andressa fernanda angelin anÁlise dos...

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_________________________________________________________________________ Andressa Fernanda Angelin – Tese de Doutorado – FT/UNICAMP – 2018

ANDRESSA FERNANDA ANGELIN

ANÁLISE DOS DESEMPENHOS FÍSICOS, MECÂNICOS, TÉRMICO

ACÚSTICO DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO LEVE

AUTOADENSÁVEL EMBORRACHADO (CLAE)

LIMEIRA/SP

2018

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ANDRESSA FERNANDA ANGELIN

ANÁLISE DOS DESEMPENHOS FÍSICOS, MECÂNICOS, TÉRMICO

ACÚSTICO DA MICROESTRUTURA DO CONCRETO LEVE

AUTOADENSÁVEL EMBORRACHADO (CLAE)

Tese apresentada à Faculdade de

Tecnologia da Universidade Estadual

de Campinas como parte dos requisitos

exigidos para a obtenção do título de

Doutora em Tecnologia, na Área de

Ciência dos Materiais.

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL

DA TESE DEFENDIDA PELA ALUNA ANDRESSA

FERNANDA ANGELIN, E ORIENTADA PELA PROFA.

DRA. LUÍSA ANDRÉIA GACHET BARBOSA.

LIMEIRA/SP

2018

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FICHA CATALOGRÁFICA

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FOLHA DE APROVAÇÃO

Abaixo se apresentam os membros da comissão julgadora da sessão pública de defesa de

dissertação para o Título de Doutora em Tecnologia na área de concentração de Ciências

dos Materiais, a que submeteu a aluna Andressa Fernanda Angelin, em 23 de fevereiro

de 2018 na Faculdade de Tecnologia- FT/ UNICAMP, em Limeira/SP.

Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa

Presidente da Comissão Julgadora

Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche Lintz

UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas

Prof. Dr. José Maria Campos dos Santos

UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas

Prof. Dr. Carlos Roberto dos Santos

CETESB – Companhia Ambiental do Estado de São Paulo

Prof.ª Dr.ª Mirian de Lourdes Noronha Motta Melo

UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de

vida acadêmica da aluna na Universidade.

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DEDICATÓRIA

“Tudo o que temos de decidir é o que fazer

com o tempo que nos é dado.”

J.R.R. Tolkien, O Senhor dos Anéis.

“Senhor, dê-me serenidade para

aceitar as coisas que não posso

modificar, coragem para modificar as

que posso e sabedoria para

reconhecer a diferença entre elas.”

John Green, A Culpa é das Estrelas.

Dedico este trabalho à minha família.

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AGRADECIMENTOS

Ao meu pai Fernando, minha mãe Celina, minha irmã Anaisa, meu namorado

Thales, meus familiares e amigos, pelo incentivo, apoio, compreensão e carinho ao longo

desses anos de estudo.

À Faculdade de Tecnologia (FT/UNICAMP) pela oportunidade e suporte técnico

para a realização desta pesquisa de doutorado.

À Prof.ª Dr.ª Luísa Andréia Gachet Barbosa, Prof.ª Dr.ª Rosa Cristina Cecche

Lintz e, à querida amiga Ma. Fabiana Maria Silva, pela valiosa orientação, amizade e

incentivo ao longo desses anos, que foram fundamentais à realização desta pesquisa.

Aos técnicos do Laboratório de Construção Civil da FT, Emerson Verzegnassi e

Reginaldo Ferreira, e aos bolsistas, pelo apoio e auxílio técnico.

À Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM/UNICAMP), ao Prof. Dr. José

Maria Campos dos Santos e, seus orientados Me. Edson J. P. Miranda Junior e Me.

Anderson H. R. Ferreira, pelo auxílio na execução e discussão das propriedades

acústicas estudadas nesta pesquisa.

À Faculdade de Engenharia Agrícola (FEAGRI/UNICAMP), por intermédio do

técnico Paulo G. K. Nunes, por possibilitar a realização do ensaio ultrassônico.

Ao Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS) pela oportunidade de uso dos

seus microscópios para a realização dos ensaios microestruturais.

Às empresas CINEXPAN S.A., SILICON Indústria e Comércio de Produtos

Químicos Ltda, LIMERCAP Pneus e BASF S.A., pelo fornecimento dos materiais

utilizados nesta pesquisa.

À CAPES pela bolsa de doutorado concedida.

7


RESUMO

Concretos autodensáveis (CAA), leves (CL) e emborrachados (CE) vêm sendo estudados

individualmente nos últimos anos, entretanto, pesquisas sobre o concreto leve autoadensável

emborrachado (CLAE) são desconhecidas. Portanto, este trabalho ressalta a originalidade do

estudo do CLAE, que apresenta propriedades especiais, principalmente pela utilização da argila

expandida e borracha de pneu inservível, os quais apresentam massa específica ≤ 2.000 kg/m³,

diferentemente dos agregados convencionais, com massa em torno de 2.500 kg/m³. Foi

desenvolvido um amplo programa experimental, tendo como objetivos o estudo dos processos de

dosagem e produção, caracterização das propriedades no estado fresco e endurecido, análise das

propriedades térmicas e acústicas, além da obtenção de informações microestruturais. Os

resultados demonstraram que a argila expandida, a qual possui textura superficial lisa, melhorou

a trabalhabilidade do concreto, quando comparada a do CAA com agregados convencionais, os

quais possuem textura superficial áspera. Em contrapartida, a borracha atuou de maneira negativa

nas propriedades no estado fresco do concreto leve autoadensável (CLA), uma vez que este

agregado possui arestas angulosas. Quanto as características mecânicas, resultantes dos ensaios

de resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade, os CLAE, por

apresentarem redução da massa específica, exibiram valores menores do que os encontrados para

o CAA convencional, produzido com agregados mais densos e ásperos. Foi observado que a

utilização de agregados leves, substituindo os agregados convencionais, promovem um aumento

de ≈ 50% da atenuação acústica e, diminuição de ≈ 70% da condutividade térmica, desempenhos

que garantem melhores isolamentos térmicos e acústicos, segundo a ABNT NBR 15575:2013.

