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CONTROLE TECNOLÓGICO DE CONCRETO AULA 2 Profª Fernanda dos Santos Gentil 2 CONVERSA INICIAL Agregados Dentro da Construção Civil, os agregados são muito utilizados para a composição do concreto. É muito importante trabalhar com agregados de boa qualidade, pois pelo menos três quartas partes do volume do concreto são ocupadas pelos agregados (Neville, 2015). Os agregados são fragmentos de rochas com tamanhos e propriedades adequadas utilizados em quase todas as obras de infraestrutura civil, como edificações, pavimentação, barragens e saneamento (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Tais materiais apresentam a capacidade de limitar a resistência do concreto, influenciar na durabilidade e no desempenho estrutural do concreto e, também, proporciona maior estabilidade dimensional em relação à pasta de cimento pura. Em virtude dessas e outras características que serão abordadas nesta etapa, justifica-se a relevância do aprofundamento sobre os agregados para a Construção Civil. TEMA 1 – CLASSIFICAÇÃO GERAL DOS AGREGADOS De acordo com Beja, Palmeira e Farias (2017), agregados são fragmentos de rochas, denominadas usualmente de pedras e areias. Tais fragmentos apresentam tamanhos e propriedades adequadas para serem utilizados em quase todas as obras de infraestrutura civil. A partir dos fragmentos de rochas surgem blocos, pedras, pedregulhos, cascalhos, seixos, britas, pedriscos, areias entre outros. Para complementar essa definição, a norma NBR 9.935 (ABNT, 2011) determina que agregado é um material granular, pétreo, geralmente inerte, com dimensões e propriedades adequadas para a preparação de argamassa ou concreto. Materiais com tamanhos relativamente uniformes são normalmente utilizados para a construção de muros e estruturas de contenção. Já em bases rodoviárias, recomenda-se utilizar uma mistura de fragmentos de diversos tamanhos, proporcionando maior estabilidade ou resistência na composição (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Antes de aprofundar os conhecimentos sobre os agregados, é interessante compreender as características da rocha-mãe, ou seja, a rocha que 3 originou tal agregado, pois eles herdarão a mineralogia e muitas propriedades físicas e mecânicas de tais rochas. Com relação à origem das rochas, podem ser classificadas em três grandes grupos: ígneas (ou magmáticas), sedimentares e metamórficas. As rochas ígneas são formadas pela consolidação do magma a partir do resfriamento. Existem duas maneiras de ocorrer tal resfriamento: na superfície da crosta terrestre e em grandes profundidades. Quando o resfriamento acontece na superfície da crosta terrestre, há a formação de rochas extrusivas, como o basalto. Já quando ocorre o resfriamento das rochas ígneas em grandes profundidades, há a formação de rochas intrusivas, como o granito. A profundidade influencia na velocidade do resfriamento da rocha, ou seja, quanto maior a profundidade que se encontra a rocha ígnea, mais lento é o resfriamento. Tal processo permite maior cristalização dos minerais, com isso surgem rochas mais resistentes, como consequência formam-se melhores agregados (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Existem três processos que podem dar origem à formação das rochas sedimentares: pela deposição das partículas originadas a partir da erosão de outras rochas, formando rochas sedimentares clásticas ou detríticas, como arenito, siltito e o argilito; pela precipitação de substâncias em solução, formando as rochas sedimentares químicas, como o calcário; ou pela deposição dos materiais de origem orgânica, os quais não são muito utilizados na construção civil (Beja; Palmeira; Farias, 2017). As rochas metamórficas são formadas a partir de outras rochas, como rochas ígneas, sedimentares, ou também por outras rochas metamórficas, quando são submetidas no interior da terra a altas temperaturas e pressões, pelo processo de metamorfismo. Como exemplos de rochas metamórficas existem o filito, ardósia, xisto, mármore, quartzito e o gnaisse (Beja; Palmeira; Farias, 2017). A partir da rocha-mãe são provenientes as frações granulométricas, chamadas de agregados de diversos tamanhos. Conforme a origem do agregado, que pode ser natural ou artificial, existirão limites inferiores e superiores. Tais limites são arbitrários e variam de acordo com os critérios das organizações tecnológicas e normativas de cada país. Diante disso, no Brasil os profissionais da área de construção civil seguem a normativa da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), no meio rodoviário adota-se as 4 terminologias do DNIT (Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes), tendo influência norte-americana. Os profissionais da área de geologia utilizam a nomenclatura do Sucs (Sistema Unificado de Classificação de Solos) e da ASTM (American Society for Testing and Meterials) (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Como mencionado anteriormente, o agregado pode ser natural ou artificial. Agregado natural é o material pétreo que da mesma forma que é encontrado na natureza pode ser utilizado, podendo ser submetido à lavagem, classificação ou britagem. Já o agregado artificial, como escórias de alto-forno e escórias de aciaria, é o material granular resultante de processo industrial com alteração mineralógica, química ou físico-química da matéria original. Existe também a categoria de agregados reciclados, que são materiais granulares, provenientes de processos de reciclagem ou subprodutos de produção industrial, mineração, construção e demolição da construção civil (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Existem diversos tamanhos de agregados. De acordo com a NBR 9.935 (ABNT, 2011), há os agregados graúdos, miúdos, finos e materiais pulverulentos. São caracterizados com agregados graúdos, aqueles cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de 4,75 mm. Os agregados são considerados miúdos quando passam na peneira de 4,75 mm e ficam retidos na de 150 𝜇m. Já os materiais que passam na peneira com abertura de malha de 150 𝜇m são denominados de finos, e aqueles abaixo de 75 𝜇m são classificados como materiais pulverulentos. Tais informações podem ser verificadas na Figura 1. Figura 1 – Dimensões dos agregados de acordo com a NBR 9.935:2011 Fonte: Beja; Palmeira; Farias, 2017. 