

Alveolar Com poros e cavidades visíveis.

WEIDMANN (2008) afirma que agregados que apresentam textura superficial

áspera resultam em concretos de maior resistência à flexão, se comparado a concretos

formulados com agregados de superfície polida. Este resultado é efeito do maior

travamento mecânico proporcionado pela superfície rugosa e também devido a uma

maior superfície específica do agregado para reagir com a pasta de cimento hidratado.

Segundo DOMONE (2010), a textura superficial dos agregados aparenta possuir uma

maior influência na resistência à flexão do que na resistência à compressão do concreto.

No entanto, agregados de textura rugosa demandam mais água para obtenção da

mesma trabalhabilidade da mistura do concreto devido a necessidade de preenchimento

dos poros superficiais das partículas. Além disso, MEHTA (1994) afirma que existem

evidencias de que a influência da textura superficial do agregado na resistência à flexão

17

do concreto seja relevante apenas nas primeiras idades, uma vez que o

desenvolvimento de uma aderência química entre a pasta e o agregado reduziria a

importância desse efeito em idades mais avançadas.

2.3.4 Composição Mineralógica

A natureza dos agregados utilizados na fabricação do concreto exerce grande

influência em seu comportamento nos estados fresco e endurecido. As características

da rocha matriz irão governar alguns aspectos dos agregados já abordados

anteriormente nos itens 2.3.1, 2.3.2 e 2.3.3 deste trabalho. Essa correlação entre a

composição mineralógica e as características do concreto é mais intensa nos agregados

miúdos. PEREIRA et al. (2009) concluiu em seu estudo, utilizando quatro tipos

mineralógicos diferentes de rochas, que a durabilidade do concreto é pouco afetada pela

origem da rocha matriz do agregado graúdo e sim apenas por sua dimensão.

PINHO (2007) afirma que a apreciação petrográfica visa conhecer as propriedades

mineralógicas, texturais e estruturais das rochas para entender suas influências nos

produtos que dela se originam. Segundo a autora, dentre essas principais

características estão:

i. Estado de alteração: Influencia na durabilidade e propriedades físicas e

mecânicas;

ii. Presença de minerais deletérios: Provocam reações com substâncias presentes

no Cimento Portland;

iii. Propriedades físico-mecânicas dependentes da composição mineralógica:

Interferem nas características do concreto fresco e endurecido.

Esta seção do trabalho irá focar na presença de minerais deletérios na composição

mineralógica dos agregados e seus efeitos nos concretos em estado fresco e

endurecido. PINHO (2007) define minerais deletérios como aqueles que quando

presentes no agregado não ficam inerte no ambiente em que foi empregado, seja no

concreto ou na argamassa, mas reagem com determinadas substâncias presentes no

material, produzindo reações que resultam na alteração das propriedades físicas e

mecânicas do material como um todo. Dentre os minerais deletérios, podem ser citados

os sulfetos, que quando presentes no concreto podem reagir, gerando manchas por

oxidação e até mesmo atacar as armaduras do concreto através da produção de ácido

sulfídrico, provocando fissuras e a esmectita, um argilo-mineral de característica

expansiva responsável pela redução da consistência em concretos e argamassas.

Ademais, merecem destaque também os minerais micáceos, cujos minerais mais usuais

18

são a muscovita (Figura 6a), que é um silicato de potássio e alumínio hidratado contendo

pequenas quantidades de ferro, magnésio, cálcio, sódio, lítio, flúor e titânio, e a biotita

(Figura 6b), que é um silicato de potássio, magnésio-ferro-alumínio hidratado

(PARREIRA, 2016).

Figura 6 - Componentes micáceos: Muscovita (a) e Biotita (b)

As principais rochas utilizadas no Brasil para a obtenção de agregados são: granitos,

gnaisses, calcários, dolomitos, basaltos e diabásios (MME, 2009). Esses agregados

podem ser obtidos através de fragmentação natural ou industrial da rocha matriz. No

Estado do Rio de Janeiro, a produção de agregados ocorre principalmente em regiões

próximas a corpos granito-gnáissicos gnaisses do Complexo Rio Negro e gnaisses

Facoidal, tendo os granitos-gnáissicos uma composição de quartzo-feldspato com altos

teores de muscovita e biotita (PARREIRA, 2016).

A presença de biotita na composição dos agregados constitui um desafio no uso dos

mesmos, pois seu aspecto lamelar e superfície lisa afetam características como a

trabalhabilidade e a demanda d’água do concreto. Outro efeito observado por

WAKIZAKA et al. (2005) foi a redução da resistência à compressão de argamassas com

elevado teor de biotita (Figura 7) ocasionado pela anisotropia do material devido ao

formato lamelar da partícula, além da menor resistência à flexão ocasionado pela fraca

interação entre a superfície lisa da biotita e o a pasta de cimento hidratado. Micas de

ocorrência natural, no entanto, apresentam menor impacto nas propriedades dos

concretos, se comparado a micas encontradas em agregados oriundos de cominuição

de rochas (DANIELSEN et al., 1984). A explicação para esse fenômeno se deve ao fato

de minerais micáceos encontrados em agregados de origem natural terem sofridos

alterações durante longos períodos de exposição a natureza (COIN, 2009).

19

Figura 7 – Relação entre a razão de biotita na mistura e a resistência de argamassas

(Modificada de WAKIZAKA et al., 2005)

Segundo NEVILLE (2012), a presença de mica livre nos agregados deve ser evitada,

pois na presença de agentes químicos produzidos durante a hidratação do cimento

poderá ocorrer a alteração da mica para outras formas. Além disso, a presença de micas

no agregado miúdo, mesmo que em pequenos teores, afeta a demanda d’água (Figura

8) e a resistência de concretos e argamassas. Estudos apresentados por NEVILLE

(2012) mostraram que um teor de 5% de mica no agregado miúdo provocou a redução

em 15% da resistência esperada para um concreto com idade de 28 dias, mesmo

mantendo constante a razão água/cimento. Este fenômeno pode ser explicado pela

baixa aderência da pasta de cimento hidratado à superfície das partículas de mica. Além

disso, estudos mostram que a muscovita pode apresentar efeitos piores a reologia do

concreto, se comparada aos efeitos provocados pela biotita (NEVILLE, 2012;

DANIELSEN, 1984).

30

40

50

60

0 5 10

Resis

tência

à c

om

pre

ssão (

MP

a)

Razão de mistura de biotita (%)

20

Figura 8 - Relação entre a proporção de mica na mistura de concreto e a demanda d'água

(Adaptada de DANIELSEN, 1984)

2.4 Areia de Brita

2.4.1 Origem da Areia de Brita

As areias são razoavelmente abundantes em todo o território nacional, todavia, a

demanda regional é superior a ocorrência do recurso mineral em certas localidades,

fazendo-se necessário o transporte do material oriundo de regiões mais distantes, como

é o caso das regiões metropolitanas do Rio de Janeiro e São Paulo (MME, 2009). Por

ser um material cuja extração caracteriza-se por elevados volumes, o preço do produto

é baixo, porém seu transporte representa até 2/3 do preço final do produto, o que impõe

a necessidade de produzi-lo o mais próximo possível de sua destinação final, reduzindo

o seu custo.

Além disso, leis de proteção ambiental mais rigorosas têm limitado a extração de

areia natural em diversas regiões próximas a centros urbanos. No Rio Grande do Sul,

por exemplo, além da proibição da extração de areia em diversos rios, existem também

restrições em relação a profundidade até a qual se pode lavrar a areia, além de uma

distância mínima que deve ser respeitada em relação as margens dos rios, com base

em sua largura. Estados como Ceará e Espírito Santo impõem severas restrições ao

aproveitamento de areia de dunas como agregado. No Rio de Janeiro, a eminente

proibição da exploração de areias em diversos rios da Região Metropolitana coloca em

risco o fornecimento do agregado miúdo na região do Grande Rio (MME, 2009).

3

3,5

4

4,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Índic

e d

e d

em

anda d

e á

gua (

Ks)

Conteúdo de mica livre na faixa de 0,15-0,30 mm (%)

21

A utilização de areia manufaturada já uma realidade em diversos países, tanto

devido a questões ambientais como também em decorrência do esgotamento das fontes

de areia natural. O desenvolvimento de tecnologias para a produção de agregados

manufaturados está intrinsicamente relacionado à disponibilidade de recursos na região.

Países como o Japão fazem uso da areia de brita devido ao esgotamento de suas

reservas naturais, o mesmo não ocorre em países como Canadá ou Estados Unidos,

onde há grande disponibilidade de recursos. Na Nova Zelândia, por exemplo, a

substituição do agregado natural pela areia de brita ocorreu majoritariamente devido a

obtenção de uma melhor performance com o agregado manufaturado através da

introdução de britadores de impacto vertical, permitindo a obtenção de concretos de

maior resistência à compressão e densidade devido a maior presença de material

pulverulento (COIN, 2009).

A produção de areia de brita é um processo mais complexo do que a simples

extração de areia natural e, ao contrário do que ocorre com a produção do agregado

miúdo natural, não é usual existirem usinas destinadas apenas à fabricação de areia de

brita. A produção da mesma geralmente é integrada à produção de agregado graúdo

proveniente da cominuição mecânica de rochas.

Durante a o processo de fabricação de agregado graúdo para a construção civil, até

30% da massa de material que passa pelo britador é reduzida a partículas de dimensões

inferiores à 4mm, inviabilizando seu uso como agregado graúdo (CEPURITIS, 2014).

Por ser um material de pouco interesse comercial, durante muito tempo tratou-se parte

desta fração resultante da britagem de rochas como resíduo, afetando a rentabilidade

da produção de agregado graúdo e gerando danos ambientais pelo armazenamento do

material descartado.

O correto beneficiamento deste resíduo permite aos produtores de agregado a

conversão de um material de baixo valor de mercado em um produto de qualidade,

capaz de substituir parcialmente ou na totalidade o uso do agregado miúdo natural para

fabricação de concreto, argamassa e asfalto, garantindo propriedades adequadas de

trabalhabilidade, resistência, consumo de água e cimento. O produto final deste

beneficiamento deve possuir qualidade e granulometria apropriadas, consistindo em um

material produzido com os devidos fins e não apenas o reuso de rejeitos de mina.

22

2.4.2 Comparação entre Britadores de Impacto de Eixo Vertical e Cônico

O processo de cominuição das rochas consiste na redução progressiva das

dimensões das partículas, por meio de sucessivas etapas, até tamanhos convenientes

ou até o ponto onde o minério e a ganga, que consiste na parte não aproveitada da

fragmentação de rochas, são produzidos como partículas separadas (LUZ et al., 2004)

(WILLS et al., 2006). A extração de blocos de rochas através do uso de explosivos

consiste na fase inicial de cominuição dos minérios. A britagem é realizada dentro de

estágios convenientes, não existindo um circuito padrão para realização desta operação

(LUZ et al., 2004). Sua aplicação abrange partículas de tamanhos distintos, que vão

desde 1000 mm até 10 mm. A Tabela 11 apresenta uma classificação dos estágios de

britagem.

Tabela 11 - Classificação dos estágios de Britagem quanto ao tamanho máximo de

alimentação e produção (Adaptada de LUZ et al., 2004)

Estágio de britagem Tamanho máximo de

alimentação (mm) Tamanho máximo de

produção (mm)

Britagem primária 1000 100,0

Britagem secundária 100 10,0

Britagem terciária 10 1,0

Britagem quaternária 5 0,8

As diversas etapas do processo se baseiam na razão de redução, geralmente

pequenas, que consistem na razão entre a maior dimensão de partícula alimentando o

britador e a maior razão de saída do mesmo (WILLS et al., 2006). A britagem primária

é responsável por promover a redução da rocha de desmonte a um tamanho adequado

para o transporte e alimentação do britador secundário e é executada geralmente por

britadores do tipo giratório ou de mandíbulas, pois permitem dimensões máximas de

alimentação maiores. Esses equipamentos possuem uma razão de redução em torno

de 8:1. Segundo LUZ et al. (2004), pode-se considerar britagem secundária todas as

gerações de britagem subsequentes a primária. O objetivo deste estágio é reduzir as

dimensões do material até a obtenção da granulometria desejada, sendo geralmente

britadores cônicos, de impacto e de rolos.

Muitos dos esforços atualmente se concentram em melhorar a forma da partícula do

agregado miúdo manufaturado. Trabalhos recentes indicam que a utilização de

britadores de impacto do tipo VSI (Vertical Shaft Impact), permite a obtenção de

partículas com boa cubicidade através da indução de impactos entre as partículas do

23

material. O mesmo não ocorre com britadores cônicos, responsável pela geração de

elevada porcentagem de partículas lamelares (O’FLYNN, 2010). Estes dois tipos de

britadores serão abordados com maior profundidade neste tópico, pois posteriormente

serão analisadas suas respectivas influências nas características de trabalhabilidade e

resistência à compressão do concreto.