Quanto à análise microestrutural, foi constatado que, com a utilização da argila expandida, houve

diminuição dos poros na matriz da pasta de cimento e da espessura da zona de transição interfacial

(ZTI), uma vez que a água de amassamento não foi absorvida pela argila, fato que, normalmente,

ocorre no agregado convencional. Em contrapartida, a ZTI do CLAE se apresentou mais porosa

e frágil, devido a característica hidrofóbica da borracha. Ficou evidente que a utilização conjunta

de 100% de argila expandida e 15% de borracha de pneu inservível promoveu a manutenção das

características mecânicas e, ainda, garantiu melhores isolamentos térmicos e acústicos que o

concreto convencional, além de promover a destinação correta da borracha de pneu inservível.

Palavras-chave: concreto leve; concreto autoadensável; borracha; resistências mecânicas;

isolamento térmico; isolamento acústico; microestrutura.

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ABSTRACT

Self-compacting concrete (SCC), lightweight concrete (LC) and rubberized concrete (RC) have

been studied individually in recent years, however, investigations of self-compacting lightweight

rubberized concrete (SCLRC) are unknown. Therefore, this work highlights the originality of the

study of the SCLRC, which presents special properties, mainly by the use of expanded clay and

unserviceable tire rubber, which have a specific mass ≤ 2,000 kg/m³, unlike conventional

aggregates, with mass around 2,500 kg/m³. A broad experimental program was developed, with

the objectives of studying the dosage and production processes, characterization of the properties

in the fresh and hardened state, analysis of the thermal acoustic properties, as well as the obtaining

of microstructural information. The results showed that the expanded clay, which has a smooth

surface texture, improved the workability of the concrete, when compared to the SCC with

conventional aggregates, which have rough surface texture. On the other hand, the rubber acted

negatively on the properties in the fresh state of self-compacting lightweight concrete (SCLC),

since this aggregate has angular edges. As for the mechanical characteristics resulting from the

tests of compressive strength, tensile strength and modulus of elasticity, the SCLRC, due to their

reduction in the specific mass, showed lower values than those found for conventional SCC,

produced with denser and coarser aggregates. It was observed that the use of lightweight

aggregates, replacing conventional aggregates, promotes an increase of ≈ 50% in acoustic

attenuation and ≈ 70% decrease in thermal conductivity, performances that guarantee better

thermal and acoustic insulation, according to ABNT NBR 15575:2013. As for the microstructural

analysis, it was observed that, with the use of expanded clay, there was a decrease in the pores in

the cement paste matrix and in the interfacial transition zone (ITZ) thickness, since the kneading

water was not absorbed by the clay, a fact that normally occurs in the conventional aggregate. In

contrast, the SCLRC ITZ presented more porous and fragile, due to the hydrophobic characteristic

of the rubber. It was evident that the combined use of 100% expanded clay and 15% unserviceable

tire rubber promoted the maintenance of the mechanical characteristics and also guaranteed better

thermal and acoustic insulation than conventional concrete, besides promoting the correct

destination of tire rubber unserviceable.

Keywords: lightweight concrete; self-compacting concrete; rubber; mechanical resistors;

insulation (heat); soundproofing; microstructure.

9


LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Micrografia (MEV) dos agregados produzidos pelo processo de: a) sinterização e

b) forno rotativo.

27

Figura 2.2: Argila expandida brasileira: a) CINEXPAN 0500; b) CINEXPAN 1506; e c)

CINEXPAN 2215.

29

Figura 2.3: Estrutura de um pneu de automóvel.

30

Figura 2.4: Principais destinações do pneu inservível no Brasil em 2015.

31

Figura 2.5: Concreto leve: a) com agregado leve; b) celular; e c) sem finos.

34

Figura 2.6: Comparação da composição entre concretos autoadensável e convencional.

41

Figura 2.7: Proporcionamento da quantidade de pasta nos CAA.

44

Figura 2.8: Restrição do fluxo do CAA pelos agregados graúdos.

45

Figura 2.9: Equipamento tronco-cônico e base plana para ensaio do slump flow test do CAA.

46

Figura 2.10: Medição dos diâmetros de espalhamento do concreto autoadensável.

47

Figura 2.11: : Equipamento funil “V” para ensaio de viscosidade do CAA.

48

Figura 2.12: Equipamento caixa “L” para ensaio de habilidade passante do CAA.

49

Figura 2.13: Variação típica do coeficiente de absorção acústica, segundo a frequência de som

incidente, de materiais absorventes de som.

53

Figura 2.14: Organização do tubo de impedância para avaliação das propriedades acústicas.

54

Figura 2.15: Aparelho de ultrassom e, seus transdutores, posicionados na amostra.

56

Figura 2.16: Barra metálica isolada termicamente e com temperaturas constantes.

60

Figura 2.17: Esquema de montagem das placas frias, placa quente e amostras.

62

Figura 3.1: Ensaio de slump flow test e estabilidade visual, segundo a ABNT NBR 15823:2017.

76

Figura 3.2: Ensaio de habilidade passante (Caixa “L”), segundo a ABNT NBR 15823:2017.