5 Outras normas e manuais importantes que abordam sobre agregados é a NBR 7.211 (ABNT, 2019), que especifica os requisitos necessários para recepção e produção dos agregados miúdos e graúdos destinados à produção de concretos de cimento Portland. No campo rodoviário, que tem como base normas norte-americanas, utilizam a ASTM C 33 (2016) para distinguir a dimensão de agregado graúdo e miúdo, que é limitada pela malha de 2,0 mm. Esta área também utiliza, para a especificação da granulometria, o Manual de Pavimentação do DNIT (2006). Existem classes de tamanhos, tanto para os agregados naturais quanto para os processados. Considerando os materiais naturais, a NBR 6.502 (ABNT, 1995) e o Manual de Pavimentação (DNIT, 2006) especificam as variadas dimensões, conforme apresentado no Quadro 1. Quadro 1 – Classes de tamanho para agregados naturais segundo NBR 6.502:1995 e DNIT:2006 Classe de Tamanho NBR 6.502 (ABNT, 1995) mm (DNIT,2006) mm Matacão 200 – 1000 250 – 1000 Pedra de mão 60 – 200 75 – 250 Pedregulho 2 – 60 2 - 75 Areia 0,060 – 2 0,075 - 2 Silte 0,002 – 0,060 0,005 – 0,075 Argila < 0,002 < 0,005 Fonte: Beja; Palmeira; Farias, 2017. Interessante ressaltar que tanto as areias quanto os pedregulhos são subdivididos em finos, médios, grossos e muito grossos. Segundo Beja, Palmeira e Farias (2017): Os termos “cascalho e seixo” também são associados a fragmentos com tamanhos característicos na fração pedregulho ou um pouco maior, até 100mm. Quando os grãos têm forma arredondada, são denominados “seixos” (seixo rolado). Já o termo cascalho se refere a partículas com dimensões de 4,75 a 100 mm, mas não têm conotação quanto à forma ou arredondamento (cascalho laterítico). Dentro das classes de tamanhos para os materiais processados utiliza-se muito os termos brita ou pedra britada, os quais são provenientes da fragmentação mecânica de rochas, pedra, escórias de alto-forno, dentre outras. 6 O intervalo dos tamanhos desses materiais geralmente situa-se entre 4,75 e 100 mm. A norma NBR 7.211 (ABNT, 2019) define zonas granulométricas para agregados graúdos e miúdos de origem natural ou processados. As zonas são definidas pela divisão d/D, onde “d” corresponde à menor dimensão do agregado e “D” corresponde à maior dimensão do agregado. Ressaltando que as dimensões padronizadas correspondem às aberturas nominais e intermediárias. As aberturas nominais são: 75 mm; 37,5 mm; 19 mm; 9,5 mm; 4,75 mm; 2,36 mm; 1,18 mm; 0,60 mm; 0,30 mm e 0,15 mm. A série intermediária compreende as seguintes aberturas: 63 mm; 50 mm; 31,5 mm; 25 mm; 12,5 mm e 6,3 mm. Dentro dessa ideia, os agregados graúdos são classificados em cinco zonas: 4,75/12,5; 9,5/25; 19/31,5; 25/50 e 37,5/75. Os materiais com diâmetro entre 0,075 mm e 4,75 mm são referidos como areia artificial, areia de brita ou até mesmo como areia britada. Segundo a norma NBR 9.935 (ABNT, 2011), os materiais que tiverem diâmetro menor que 0,075 mm são chamados de materiais pulverulentos. A norma NBR 9.935 (ABNT, 2011) estabelece que pedrisco é o agregado proveniente da britagem de rocha, cujos grãos passam pela peneira com abertura de malha de 12,5 mm e ficam retidos na peneira de malha de 4,75 mm. Também, define que pó de pedra é um material granular originado da britagem de rocha que passa pela peneira de malha 6,3 mm. Em contrapartida, o Manual de Pavimentação (DNIT, 2006) define pedrisco como material resultante da britagem de pedra com diâmetro entre 2,0 mm e 6,4 mm, e pó de pedra como material com dimensão menor que 2,0 mm. No mercado é mais usual utilizarem termos com o brita 0, brita 1, brita 2 e brita 3. Para exemplificar, o pedrisco e pó de pedra são mais utilizados em massas asfálticas; a brita 1, considerada mais nobre, é usada em concretos bombeados; a brita 2 em bases e sub-bases rodoviárias e grandes volumes de concreto, e a brita 3 é utilizada em lastro ferroviário (Beja; Palmeira; Farias, 2017). TEMA 2 – AMOSTRAGEM Os diversos ensaios que precisam ser realizados com os agregados devem ser feitos com amostras, desta forma os resultados obtidos se referem 7 somente ao material das amostras. Diante disto, a amostra tem um caráter representativo. Como as coletas em campo podem ter muitas variações, então, não há procedimentos detalhados para a realização de tais coletas. Neste caso, o uso do bom senso possibilitará a obtenção de resultados confiáveis, lembrando sempre que a amostra coletada deve ser representativa de todo o volume do material a ser trabalhado. Existe uma norma britânica chamada BS 812 (BSI, 1975), que retrata que a amostra principal deve ser composta de várias porções retiradas de diferentes pontos de volume de material. Os incrementos mínimos (porções) devem ser dez, e a massa total deve ser pelo menos igual à representada no Quadro 2, para várias dimensões de grãos. Quadro 2 – Quantidades mínimas