Os britadores de impacto do tipo VSI caracterizam-se por serem britadores de ação

autógena, utilizando-se da rocha alimentada na máquina para a realização da

cominuição do próprio material. Britadores VSI geralmente são aplicados na última fase

do circuito de britagem e são responsáveis pela produção de partículas de formato

cúbico, ideais para a produção de concreto. Os britadores VSI Barmac (Figura 9) contam

também com um sistema de cascateamento, permitindo um ajuste fino na granulometria

do produto final e proporcionando uma capacidade extra de britagem na máquina

(METSO, 2009). A cominuição neste caso ocorre quando o material alimentado pelo

centro do rotor é acelerado a altas velocidades e lançado sobre o material que passa

por fora do rotor, na forma de cascata (LUZ et al., 2004).

Figura 9 - Ilustração do corte de um britador VSI (Adaptada de CEPURITIS et al., 2015)

Os britadores cônicos (Figura 10) apresentam princípio de operação semelhante

ao britador giratório, diferindo-se na forma da câmara de britagem, que apresenta longas

superfícies paralelas para garantir um maior tempo de retenção de partículas nessa

24

região (LUZ et al., 2004). A britagem ocorre pelo fechamento da abertura entre o cone,

elemento móvel do processo, e a parede da câmara de britagem, resultando na

cominuição da partícula. O deslocamento vertical do cone permite o ajuste da abertura

do equipamento conforme a necessidade. O modo de operação do britador cônico

também influencia o formato das partículas. GONÇALVES et al. (2007) explica que o

funcionamento do britador sem câmara cheia tende a gerar partículas de formato mais

lamelar, enquanto sua operação em afogado gera partículas com formato intermediário

entre o resultado de britadores VSI e britadores cônicos operando em vazio, a

explicação para esse fenômeno está na abrasão entre partículas quando há a presença

de maior quantidade de material no britador.

Figura 10 - Ilustração do corte de um britador cônico (Adaptada de DIAZ, 2015)

As características do agregado miúdo manufaturado estão intrinsicamente

relacionadas com as propriedades dos britadores utilizados em sua produção.

GONÇALVES et al. (2007) compararam os efeitos dos britadores cônicos e de impacto

na esfericidade (Figura 11) e razão de aspecto (Figura 12) de partículas de agregado

miúdo, parâmetros explicados no tópico 2.3.2 deste trabalho. Segundo o referido estudo,

a esfericidade dos grãos manteve-se relativamente constante para britadores de

impacto (MFA-IC). No entanto, apresentou uma tendência de redução com a diminuição

das dimensões das partículas produzidas por britadores cônicos (MFA-CC), concluindo-

se que os últimos influenciam negativamente as propriedades das partículas de menor

dimensão do agregado miúdo. Em relação à razão de aspecto, ambos os britadores

25

apresentaram uma tendência de geração de partículas alongadas com a diminuição das

dimensões das partículas. É possível notar, porém, que em ambos os resultados as

propriedades das partículas geradas por britadores VSI se encontram numa posição

intermediária entre as da areia natural (NFA) e as de partículas originárias de britadores

cônicos.

Figura 11 - Efeito do tamanho das partículas na esfericidade do agregado miúdo (Adaptada de

GONÇALVES et al., 2007)

Figura 12 - Efeito do tamanho das partículas na razão de aspecto do agregado miúdo

(Adaptada de GONÇALVES et al., 2007)

0,6

0,65

0,7

0,75

0,1 1

Esfe

ricid

ade

Tamanho de partícula (mm)

NFA

MFA-IC

MFA-CC

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

0,1 1

Razão d

e A

specto


NFA

MFA-IC

MFA-CC

26

2.4.3 Benefícios da Areia de Brita

A produção de areia natural, especialmente aquela associada à extração do material

em leitos de rios, geralmente resulta em uma grande variabilidade na composição do

agregado devido à presença de diferentes tipos de rocha ao longo do curso do rio, bem

como do regime hidrodinâmico e posicional em diferentes trechos, dificultando a

uniformização das propriedades do material. A areia manufaturada, em contrapartida,

pode ser obtida a partir de apenas um tipo de rocha, aumentando a possibilidade de

manter sua composição mineralógica uniforme. A grande variabilidade nas propriedades

do agregado miúdo natural demanda, em princípio, constantes ajustes na formulação

do concreto, ocasionando um aumento no consumo do cimento ou agregados para

obtenção das propriedades mecânicas e de trabalhabilidade inicialmente exigidas.

Outra vantagem importante do material manufaturado é a possibilidade de se ajustar

a sua composição granulométrica, adaptando-a aos diferentes usos. Além disso, é

possível selecionar o tipo de rocha matriz a ser utilizado em sua produção. As

propriedades das rochas apresentam grande influência durante a extração e a britagem

em fatores como: consumo de energia; produção de finos; formato e textura das

partículas e qualidade dos concretos fresco e endurecido (COIN, 2009). O conhecimento

da influência dos parâmetros petrológicos de cada tipo de rocha permite a obtenção de

produtos diferenciados para os diversos usos, aprimorando as características dos

concretos. No entanto, as diferenças existentes entre o agregado manufaturado e

natural implicam na utilização de conhecimentos específicos do material para a

formulação do concreto, não podendo ser utilizado formulações usuais do mesmo

contendo areia natural.

Ademais, o esgotamento do agregado natural nas proximidades dos grandes

centros urbanos torna a areia de brita um material de elevado interesse estratégico, pois

a sua produção em minas próximas ao seu local de uso diminui as distâncias percorridas

para o transporte do material, reduzindo assim as emissões de poluentes e o trânsito

nas grandes cidades, além de gerar oportunidade de empregos para moradores locais.

2.4.4 Desafios ao Uso da Areia de Brita

Em um futuro próximo a produção de areia de brita tende a superar a produção de

areia natural. A adoção de britadores VSI mostrou-se uma opção efetiva na produção

de partículas de elevada cubicidade em frações menores do que 5 mm (COIN, 2009).

Todavia, a geração de uma elevada geração de material pulverulento (<0,075 mm)

ainda é um desafio na adoção do material. Além disso, os britadores utilizados

27

atualmente para a produção do material tendem a gerar partículas extremamente

alongadas, especialmente em suas frações mais finas.

A utilização de separação dos finos por meio de lavagem nem sempre é viável

devido à falta de espaço nas minas, disponibilidade de água e problemas ambientais

gerados pela disposição dos rejeitos (CEPURITIS et al., 2015). No entanto, a utilização

de aeroclassificadores estáticos (Figura 13) permite classificar partículas de agregado

por tamanho e forma a partir da aceleração de ar dentro da câmara e através da

interação entre a força gravitacional da partícula e a força de arraste do ar, combinando

as características de forma, peso e densidade para separar as partículas em finas e

grossas. A combinação de dois ou mais classificadores a ar em série, com base em

suas faixas granulométricas de atuação, mostrou-se bastante efetiva para a composição

da granulometria dos finos da areia de brita após sua britagem (CEPURITIS et al., 2015).

Figura 13 - Tipos de aeroclassificadores estáticos: gravitacional a ar (a), gravitacional inercial a

ar (b), centrífugo a ar (c)

A presença de minerais micáceos na areia de brita, conforme apresentado no tópico

2.3.4 deste trabalho, também pode representar um desafio adicional na produção de

uma areia manufaturada de qualidade, uma vez que em elevadas proporções desses

componentes na areia afetam diretamente a trabalhabilidade do concreto, a demanda

d’água da mistura e sua resistência final à compressão. PARREIRA (2016) propôs como

solução para a redução da concentração de minerais micáceos a utilização de um

Separador Magnético de Terras-Raras (Figura 14). Devido às propriedades

paramagnéticas da biotita e da muscovita foi possível reduzir a concentração final

28

desses minerais para apenas 38% de seu valor inicial, preservando 80% da massa

inicial das amostras.

Figura 14 - Separador Magnético de Terras-Raras: Perfil (a) e detalhe (b) (Adaptada de

PARREIRA, 2016)

Embora a adoção da areia de brita para formulação de concretos esteja crescendo

em diversos países ao redor do mundo, as normas técnicas de alguns países ainda não

se adaptaram completamente à essa nova tendência, principalmente no que tange à

porcentagem de material pulverulento na mistura, faixa granulométrica presente em

grandes quantidades no material e que se mostrou benéfica em diversos estudos (COIN,

2009). Todas essas especificações ainda se baseiam majoritariamente no uso de areia

natural, embora seja necessário tratar a areia manufaturada de maneira diferenciada.

Alguns países, como a Nova Zelândia, adaptaram suas normas e passaram a não limitar

a porcentagem passante na peneira de 75 µm. Países como Brasil e Austrália, por

exemplo, aumentaram os limites percentuais de material pulverulento para 12% e 20%,

respectivamente. Todavia, pouco se sabe sobre quais testes devem ser aplicados no

produto ou quais limites devem ser especificados para o fornecimento do material pelas

minas produtoras (COIN, 2009).

2.5 Dosagem de Concretos

O estudo de dosagem de concretos pode ser caracterizado como os procedimentos

necessários à obtenção da melhor proporção entre os materiais constitutivos do

concreto. Esses estudos têm como base fundamentos científicos e tecnológicos, porém

também se baseiam em experimentos em laboratório e/ou campo para obtenção de

29

dados e comprovação de métodos. No Brasil, a ausência de uma padronização nos

procedimentos e parâmetros de dosagem leva diversos pesquisadores a publicarem

seus próprios métodos de dosagem, muitos deles amplamente utilizados (TUTIKIAN et

al., 2011). Dentre esses métodos, o mais difundido é o IPT/EPUSP, que se baseia na

resistência do concreto aos 28 dias, do diâmetro máximo dos agregados e da

consistência do concreto para obtenção das proporções de areia e brita por unidade de

cimento, além de fornecer o fator água/cimento. Podem ser citados também o método

ABCP e o Método de Aïtcin-Faury Modificado, desenvolvido pelo programa de

Engenharia Civil da COPPE/UFRJ (SILVA, 2004).

Embora existam diferentes métodos de dosagem propostos, algumas características

são comuns entre todos, como, por exemplo, o cálculo da resistência média de dosagem

e a correlação da resistência à compressão com a relação água/cimento da mistura. A

dosagem ideal deve permitir que o concreto apresente condições ideais de

trabalhabilidade e homogeneidade em seu estado fresco e alcance as propriedades

exigidas no projeto estrutural, mantendo suas características durante toda sua vida útil.

TUTIKIAN et al. (2011) afirma que uma economia hipotética de 5kg de cimento por m³

de mistura, resultante de uma melhor dosagem, acarretaria na redução de 100.000

toneladas de dióxido de carbono emitidos à atmosfera por ano durante sua produção,

além de permitir uma redução no consumo de agregados e diminuir os impactos

causados por sua extração e transporte, reforçando assim a importância dos estudos

de dosagem para geração de menores impactos à sociedade.

A dosagem experimental de concretos baseia-se em propriedades obtidas por meio

de ensaios laboratoriais dos materiais utilizados na mistura. A maioria dos métodos de

dosagem experimentais respeitam a lei de Abrams, que estabelece a relação entre a

resistência do concreto e a proporção de água/cimento e a lei de Lyse, que estabelece

a e a relação entre o grau de trabalhabilidade e a proporção de água/materiais secos.

Um dos problemas existentes na construção civil atualmente e que perdura durante

um longo período de tempo é a utilização da dosagem empírica para fabricação do

concreto, majoritariamente em obras de pequeno porte. Neste caso, o traço do concreto

baseia-se em conhecimentos populares, passados através de gerações. Esse tipo de

mistura desconsidera qualquer variabilidade das fontes de materiais para o concreto e

suas propriedades e muitas das vezes não atendem aos requisitos mínimos da norma,

além de serem antieconômicos. A NBR 12655: Concreto de Cimento Portland – Preparo,

Controle, Recebimento e Aceitação – Procedimento (ABNT, 2015) restringe que a

resistência característica do concreto dosado de forma empírica seja igual ou inferior a

30

15 MPa, além de respeitar uma série de condições pré-definidas para garantir que o

mesmo seja fiel à resistência estabelecida pelo projeto estrutural.