77

Figura 3.3: Ensaio de viscosidade plástica aparente (Funil “V”), segundo a ABNT NBR

15823:2017.

77

Figura 3.4: Etapas de execução do ensaio de massa específica, segundo a ABNT NBR

9778:2009.

79

Figura 3.5: Execução do ensaio de resistência à compressão, segundo a ABNT NBR

5739:2007.

80

Figura 3.6: Execução do ensaio de resistência à tração por compressão diametral, segundo a

ABNT NBR 7222:2011.

80

Figura 3.7: Execução do ensaio de módulo de elasticidade, segundo a ABNT NBR 8522:2008

(a), e detalhe do corpo-de-prova com os extensômetros (b).

81

Figura 3.8: Molde (a) e amostra (b) para a realização dos ensaios das propriedades acústicas.

81

10


Figura 3.9: Aparelho de tubo de impedância e analisador para a medição da absorção acústica,

segundo a ISO 10534-2.

82

Figura 3.10: Aparelho de ultrassom (a) e detalhe da tela (b) para a medição da atenuação

acústica.

83

Figura 3.11: Bancada montada para a medição da atenuação acústica (a) e detalhe do

posicionamento dos transdutores na amostra com controle de pressão (b).

84

Figura 3.12: Moldes (a) e amostra (b) para a realização do ensaio de condutividade térmica,

segundo a ABNT NBR 15220:2005.

86

Figura 3.13: Bancada para medição da condutividade térmica (a) e montagem das amostras

entre as placas (b).

86

Figura 3.14: Fragmentos dos concretos (a) e, disposição dos mesmos na porta amostra para

análise microestrutural (b).

87

Figura 3.15: Microscópio FEI Quanta 650FEG (a) para análise microestrutural e seus

aquisitores de dados (b).

87

Figura 4.1: Comparação visual entre a sílica ativa (esquerda) e o cimento (direita), utilizados

nesta pesquisa como aglomerantes.

90

Figura 4.2: Morfologia da sílica ativa (esquerda) e do cimento (direita), obtida por meio da

microscopia eletrônica de varredura (MEV). 90

Figura 4.3: Curva granulométrica da areia natural quartzosa, segundo a ABNT NBR 248:2003.

91

Figura 4.4: Curva granulométrica da borracha, oriunda de pneus inservíveis, segundo a ABNT

NBR 248:2003.

92

Figura 4.5: Comparação visual entre a areia (esquerda) e a borracha (direita), utilizadas nesta

pesquisa como agregados miúdos.

93

Figura 4.6: Ilustração da morfologia da borracha, obtida por meio da microscopia eletrônica de

varredura (MEV).

93

Figura 4.7: Curva granulométrica do pó de pedra, segundo a ABNT NBR 248:2003

96

Figura 4.8: Comparação visual entre as argilas expandidas C1506 (esquerda) e C0500 (direita),

utilizadas nesta pesquisa como agregados graúdos.

97

Figura 4.9: Curva granulométrica das argilas expandidas C0500 e C1506, segundo a ABNT

NBR 248:2003.

98

Figura 4.10: Morfologia da argila expandida, obtida através da microscopia eletrônica de

varredura (MEV).

99

Figura 4.11: Curva granulométrica do pedrisco, segundo a ABNT NBR 248:2003.

100

Figura 4.12: Comparação visual do pedrisco (esquerda) e pó de pedra (direita), utilizados,

respectivamente, como agregado graúdo e material fino no CAA convencional.

101

Figura 4.13: Resistência à compressão, aos 7 e 28 dias, dos concretos leves autoadensáveis

(CLA), segundo a ABNT NBR 5739:2007.

105

Figura 4.14: Ruptura dos agregados leves após ensaio de resistência à compressão.

105

11


Figura 4.15: Fator de eficiência dos concretos leves autoadensáveis (CLA), aos 28 dias de

idade.

106

Figura 4.16: Absorção de água e índice de vazios, aos 28 dias de idade, do concreto

autoadensável convencional (RC), concreto leve autoadensável de referência (RL) e dos

concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B5-B50), segundo a ABNT NBR

9778:2009.

111

Figura 4.17: Resistência à compressão, aos 7 e 28 dias, do concreto autoadensável

convencional (RC), concreto leve autoadensável de referência (RL) e dos concretos leves

autoadensáveis emborrachados (CLAE B5-B50), segundo a ABNT NBR 5739:2007.

112

Figura 4.18: Fator de eficiência do concreto autoadensável convencional (RC), concreto leve

autoadensável de referência (RL) e dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE

B5-B50), aos 28 dias de idade.

114

Figura 4.19: Resistência à tração por compressão diametral, aos 7 e 28 dias, do concreto



7222:2011.

115

Figura 4.20: Módulo de elasticidade, aos 7 e 28 dias, do concreto autoadensável convencional

(RC), concreto leve autoadensável de referência (RL) e dos concretos leves autoadensáveis

emborrachados (CLAE B5-B50), segundo a ABNT NBR 8522:2008.

116

Figura 4.21: Amostras para averiguação da influência das dimensões dos corpos-de-prova no

ensaio de absorção acústica em tubo de impedância.

117

Figura 4.22: Resultados da absorção acústica em tubo de impedância para a amostra pequena,

amostra média e amostra grande.

117

Figura 4.23: Resultados do ensaio de absorção acústica, aos 28 dias de idade, do concreto


concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B25 e B50), segundo a ISSO 10534-2.

118

Figura 4.24: Resultados do ensaio de atenuação acústica, aos 28 dias de idade, do concreto


concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B25 e B50).

121

Figura 4.25: Velocidades das ondas de compressão e cisalhamento em ultrassom, aos 28 dias

de idade, do concreto autoadensável convencional (RC), concreto leve autoadensável de

referência (RL) e dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B25 e B50).