de amostras para ensaio segundo a norma BS 812 (BSI, 1975) Dimensão máxima (mm) Amostragem mínima (kg) Maior ou igual a 28 50 Maior do que 5 e menor do que 28 25 Menor ou igual a 5 13 Fonte: Neville, 2015. Para a redução do tamanho da amostra pela metade existem dois processos: o quarteamento manual ou o mecânico. O quarteamento manual consiste em misturar a amostra inicial, no caso de agregado miúdo, umedecê-la para evitar segregação. O material é disposto em forma de cone e, em seguida, revirado para formar outro cone. Tal operação é realizada duas vezes, lançando- se o material no vértice do cone, de modo que os grãos caiam por igual para todos os lados. O cone obtido na última vez é achatado e repartido em quatro partes. Desta forma, retiram-se duas partes diagonalmente opostas e as outras duas são misturadas, formando-se a amostra para ensaio. Já pelo quarteamento mecânico o processo de redução da amostra ocorre por meio da utilização do dispositivo apresentado na Figura 2. Este dispositivo é chamado de quarteador, o qual apresenta várias divisões com canaletas que desviam o agregado, alternadamente, para cada um dos lados. Lança-se a amostra no quarteador em toda a sua largura e as duas metades são recolhidas 8 em duas caixas situadas nas extremidades das canaletas. Assim, para o ensaio é utilizado apenas uma das metades (Neville, 2015). Figura 2 – Quarteador Crédito: Jefferson Schnaider. TEMA 3 – ADERÊNCIA DOS AGREGADOS Um fator muito importante para dar resistência ao concreto é garantir uma adequada aderência entre os agregados e a pasta de cimento. Segundo Neville (2015), a aderência consiste no intertravamento do agregado com a pasta em virtude de a textura superficial do agregado ser mais áspera. Para determinar a natureza da aderência dos agregados, ainda não há ensaios aceitos para tal objetivo. Sabe-se que há uma boa aderência quando uma amostra de concreto rompida apresenta algumas partículas partidas de agregado, além de muitas outras arrancadas dos seus locais. Já quando há um excesso de partículas partidas pode ser um indício de que o agregado é pouco resistente. Entende-se que as forças de aderência dependem da resistência da pasta de cimento e das propriedades das superfícies dos agregados, e que a intensidade dessas forças aumenta com a idade do concreto, desta forma a relação entre a força de aderência e a resistência da pasta aumentam com a idade (Neville, 2015). 9 TEMA 4 – CARACTERÍSTICAS DOS AGREGADOS Para se obter uma correta dosagem de concretos hidráulicos ou betuminosos é fundamental se ter o conhecimento das características dos agregados, visto que as propriedades de tais concretos são influenciadas pela massa específica, massa aparente, porosidade, composição granulométrica, forma e texturas dos agregados. Segundo Mehta e Monteiro (2008), as propriedades dos agregados são divididas em três grupos. • Características dependentes da porosidade: massa específica aparente, absorção de água, resistência, módulo de elasticidade e durabilidade. • Características dependentes da composição química e mineralógica: resistência, módulo de elasticidade, substâncias deletérias e cargas elétricas. • Características dependentes das condições prévias e de fabricação: dimensão, forma e textura das partículas. Para a determinação das características dos agregados, é necessário determinar os valores dos índices físicos de tais materiais, até mesmo para poder determinar padrões de aceitação ou rejeição da utilização de tais componentes em uma determinada obra. Dentre os índices físicos mais importantes estão: umidade, absorção e massa específica. 4.1 Umidade e absorção O teor de água presente em um material refere-se à umidade (w). A umidade pode ser definida em termos volumétricos ou por outro processo mais usual, que são os gravimétricos. O valor da umidade está relacionado com o percentual entre a massa de água presente em uma amostra e a massa da amostra totalmente seca (massa de sólidos). Tal informação pode ser visualizada na equação a seguir: 𝑤 = 𝑀 Á𝑔𝑢𝑎 𝑀 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑥 100 Onde w= umidade M água= massa de água presente na amostra 10 M sólidos= Massa da amostra totalmente seca Existem quatro situações diferentes em que as amostras podem se apresentar quanto à condição de umidade, que são: condição ambiente ou seca ao ar; condição saturada comsuperfície úmida (SSU); condição saturada com superfície seca (SSS) e condição completamente seca. De acordo com Beja, Palmeira e Farias (2017), uma amostra, em condição ambiente, sempre absorve uma quantidade de água proveniente de diversas situações, por exemplo, por meio da chuva, do lençol freático ou até mesmo do próprio ar. No entanto, é importante entender que essa quantidade de água não é suficiente para saturar a amostra, ou seja, preencher totalmente os seus vazios intercomunicantes. Diante dessa ideia, quando a amostra é seca ao ar, tal agregado ainda contém alguma umidade, sendo conhecida como amostra higroscópica. Para melhorar o entendimento dessas quatro situações das amostras, a seguir mais informações. • Amostra saturada: tem-se amostra saturada quando os seus vazios comunicantes, entre grãos e nos grãos, estão preenchidos com água. Para que isso ocorra, é necessário que a amostra seja imersa em água por 24 horas. • Amostra saturada com superfície úmida (SSU): tem-se uma amostra SSU quando o grão do agregado, proveniente de uma amostra saturada, ao ser retirado da água apresenta na sua estrutura a água absorvida nos poros internos formando uma película de água em sua superfície, determinando o que se chama de umidade livre. • Amostra saturada com superfície seca (SSS): têm-se uma amostra SSS quando for eliminada a umidade livre, por meio da secagem do agregado com um pano absorvente. • Amostra seca: tem-se uma amostra totalmente seca quando ela não apresenta na sua estrutura a presença da água. Para isso, é necessário que a amostra fique em estufa a 105 °C ± 5 °C até a constância de massa num período de 24 horas. Desta forma, a massa na amostra será igual à massa de sólidos. Por meio da absorção (a) que é possível medir a quantidade de água que pode preencher os poros comunicantes nos grãos de uma massa de agregado, 11 desta forma pode-se dizer que é uma medida de umidade para a amostra com partículas na SSS. A partir da equação a seguir é possível encontrar o valor da absorção. 