2.5.1 Método de Empacotamento Compressível

O Método de Empacotamento Compressível (MEC) proposto por DE LARRARD

(1999) consiste em um método de dosagem baseado no empacotamento das partículas,

visando obter a máxima compacidade possível para a mistura. DE LARRARD (1999)

afirma que o MEC é o primeiro método capaz de solucionar a questão de

empacotamento de misturas secas para todos os componentes utilizado na dosagem

de concretos. Métodos desenvolvidos anteriormente reconhecem a importância do

empacotamento, através da sugestão de parâmetros de empacotamento para alguns

componentes ou através da aproximação de uma curva granulométrica ideal. No

entanto, divergências entre as curvas propostas pelos diferentes métodos levantam

dúvidas quanto a aplicabilidade de seus conceitos. Para o autor, a compacidade de uma

mistura granular é dependente de três parâmetros principais:

i. A granulometria dos agregados;

ii. O formato das partículas;

iii. O método de processamento da mistura.

Segundo SILVA (2004), o Método de Empacotamento Compressível se destaca

dentre os outros modelos devido aos seguintes fatores:

i. O método baseia-se em princípios científicos, ou seja, é fundamentado na

observação dos fenômenos, levantamento de hipóteses, estabelecimento de

modelos matemáticos e nas comprovações experimentais desses modelos;

ii. Seus modelos matemáticos levam em consideração novos componentes que

vêm sendo adotados na confecção de concreto atualmente, como microssílica,

filler calcário, superplastificantes, fibras, entre outros;

iii. Utiliza um grande conjunto de dados experimentais para comprovar a veracidade

dos modelos;

iv. Já se encontra implementado computacionalmente.

Além disso, o MEC é capaz de realizar combinações entre qualquer número de

agregados com diferentes granulometrias, contrastando com a maioria dos modelos

disponíveis que são capazes de lidar apenas com um número limitado de componentes

e presumem uma distribuição granulométrica simplificada para cada componente (DE

LARRARD, 1999).

31

2.5.1.1 Empacotamento Virtual

O MEC se baseia no conceito de compacidade virtual de empacotamento, definida

como a máxima compacidade alcançada em uma mistura onde cada partícula mantém

seu formato, sendo empilhada uma a uma em um volume infinito, obtendo-se um arranjo

geométrico ideal. A compacidade virtual de empacotamento é um conceito teórico

destinado à obtenção do empacotamento de uma dada mistura, sendo impossível sua

obtenção através da utilização de processos reais de compactação visto que, na prática,

os grãos se posicionam desordenadamente, resultando em uma compacidade real

inferior à compacidade virtual.

A compacidade virtual de empacotamento de uma mistura é obtida a partir do

estabelecimento de uma classe granular dominante (conjunto de grãos

unidimensionais). Considera-se uma classe dominante quando ela é capaz de

assegurar a continuidade sólida do corpo granular (FORMAGINI, 2005). Partículas de

granulometria grossa são classificadas como dominantes quando são capazes de

preencher todos os espaços disponíveis a ponto de que a adição de partículas mais

finas na mistura apenas preenche as cavidades entre as mesmas, sem provocar o

afastamento entre partículas (Figura 15a). Partículas menores são dominantes quando

elas ocupam uma quantidade de espaços maior do que a disponível entre partículas

maiores, separando-as (Figura 15b).

Figura 15 - Mistura binária sem interação com grãos maiores como dominante (a) e grãos

menores como dominante (b) (FORMAGINI, 2005)

Para a existência de empacotamento na mistura é necessário a presença de uma

classe dominante, caso contrário as partículas estariam em suspensão, situação

semelhante a partículas imersas em um meio líquido. Segundo FORMAGINI (2005), o

empacotamento máximo de uma mistura polidispersa (constituída por partículas de

32

diversos tamanhos) é obtido quando as partículas de tamanhos menores preenchem

por completo os espaços vazios entre as partículas mais grossas. A Figura 16

demonstra a relação entre a compacidade virtual da mistura e a proporção de partículas

menores (y2) de uma mistura binária com duas classes de partículas esféricas de

diâmetro muito diferentes, desde de uma mistura composta puramente por partículas

maiores, atingindo seu pico de compacidade virtual no momento em que todas as

partículas finas preenchem os espaços disponíveis pelas partículas maiores e

decrescendo com o aumento da quantidade de partículas finas, substituindo as maiores

(DE LARRARD, 1999).

Figura 16 - Evolução da compacidade virtual de uma mistura binária de esferas sem interação

(Adaptada de FORMAGINI, 2005)

Além disso, a compacidade virtual de empacotamento também é influenciada por

dois efeitos que tendem a diminuir a compacidade da mistura. Segundo FORMAGINI

(2005), esses efeitos ocorrem predominantemente em classes granulares de tamanhos

relativamente próximos, quando ocorre a interação parcial entre diferentes classes

granulares. O efeito de parede é exercido pelas partículas maiores sobre as menores,

quando uma partícula de diâmetro maior (d1) é introduzida em um empacotamento de

partículas finas dominantes (d2), provocando um aumento de vazios ao redor de sua

superfície (Figura 17) e o efeito de afastamento é exercido pelas partículas mais finas

sobre as mais grossas quando partículas de tamanho (d2) possuem dimensões

superiores aos deixados pelas partículas de maior dimensão (d1), provocando o

afastamento das partículas mais grossas (Figura 18).

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Com

pacid

ade v

irtu

al

Fração volumétrica (y2)

Partícula maior Partícula fina dominante dominante

33

Figura 17 - Efeito de parede exercido pela partícula de maior tamanho sobre a partícula de

menor tamanho (SILVA, 2004)

Figura 18 - Efeito de afastamento exercido pela partícula de menor tamanho sobre a partícula

de maior tamanho (FORMAGINI, 2005)

O impacto dos efeitos de parede e de afastamento podem ser notados na Figura

19, que apresenta três curvas para os diferentes tipos de interação de uma mistura

binária de esferas através da adição de partícula de diâmetro d2 à mistura. A curva 1

apresenta uma mistura binária sem interação entre as duas classes granulares, idêntica

à da Figura 16 apresentada neste tópico. Para este caso d1 >> d2 e não existe o efeito

de parede e de afastamento exercido entre as partículas. A curva 2 apresenta uma

mistura binária com interação total entre as classes granulares. Para este caso d1 = d2

e os efeitos de parede e afastamento estão maximizados, mantendo-se a compacidade

constante em 0,74 (máxima compacidade virtual obtida na interação entre partículas

esferas unidimensionais). A curva 3 apresenta uma mistura binária com interação parcial

entre as classes granulares. Para este caso d1 > d2 e os efeitos de parede e afastamento

impactam parcialmente o empacotamento da mistura, obtendo-se uma compacidade

virtual superior a curva 2, porém inferior a curva 1.

34

Figura 19 - Evolução da compacidade virtual de uma mistura binária de esferas variando a

interação entre as partículas (Adaptada de SILVA, 2004)

A visualização da influência desses efeitos pode ser melhor analisada em uma

mistura polidispersa, composta por diferentes classes granulares, onde uma classe

granular dominante hipotética sofre o efeito de parede provocados por partículas

maiores e o efeito de afastamento provocado por partículas menores, afetando a

compacidade da mistura (DE LARRARD, 1999). Na Figura 20 é ilustrado um exemplo

de uma mistura polidispersa no qual a classe granular 2 é dominante.

Figura 20 - Perturbações exercidas na classe granular 2 por partículas de dimensões maiores

(1) e menores (3) (DE LARRARD, 1999)

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Com

pacid

ade v

irtu

al


1 - Sem interação d1 >> d2

3 - Interação parcial d

1 > d

2

2 - Interação total d

1 = d

2

35

2.5.1.2 Empacotamento Real

As considerações expostas no item 2.5.1.1 sobre empacotamento virtual aplicam-se

somente às compacidades virtuais e não podem ser utilizadas diretamente para

predição da compacidade real de misturas. Segundo SILVA (2004), as curvas teóricas

de compacidade virtual apresentam um valor máximo de compacidade em um bico da

curva, conforme a Figura 16 e a Figura 19, enquanto curvas experimentais apresentam

em seu ponto ótimo uma tangente horizontal (Figura 21).

Figura 21 - Exemplo de curva experimental de compacidade para misturas binárias (Adaptada

de DE LARRARD, 1999)

A compacidade experimental de uma mistura é influenciada não apenas pelas

propriedades geométricas do material, mas também pelo protocolo de compactação

adotado. Faz-se necessário correlacionar os valores de compacidade experimental com

os de compacidade virtual, levando-se em conta as condições reais de compactação da

mistura.

A relação entre o empacotamento real e virtual é obtido através de um índice K,

denominado de índice de compactação. Este índice é responsável pela caracterização

do procedimento experimental de empacotamento adotado e representa o seu

protocolo, ou seja, a energia associada a um procedimento operacional (FORMAGINI,

2005; SILVA, 2004). O índice K expressa em que extensão o empacotamento real se

aproxima do empacotamento virtual e é determinado comparando-se o valor de

compacidade virtual de uma mistura com o valor de compacidade real obtido através de

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Com

pacid

ade e

xperim

enta

l


36

ensaios. O modelo assim estruturado é denominado como o Método de Empacotamento

Compressível.

Os valores de K para os diferentes tipos de protocolo de empacotamento são

apresentados na Tabela 12.

Tabela 12 - Valores de K para os diferentes protocolos de compactação

Tipo de empacotamento Protocolo de empacotamento Índice K

Empacotamento Seco

Lançamento simples 4,1

Apiloamento 4,5

Vibração 4,75

Vibração + Compactação de 10 KPa 9

Empacotamento molhado Demanda d’água 6,7

2.5.2 BetónlabPro® 3

O BetónlabPro® 3 é uma ferramenta computacional baseada no Método do

Empacotamento Compressível, desenvolvido por DE LARRARD (1999). O software

permite ao usuário realizar a otimização de uma mistura granular para obtenção de

características desejadas a um concreto. Ou seja, é possível simular concretos que

alcancem uma certa resistência à compressão em determinada idade, ou então

concretos que apresentem um menor consumo de cimento ou até mesmo otimizar a

mistura para obtenção do menor custo de materiais por m³ de concreto.

O software utiliza informações dos agregados como granulometria, compacidade,

absorção d’água, massa específica, módulo de elasticidade dentre outras para realizar

a calibração de dois índices necessários para a estimativa das propriedades do

concreto. O índice “p”, responsável pela estimativa da influência da aderência dos grãos

à pasta de cimento e o índice “q”, responsável pela estimativa da resistência intrínseca

do agregado.

O BetónlabPro® 3 apresenta como diferencial a possibilidade de utilização de

componentes cada vez mais comuns para a produção de concreto, como cimentos

compostos, aditivos minerais, superplastificantes e incorporação de ar. Além disso o

software é capaz também de simular concretos de alto desempenho e concretos alto

adensáveis.

37

3. Materiais e Métodos

3.1 Programa Experimental

O programa experimental deste trabalho consistiu na elaboração de 4 traços iniciais

para a calibração do software BétonlabPro® 3 com base nas características dos

materiais adotados para formulação do concreto e nas resistências obtidas para as

idades de 7 dias e 28 dias dos corpos de prova moldados. Os traços foram inicialmente

determinados através do próprio software, utilizando-se valores de calibração presentes

na literatura.

Em seguida, foi realizado a formulação de 4 traços para analisar a influência da

presença do mineral micáceo e da forma das partículas no concreto em seus estados

fresco e endurecido. Para a obtenção da areia de brita com reduzido teor de biotita,

utilizou-se o Separador Magnético de Terras-Raras, localizado no Centro de Tecnologia

Mineral - CETEM e para a comparação entre as diferentes formas de partículas, utilizou-

se areia de brita produzida através de britadores de impacto vertical e cônicos. Para

todos os agregados miúdos foi realizado a posterior recomposição da granulometria

original do material.

3.2 Materiais

Para a formulação dos concretos utilizados neste trabalho fez-se uso de dois

diferentes tipos de agregados miúdos; uma areia de origem natural, originária do

município de Barra de São João, no Rio de Janeiro, e uma areia manufaturada de rochas

gnáissicas pertencente ao grupo litológico Complexo Rio Negro, originária da Região

Metropolitana do Rio de Janeiro. A escolha desses materiais na realização do trabalho

buscou caracterizar o atual cenário de agregados miúdos do Estado do Rio de Janeiro.

Utilizou-se somente um tipo de agregado graúdo, advindo do Estado de São Paulo.

A escolha por esse material decorreu do fato do mesmo ser originário de uma rocha de

elevada competência, apresentando um baixo índice de abrasão Los Angeles e,

portanto, resultando em uma baixa variabilidade de sua influência nos resultados dos

ensaios.