122

Figura 4.26: Correlação entre os resultados de massa específica e condutividade térmica

(ABNT NBR 15220:2005), aos 28 dias de idade, do concreto autoadensável convencional (RC),

concreto leve autoadensável de referência (RL) e dos concretos leves autoadensáveis

emborrachados (CLAE B25 e B50).

124

Figura 4.27: Correlação entre os resultados de massa específica e resistência térmica (ABNT

NBR 15220:2005), aos 28 dias de idade, do concreto autoadensável convencional (RC),



124

Figura 4.28: Análise da topografia, através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), do

concreto autoadensável convencional (RC).

127


concreto leve autoadensável de referência (RL).

128

12



concreto leve autoadensável emborrachado B25.

129


concreto leve autoadensável emborrachado B50.

130

Figura 4.32: (a) seção do concreto autoadensável convencional (RC) para análise de

espectrografia por dispersão de energia (EDS), (b) seção após análise EDS.

133

Figura 4.33: (a) seção do concreto leve autoadensável de referência (RL) para análise de


134

Figura 4.34: (a) seção do concreto leve autoadensável emborrachado B25 para análise de


136



137

13


LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Proporção de óxidos no clínquer de cimento Portland, em porcentagem. 25

Tabela 2.2: Materiais que compõem o pneu.

30

Tabela 2.3: Valores mínimos de resistência à compressão em função da massa específica

aparente para concreto leve estrutural.

34

Tabela 2.4: Características e consequências do emprego de adições minerais nas propriedades

do CAA.

43

Tabela 2.5: Classes de espalhamento, viscosidade plástica aparente e habilidade passante do

CAA, em função da sua aplicação.

50

Tabela 2.6: Correlação dos valores de massa específica e condutividade térmica.

58

Tabela 2.7: Principais trabalhos frente ao estado da arte do uso de agregados leves na

composição de concretos, de forma a evidenciar a evolução do tema deste trabalho.

67

Tabela 3.1: Ensaios realizados nos concretos leves autoadensáveis (CLA) e concretos leves

autoadensáveis emborrachados (CLAE).

70

Tabela 3.2: Ensaios realizados para caracterização dos materiais utilizados nesta pesquisa.

71

Tabela 3.3: Proporcionamento dos materiais para produção dos concretos leves autoadensáveis

(CLA).

73

Tabela 3.4: Ordem de colocação dos materiais e tempo de homogeneização na betoneira dos

concretos leves autoadensáveis (CLA).

73

Tabela 3.5: Proporcionamento dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE).

75

Tabela 3.6: Especificações do tudo de impedância para a medição da absorção acústica.

83

Tabela 4.1: Características e propriedades do cimento Portland CPV ARI.

89

Tabela 4.2: Análise química da sílica ativa, disponibilizada pela fabricante SILICON.

90

Tabela 4.3: Composição granulométrica da areia natural quartzosa, segundo a ABNT NBR

248:2003.

91

Tabela 4.4: Composição granulométrica da borracha, oriunda de pneus inservíveis, segundo a

ABNT NBR 248:2003.

92

Tabela 4.5: Análise química da borracha, obtida por meio da espectroscopia de energia

dispersiva (EDS).

93

Tabela 4.6: Massa bruta, segundo a ABNT NBR 10004:2004, da borracha de pneu inservível.

94

Tabela 4.7: Lixiviação – Parâmetros inorgânicos, segundo a ABNT NBR 10004:2004, da

borracha de pneu inservível.

94

Tabela 4.8: Solubilização – Parâmetros inorgânicos, segundo a ABNT NBR 10004:2004, da


95

Tabela 4.9: Composição granulométrica do pó de pedra, segundo a ABNT NBR 248:2003.

96

14


Tabela 4.10: Caracterização das argilas expandidas C1506 e C0500, segundo a ABNT NBR

45:2006 (massa unitária), ABNT NBR 52:2009 (massa específica da argila C0500) e ABNT

NBR 53:2009 (massa específica da argila C1506).

97

Tabela 4.11: Composição granulométrica das argilas expandidas C0500 e C1506, segundo a

ABNT NBR 248:2003.

97

Tabela 4.12: Absorção de água das argilas expandidas C0500 e C1506, segundo a ABNT NBR

53:2009.

98

Tabela 4.13: Análise química da argila expandida, obtida por meio da espectroscopia de energia

dispersiva (EDS).

199

Tabela 4.14: Composição granulométrica do pedrisco, segundo a ABNT NBR 248:2003.

100

Tabela 4.15: Características químicas do aditivo superplastificante, segundo a ABNT NBR

11768:2011.

101

Tabela 4.16: Resultados dos ensaios no estado fresco dos concretos leves autoadensáveis


102

Tabela 4.17: Massa específica, após 28 dias de cura, dos concretos leves autoadensáveis (CLA),


104

Tabela 4.18: Resultados dos ensaios no estado fresco do concreto autoadensável convencional



108

Tabela 4.19: Massa específica, absorção de água e índice de vazios, aos 28 dias de idade, do

concreto autoadensável convencional (RC), concreto leve autoadensável de referência (RL) e

dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B5-B50), segundo a ABNT NBR

9778:2009.

110

Tabela 4.20: Alturas das amostras para averiguação da influência das dimensões dos corpos-

de-prova no ensaio de absorção acústica em tubo de impedância.

116

Tabela 4.21: Comparação dos resultados de massa específica, absorção e atenuação acústica

encontrados por diversos pesquisadores, com os resultados obtidos nesta pesquisa.