𝑎 = 𝑀 𝑠𝑠𝑠 − 𝑀 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑀 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑥 100 Onde, a= absorção M sss = massa da amostra em condição saturada com superfície seca M seca = massa da amostra em condição seca Cada tipo de agregado apresenta uma porcentagem de absorção dependendo da sua origem, como pode ser visualizado na Tabela 1. Tabela 1 – Absorção dos agregados Fonte: Beja; Palmeira; Farias, 2017. 4.2 Massa específica Massa específica (𝜸) é caracterizada como a relação entre a massa (M) e o volume (V) de um material. Existem dois tipos de massas específicas, que são: massa específica real ou absoluta de um agregado (𝜸r) e a massa específica aparente (𝜸a). Para encontrar tais valores seguem as equações a seguir. Origem do agregado Absorção (%) Rochas ígneas e metamórficas Geralmente são inferiores a 0,5% e raramente excedem 1,0%. Alguns tipos de basalto são exceção e podem ter alta absorção. Rochas sedimentares Apresentam maior capacidade de absorção. Agregados lateríticos ou lateritas são altamente porosos e a absorção de água chega aproximadamente a 10%. Agregados reciclados de resíduos de construção e demolição Podem apresentar elevada absorção de água, chegando a valores de até 15%, em virtude da presença na sua composição de grãos de tijolo, concreto, azulejos e cerâmicas. 12 𝜸𝒓 = 𝑴 𝑽𝒓 ; 𝜸𝒂 = 𝑴 𝑽𝒂 Onde, 𝜸r = massa específica real 𝜸a = massa específica aparente M= massa do agregado Vr= volume real (volume ocupado pelo material descontando-se todos os vazios permeáveis) Va= volume aparente (volume ocupado pelo material que inclui todos os vazios permeáveis) Diante das equações apresentadas anteriormente é possível verificar que, para a determinação da massa específica real, geralmente não se leva em consideração no cálculo os poros não comunicantes internos aos grãos. Com relação a algumas normas utilizadas para a determinação da massa específica, pode-se mencionar que para os agregados miúdos utilizados em concretos hidráulicos, a norma NBR 16.916 (ABNT, 2021) substituiu o frasco de Chapman por um novo tipo de frasco com volume aferido. Já para agregados graúdos utilizados em pavimentação, a massa específica e a absorção são determinadas conforme especificado na norma ME 195 (DNIT, 1997), a qual menciona sobre o uso da balança hidrostática para a determinação do volume de sólidos (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Como existem diversos grupos de rochas, consequentemente há variações nas massas específicas dos agregados, conforme pode ser visualizado na Tabela 2. Tabela 2 – Massas específicas das rochas mais utilizadas Grupo Massa específica do agregado (g/cm³) Intervalo de valores (g/cm³) Basalto 2,80 2,60 – 3,00 Granito 2,69 2,60 – 3,00 Arenito 2,69 2,60 – 2,90 Calcário 2,66 2,50 – 2,80 Quartzito 2,62 2,60 – 2,70 Lateritas 3,17 3,00 – 3,30 Fonte: Neville, 2015. 13 De acordo com a Tabela 2, é possível constatar que a maioria dos agregados apresentam massa específica entre 2,60 e 2,70 g/cm³. 4.3 Resistência a esforços mecânicos Os agregados utilizados em construção estão sujeitos a esforços de compressão, tração, flexão, esforços de impacto, esmagamento, desgaste e abrasão transmitidos pelos carregamentos externos atuantes sobre tais materiais. No Brasil, o ensaio mais utilizado para verificar a resistência aos esforços de abrasão nos agregados utilizados em concretos é chamado de “abrasão Los Angeles”, conforme especificado na norma NBR 16.974 (ABNT, 2022). A normativa usada para verificar tal esforço nos agregados aplicados em camadas granulares de pavimentos é a ME 035 (DNIT, 1998). Outro ensaio, realizado com o agregado graúdo aplicado no concreto, complementar ao de abrasão, é o ensaio de resistência ao esmagamento de acordo com a norma NBR 9.938 (ABNT, 2013), já para aplicações rodoviárias a normativa para tal ensaio é a ME 197 (DNIT, 1997). A interpretação do valor do desgaste Los Angeles obtido por meio do ensaio funciona da seguinte maneira: quanto menor o valor do desgaste, melhor é o material. 