Como aglomerante na mistura do concreto utilizou-se o Cimento Portland com

adição de filler calcário CP II F 32, lote 10 24, datado de 29/09/16, da linha Mauá,

produzido pela LafargeHolcim (Figura 22). A escolha por esse tipo de cimento decorreu

do fato de sua adição de filler calcário limitar-se a apenas 10% de sua composição e o

mesmo ser bastante popular para uso geral.

38

Figura 22 - Cimento Portland CP II F 32, produzido pela LafargeHolcim

O superplastificante adotado foi o Glenium® 51, produzido pela empresa BASF, que

tem como base uma cadeia de éter policarboxílico modificado que atua como

dispersante do material cimentício, propiciando superplastificação e alta redução de

água, aumentando a trabalhabilidade sem alteração do tempo de pega.

A água utilizada na confecção dos concretos foi proveniente do sistema de

abastecimento da cidade do Rio de Janeiro, controlado pela Companhia Estadual de

Águas e Esgotos – CEDAE.

3.3 Métodos Experimentais

Para a constituição do banco de dados do software BétonlabPro® 3 foram realizados

ensaios de caracterização dos materiais utilizados neste trabalho. Esses ensaios serão

explicados de forma sucinta a seguir, pois muitos são habituais no âmbito do estudo do

concreto.

3.3.1 Cimento Portland

3.3.1.1 Determinação da Granulometria

A determinação da granulometria do cimento Portland foi realizada através do

equipamento Malvern Hydro 2000MU (Figura 23), localizado no Laboratório de

Durabilidade do Núcleo de Materiais e Tecnologias Sustentáveis –

NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ. A obtenção da granulometria foi realizada por meio da

39

dispersão úmida das partículas, com a utilização de espalhamento a laser, fornecendo

valores entre 0,01 µm e 100 µm. Os valores obtidos foram interpolados fazendo-se uso

do software MatLab para adaptá-los a entrada de dados do BétonlabPro® 3.

Figura 23 - Equipamento Malvern Hydro 2000MU, utilizado para determinação da granulometria

do cimento Portland

3.3.1.2 Determinação da Massa Específica

A massa específica do cimento Portland utilizado neste trabalho foi obtida com o

auxílio do equipamento Micromeritics AccuPyc 1340 (Figura 24), localizado no

Laboratório de Durabilidade do NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ que utiliza o

deslocamento de gás para medir o volume ocupado pelo material com precisão.

Dividindo-se este volume pelo peso da amostra obtém-se sua densidade. O

equipamento realiza a medição da massa específica do material 5 vezes, sendo então

obtido o valor desejado através da média aritmética dos valores fornecidos.

40

Figura 24 - Equipamento Micromeritics AccuPyc 1340, utilizado na obtenção da massa

específica do cimento Portland

3.3.1.3 Determinação da Compacidade

A determinação da compacidade do cimento Portland foi realizada pelo método de

demanda d’água, com base nos procedimentos previamente estabelecidos por

SEDRAN (1999). Segundo SILVA (2004), o objetivo deste ensaio é determinar qual a

massa de água necessária para preencher todos os vazios de uma mistura granular

através do efeito de tensão superficial em pontes líquidas. A mistura passa por

diferentes fases até alcançar o estado capilar (Figura 25).

Figura 25 - Fases do empacotamento durante o ensaio de compacidade por demanda d'água

(SILVA, 2004)

O ensaio realizado no Laboratório de Cimentação do NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ,

fazendo uso de um misturador planetário Soiltest modelo CT-345 de 2 litros de

capacidade (Figura 26), teve início com a adição de uma amostra de 350 g de cimento

41

Portland ao equipamento. Adicionou-se uma pequena quantidade de água ao cimento

com o misturador na velocidade baixa durante 1 minuto, ocasionando sua passagem do

estado seco, caracterizado por um arranjo desordenado de partículas e um elevado

índice de vazios, para o estado pendular, no qual ocorre a formação de pequenas pontes

líquidas entre as partículas (SILVA, 2004).

Figura 26 - Misturador planetário Soiltest CT-345 de 2 litros de capacidade, utilizado no ensaio

de compacidade por demanda d'água

Aumentou-se então a velocidade do equipamento, realizando adições sucessivas

de água que resultaram no aumento do número de pontes na mistura, até o ponto no

qual as superfícies de todos as partículas estavam molhadas, com aparecimento de

bolhas de ar no interior da mistura. A esta fase dá-se o nome de estado funicular (SILVA,

2004).

A fase capilar foi alcançada no momento em que todos os vazios da mistura foram

preenchidos por água. Ao início da fase capilar é dado o nome de ponto de demanda

d’água e a partir desse ponto a adição de mais água a mistura provoca o afastamento

dos grãos resultando na redução da compacidade e aumento da fluidez. Segundo

SEDRAN (1999), a grande dificuldade deste ensaio consiste no reconhecimento visual

da passagem entre os estados. As diferentes fases do ensaio estão demonstradas na

Figura 27.

42

Figura 27 - Fases do empacotamento do cimento Portland em ensaio por demanda d'água:

estado seco (a); estado pendular (b); estado funicular (c); início do estado capilar (d)

(CORDEIRO, 2006)

No total foram ensaiadas 3 amostras de cimento Portland, obtendo-se o valor de

compacidade de cada amostra por meio da equação 2 (CORDEIRO, 2006):

c = 1

1+ρ.ma

m

(2)

Na qual c é a compacidade experimental por demanda d’água; ρ é a massa específica

do material; ma é a massa de água; e m a massa do material.

A compacidade do material foi obtida por meio de média aritmética entre os valores

encontrados. O tempo para execução do ensaio não deve exceder 10 minutos, a fim de

evitar a perda de água da mistura para o ambiente.

43

3.3.1.4 Determinação da Composição Química

A determinação da composição química do cimento Portland foi realizada através

do Espectrômetro de Fluorescência de Raios-X por Energia Dispersiva Shimadzu EDX-

720 (Figura 28) localizado no Laboratório de Durabilidade do

NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ a partir da espectroscopia de fluorescência de raios-X em

vácuo.

Figura 28 - Espectrômetro de Fluorescência de Raio-X por Energia Dispersiva, utilizado para

obtenção da composição química do cimento

3.3.2 Agregados Miúdos


Ambos os agregados miúdos foram inicialmente homogeneizados e quarteados

antes de serem classificados por peneiramento a seco utilizando-se o equipamento

Tyler Ro-Tap® (Figura 29), localizado no Laboratório de Tecnologia Mineral –

LTM/COPPE/POLI/UFRJ. Adotou-se os procedimentos estabelecidos pela norma

técnica NBR NM 248 (ABNT, 2003). Para a areia de brita fez-se necessário a

caracterização de finos menores que 0,150 mm devido à uma parcela considerável do

material se encontrar abaixo desta faixa. A granulometria dos finos foi obtida através do

uso do equipamento Mythos (Sympatec), localizado no LTM/COPPE/POLI/UFRJ, por

dispersão a seco com a utilização de espalhamento a laser.

44

Figura 29 - Equipamento Tyler Ro-Tap®, utilizado para determinação da granulometria dos

agregados


Os valores de massa específica da areia natural e da areia de brita foram obtidos

por meio de picnometria em água, realizada no LTM/COPPE/POLI/UFRJ. Inicialmente

realizou-se a pesagem do picnômetro totalmente seco e com tampa, anotando sua

massa m1. O ensaio teve prosseguimento com a adição de uma pequena massa de

amostra no picnômetro, realizando uma nova pesagem de massa m2. Adiciona-se água

ao picnômetro até seu preenchimento pela metade e, após a sua agitação para expulsão

de ar aprisionado, preenche-se o picnômetro em sua totalidade, realizando a leitura da

massa m3. Por fim preenche-se o picnômetro em sua totalidade apenas com água,

obtendo o valor de massa m4. O valor de massa específica do agregado miúdo é obtido

a partir da equação 3:

ρs=

m2- m1

(m4- m1)-(m3 - m2). ρ

f (3)

Onde ρs é o valor de massa específica do material; ρf é a massa específica do fluido; e

m1, m2, m3 e m4 as massas estabelecidas neste tópico.

45


Para determinação da compacidade da areia natural e da areia de brita fez-se uso

da mesa vibratória e do catetômetro (Figura 30), localizados no Laboratório de

Concretagem do NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ, por meio de procedimento proposto por

DE LARRARD (1999) e adaptado por SILVA (2004), que utiliza compressão associada

à vibração.

Figura 30 – Catetômetro para leitura dos dados e mesa vibratória em segundo plano

O ensaio, detalhado na Figura 31, consistiu na adição do material a ser

caracterizado num cilindro metálico de 160 mm de diâmetro e 320 mm de altura,

aplicando sobre o mesmo uma pressão de 10 kPa, exercida por um pistão de 20 kg e

uma vibração lateral de 68 Hz, exercida pela mesa vibratória durante três minutos. A

leitura dos dados é feita por meio de um catetômetro de precisão de 0,1 mm.

46

Figura 31 - Detalhamento do ensaio de compacidade em mesa vibratória (SILVA, 2004)

Os valores de compacidade foram obtidos através da média aritmética dos

resultados de três amostras diferentes de 3 kg. A compacidade do material é calculada

pela equação 4:

c = m

Ac.hc.ρ (4)

Na qual m é a massa do material; Ac é a área do cilindro; hc é a altura final do da camada

ao término do ensaio; e ρ é a densidade do material.

Para a areia de brita o ensaio foi realizado primeiramente sem a remoção de

partículas passantes na peneira de abertura de 0,106 mm e posteriormente com a

remoção dos finos, visando determinar o impacto dos finos na compacidade do material.

3.3.2.4 Determinação da Absorção d’água

Os ensaios para determinação da absorção d’água dos agregados miúdos foram

realizados no LTM/COPPE/POLI/UFRJ e seguiram os procedimentos estabelecidos

pela norma técnica NBR NM 30: Agregado Miúdo – Determinação da Absorção de Água

47

(ABNT, 2001), que estabelecem que após secagem em estufa (105 ± 5)°C até a

constância de massa, o material deve ser submergido em água durante 24 horas. Por

fim, deve-se realizar a secagem superficial do material por meio de revolvimento da

amostra e sua colocação em um molde aplicando 25 golpes com a haste de

compactação. A retirada da amostra do molde deve ser repetida até que o cone de

agregado desmorone e não conserve a forma do molde, atingindo a condição de

saturado superfície seca (Figura 32). A absorção d’água é calculada pela equação 5:

A = ( ms-m

m ) .100 (5)

Na qual A é a absorção de água, em porcentagem; ms é a massa ao ar da amostra na

condição saturado superfície seca; e m é a massa da amostra seca em estufa.

Figura 32 - Representação esquemática da umidade no agregado (Adaptada de NEVILLE et

al., 2010)

48

3.3.2.5 Determinação dos Índices de Forma

A determinação dos índices de forma das partículas de agregado miúdo foi realizada

por análise dinâmica de imagens em equipamento da marca Retsch, modelo Camsizer

XT. O equipamento opera em meio seco e úmido, tendo alcance de 3 µm a 3mm. Seu

funcionamento se dá através da análise de sombras geradas pelo posicionamento de

uma fonte de luz sobre o material, sendo o processamento das informações realizado

por um software de análise de imagens.

3.3.2.6 Apreciação Petrográfica do Agregado Manufaturado

A apreciação petrográfica da areia de brita foi obtida por difratometria de raios-X

(DRX), no difratômetro Bruker-AXS D4 Endeavour, localizado no Centro de Tecnologia

Mineral – CETEM. A quantificação de fases foi realizada pelo método de Rietveld.

3.3.3 Agregado Graúdo


Devido a existência de partículas em dimensões além da faixa granulométrica

desejadas para o agregado graúdo, realizou-se primeiramente o peneiramento manual,

excluindo-se partículas de dimensões inferiores a 4,75 mm e superiores a 19 mm,

separando-se a faixa correspondente a brita 0 e 1. Em seguida foi realizado o

peneiramento a seco por meio do equipamento Tyler Ro-Tap® localizado no

LTM/COPPE/POLI/UFRJ, conforme relatado no item 3.3.2.1, para a faixa

granulométrica previamente estabelecida. Os valores obtidos foram interpolados com

auxílio do software MatLab para adaptá-los à entrada de dados do BétonlabPro® 3.


O valor de massa específica do agregado graúdo foi fornecido pela pedreira

responsável por sua produção, não sendo necessário a execução de ensaios para sua

determinação.


Para determinação da compacidade do agregado graúdo fez-se uso da mesa

vibratória e do catetômetro, localizados no Laboratório de Concretagem do

NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ, seguindo os procedimentos relatados no item 3.3.2.3.

49

Os valores de compacidade foram obtidos através da média aritmética dos

resultados de três amostras diferentes de 3 kg.