123

Tabela 4.22: Comparação dos resultados de massa específica, condutividade e resistência

térmica encontrados por diversos pesquisadores, com os resultados obtidos nesta pesquisa.

126

Tabela 4.23: Elementos e composições químicas do concreto autoadensável convencional (RC)

após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

133

Tabela 4.24: Elementos e composições químicas do concreto leve autoadensável de referência

(RL) após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

134

Tabela 4.25: Elementos e composições químicas do concreto leve autoadensável emborrachado

B25 após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

136



137

15


LISTA DE ABREVEATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

CAA = Concreto autodensável

CL = Concreto leve

CLA = Concreto leve autodensável

CE = Concreto emborrachado

CLAE = Concreto leve autoadensável emborrachado

kg/m³ = Quilo por metro cúbico

g/cm3 = Grama por centímetro cúbico

µm = Micrometro

mm = Milímetro

mg/L = Miligrama por litro

m/s = Metro por segundo

ABNT = Associação brasileira de normas técnicas

NBR = Norma brasileira

ZTI = Zona de transição interfacial

C = Carbono

Zn = Zinco

O = Oxigênio

S = Enxofre

Na = Sódio

Ca = Cálcio

Si = Silício

Al = Alumínio

Mg = Magnésio

K = Potássio

Ti = Titânio

Mn = Manganês

Fe = Ferro

Pm = Promécio

Al2O3 = Óxido de alumínio ou Alumina

C2S = Silicato dicálcico

C3A = Aluminato tricálcico

C3S = Silicato tricálcico

C4AF = Ferro aluminato tetracálcico

C4ASH18 = Monossulfato hidratado

Ca(OH)2 = Hidróxido de cálcio

CaO = Óxido de cálcio

CaSiO3 = Silicato de cálcio

CaSO4 = Sulfato de cálcio ou Anidrita

CSH = Silicato de cálcio hidratado

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Fe2O3 = Óxido de ferro

FeS2 = Dissulfeto de ferro ou Pirita

K2O = Óxido de potássio

KBr = Brometo de potássio

MgO = Óxido de magnésio

Na2O = Óxido de sódio

NaAlSi3O8 = Albita

SiO2 = Dióxido de silício

SiO3 = Berílio

MPa = Megapascal

GPa = Gigapascal

CONAMA = Conselho nacional do meio ambiente

IBAMA = Instituto brasileiro do meio ambiente e dos recursos naturais renováveis

ACI = American concrete institute

FE = Fator de eficiência

ρ = Massa específica

SF = Fluidez e escoamento

VF ou VS = Viscosidade plástica aparente

PL ou PJ = Habilidade passante

IEV = Índice de estabilidade visual

Eabsorvida = Energia absorvida

Edissipada = Energia dissipada

Hz = Hertz

ISO = International organization for standardization

k = Número de ondas sonoras

P = Pressão sonora

V = Velocidade do som

h = Espessura das amostras

Ta = Transmissão da onda

Ra = Reflexão da onda

𝛼 = Absorção sonora

r = Coeficiente de reflexão da onda

A = Amplitude da onda

W/m.K = Condutividade térmica

m².K/W = Resistência térmica

q = Calor térmico

dT/dx = Gradiente térmico

U = Tensão

I = Corrente

MEV = Microscopia eletrônica de varredura

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EDS = Espectrografia por dispersão de energia