4.4 Formas dos grãos e textura superficial Ao se falar sobre forma dos agregados na verdade estamos nos referindo à geometria tridimensional. Certas características geométricas são possíveis de serem determinadas nos agregados, como alongamento, achatamento, cubicidade, esfericidade, angulosidade, dentre outras. Segundo Beja, Palmeira e Farias (2017), a forma do agregado é influenciada tanto pelas características de estrutura e textura da rocha de origem, ou seja, a rocha-mãe, quanto pelo processo de britagem. Na Tabela 3 encontram-se algumas informações das formas dos agregados levando em consideração a rocha-mãe. 14 Tabela 3 – Forma dos agregados Rocha-mãe Agregado Forma Rochas de estrutura maciça Basaltos compactos Cúbica Rochas com estrutura xistosa Agregados provenientes de rochas sedimentares e de algumas rochas metamórficas Alongadas Lamelares Fonte: Beja; Palmeira; Farias, 2017. Existem normas para a determinação das características geométricas dos agregados. Por exemplo, a norma NBR 7.809 (ABNT, 2019) proporciona a identificação do grau de cubicidade do agregado graúdo, a partir da utilização do método do paquímetro. Também há a norma NBR 5.564 (ABNT, 2021), que leva em consideração as três dimensões para definir duas relações entre lados do agregado. Nesta norma, a dimensão maior (comprimento) do agregado é sinalizada pela letra A; a dimensão intermediária (largura) representada pela letra B e a dimensão menor (espessura) identificada pela letra C. A relação entre espessura/largura (C/B) determina o alongamento do agregado, já o achatamento ou lamelaridade é obtida pela relação largura/comprimento (B/A). A classificação pode ser visualizada na Tabela4. Tabela 4 – Características geométricas dos agregados Forma do agregado Relação Cúbica B/A>0,5 e C/B>0,5 Alongada B/A <0,5 e C/B>0,5 Lamelar B/A>0,5 e C/B<0,5 Alongada-lamelar B/A<0,5 e C/B<0,5 Fonte: Beja; Palmeira; Farias, 2017. Os agregados utilizados na pavimentação do ensaio que define o índice de forma são especificados na norma ME 424 (DNIT, 2020), em que se usa uma série de peneiras com crivos de abertura circular e um conjunto de redutores. A característica geométrica que determina a agudeza ou angulosidade das arestas ou cantos das partículas é o arredondamento, que segundo Neville (2015) depende da resistência à abrasão da rocha-mãe e das ações a que estas foram submetidas. Considerando os agregados britados, o arredondamento depende da natureza do mineral e do tipo de britador. 15 Segundo Bela, Palmeira e Farias (2017), o pesquisador Powers (1953) classifica as partículas em esférica, ou seja, bem arredondada; arredondada; subarredondada, subangulosa, angulosa e muito angulosa. Dentre essas classificações as partículas angulosas são recomendáveis para proporcionar mais resistência, por apresentarem maior entrosamento entre as partículas individuais. Já agregados com formato anguloso apresentam maior área superficial e, consequentemente, exigem mais quantidade de água para manter a mesma trabalhabilidade no concreto hidráulico. Anteriormente foi mencionado sobre as características geométricas dos agregados, outro item também muito importante é sobre a textura superficial desses materiais. Tal característica influencia diretamente na aderência do agregado com a pasta de cimento Portland ou ligante betuminoso. Existe a norma inglesa BS 812 (BSI, 1975), que apresenta alguns tipos de textura como vítrea, granulosa, áspera, cristalina e alveolar. Interessante entender que agregados com textura mais áspera contribuem para a aderência com a pasta de cimento ou com o cimento asfáltico. 4.5 Superfície específica A superfície específica do agregado pode ser determinada de forma volumétrica (Se) ou gravimétrica (S’e). As equações para encontrar tais resultados estão apresentadas a seguir. 𝑆𝑒 = 𝑆 𝑉 𝑜𝑢 𝑆′𝑒 = 𝑆 𝛾𝑔 𝑥 𝑉 Onde, Se= superfície específica volumétrica (m²/m³) S’e= superfície específica gravimétrica (m²/kg) S= área da superfície V= volume do grão 𝛾g= massa específica do grão Nas dosagens dos concretos, saber os resultados da superfície específica dos agregados é de extrema importância. Para entender tal relevância de conhecer sobre esta informação, os autores Beja, Palmeira e Farias (2017) relatam alguns exemplos como “o consumo de água de molhagem em concretos de cimento Portland é de cerca de 10 l/m³ de agregado para partículas com diâmetro de 37,5 a 75 mm (brita 3-4)”, definidas conforme a NBR NM ISO 3.310- 16 1 (ABNT, 2010), “cuja superfície específica média é de 105 m²/m³”. A diferença pode ser visualizada ao utilizar partículas com diâmetro de 0,15 a 0,30 mm (areia fina), pois o consumo aumenta para 300 l/m³ de agregado, considerando já uma superfície específica média de 26.670 m²/m³. 4.6 Análise mineralógica São inúmeros os benefícios para uma obra de engenharia civil realizar análise mineralógica dos agregados, por exemplo, conseguir identificar a presença de minerais deletérios, propriedades físico-químicas dependentes da composição mineralógica e, também, identificar o estado de alteração e durabilidade. Quando se fala em substâncias deletérias estão inclusas impurezas orgânicas, finos argilosos, torrões de argila e partículas friáveis, material pulverulento e partículas reativas. Para a determinação de cada substância nociva são seguidas normativas. • Impurezas orgânicas: identificar a presença de compostos orgânicos nocivos em areias a serem utilizadas em argamassas e concretos de cimento Portland ou betuminoso, por meio dos ensaios previstos nas normas NBR NM 49 (ABNT, 2001) e a ME 055 (DNIT, 1995). • Finos argilosos: identificar a presença de finos argilosos nos agregados miúdos utilizados em concreto betuminoso ou argamassas asfálticas, por meio da norma rodoviária ME 054 (DNIT, 1997). • Torrões de argila e partículas friáveis: identificar tais substâncias por meio dos ensaios especificados na norma NBR 7.218 (ABNT, 2010). • Material pulverulento: a partir das normas NBR 16.973 (ABNT, 2021) e ME 266 (DNIT, 1997), é possível identificar os materiais pulverulentos que são constituídos por partículas minerais com dimensões inferiores a 0,075 mm. • Partículas reativas: o ensaio para a determinação de sais, cloretos e sulfatos solúveis nos agregados é estabelecido na norma NBR 9.917 (ABNT, 2009). TEMA 5 – MISTURA DE PARTÍCULAS DE VÁRIOS TAMANHOS 17 Dependendo da obra que será executada precisará utilizar partículas de tamanhos uniformes ou partículas de várias dimensões. Por exemplo, para facilitar o fluxo de água por meio de uma camada granular, na área de drenagem, recomenda-se utilizar agregados granulares com tamanhos uniformes. Já os agregados para compor um aterro, base rodoviária ou um concreto, recomenda- se não apresentar todos os mesmos tamanhos, pois partículas de mesmo tamanho irão formar vazios internos, dessa forma apresentará baixa estabilidade e uma redução de resistência aos esforços solicitantes (Beja; Palmeira; Farias, 2017). Diante da relevância sobre o assunto, nos próximos itens serão abordados granulometria, curvas granulométricas e os índices físicos. 