3.3.3.4 Determinação da Absorção d’água

O ensaio para determinação da absorção d’água do agregado graúdo foi realizado

no LTM/COPPE/POLI/UFRJ, seguindo os procedimentos estabelecidos pela norma

técnica NBR NM 53: Agregado Graúdo – Determinação de Massa Específica, Massa

Específica Aparente e Absorção de Água (ABNT, 2009), que estabelecem que após

secagem em estufa (105 ± 5)°C até a constância de massa, o material deve ser

submergido em água durante 24 horas. Por fim, deve-se realizar a secagem superficial

do material, envolvendo-o em um pano absorvente até o estado em que toda água

superficial seja removida, denominado de condição de saturado superfície seca. A

absorção d’água é calculada pela equação 5, no item 3.3.2.4.

3.3.4 Concreto

Para realização deste projeto foram moldados corpos de prova referentes a oito

traços diferentes. Para cada traço moldou-se oito corpos de prova, obtendo-se um total

de sessenta e quatro corpos de prova. Todos os traços foram obtidos através do

software BétonlabPro® 3, conforme Tabela 13. Apenas os traços de AN25, AN50, AB25

e AB50 foram utilizados para a calibração do software, sendo estimadas suas

resistências para posterior comparação entre os valores obtidos após o ensaio de

compressão. Os traços VSI e CON foram utilizados para analisar o efeito da forma de

partícula na resistência e trabalhabilidade do concreto, através da adoção de britadores

de impacto vertical e cônico para obtenção da areia de brita. Os traços RB e PB foram

utilizados para analisar a influência da presença da biotita na resistência e

trabalhabilidade do concreto utilizando-se o Separador Magnético de Terras-Raras para

remoção do mineral micáceo.

50

Tabela 13 - Informações sobre os traços executados

Traço Característica Data de ruptura para

idade 7 dias Data de ruptura para

idade 28 dias

AN25 Areia natural – 25 MPa 16/12/2016 06/01/2017

AN50 Areia natural – 50 MPa 22/12/2016 12/01/2017

AB25 Areia de brita – 25 MPa 16/12/2016 06/01/2017

AB50 Areia de brita – 50 MPa 16/12/2016 06/01/2017

VSI Britador VSI 12/01/2017 02/02/2017

CON Britador Cônico 12/01/2017 02/02/2017

RB Rico em biotita 22/12/2016 12/01/2017

PB Pobre em biotita 22/12/2016 12/01/2017

3.3.4.1 Elaboração dos concretos

Os concretos foram produzidos no Laboratório de Concretagem do

NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ, utilizando-se uma betoneira GMEG, modelo MB-120P

(Figura 33) de potência 1/3 HP e rotação do tambor de 28 rpm.

Figura 33 - Betoneira GMEG MB-120P, utilizada na formulação do concreto

A sequência de execução adotada foi:

a) Lançamento de brita e cimento na betoneira, realizando a mistura por 30

segundos;

b) Adição de 70% do total de água do traço à mistura, realizando a mistura por mais

30 segundos;

51

c) Adição do agregado miúdo em sua totalidade e do restante de água, realizando

a mistura por mais 2 minutos;

d) Pausa na mistura durante o período de 1 minuto;

e) Execução final de 1 minuto de mistura para garantir a completa homogeneização

do concreto.

Para os traços de 50 MPa, a adição do superplastificante ocorreu junto a etapa (c)

da sequência exposta acima.

3.3.4.2 Ensaio de Abatimento de Tronco de Cone

O ensaio de abatimento de tronco de cone foi realizado para os 8 traços de concreto

(Figura 34), seguindo os procedimentos descritos pela norma técnica NBR NM 67:

Determinação da Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone (ABNT, 1998), que

estabelece a utilização de um molde cônico de diâmetro inferior igual a 200 mm e

diâmetro superior igual a 100 mm. A amostra foi adicionada ao molde em três camadas

de aproximadamente 1/3 da altura total, realizando 25 golpes com uma haste de

socamento após a colocação de cada camada. Por fim foi realizado o levantamento do

molde, realizando a medição do abatimento do eixo do concreto em relação à altura do

molde. O ensaio obedeceu ao tempo de duração máximo de 5 minutos desde da coleta

do material até o desmolde.

Figura 34 - Ensaio de abatimento de tronco de cone

52

3.3.4.3 Moldagem dos Corpos de Prova

Realizou-se a moldagem de 8 corpos de prova de 7,5 cm de diâmetro por 15,0 cm

de altura para cada traço de concreto, totalizando 64 Corpos de prova moldados. O

concreto foi colocado nos moldes em duas camadas, sendo vibrados por cerca de 30

segundos em uma mesa vibratória para a expulsão de parte dos vazios incorporados a

mistura.

Os corpos de prova permaneceram cobertos por panos úmidos por um período de

24 horas e, após seu desmolde, foram armazenadas em uma câmara úmida localizada

no próprio laboratório até alcançarem a idade para realização dos ensaios de

compressão.

3.3.4.4 Preparação dos Corpos de Prova para Ruptura

Para evitar a concentração de tensões nas extremidades dos corpos-de-prova

realizou-se a regularização de suas bases antes da execução do ensaio de compressão

no Laboratório de Preparação e Faceamento de Amostras –

NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ. Inicialmente seria utilizado o torno mecânico da marca

Riosulense, modelo TR-600, para a execução de todos os faceamentos, no entanto,

devido a indisponibilidade do equipamento durante parte do período de ensaios utilizou-

se o capeamento com argamassa de enxofre para uma pequena parte dos corpos de

prova, respeitando-se as proporções de mistura e os períodos estipulados na NBR NM

77: Concreto – Preparação das bases dos Corpos-de-prova e Testemunhos Cilíndricos

para Ensaio de Compressão (ABNT, 1996). A Tabela 14 apresenta o tipo de

regularização da base adotado para cada traço e idade de concretos e a Figura 35

apresenta o aspecto final das bases do corpo de prova após o faceamento com torno

mecânico e o capeamento com argamassa de enxofre.

Tabela 14 - Tipo de regularização das bases dos corpos-de-prova

Traço 7 dias 28 dias

AN25 Faceamento – Torno Mecânico Faceamento – Torno Mecânico

AN50 Faceamento – Torno Mecânico Faceamento – Torno Mecânico

AB25 Faceamento – Torno Mecânico Faceamento – Torno Mecânico

AB50 Faceamento – Torno Mecânico Faceamento – Torno Mecânico

VSI Capeamento – Argamassa de enxofre Faceamento – Torno Mecânico

COM Capeamento – Argamassa de enxofre Faceamento – Torno Mecânico

RB Faceamento – Torno Mecânico Faceamento – Torno Mecânico

PB Faceamento – Torno Mecânico Faceamento – Torno Mecânico

53

Figura 35 - Corpo de prova faceado com uso de torno mecânico (a) e corpo de prova capeado

com uso de argamassa de enxofre (b)

3.3.4.5 Ensaio de Compressão

A resistência à compressão uniaxial foi determinada de acordo com os

procedimentos estabelecidos pela NBR 5739: Concreto - Ensaios de Compressão de

Corpos-de-prova Cilíndricos (ABNT, 2007), em corpos de prova de 75 mm de diâmetro

e 150 mm de altura. O ensaio (Figura 36) foi realizado no Laboratório de Ensaios

Mecânicos – NUMATS/POLI/COPPE/UFRJ em uma prensa da marca Wykeham

Farrance com capacidade total de carregamento de 1000 kN. A velocidade de

carregamento adotada para os ensaios foi de 0,3 mm/min.

Figura 36 - Configuração do ensaio de resistência à compressão

54

4. Resultados e Discussões

4.1 Caracterização dos Materiais

4.1.1 Cimento Portland

A curva granulométrica do cimento Portland utilizado na formulação dos concretos

é apresentada na Figura 37.

Figura 37 - Curva granulométrica do cimento Portland CP II F 32

A massa específica do cimento Portland foi obtida a partir da média aritmética dos

valores fornecidos pelo equipamento Micromeritics AccuPyc 1340, conforme Tabela 15,

e vale 3,1596 g/cm³.

Tabela 15 - Resultados do ensaio de obtenção de massa específica do cimento Portland

Amostra Massa específica do cimento (g/cm³)

1 3,1624

2 3,1616

3 3,1596

4 3,1601

5 3,1542

0

20

40

60

80

100

0,1 1 10 100

Pasante

(%

)

Tamanho de partículas (µm)

55

O valor de compacidade por demanda d’água do cimento Portland é de 0,5412 e

foi calculado a partir da média aritmética dos resultados obtidos, conforme a Tabela 16.

A equação 2 foi utilizada para o cálculo da compacidade.

Tabela 16 - Resultados do ensaio de compacidade por demanda d'água do cimento Portland

Amostra Massa da amostra (g) Consumo de água (g) Compacidade

1 349,90 94,82 0,5387

2 350,00 93,98 0,5410

3 350,07 92,88 0,5440

A composição química do cimento Portland foi determinada através do método de

espectroscopia de fluorescência de raio-X em vácuo e é apresentada na Tabela 17.

Tabela 17 - Composição química do cimento Portland CP II F 32

Componente químico Teor (%)

CaO 71,049

SiO2 14,605

Al2O3 4,067

Fe2O3 3,811

SO3 3,636

Sc2O3 1,925

K2O 0,447

SrO 0,270

MnO 0,092

ZnO 0,073

CuO 0,025

As resistências do cimento Portland, em diferentes idades, referente ao lote

utilizado neste projeto foram obtidas e fornecidas pela LafargeHolcim, seguindo os

parâmetros estabelecidos na NBR 7215: Cimento Portland – Determinação da

Resistência à Compressão (ABNT, 1996) e são apresentadas na Tabela 18.

56

Tabela 18 - Resistência à compressão do cimento Portland CP II F 32, lote 10 24

Idade Resistência a compressão (MPa) Desvio padrão

1 dia 14,4 1,15

3 dias 24,5 1,75

7 dias 30,3 1,55

28 dias 37,2 1,15

4.1.2 Agregados Miúdos

A curva granulométrica da areia natural e da areia de brita utilizadas para a

formulação dos concretos são apresentadas na Figura 38. Os tamanhos de partícula

dos materiais foram comparados com os limites impostos pela NBR 7211 (ABNT, 2009)

na zona utilizável para a adoção em concreto. Os limites apresentados referem-se a

materiais gerados durante a britagem de rochas e diferem-se dos limites para areia

natural apenas para a dimensão de partícula de 0,075 mm em seu limite inferior,

segundo Tabela 2. Apenas uma pequena faixa granulométrica da areia de brita,

compreendida entre 0,075 mm e 0,210 mm, localiza-se fora dos limites estabelecidos

em norma.

Figura 38 - Curvas granulométricas da areia natural e manufaturada e limites de tamanho

segundo a NBR 7211 (ABNT, 2009)

A apreciação petrográfica da areia de brita (Tabela 19) não apontou a presença de

argilominerais expansivos que possam interferir nas propriedades do concreto.

0

20

40

60

80

100

0,01 0,1 1 10

Passante

(%

)


Areia Natural

Areia de Brita

Limites ABNT

57

Tabela 19 - Apreciação petrográfica da areia de brita realizada por DRX

Mineral (%)

Feldspato 58,77

Quartzo 31,30

Biotita 5,75

Hornblenda 2,30

Clorita 1,77

As propriedades físicas de massa específica, absorção e compacidade de ambas

as areias são apresentadas na Tabela 20 e as propriedades granulométricas de

dimensão máxima e módulo de finura são apresentadas na Tabela 21. Pelos valores

obtidos, é possível notar que os agregados miúdos adotados neste projeto apresentam

propriedades físicas bastante semelhantes. Devido ao módulo de finura maior em

relação a areia de brita, classifica-se a areia natural como um material mais grosso.

Embora a dimensão específica da areia de brita seja maior, ela apenas apresenta

material retido nas peneiras com abertura inferior à 4 mm, enquanto a areia natural

apresenta material retido em peneiras de maior abertura. Quanto à absorção d’água, os

valores de ambos os agregados se encontram abaixo do limite aceitável de 1%

estabelecido em norma, não incorrendo problemas devido a sua utilização.

Tabela 20 - Propriedades físicas dos agregados miúdos

Propriedades físicas

Propriedades Areia natural Areia de brita

Massa específica (g/cm³) 2,670 2,670

Absorção (%) 0,31 0,32

Compacidade 0,6986 0,7707

Tabela 21 - Propriedades granulométricas dos agregados miúdos

Propriedades granulométricas

Propriedades Areia natural Areia de brita

Dimensão máxima 2,36 4,75

Módulo de finura 2,90 2,35

58

4.1.3 Agregado Graúdo

A curva granulométrica do agregado graúdo utilizado na formulação do concreto é

apresentada na Figura 39.