CC = Concreto convencional

AC = Argamassa convencional

CA = Concreto com argila expandida

CB = Concreto com borracha

UNICAMP = Universidade Estadual de Campinas

UNIFEI = Universidade Federal de Itajubá

LNLS = Laboratório Nacional de Luz Síncrotron

SPA = Aditivo superplastificante

RC = Concreto autoadensável convencional

RL = Concreto leve autoadensável de referência

B5 = CLAE com 5% de borracha






DMC = Departamento de mecânica computacional

LVA = Laboratório de vibroacústica

kHz = Quilohertz

λ = Comprimento de onda

INMETRO = Instituto nacional de metrologia, qualidade e tecnologia

18


SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 Introdução 22

CAPÍTULO 2 Revisão da Literatura 24

2.1 Cimento Portland 24

2.1.1 Composição química do cimento Portland 25

2.1.2 Hidratação do cimento Portland 26

2.2 Agregado leve – Argila expandida 26

2.2.1 Fabricação dos agregados leves 27

2.2.2 Estrutura interna e sua influência 28

2.2.3 Porosidade e absorção de água 28

2.2.4 Argila expandida nacional 29

2.3 Agregado leve – Resíduo de borracha de pneu inservível 29

2.3.1 Definições 29

2.3.2 Produção e destinação dos pneus no Brasil 31

2.3.3 Reciclagem de pneus inservíveis 32

2.3.3.1 Trituração 32

2.3.3.2 Laminação de pneus 32

2.3.3.3 Uso do resíduo de borracha na pavimentação asfáltica 32

2.4 Concreto leve 33

2.4.1 Definições 33

2.4.2 Produção do concreto leve 35

2.4.2.1 Dosagem e relação a/c 35

2.4.2.2 Mistura e teor de umidade 36

2.4.2.3 Trabalhabilidade 37

2.4.2.4 Cura 37

2.5 Concreto autoadensável (CAA) 38

19


2.5.1 Considerações gerais 38

2.5.2 Definições, desenvolvimento e vantagens do CAA 38

2.5.3 Materiais e composição do CAA 40

2.5.4 Adições minerais no CAA 41

2.5.5 Proporcionamento do CAA 43

2.5.6 Ensaios e requisitos do CAA no estado fresco 46

2.6 Propriedades acústicas do concreto 51

2.6.1 Absorção acústica e medição em tubo de impedância 52

2.6.2 Atenuação acústica e medição em ultrassom 56

2.7 Propriedades térmicas do concreto 57

2.7.1 Condutividade térmica e medição em placa quente protegida 59

2.7.1.1 Placa quente 61

2.7.1.2 Placa fria 61

2.8 Microestrutura do concreto 62

2.8.1 Zona de transição nos concretos com agregados leves 64

2.8.2. Análise por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 65

2.8.3 Análise por meio da Espectrografia por dispersão de energias (EDS) 65

2.8.4 Análise semiquantitativa da zona de transição por MEV associado ao EDS 66

CAPÍTULO 3 Desenvolvimento experimental 69

3.1 Materiais 71

3.2 Dosagem e produção dos concretos 72

3.2.1 Dosagem e produção dos concretos leves autoadensáveis (CLA) 72

3.2.2 Dosagem e produção dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE) 74

3.3 Métodos de ensaios nos concretos 76

3.3.1 Ensaios dos concretos no estado fresco 76

3.3.2 Ensaios dos concretos no estado endurecido 78

3.3.2.1 Massa específica, índice de vazios e absorção por imersão 78

3.3.2.2 Resistência à compressão e à tração por compressão diametral 79

20


3.3.2.3 Módulo de elasticidade 80

3.3.2.4 Absorção e atenuação acústica 81

3.3.2.5 Condutividade térmica 85

3.3.2.6 Análise microestrutural 87

CAPÍTULO 4 Apresentação e discussão dos resultados 89

4.1 Materiais 89

4.1.1 Cimento Portland CPV ARI 89

4.1.2 Sílica ativa (SA) 89

4.1.3 Areia natural quartzosa 91

4.1.4 Borracha 91

4.1.5 Pó de pedra 95

4.1.4 Argila expandida 96

4.1.5 Pedrisco 99

4.1.7 Aditivo superplastificante (SPA) 101

4.2 Concreto leve autoadensável (CLA) 101

4.2.1 Propriedades do concreto no estado fresco 101

4.2.2 Propriedades do concreto no estado endurecido 103

4.2.2.1 Massa específica, índice de vazios e absorção por imersão 103

4.2.2.2 Resistência à compressão 104

4.2.3 Comparação entre os concretos dosados estudados 107

4.3 Concreto leve autoadensável emborrachado (CLAE) 107

4.3.1 Propriedades do concreto no estado fresco 107

4.3.2 Propriedades do concreto no estado endurecido 109

4.3.2.1 Massa específica, absorção de água por imersão e índice de vazios 109

4.3.2.2 Resistência à compressão 111

4.3.2.3 Resistência à tração por compressão diametral 114

4.3.2.4 Módulo de elasticidade 115

4.3.2.5 Propriedades acústicas 116

21


4.3.2.6 Propriedades térmicas 123

4.3.2.7 Microestrutura 126

4.3.2.7.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) 126

4.3.2.7.2 Espectrografia por Dispersão de Energia (EDS) 133

CAPÍTULO 5 Conclusões 139

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 141

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 142

22


1 INTRODUÇÃO

O concreto leve congrega baixa massa específica e altos índices de resistências

mecânicas, podendo ser aplicado tanto para fins estruturais como para vedação,

influenciando diretamente na economia com a infraestrutura (BOGAS et al. 2012).

Destaca-se ainda que, o uso deste tipo de concreto ocasiona numa maior produtividade,

quando comparado ao concreto convencional, facilitando o transporte de peças durante a

etapa de execução da obra.

Esforços para minimizar o peso do edifício é uma tarefa particularmente urgente

em aglomerações urbanas, onde há falta espacial de solo resistente para suportar as cargas

das edificações, pressionando as construtoras a buscar materiais alternativos com

menores massas específicas e, que reduzam a transferência de calor e propagação do

ruído, visando o melhor desempenho das edificações (JURADIN et al. 2012).

Assim como o concreto leve, o concreto autoadensável (CAA) surgiu como uma

alternativa ao convencional. De acordo com Karahan et al. (2012) e Yung et al. (2013),

a principal atratividade do seu uso é a facilidade de manuseio e aplicação, cuja habilidade

de preenchimento das fôrmas se dá exclusivamente por meio da ação da gravidade, sem

nenhuma interferência mecânica ou manual. Ao se trabalhar com concretos mais fluidos,

tem-se como consequência redução no tempo de manuseio e adensamento, ocasionando

maior produtividade e menor custo final na operação de concretagem.

Segundo Kwasny et al. (2012) e Rahman et al. (2012), o princípio mais importante

para manter as características do concreto autoadensável é o uso de superplastificantes,

adições minerais, uso de materiais finos e alto teor de argamassa, resultando em uma

maior coesão e fluidez da pasta, porém, em contrapartida tem-se um concreto que absorve

menos energia.

Buscando minimizar este efeito, os concretos emborrachados, apresentam melhor

capacidade ao amortecimento, devido ao aumento significativo da tenacidade e

ductilidade (GESOGLU et al. 2011). Além de melhorar tal propriedade, o uso de borracha

em concreto surge como uma solução alternativa para o descarte de pneus inservíveis,

sendo uma opção inovadora com vários benefícios, principalmente ambientais.

23


Na composição dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE),

adições minerais, geralmente oriundas de subprodutos industriais, além de favorecerem a

redução do custo final da peça de concreto por substituírem parcialmente o consumo de

cimento, apresentam grande atividade pozolânica, garantindo maior coesão entre os

componentes deste concreto (YUNG et al. 2013). Porém, dada à alta área superficial

destas adições, faz-se necessário o uso de aditivos superplastificantes, a fim de maximizar

a fluidez dos CAA, sem comprometer a relação água/cimento (RAJ et al. 2011).