5.1 Granulometria Chama-se de análise granulométrica a área que estuda a distribuição dos tamanhos de grãos, ou seja, a distribuição granulométrica. Tal distribuição fornece a porcentagem relativa das massas dos grãos de tamanhos em diferentes faixas granulométricas, em relação ao peso total da amostra. Existem alguns métodos para medir o tamanho das partículas, dentre eles estão a medição direta por meio da utilização da trena em fragmentos maiores que 750 mm; o processo de peneiramento é empregado em agregados graúdos e miúdos e a sedimentação é utilizada para a determinação indireta da dimensão das partículas finas, inferiores a 0,075 mm. As distribuições granulométricas seguem normativas, por exemplo, a determinação da distribuição dos grãos por peneiramento de agregados para concreto segue a norma NBR NM 248 (ABNT, 2003), que divide as peneiras em série normal e intermediária. A série normal é composta por peneiras com aberturas: 75 mm; 37,5 mm; 19 mm; 9,5 mm; 4,75 mm; 2,4 mm; 1,2 mm; 0,6 mm; 0,3 mm e 0,15 mm. Já nas intermediárias as aberturas são as seguintes: 63 mm; 50 mm; 31,5 mm; 25 mm; 12,5 mm e 6,3 mm. Na área rodoviária, os laboratórios de pavimentação utilizam as normas ME 051(DNIT, 1994) e ME 080 (DNIT, 1994) para fazer a análise granulométrica. As aberturas das peneiras utilizadas são: 50,8 mm; 38,1 mm; 25,4 mm; 19,1 mm; 9,5 mm; 4,75 mm; 2,09 mm; 0,42 mm; 0,15 mm e 0,075 mm. 5.2 Curvas granulométricas 18 É por meio da representação gráfica das curvas granulométricas que se pode representar as porcentagens acumuladas passantes, no eixo das ordenadas (y), e o diâmetro dos grãos em escala logarítmica no eixo das abscissas (x), como pode ser visualizado na Figura 3. Figura 3 – Curvas granulométricas Fonte: Barros; Silva, 2018. Existem curvas que representam uma distribuição contínua - bem graduada; descontínua e uniforme, como pode ser visualizado na Figura 3. A curva é caracterizada como contínua – bem graduada - quando apresenta partículas de todos os diâmetros intermediários, compreendendo desde um valor mínimo (d0) até um valor máximo (D), tendo a forma de uma curva “S” suave e alongada na horizontal. Uma curva é descontínua quando falta alguma fração intermediária, sendo representada na curva por um patamar horizontal. Uma curva é considerada uniforme quandoa maior parte dos grãos fazem parte de apenas uma fração granulométrica (d0 ≈0,5D). A apresentação da curva uniforme é bem parecida com o formato de uma integral ʃ. Após plotados os valores no gráfico e identificado que tipo de curva granulométrica está sendo utilizada, é importante saber interpretar alguns termos importantes (Beja; Palmeira; Farias, 2017). • Módulo de finura: é a soma das porcentagens retidas acumuladas nas peneiras da série normal, dividida por 100. Quanto mais grosso for o agregado, maior o módulo de finura da curva. • Dimensão máxima característica: é a abertura nominal (mm) da malha da peneira, a série normal ou intermediária, em que o agregado apresenta um percentual retido acumulado igual ou inferior a 5% em massa. 19 • Diâmetro efetivo (d10): é caracterizado como o diâmetro da peneira, no qual a percentagem passante acumulada é de 10%. • Diâmetro médio (d50): é caracterizado como o diâmetro da peneira, no qual a percentagem passante acumulada é de 50%. • Coeficiente de uniformidade (Cu): é uma relação (Cu=d60/d10) que expressa o alongamento horizontal da curva granulométrica e, assim, a não uniformidade da curva. • Coeficiente de curvatura (Cc): tal coeficiente (Cc= (d30)² / (d10 x d60) identifica melhor o formato da curva granulométrica. Tal valor é utilizado juntamente com o Cu para definir se o material é bem graduado ou mal graduado. 5.3 Índices físicos Os conceitos físicos de massa específica, porosidade, absorção e umidade aplicados no agregado de maneira individual são os mesmos para serem empregados em um conjunto de partículas de diferentes dimensões. No entanto, segundo Beja, Palmeira e Farias (2017), “para um conjunto de partículas, os valores destas propriedades refletirão uma espécie de média das propriedades dos diversos fragmentos individuais”. Diante dessa ideia, em certas ocasiões os valores dos agregados miúdos prevalecerão e, em outras situações, os valores dos agregados graúdos. 5.3.1 Massa específica A determinação da massa específica dos grãos (real) de uma mistura de agregados é muito utilizada para a execução de concretos betuminosos. A fórmula utilizada está descrita a seguir. 𝛾𝑚 = 1 𝑝1 𝛾1 + 𝑝2 𝛾2 + 𝐾 + 𝑝𝑛 𝛾𝑛 Onde, 𝛾𝑚= massa específica de uma mistura de partículas de agregados 𝛾𝑛=massa específica de cada fração individual 𝑝𝑛=percentagem retida de cada fração individual 𝐾=módulo de riqueza (depende do tipo de concreto asfáltico) 20 Outro índice físico importante de ser determinado no conjunto de agregados é a massa unitária, também chamada de massa específica aparente dos agregados. A equação para a sua determinação está descrita a seguir. 