Figura 39 - Curva granulométrica do agregado graúdo

As propriedades físicas de massa específica, absorção e compacidade do material

são apresentadas na Tabela 22.

Tabela 22 - Propriedades físicas dos agregados graúdos

Propriedades físicas

Massa específica (g/cm³) 2,650

Absorção (%) 0,44

Compacidade 0,5981

0

20

40

60

80

100

1 10

Pasante

(%

)

Tamanho de partículas (mm)

59

4.1.4 Superplastificante

As especificações do superplastificante Glenium® 51, produzido pela empresa

BASF, foram obtidas através da ficha técnica do produto, conforme Tabela 23. Utilizou-

se os valores médios de cada item como valor de referência.

Tabela 23 - Dados técnicos do superplastificante Glenium® 51

pH 5 – 7

Massa específica (g/cm³) 1,067 – 1,107

Teor de sólidos % 28,5 – 31,5

Viscosidade (cps) <150

4.2 Dosagem Científica dos Concretos

Após a obtenção dos parâmetros de cada material a ser utilizado na formulação dos

concretos, realizou-se a criação do banco de dados dos materiais constituintes,

conforme Anexo I.

Para realizar a calibração do software, optou-se por inicialmente gerar traços cuja

resistência à compressão estimada para idade de 28 dias fosse de 25 MPa e 50 MPa

com base nos índices “p” e “q” previamente estabelecido para cada tipo de agregado

miúdo, conforme Anexo II. As propriedades estimadas dos 4 traços estão demonstradas

na Tabela 24. Como era de se esperar, visto que ambos os materiais estão usando os

mesmos valores de calibração, as propriedades dos concretos dosados com areia

natural apresentam elevado grau de semelhança com os de areia de brita.

Tabela 24 - Proporções e propriedades físicas dos traços de AN25, AN50, AB25 e AB50

Traço AN25 AN50 AB25 AB50

Agregado graúdo (kg/m3) 982,3 916,8 1004,1 938,2

Areia de brita (kg/m3) 0 0 812,8 824,3

Areia natural (kg/m3) 843,1 852,7 0 0

Cimento Portland CP II F 32 (kg/m3) 300,0 440,0 305,0 448,7

Glenium® 51 (kg/m3) 0 1,47 0 3,74

Água (kg/m3) 211,9 183,2 215,5 187,2

Abatimento de tronco de cone (cm) 16,3 10,9 18,8 24,0

Resistência à compressão 1 dia (MPa) 5,7 27,9 5,7 28,1

Resistência à compressão 7 dias (MPa) 18,2 46,4 18,2 46,5

Resistência à compressão 28 dias (MPa) 25,1 50,6 25,0 50,7

60

4.3 Resistência à Compressão

Os traços estabelecidos através do software BétonlabPro® 3 no tópico 4.2 foram

executados e rompidos nas idades de 7 e 28 dias para posterior comparação entre os

valores de resistência à compressão experimentais e teóricos. Em virtude dos índices

“p” e “q” não estarem inicialmente calibrados para os materiais constituintes adotados

neste projeto, os resultados experimentais não foram condizentes com os valores

estimados pelo software. As Tabela 25 e Tabela 26 apresentam os valores de

resistência à compressão para os traços AN25 e AN50, respectivamente. Os valores de

resistência à compressão para os traços AB25 e AB50 são apresentados nas Tabela 27

e Tabela 28, respectivamente.

Tabela 25 - Comparação entre os valores de resistência experimentais e teóricos dos corpos

de prova do traço AN25, com 7 e 28 dias de idade

CP Idade (dias)

Tensão experimental (MPa)

Tensão média experimental (MPa)

Desvio Padrão

Tensão Teórica (MPa)

1

7

11,01

10,76 0,50 18,20 2 10,66

3 11,36

4 10,02

5

28

14,85

16,14 1,04 25,10 6 17,04

7 17,29

8 15,38


de prova do traço AN50, com 7 e 28 dias de idade

CP Idade (dias)



Desvio Padrão


1

7

31,29

32,17 0,57 46,40 2 32,30

3 32,89

4 32,21

5

28

33,36

36,13 1,98 50,60 6 37,49

7 38,43

8 35,22

61


de prova do traço AB25, com 7 e 28 dias de idade

CP Idade (dias)



Desvio Padrão


1

7

13,00

12,46 0,36 18,20 2 12,39

3 12,00

4 12,46

5

28

17,61

16,58 1,03 25,00 6 14,92

7 17,19

8 16,60


de prova do traço AB50, com 7 e 28 dias de idade

CP Idade (dias)



Desvio Padrão


1

7

32,44

32,59 0,53 46,5 2 31,78

3 33,11

4 33,03

5

28

38,19

37,86 1,18 50,7 6 39,34

7 37,86

8 36,04

4.4 Comparação entre os índices

Após a obtenção dos resultados dos ensaios de compressão dos corpos de prova

aos 7 e 28 dias para os quatro traços, procedeu-se com a calibração dos parâmetros

“p” e “q” dos agregados utilizados na formulação do concreto, conforme Anexo III. Caso

os novos parâmetros fossem atribuídos tanto para o agregado graúdo como para o

agregado miúdo, haveria a necessidade de criar-se dois materiais idênticos para o

agregado graúdo na composição do banco de dados, cada qual com seu próprio índice

de calibração. Para permitir a posterior mistura entre a areia natural e a areia de brita,

optou-se por fixar o valor dos parâmetros de calibração do agregado graúdo para ambos

os tipos de areia, conforme Tabela 29.

62

Tabela 29 - Parâmetros de calibração do agregado graúdo para ambos os tipos de areia

Agregado graúdo

Índices Inicial Final

p 1,6957 1,0000

q 0,0114 0,0040

Os valores dos parâmetros “p” e “q” para a areia natural e para areia de brita após a

calibração estão representados nas Tabela 30 e Tabela 31, respectivamente.

Tabela 30 - Parâmetros de calibração da areia natural

Areia natural


p 1,6957 0,8942

q 0,0114 0,0043

Tabela 31 - Parâmetros de calibração da areia de brita

Areia de brita


p 1,6957 1,1200

q 0,0114 0,00925

A Tabela 32 demonstra as diferenças entre os valores de resistência à compressão

aos 7 e 28 dias para os 4 traços adotados para a calibração do software, permitindo

avaliar a importância da calibração do software para os diferentes tipos de agregado

adotados na mistura do concreto, visto que a utilização dos parâmetros de calibração

de outro material resultou em valores com elevada discrepância aos valores corretos de

calibração.

63

Tabela 32 - Comparação entre os valores teóricos de resistência à compressão antes e após

calibração com os valores experimentais

Traço Idade Resistência teórica

sem calibração (MPa) Resistência teórica

calibrada (MPa) Resistência

experimental (MPa)

AN25 7 dias 18,2 11,1 10,76

28 dias 25,1 15,8 16,14

AN50 7 dias 46,4 32,4 32,17

28 dias 50,6 36,2 36,13

AB25 7 dias 18,2 11,9 12,46

28 dias 25,0 16,8 16,58

AB50 7 dias 46,5 33,5 32,59

28 dias 50,7 37,1 37,86

4.5 Abatimento de Tronco de Cone

A Tabela 33 mostra a comparação entre os resultados teóricos e experimentais do

ensaio de abatimento de tronco de cone. Como é possível notar, os resultados obtidos

não foram condizentes com a previsão do software BétonlabPro® 3. A diferença nos

resultados dos traços AN25 e AN50 pode ser explicada pela granulometria descontínua

do concreto gerado (Figura 40). A faixa assinalada em vermelho corresponde ao limite

de transição entre o agregado graúdo e o agregado miúdo e a ausência de partículas

intermediárias nessa faixa resultou em uma mistura de baixa coesão, favorecendo seu

desmoronamento. Para o traço AB25 o resultado experimental de abatimento de tronco

de cone é devido principalmente ao formato da partícula, sendo explicado com maiores

detalhes no tópico 4.6.

Tabela 33 - Comparação entre os valores teóricos e os resultados do ensaio de abatimento de

tronco de cone

Traço Abatimento de tronco de cone

teórico (cm) Abatimento de tronco de cone

experimental (cm)

AN25 16,3 20,0

AN50 10,9 24,5

AB25 18,8 10,0

AB50 24,0 25,0

64

Figura 40 - Granulometria do concreto contendo areia natural com descontinuidade assinalada

4.6 Análise da Influência da Forma de Partícula

Os traços VSI e CON buscaram estabelecer uma correlação entre a forma das

partículas do agregado miúdo manufaturado, através da utilização de tipos diferentes

de britadores, e as propriedades do concreto em seu estado fresco e endurecido. Ambos

os traços utilizaram as mesmas proporções e materiais adotados no traço AB25,

alterando apenas o formato de partículas do agregado miúdo. A areia de brita adotada

no traço VSI foi obtida exclusivamente através do uso de britadores de impacto vertical,

que geram partículas de formato cúbico enquanto a areia de brita adotada no traço CON

é resultante do uso de britadores cônicos e por isso apresentam partículas de formato

mais alongado. A areia adotada para o traço AB25 é resultante da mistura entre os

produtos dos britadores de impacto vertical e cônicos. A Tabela 34 apresenta as

diferenças principais na forma de partículas entre o produto gerado pela britagem em

britador cônico e VSI.

Tabela 34 - Comparativo entre os índices de razão de aspecto e esfericidade para produto

gerado por britadores cônicos e VSI

Britador Razão de aspecto Esfericidade

Cônico 0,66 0,69

VSI 0,68 0,70

65

Os resultados de abatimento e resistência à compressão referente aos traços VSI e

CON são apresentados na Tabela 35 e na Tabela 36, respectivamente. Devido a

problemas na execução do capeamento por enxofre foram ensaiados apenas 3 corpos

de prova por traço para os concretos com idade de 7 dias.


compressão do traço VSI

CP Idade (dias)



Desvio Padrão

Abatimento (cm)

1

7

8,93

10,43 1,25

17,0

2 10,38

3 12,00

4

28

17,06

16,81 0,54 5 16,32

6 17,57

7 16,29


compressão do traço CON

CP Idade (dias)



Desvio Padrão

Abatimento (cm)

1

7

10,97

11,79 0,62

5,0

2 12,45

3 11,94

4

28

17,15

18,87 1,07 5 19,49

6 18,86

7 19,98

Como era esperado, o concreto formulado com areia de brita produzida por

britadores cônicos apresentou um baixo abatimento de tronco de cone, resultado visível

também durante a mistura do material na betoneira, cujo concreto apresentou um

aspecto seco, embora tenha sido adicionado a mesma quantidade de água à mistura.

Já o resultado de abatimento do traço VSI se aproximou do resultado estimado para o

AB25, conforme Tabela 33, o que pode indicar uma tendência do software de prever o

abatimento com base em partículas de formato ideal. Na Figura 41 apresenta-se uma

relação entre o abatimento de tronco de cone das amostras e sua razão de aspecto.

66

Para o valor de razão de aspecto da areia de brita do traço AB25 adotou-se o valor

médio entre a razão de aspecto das areias utilizadas no traço VSI e CON.

Figura 41 - Relação entre a razão de aspecto das partículas de areia de brita e o abatimento de

tronco de cone do concreto

Os traços VSI, CON e AB25 apresentaram valores de resistência à compressão

bastante próximos e, embora a resistência apresentada pelo traço CON tenha sido

superior às demais, não é possível avaliar a influência da forma do agregado miúdo

sobre a mesma.

4.7 Análise da Influência da Biotita

Os traços RB e PB buscaram entender a influência da presença de minerais

micáceos na composição da areia de brita sobre as propriedades do concreto em seu

estado fresco e endurecido. Adotou-se um Separador Magnético de Terras-Raras para

redução do teor de concentração da biotita da areia de brita utilizada no traço PB, que

foi utilizada para enriquecer a areia de brita adotada no traço RB. A Tabela 37 mostra a

proporção entre materiais utilizados e a Tabela 38 e a Tabela 39 apresentam os

resultados para o traço RB, com elevado teor de biotita, e para o traço PB, com reduzido

teor de biotita, respectivamente.