Frente ao exposto, fica evidente a originalidade de se desenvolver concretos leves

autoadensáveis emborrachados, sendo uma linha de estudo moderna e, ainda, não

explorada no campo técnico. Porém, CLAE necessitam atender requisitos determinantes

para sua aplicação, como alta fluidez, coesão, resistência à segregação no estado fresco,

baixa massa específica, altas resistências e melhor isolamento térmico e acústico.

Neste cenário, o presente trabalho se propõe a desenvolver CLAE avaliando o uso

de duas granulometrias de argila expandida, que tem uso consagrado como agregado leve

em concretos, e borracha de pneus inservíveis, se apresentando como uma maneira correta

de destinação deste material.

Deste modo, além da proposição principal de formulação de concretos leves

autoadensáveis emborrachados, de caráter original, os seguintes aspectos são abordados

por se tratarem de objetivos secundários inerentes a efetivação do estudo:

1. Produzir concreto autodensável (CAA) que, normalmente, é composto de

agregados com massa específica ≈ 2.500 kg/m³, o que colabora para garantir a

autoadensabilidade necessária, com agregados leves, ou seja, agregados que

apresentam massa específica ≤ 2.000 kg/m³;

2. Avaliar o proporcionamento de duas granulometrias de argila expandida na

produção de concreto leve autoadensável (CLA), visando identificar o traço de

melhor desempenho quanto a resistência à compressão e massa específica;

3. Dosar e caracterizar misturas de concreto leve autoadensável emborrachado

(CLAE), a partir do uso conjunto de argila expandida e borracha de pneu

inservível;

4. Produzir CLAE garantindo melhor isolamento térmico e acústico;

5. Avaliar o desempenho microestrutural da região interfacial matriz-agregado do

CLAE.

24


2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Cimento Portland

O concreto convencional é composto, principalmente, por três componentes

básicos, a) cimento Portland, b) agregados e, c) água, podendo, ainda, serem adicionados

outros materiais a fim de melhorar algumas de suas propriedades. Dentre estes materiais,

os mais comuns são os incorporadores de ar, acelerados e retardadores de pega, cinzas

volantes, microssílica, superplastificantes, entre outros (BORJA, 2011; JURADIN et al.

2012).

Cimento Portland, cinzas volantes, escória de alto forno e sílica ativa consagram-

se como principais agentes aglomerantes aplicados em estruturas de concreto, conforme

estudos recentes realizados (LOTFY et al. 2015; GUNEYISI et al. 2015), os quais

proporcionam coesão e resistência mecânica aos compostos cimentícios.

A produção do cimento Portland ocorre a partir do aquecimento a altas

temperaturas (aproximadamente 1450ºC) da mistura de calcário e argila, ou outros

materiais de comprovada reatividade compostos de sílica e cálcio, elementos primários

constituintes do cimento (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

Os compostos argilosos contêm na sua composição alumina (Al2O3), óxido de

ferro (Fe2O3) e álcalis. A presença destes elementos na composição das matérias-primas

é de grande importância, pois apresentam efeito mineralizante na formação de silicatos

de cálcio. Assim, o clínquer de cimento Portland é constituído essencialmente por

silicatos de cálcio, aluminatos de cálcio, ferroaluminatos de cálcio e pequenas

quantidades de sulfato de cálcio (NEVILLE, 2013).

A pulverização do clínquer, acrescido de cerca de 5% de gipsita ou sulfato de

cálcio, gera partículas que variam de 10 µm a 15 µm, finalizando, assim, a operação do

processo de fabricação do cimento Portland (BORJA, 2011).

25


2.1.1 Composição química do cimento Portland

O equilíbrio químico atingido pelas matérias-primas que compõem o cimento

Portland na produção do clínquer é obtido por meio da interação entre seus principais

componentes, principalmente o calcário, sílica, alumina e óxido de ferro. A velocidade

de resfriamento desse processo acaba por influenciar o grau de cristalização desses

compostos, alterando a quantidade de material amorfo (NEVILLE, 2013).

Análises químicas expressam os elementos presentes no cimento em termos de

óxidos, tornando difícil obter alguma conclusão com relação às propriedades do cimento.

Os teores de óxidos básicos (CaO) e óxidos ácidos (SiO2, Al2O3 e Fe2O3) que compõem

o clínquer, são mostrados na Tabela 2.1.

Tabela 2.1: Proporção de óxidos no clínquer de cimento Portland, em porcentagem.

Óxido CaO SiO3 Al2O3 Fe2O3 Outros componentes

Teor (%) 67 22 5 3 3

Usualmente, apenas quatro compostos principais constituintes do cimento são

considerados, duas fases de silicatos bem cristalizados, denominados alita (C3S - silicato

tricálcico) e belita (C2S - silicato dicálcico) e, uma fase intersticial composta de aluminato

tricálcico (C3A) e ferrita (C4AF - ferro aluminato tetracálcico) (MEHTA E MONTEIRO,

2014).

O sulfato de cálcio, adicionado na produção do cimento Portland, é responsável

pelo controle da hidratação inicial do cimento e, pode ser encontrado sob a forma de

gipsita (CaSO4.2H2O), hemidrato ou bassanita (CaSO4.1/2H2O) e anidrita (CaSO4), ou

uma mistura de dois ou três destes compostos (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

Os silicatos dos cimentos não são compostos puros e contém óxidos secundários

em pequenos teores em solução sólida, porém têm efeitos significativos nos arranjos

atômicos, nas formas cristalinas e nas propriedades hidráulicas dos silicatos (MEHTA E

MONTEIRO, 2014).