𝛾𝑎 = 𝑀 𝑉 Onde, 𝛾𝑎= massa específica aparente 𝑀=massa do conjunto de agregados 𝑉=volume ocupado pelos agregados Segue-se a norma NBR 16.972 (ABNT, 2021) para a determinação da massa unitária em laboratório, já em campo segue-se a norma ME 092 (DNIT, 1994). 5.3.2 Porosidade e índices de vazios É por meio da porosidade e do índice de vazios que é possível determinar a quantidade de vazios relativa num dado volume de agregados. As fórmulas que podem ser utilizadas para a determinação desses índices estão a seguir. 𝑛 = 𝑉𝑣 𝑉 ; 𝑒 = 𝑉𝑣 𝑉𝑠 ; 𝑛 = 𝑒 1 + 𝑒 Onde, 𝑛= porosidade 𝑉𝑣=volume ocupado pelos vazios 𝑉=volume ocupado por toda a amostra de agregado 𝑉𝑠=volume ocupado apenas pelas partículas sólidas de agregados 𝑒= índice de vazios 5.3.3 Absorção e teor de umidade A absorção é um índice físico que mede a quantidade de água no agregado ou mistura em condição saturada seca superficialmente (SSS). Tal medida para a mistura de partículas se dá pela média ponderada das absorções referente a cada fração, conforme pode ser visualizado na fórmula a seguir. 𝑎 = 1 100 𝑥 (𝑝1𝑎1 + 𝑝2𝑎2 + 𝐾 + 𝑝𝑛𝑎𝑛) Onde, 𝑎= absorção 𝑝𝑛= percentagem retida para cada fração individual 21 𝑎𝑛=absorção de cada fração individual 𝐾= módulo de riqueza (depende do tipo de concreto) O teor de umidade é um índice físico que mede a quantidade de água na condição real. Tal índice é determinado pensando-se a mistura de agregado no estado úmido e depois no estado seco após 24 horas em estufa. A fórmula para encontrar esse índice está apresentada a seguir. 𝑤 = 𝑀𝑢 − 𝑀𝑠 𝑀𝑠 𝑥100 Onde, 𝑤= teor de umidade 𝑀𝑢=massa do agregado no estado úmido 𝑀𝑠=massa do agregado no estado seco Para a determinação dessas grandezas recomenda-se seguir as seguintes normativas. • NBR 16.917 (ABNT, 2021) e ME 196 (DNIT, 1998): para agregados graúdos. • NBR 9.775 (ABNT, 2011): para agregados miúdos. • ME 213 (DNIT, 1994): para solos. 5.3.4 Superfície específica do conjunto de partículas Para a determinação da superfície específica do conjunto de partículas é preciso fazer uma média ponderada das superfícies específicas para cada fração granulométrica. A fórmula para encontrar tal grandeza está descrita a seguir. 𝑆𝑒 = 1 100 𝑥(𝑝1𝑆𝑒1 + 𝑝2𝑆𝑒2 + 𝐾 + 𝑝𝑛𝑆𝑒𝑛) Onde, 𝑆𝑒= superfície específica do conjunto de partículas 𝑝𝑛= percentagem retida para cada fração individual 𝑆𝑒𝑛= superfície específica de cada fração individual Importante entender que a 𝑆𝑒 influencia diretamente o fator água/cimento em concretos hidráulicos, já o teor de ligante asfáltico afeta diretamente os concretos betuminosos. O teor de ligante é estimado com base na seguinte fórmula. 𝑝𝐶𝐴𝑃 = 𝐾 𝑥 𝑆𝑒0,2 Onde, 22 𝑝𝐶𝐴𝑃= percentagem de ligante em relação ao peso da mistura de agregados 𝐾= módulo de riqueza (depende do tipo de concreto asfáltico) 𝑆𝑒= superfície específica do conjunto de partículas 5.3.5 Compactação e compacidade Importante entender neste item que a densidade relativa de uma mistura pode ser aumentada por meio da compactação mecânica. Existem diversas formas de realizar tal compactação, por exemplo, em agregados miúdos é feita por impacto, esmagamento ou vibração por meio de rolos compactadores ou outros equipamentos disponíveis e apropriados em campo. Considerando o ambiente de laboratório, o processo de compactação é realizado por impacto, por meio de um pistão com uma massa padrão que cai de uma determinada altura diversas vezes sobre uma amostra. O adensamento realizado em concreto de cimento Portland é feito por meio de vibração. Com relação à determinação da compacidade, pode ser obtida por meio da comparação entre o estado atual com os estados extremos quando a mistura estiver no seu estado mais fofo ou mais denso. As normas para a determinação desses índices físicos são: • ME 162 (DNIT, 1994); • ME 164 (DNIT, 2013); e • ME 092 (DNIT, 1994). FINALIZANDO Iniciou-se os estudos a partir do conhecimento sobre a classificação geral dos agregados, pois é de extrema relevância saber sobre as origens das rochas, as quais serão responsáveis pela obtenção dos agregados. As características das rochas-mães influenciarão nas propriedades dos agregados. Também foram abordados os vários tipos de tamanho dos agregados, que se subdividem em agregado graúdo, miúdo, fino e materiais pulverulentos. Foi abordado nesta etapa sobre a amostragem e a aderência dos agregados. Os diversos ensaios que precisam ser realizados com os agregados devem ser feitos com amostras, as quais passam a ter um caráter representativo. 23 Com relação à aderência entre os agregados e a pasta de cimento, foi compreendido que é um fator muito importante para dar resistência ao concreto. Outro tópico que foi estudado é sobre as características dos agregados, as quais dependem de alguns fatores, tais como a porosidade, composição química e mineralógica, condições prévias e de fabricação. Dentro do assunto: misturas de partículas de vários tamanhos - foi aprendido sobre a importância do conhecimentoda curva granulométrica do agregado, tanto graúdo quanto miúdo, pois a partir dele é possível realizar a dosagem dos concretos e argamassas, influenciando diretamente na quantidade de água a ser adicionada, na resistência e na trabalhabilidade do concreto, constituindo-se em fator responsável pela obtenção de um concreto econômico. Também foram abordadas as fórmulas utilizadas para determinação dos índices físicos para um conjunto de partículas que, segundo os autores Beja, Palmeira e Farias (2017), “os valores destas propriedades refletirão uma espécie de média das propriedades dos diversos fragmentos individuais”. 