CON

AB25

VSI

0

5

10

15

20

0,66 0,67 0,68

Abatim

ento

de tro

nco d

e c

one (

cm

)

Razão de aspecto

67

Tabela 37 - Consumo em kg/m³ dos materiais constituintes dos concretos para os traços RB e

PB

Consumo de materiais (kg/m³) Traço RB e PB

Agregado graúdo 943,0

Areia de brita 827,7

Cimento Portland 300,0

Água 226,9


compressão do traço RB

CP Idade (dias)



Desvio Padrão

Abatimento (cm)

1

7

12,60

12,56 0,36

4,5

2 12,50

3 12,06

4 13,08

5

28

16,23

16,47 0,26 6 16,77

7 16,18

8 16,69


compressão do traço PB

CP Idade (dias)



Desvio Padrão

Abatimento (cm)

1

7

14,97

15,29 0,27

5,0

2 15,08

3 15,54

4 15,57

5

28

20,61

19,21 1,09 6 17,67

7 18,84

8 19,74

68

A presença da biotita no traço RB influenciou negativamente a resistência à

compressão do concreto. Os resultados para os traços PB apresentaram resistências

superiores em 22% e 17% para os corpos de prova aos 7 e 28 dias, respectivamente. A

avaliação da influência da biotita no abatimento de tronco de cone não foi conclusiva,

pois ambas as misturas apresentaram valores reduzidos para abatimento. No entanto,

o valor do abatimento para a mistura com elevado teor de biotita foi inferior ao da mistura

com reduzido teor de biotita, devido principalmente ao formato lamelar das partículas de

biotita, que demandam mais água à mistura do concreto.

4.8 Análise do custo de concretos através do software BétonlabPro® 3

Uma das principais funções apresentadas pelo software BétonlabPro® 3 é a

possibilidade de se otimizar as misturas de concretos de acordo com as características

que se deseja obter. Realizou-se a otimização de 3 traços usando ambos os agregados

miúdos com resistência à compressão estimada em 25 MPa aos 28 dias para o menor

preço de mistura por m³. Adotou-se como referência para os preços dos materiais

constituintes os valores do Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da

Construção Civil para o mês de setembro de 2016, com exceção dos valores da areia

natural e de brita, cujos valores adotados referem-se ao preço praticado pelos

fornecedores para entrega na região do Caju, Rio de Janeiro, permitindo assim a

avaliação do impacto do valor do material e de seu frete na composição final do

concreto. Os valores adotados são apresentados na Tabela 40. Para os agregados

realizou-se a posterior conversão do valor para custo por tonelada, com base nas

densidades de cada material.

Tabela 40 - Custos de materiais constituintes utilizados para otimização de preço do

BétonlabPro® 3

Material constituinte Preço

Agregado graúdo (R$/m³) 74,002

Areia natural (R$/m³) 65,00

Areia de brita (R$/m³) 40,00

Cimento Portland (R$/t) 470,00

Superplastificante (R$/kg) 7,93

2 Preço médio referente ao mês de setembro de 2016, utilizando a média de valores de pedra britada n° 0 e n° 1,

calculado sem frete.

69

O primeiro traço otimizado utilizou-se apenas do agregado graúdo natural, conforme

Tabela 41. O traço otimizado apresentou uma redução de R$ 9,57 por m³,

caracterizando uma economia de 4,4% no custo por m³ de concreto.

Tabela 41 - Proporções e propriedades físicas e de custo dos traços de areia natural inicial e

otimizado

Traço Inicial Otimizado

Agregado graúdo (kg/m3) 1012,8 1100,3

Areia natural (kg/m3) 834,9 817,0

Cimento Portland CP II F 32 (kg/m3) 345,0 309,1

Água (kg/m3) 188,2 172,8

Glenium® 51 (kg/m3) 1,15 1,82

Abatimento de tronco de cone (cm) 16,3 14,0

Resistência à compressão 1 dia (MPa) 8,7 8,3

Resistência à compressão 7 dias (MPa) 20,8 20,4


Preço (R$/m³) 219,87 210,30

O segundo traço otimizado utilizou-se apenas do agregado graúdo manufaturado,

conforme Tabela 42. O traço otimizado apresentou uma redução de R$ 15,79 por m³,

caracterizando uma economia de 7,5% no custo por m³ de concreto.

Tabela 42 - Proporções e propriedades físicas e de custo dos traços de areia de brita inicial e

otimizado

Traço Inicial Otimizado

Agregado graúdo (kg/m3) 1011,1 1055,4

Areia natural (kg/m3) 833,5 911,3

Cimento Portland CP II F 32 (kg/m3) 342,0 282,3

Água (kg/m3) 191,3 159,4

Glenium® 51 (kg/m3) 1,14 2,39

Abatimento de tronco de cone (cm) 18,3 14

Resistência à compressão 1 dia (MPa) 8,6 8,3



Preço (R$/m³) 210,50 194,71

70

No último traço realizou-se uma interação entre os dois tipos de areia adotados neste

projeto, conforme Tabela 43. Para este traço, estipulou-se em 10% o mínimo de areia

natural para a mistura final, conforme Figura 55 do Anexo IV. O traço otimizado

apresentou uma redução de R$ 20,09 por m³ se comparado com o traço de areia natural,

caracterizando uma economia de 9,2% no custo por m³ de concreto. Em comparação

ao traço de areia de brita, a redução foi de R$12,26 por m³, caracterizando uma

economia de 5,84% no custo por m³ de concreto.

Tabela 43 - Proporções e propriedades físicas e de custo dos traços de areia natural e areia de

brita inicial e otimizado

Traço Traço de

areia natural Traço de

areia de brita Otimizado

Agregado graúdo (kg/m3) 1017,20 1017,8 1049,2

Areia natural (kg/m3) 838,5 0,0 713,3

Areia de brita (kg/m³) 0,0 839,0 196,7

Cimento Portland CP II F 32 (kg/m3) 340 340 286,6

Água (kg/m3) 186,3 186,4 160,9

Glenium® 51 (kg/m3) 1,13 1,13 2,27

Abatimento de tronco de cone (cm) 15,3 16,2 14

Resistência à compressão 1 dia (MPa) 8,6 9,2 8,3

Resistência à compressão 7 dias (MPa) 20,6 21,5 20,4

Resistência à compressão 28 dias (MPa) 25,0 25,8 25,0

Preço (R$/m³) 217,60 209,77 197,51

71

5. Conclusões

A areia de brita apresentou desempenho adequado à aplicação em concretos,

gerando resultados equivalentes ou superiores ao da areia natural para traços de

proporção semelhantes, provando sua eficiência como substituta da areia natural. Como

vantagem, a produção da areia de brita permite a obtenção de um material adequado

para cada finalidade, reduzindo a variabilidade dos traços de concreto e permitindo a

redução do consumo de cimento dos mesmos.

O software BétonlabPro® 3 viabiliza a dosagem de concretos através da utilização

do Método do Empacotamento Compressível, todavia, o seu uso não elimina a

necessidade de ensaios para prévia calibração do banco de dados de materiais

constituintes do programa. Seu uso em conjunto com a areia de brita tem como

vantagem a baixa variabilidade do material, evitando constantes atualizações dos

parâmetros de calibração do software. A otimização do traço para obtenção do menor

custo de produção do concreto constitui uma ferramenta de elevado interesse prático,

permitindo a obtenção de maiores lucros e diminuição dos valores cobrados ao

consumidor. Pesam contra o BétonlabPro® 3, porém, a interface gráfica de difícil

entendimento e o fato do software estar disponível apenas no idioma francês,

dificultando sua universalização.

Ao ser realizada a comparação entre o abatimento de tronco de cone experimental

e o teórico, o software apresentou elevada divergência em relação aos valores

encontrados nos ensaios. Para o caso dos traços AN25 e AN50 essa diferença pode

estar associada a descontinuidade da curva granulométrica do concreto, ocasionada

pela falta de partículas na faixa de transição entre o agregado miúdo e o agregado

graúdo, reduzindo a coesão da mistura e tornando-a propensa ao desmoronamento. O

reduzido abatimento de tronco de cone do traço AB25, todavia, é explicado pela elevada

demanda d’água provocada pela forma das partículas dos agregados, oriundas de uma

mistura entre o produto de britadores de impacto vertical e cônicos. O único traço cuja

previsão se aproximou do resultado obtido experimental foi para o AB50, cujo aspecto

da mistura se assemelhou ao de um concreto auto adensável, caracterizado por

elevados valores de abatimento de tronco de cone.

As características de grande relevância ao agregado miúdo manufaturado, como

forma das partículas e a presença de minerais micáceos tiveram seus efeitos

confirmados através da comparação entre os traços VSI e CON e entre os traços RB e

PB, respectivamente. A areia oriunda de britadores VSI, cujo formato de partículas

apresentam maior razão de aspecto, gerou um concreto com abatimento de tronco de

72

cone semelhante ao esperado para o AB25, indicando uma tendência do software de

predizer valores de abatimentos com base em partículas cúbicas ou arredondadas.

Enquanto a areia oriunda de britadores cônicos gerou uma mistura extremamente seca,

de baixa trabalhabilidade. A redução do teor de biotita da areia de brita, por sua vez, foi

responsável pela elevação da resistência à compressão da mistura em 17% aos 28 dias,

apresentando também um valor de abatimento superior ao traço com elevado teor de

biotita.

A partir do presente trabalho, surgem sugestões para trabalhos futuros, como

estudos mais aprofundados sobre as variáveis que influenciam o BétonlabPro® 3 na

determinação do abatimento de tronco de cone de concretos formulados a partir de areia

natural e areia de brita e a influência das frações mais finas da areia de brita nas

resistências estimadas pelo software, além da determinação das propriedades

mecânicas de concretos com diversos teores de substituição, com validação

experimental dos valores fornecidos pelo software BétonlabPro® 3. Torna-se necessário

também uma readaptação da norma para as propriedades granulométricas da areia de

brita, visto que a NBR 7211 (ABNT, 2009) estipula somente a ampliação dos limites de

material pulverulento (<0,075 mm), porém nada altera em relação aos outros limites, o

que resultou, por exemplo, na extrapolação dos limites de uma pequena faixa

granulométrica da areia manufaturada adotada neste trabalho.

73

Referências Bibliográficas

Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, 2012, Relatório Técnico 01 –

Análise da Cadeia Produtiva de Agregados Minerais para Obras de Construção

Civil e Infraestrutura, Brasília, Brasil.

AHN, N. S., 2000, An Experimental Study on the Guidelines for Using Higher

Contents of Aggregate Micro Fines in Portland Cement Concrete, Tese de

Doutorado, The University of Texas at Austin, Texas, Estados Unidos, 466 p.

American Society for Testing and Material, 2016, ASTM C33: Specification for

Concrete Aggregates, West Conshohocken, Estados Unidos.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1992, NBR 7389: Apreciação Petrográfica

de Materiais Naturais, para Utilização como Agregado em Concreto, Rio de Janeiro,

Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1993, NBR 7225: Materiais de Pedra e

Agregados Naturais, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1996, NBR NM 77: Concreto – Preparação

das bases dos Corpos-de-prova e Testemunhos Cilíndricos para Ensaio de

Compressão, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1996, NBR 7215: Cimento Portland –

Determinação da Resistência à Compressão, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1998, NBR NM 67: Determinação da

Consistência pelo Abatimento do Tronco de Cone, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2001, NBR NM 30: Agregado Miúdo –

Determinação da Absorção de Água, Rio de Janeiro, Brasil.

74

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2003, NBR NM 248: Agregados –

Determinação da Composição Granulométrica, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2007, NBR 5739: Concreto - Ensaios de

Compressão de Corpos-de-prova Cilíndricos, Rio de Janeiro, Brasil

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009, NBR 7211: Agregados para

Concreto - Especificação, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009, NBR 7389: Análise Petrográfica de

de Agregado em Concreto, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009, NBR NM 52: Agregado Miúdo –

Determinação da Massa Específica e Massa Específica, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009, NBR NM 53: Agregado Graúdo –

Determinação da Massa Específica, Massa Específica Aparente e Absorção de

Água, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2011, NBR 9935: Agregados -

Terminologia, Rio de Janeiro, Brasil.

Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2015, NBR 12655: Concreto de Cimento

Portland – Preparo, Controle, Recebimento e Aceitação – Procedimento, Rio de

Janeiro, Brasil.

BAHABRI, A. A., 2016, Textural Characteristics of Fine Aggregate Efficiency on

Concrete Strength, American Journal of Materials Science, v. 6, n. 3, pp 73-78

CEPURITIS, R., 2014, New Type of Crushed Sand to Replace Natural Sand in

Concrete Production, Results: Minerals & Aggregates, n. 2, pp 38-43.

75

CEPURITIS, R., JACOBSEN, S., ONNELA, T., 2015, Sand production with VSI

crushing and air classification: Optimising fines grading for concrete production

with micro-proportioning, Minerals Engineering, v. 78, pp. 1-14.

Concrete Innovation Center – COIN, 2009, Production and Utilisation of

Manufactured Sand, Oslo, Noruega.

CORDEIRO, G. C., 2006, Utilização de Cinzas Ultrafinas do Bagaço de Cana-de-

Açucar e da Casca de Arroz como Aditivos Minerais em Concreto, Tese de

Doutorado, COPPE/Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil, 445

p.

DANIELSEN, S.W., RUESLÅTTEN, H. G., 1984, Feldspar and Mica. Key Minerals for

Fine Aggregate Quality, Bulletin of Engineering Geology and the Environment, v. 30,

n. 1, pp 215-219.

Departamento de Recursos Minerais do Rio de Janeiro – Secretaria de Estado de

Desenvolvimento Econômico, Energia, Indústria e Serviços, 2014, Panorama Mineral

do Estado do Rio de Janeiro de 2014, Rio de Janeiro, Brasil.

Departamento Nacional de Produção Mineral, Produção de Areia em 2015, por

Estado, em toneladas e reais - 2015. Disponível em: <http://www.consultaesic.cgu.

gov.br/busca/dados/Lists/Pedido/Item/displayifs.aspx?List=0c839f31-47d7-4485-ab65a

b0cee9cf8fe&ID=487567&Web=88cc5f44-8cfe-4964-8ff4-376b5ebb3bef> Acesso em:

03 de dezembro de 2016.

DE LARRARD, F., 1999, Concrete Mixture Proportioning: A Scientific Approach, 1

ed. E&FN Spon.

DIAZ, J., 2015, The Quarrying Process. Disponível em: <https://www.linkedin.com/

pulse/quarrying-process-joanne-diaz>. Acesso em: 28 de janeiro de 2017.

76

DOMONE, P., ILLSTON, J., 2010, Construction Materials: Their Nature and

Behaviour, 4 ed. CRC Press.

FRAZÃO, E. B., 2002, Tecnologias de rochas na construção civil, Associação

Brasileira de Geologia de Engenharia – ABGE, 132 p.

FORMAGINI, S., 2005, Dosagem Científica e Caracterização Mecânica de

Concretos de Altíssimo Desempenho, Tese de Doutorado, COPPE/Universidade

Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil, 259 p.

GONÇALVES, J. P., TAVARES, L. M., TOLEDO FILHO, R. D. et al., 2007, Comparison

of Natural and Manufactured Fine Aggregates in Cement Mortars, Cement and

Concrete Research, v. 37 pp. 924-932.

LI, H., CHENG, G., XIE, Y. et al., 2016, Effect of Granite Dust on Mechanical and

Some Durability Properties of Manufactured Sand Concrete, Construction and

Building Materials, v. 109, pp. 41-46.

LUZ, A. B., SAMPAIO, J. A., DE ALMEIDA, S. L. M., 2004, Tratamento de Minérios, 4

ed., CETEM/MCT.

MEHTA, P.K., MONTEIRO, P. J. M., 1994, Concreto: Estrutura, Propriedades e

Materiais, 1 ed. Pini.

METSO, 2009, Moinho Autógeno de um Eixo Vertical Barmac, 15 ed., Metso Brasil.

Ministério de Minas e Energia – Secretaria de Geologia, Mineração e Transformação

Mineral, 2009, Relatório Técnico 30 – Perfil de Brita para a Construção Civil,

Brasília, Brasil.

77

Ministério de Minas e Energia – Secretaria de Geologia, Mineração e Transformação

Mineral, 2009, Relatório Técnico 31 – Perfil de Areia para a Construção Civil,

Brasília, Brasil.

NEVILLE, A. M., 2012, Properties of Concrete, 5 ed., Prentice Hall.

NEVILLE, A. M., BROOKS, J. J., 2010, Concrete Technology, 2 ed., Prentice Hall.

O’FLYNN, M. L., 2010, Manufactured Sands from Hardrock Quarries:

Environmental Solution of Dilemma for Southeast Queensland?, Australian Journal

of Earth Sciences, v. 47, n. 1, pp. 65-73.

PARREIRA, H. M. T. B., 2016, Remoção de Biotita em Areias de Brita Utilizando

Separador Magnético de Alta Intensidade a Seco, Projeto de graduação,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil, 77 p.

PEDROSO, F.L., 2009, Concreto: as origens e a evolução do material construtivo

mais usado pelo homem, Concreto e Construções, n. 53, pp. 14-19.

PEREIRA, C. G., CASTRO-GOMES, J., DE OLIVEIRA, L. P., 2009, Influence of natural

coarse aggregate size, mineralogy and water content on the permeability of

structural concrete, Construction and Building Materials, v. 23, n. 2, pp. 602-608.

PINHO, D., 2007, Contribuição à Petrografia de Pedra Britada, Tese de Mestrado,

Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil, 447 p.

POLAT, R. et al., 2013, The Correlation Between Aggregate shape and Compressive

Strength of Concrete: Digital Image Processing Approach, International Journal of

Structural and Civil Engineering Research, v. 2, n. 3.

78

SEDRAN, T., 1999, Rheologie et rheometrie des betons. Application aux betons

autonivelants. Tese de Doutorado, École Nationale des Ponts et Chaussées, Paris,

França, 220 p.

SILVA, A. S. M., 2004, Dosagem de concreto pelos métodos de Empacotamento

Compressível e Aïtcin-Faury Modificado. Tese de Mestrado, COPPE/Universidade

Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil, 124 p.

Sindicato Nacional da Indústria do Cimento, Consumo Aparente de Cimento por

Regiões e Estados 2015. Disponível em: <http://www.snic.org.br/numeros/numeros

.asp?path=ConsumoRegional2015.gif>. Acesso em: 24 de outubro de 2016.

Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (a), Custos

médios e índices, segundo as áreas geográficas – novembro de 2016. Disponível

em: <http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/indicadores/precos/sinapi/sinapi_201611

_2.shtm>. Acesso em: 04 de dezembro de 2016.

Sistema Nacional de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (b), Preços de

Insumo e Custos de composições após Julho/2014. Disponível em:

<http://www.caixa.gov.br/poderpublico/apoiopoderpublico/sinapi/Paginas/default.aspx?

#precos-pos-2014>. Acesso em: 25 de outubro de 2016.

TUTIKIAN, B. F, HELENE, P., 2011, Dosagem dos Concretos de Cimento Portland,

In: Isaia, G. C., Concreto: Ciência e Tecnologia, 1 ed., capítulo 12, IBRACON

WAKIZAKA, Y., ICHIKAWA, K., NAKAMURA, Y. et al., 2005, Deterioration of Concrete

Due to Specific Minerals, Environment and Economy, n. 2, pp. 331-338.

WEIDMANN D. F., 2008, Contribuição ao Estudo da Influência da Forma e da

Composição Granulométrica de Agregados Miúdos de Britagem nas Propriedades

do Concreto de Cimento Portland, Tese de Mestrado, Universidade Federal de Santa

Catarina, Florianópolis, Brasil, 273 p.

79

WILLS, B. A., NAPIER-MUNN, T., 2006, Mineral Processing Technology, Elsevier

Science & Technology Books.

80

Anexo I: Criação do Banco de Materiais Constituintes do BétonlabPro® 3

A criação do banco de dados com as propriedades dos materiais constituintes do

concreto é etapa fundamental para utilização do software BétonlabPro® 3. A Tabela 44

lista as propriedades que foram necessárias para calibrar cada material. A Figura 42

mostra o aspecto da janela do banco de materiais constituintes e a Figura 43 a Figura

47 mostram como deve ser realizado o preenchimento dos parâmetros de cada material

utilizado.

Tabela 44 - Parâmetros utilizados pelo software BétonlabPro® 3 de acordo com o tipo de

material

Cimento Portland Agregados Superplastificante

Massa específica Massa específica Massa específica

Granulometria Granulometria Teor de sólidos

Compacidade Compacidade

Composição de Bogue Absorção d’água

Resistência à compressão Parâmetros “p” e “q”

Figura 42 - Banco de materiais constituintes do BétonlabPro® 3

81

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figura 43 - Janela de propriedades do cimento Portland: Definições gerais e de custo (a),

Composição química (b), propriedades do cimento (c), granulometria (d), valores de

compacidade (e) e curva granulométrica do cimento (f)

82

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Figura 44 - Janela de propriedades da areia natural: Definições gerais e de custo (a),


granulométrica da areia (e)

83

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Figura 45 - Janela de propriedades da areia brita: Definições gerais e de custo (a),


granulométrica da areia (e)

84

(a) (b)

(c) (d)

(e)

Figura 46 - Janela de propriedades do agregado graúdo: Definições gerais e de custo (a),

propriedades da brita (b), granulometria (c), valores de compacidade (d) e curva granulométrica

da brita (e)

85

Figura 47 - Janelas de propriedades do superplastificante

86

Anexo II: Geração de traços utilizando o BétonlabPro® 3

Após a criação do banco de materiais constituintes a serem utilizados na

formulação do concreto, procede-se com a geração dos traços através do software. A

Figura 48 mostra como é realizada a seleção dos materiais que serão adotados na

formulação do concreto e a Figura 49 mostra a janela onde é introduzido valores de

consumo desejado para cada material nos traços de concreto na seção “composição”.

Na Figura 50 estão representados os traços gerados de 25 MPa e 50 MPa para cada

tipo de agregado miúdo.

Nesta etapa é fixado a quantidade de cimento Portland e água em kg/m³, a

dosagem de aditivo superplastificante em relação à massa de cimento Portland e a

definição dos percentuais de cada agregado em relação ao volume total de agregados

na mistura. O programa, com base nos valores inseridos, calcula a composição do

concreto e suas propriedades, com base no Método do Empacotamento Compressível.

Figura 48 - Janela de seleção dos materiais que serão utilizados para formulação do concreto

do BétonlabPro® 3

87

Figura 49 - Janela de simulação dos traços de concreto

Figura 50 - Traços de resistência para 28 dias de 25MPa e 50 MPa gerados para a areia

natural e para a areia de brita

88

Anexo III: Calibração do Índices “p” e “q” do software BétonlabPro® 3

O software BétonlabPro® 3 permite realizar a calibração dos parâmetros “p” e “q”

através da inserção de traços utilizados para formulação do concreto e das resistências

obtidas nos ensaios de compressão. A partir desses valores, o software é capaz de

predizer com precisão as características do concreto fresco e endurecido que utilizem

os mesmos materiais em outras proporções. Da Figura 51 a Figura 53 mostra-se o

processo de calibração do software até a obtenção dos parâmetros “p” e “q” calibrados

para os traços contendo areia de brita.

Figura 51 - Janela de entrada de dados para calibração do software BétonlabPro® 3

89

Figura 52 - Janela de seleção de material constituinte para a calibração dos parametros "p" e

"q"

Figura 53 - Valores calibrados para "p" e "q"

90

Anexo IV: Otimização de concretos no software BétonlabPro® 3

A otimização de concretos no BétonlabPro® 3 é realizado em três passos. A

primeira etapa consiste na criação do banco de dados com os materiais constituintes e

sua correta calibração dos parâmetros “p” e “q”, conforme Anexo I e Anexo III. Durante

a segunda etapa é realizada a dosagem de um concreto, determinando as quantidades

de materiais a serem utilizados, conforme Anexo II. Por fim, procede-se com a etapa de

otimização do traço de concretos com base nas características que o usuário deseja

obter. Essa otimização é realizada através da definição de um ou mais parâmetros a

serem otimizados, os graus de liberdade (parâmetros que podem ser modificados) e as

condições de contorno.

Obtém-se o resultado final após a execução de dois ciclos de otimização do

software. No primeiro ciclo, mantém-se constante a pasta, otimizando apenas os

agregados de maneira a se minimizar o índice de compacidade, obtendo um concreto

de melhor aplicação. Depois, no segundo ciclo, mantém-se constante a proporções dos

agregados, otimizando a pasta com base nas propriedades que se deseja alcançar. Da

Figura 54 a Figura 58 é apresentado o processo de otimização de um traço para

obtenção do menor preço por m³ utilizando uma mistura de areia natural e de brita.

Figura 54 - Traços de concreto adotando mantendo a mesma composição da pasta e alterando

apenas o tipo de agregado miúdo

91

(a)

(b)

Figura 55 – Otimização dos agregados pela fixação da pasta (b) e minimização do índice de

compacidade (a)

92

Figura 56 - Traço de concreto após o primeiro ciclo de otimização da mistura

93

(a)

(b)

Figura 57 – Otimização da composição da pasta pela fixação da proporção dos agregados (b) e

minimização do preço (a)

94

Figura 58 - Traço de concreto obtido após a otimização do preço por m³

dosagem científica de concretos usando areia de brita com ... · nbr 7389, 1992) ..... 13 figura 5...

Documents