24 REFERÊNCIAS ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 9.935: agregados - terminologia. Rio de Janeiro, 2011. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6.502: rochas e solos - terminologia. Rio de Janeiro, 1995. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7.211: agregados para concreto - especificação. Rio de Janeiro, 2019. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 16.916: agregado miúdo - determinação da densidade e da absorção de água. Rio de Janeiro, 2021. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 16.974: agregados - ensaios de resistência ao impacto e à abrasão Los Angeles. Rio de Janeiro, 2022. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 9.938: agregados — determinação da resistência ao esmagamento de agregados graúdos — método de ensaio. Rio de Janeiro, 2013. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7.809: agregado graúdo - determinação do índice de forma pelo método do paquímetro - método de ensaio. Rio de Janeiro, 2019. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5.564: via férrea - lastro ferroviário - requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2021. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR NM ISO 3.310-1: peneiras de ensaio - requisitos técnicos e verificação Parte 1: peneiras de ensaio com tela de tecido metálico. Rio de Janeiro, 2010. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR NM 49: agregado miúdo - determinação de impurezas orgânicas. Rio de Janeiro, 2001. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7.218: agregados — determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis. Rio de Janeiro, 2010. 25 ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 16.972: agregados - determinação da massa unitária e do índice de vazios. Rio de Janeiro, 2021. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 16.973: agregados - determinação do material fino que passa pela peneira de 75 μm por lavagem. Rio de Janeiro, 2021. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 9.917: agregados para concreto - determinação de sais, cloretos e sulfatos solúveis. Rio de Janeiro, 2009. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR NM 248: agregados - determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 16.917: agregado graúdo - determinação da densidade e da absorção de água. Rio de Janeiro, 2021. ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 9.775: agregado miúdo – determinação do teor de umidade superficial por meio do frasco de Chapman – método de ensaio. Rio de Janeiro, 2011. BARROS, S. V. A.; SILVA, L. de M. Estudo comparativo entre agregados artificiais oriundos de resíduos sólidos. Trabalho de Conclusão de Curso (curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia). Universidade Federal Rural do Semiárido Ufersa, 2018. BEJA, I. A.; PALMEIRA, E. M.; FARIAS, M. M. Agregados para a construção. In: ISAIA, G. C. Materiais de construção civil e princípios de ciência e engenharia de materiais. São Paulo: Ibracon, 2017, p. 495-537. BSI. British Standards Institution. BS 812-1: testing aggregates methods for determination of particle size and shape. 1975. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 035: agregados – determinação da abrasão “Los Angeles”. Rio de Janeiro, 1998. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 051: solos- análise granulométrica. Rio de Janeiro, 1994. 26 DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 054: equivalente de areia. IPR. Rio de Janeiro, 1997. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 055: areia- determinação de impurezas orgânicas. Rio de Janeiro, 1995. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 080: solos – análise granulométrica por peneiramento. Rio de Janeiro, 1994. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 092: solo- determinação da massa específica aparente “in situ”, com emprego do frasco de areia. Rio de Janeiro, 1994. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 162: solos - ensaio de compactação utilizando amostras trabalhadas. Rio de Janeiro, 1994. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 164: solos - compactação utilizando amostras não trabalhadas – método de ensaio. Rio de Janeiro, 2013. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 195: agregados – determinação da absorção e da massa específica de agregado graúdo. Rio de Janeiro, 1997. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 196: agregados – determinação do teor de umidade total, por secagem, em agregado graúdo. Rio de Janeiro, 1998. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 197: agregados - determinação da resistência ao esmagamento de agregados graúdos. Rio de Janeiro, 1997. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 213: solos – determinação do teor de umidade. Rio de Janeiro, 1994. 27 DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 266: agregados – determinação do teor de materiais pulverulentos. Rio de Janeiro, 1997. DEPARTAMENTO Nacional de Estradas de Rodagem Diretoria de Desenvolvimento Tecnológico. ME 424: pavimentação – agregado - determinação do índice de forma com crivos-método de ensaio. Rio de Janeiro, 2020. DEPARTAMENTO Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de pavimentação. 3. ed. IPR-719, Rio de Janeiro, 2006. 274 p. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. 3. ed. São Paulo: Ibracon, 2008. NEVILLE, A. M. Propriedades do concreto. São Paulo: Bookman, 2015. POWERS, M. C. Camparison chart for visual estimation of roundness. Jour. Sed. Pet., v. 23, 1953, p. 117-119.