Alguns compostos secundários, como Na2O e K2O, mesmo em pequenas

quantidades, chegam a reagir com alguns agregados provocando a desintegração do

26


concreto. Por isso, vários estudos, como o de Yung et al. (2013), têm aprofundado no

tema relativo à reação álcali-agregado.

2.1.2 Hidratação do cimento Portland

A hidratação do cimento é definida como sendo uma reação que ocorre entre

componentes sólidos (cimento) e líquidos (água). Quando o cimento é disperso em água,

o sulfato de cálcio formado em altas temperaturas começa a entrar em solução e, a fase

líquida se torna saturada com alguns íons e são denominados de solução de poros

(BORJA, 2011; ROSSIGNOLO, 2009; MEHTA E MONTEIRO, 2014). Devido à

complexidade das reações de hidratação, o principal aspecto abordado é a formação de

produtos de hidratação, que pode ser ilustrado por,

Cimento + Água = Hidratos + Hidróxidos de cálcio + Calor (Eq. 2.1)

Segundo Mehta e Monteiro (2014), a hidratação do cimento se dá pela hidratação

dos seus quatro principais componentes: C3S, C2S, C3A e C4AF, com o endurecimento da

pasta amplamente dominado pela hidratação dos aluminatos (C3A e C4AF) e a resistência

do compósito comandada pelos silicatos (C3S e C2S), que compõem aproximadamente

75% do cimento Portland convencional.

Dois mecanismos de hidratação do cimento Portland são propostos, a) hidratação

por dissolução-precipitação e, b) topoquímico ou hidratação no estado sólido. A

hidratação por dissolução-precipitação trata da dissolução de compostos anidros em seus

constituintes atômicos com uma completa reorganização dos constituintes dos compostos

originais durante a hidratação do cimento. No outro mecanismo proposto, as reações

acontecem diretamente na superfície dos compostos do cimento anidro sem que os

compostos entrem em solução (NEVILLE, 2013).

2.2 Agregado leve – Argila expandida

Segundo Bogas et al. (2012), Ibrahim et al. (2013) e Gopi et al. (2015), as

alterações mais significativas, com a substituição do agregado convencional pelo leve,

são a trabalhabilidade, resistência mecânica, condutividade térmica, resistência a altas

temperaturas e espessura da zona de transição.

27


Os agregados leves podem ser classificados em naturais, obtidos por meio da

extração direta em jazidas e classificadas quanto à sua granulometria, tendo pouca

aplicação em concretos estruturais em função da variabilidade de suas propriedades e

disponibilidades; e, artificiais, obtidos em processos industriais e classificados com base

na matéria-prima e processo de fabricação (ROSSIGNOLO, 2009).

2.2.1 Fabricação da argila expandida

Sinterização e forno rotativo são os dois processos mais utilizados para a

fabricação dos agregados leves artificiais. No processo de sinterização, a matéria-prima é

submetida a altas temperaturas e, consequentemente, há a expansão do material.

Geralmente o agregado obtido pelo processo de sinterização apresenta poros abertos, sem

recobrimento, altos valores de absorção de água e arestas “vivas”. Normalmente, os

valores da massa específica desse agregado variam entre 650 kg/m3 e 900 kg/m3

(ROSSIGNOLO, 2009; BORJA, 2011).

Segundo Bogas et al. (2012), o processo de produção em forno rotativo (ou

nodulação) caracteriza-se pela expansão da argila a temperaturas elevadas (entre 1000ºC

e 1350ºC). Nessa faixa de temperatura, parte do material se funde gerando uma massa

viscosa, enquanto a outra parte se decompõe quimicamente liberando gases que são

incorporados por essa massa, sendo a estrutura porosa mantida após seu resfriamento.

Esse processo de fabricação promove a formação de uma camada vitrificada externa na

partícula com baixa porosidade, que diminui significativamente a absorção de água,

apresenta granulometria variada e formato arredondado regular. A Figura 2.1 ilustra a

diferença na estrutura interna e porosidade dos agregados produzidos por sinterização e

forno rotativo, respectivamente.

Figura 2.1: Micrografia da argila expandida produzida pelo processo de: a) sinterização e, b)

forno rotativo.

Fonte: Rossignolo (2009).

28


2.2.2 Estrutura interna da argila expandida

Segundo Gesoglu et al. (2015), como as matérias-primas dos agregados leves e

dos convencionais apresentam valores de massa específica da mesma ordem de grandeza,

utiliza-se a inclusão de uma estrutura porosa no agregado para a redução desse índice

físico, alterando-se, assim, a estrutura interna do agregado.

A resistência mecânica é diretamente influenciada pela estrutura interna dos

agregados presentes no concreto, ou seja, agregados com estrutura porosa são menos

resistentes que os com estrutura pouco porosa, sendo o tamanho e distribuição dos poros

também decisivos (KWASNY et al. 2012; LOTFY et al. 2015).

Os agregados leves com baixa resistência mecânica têm pouca influência na

transmissão das tensões internas do concreto, ou seja, quanto maior for à diferença entre

os valores de módulo de deformação do agregado e da pasta de cimento, maior será a

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

do módulo de deformação do agregado leve, que varia entre 10 GPa e 18 GPa, aumenta

também os valores da resistência à compressão e do módulo do concreto (BORJA, 2011;

ANGELIN et al. 2012).

2.2.3 Porosidade e absorção de água da argila expandida

A porosidade e a absorção de água afetam significativamente as propriedades do

concreto tanto em estado fresco, como no processo de hidratação do cimento. Os

principais fatores que influenciam a absorção de água são a porosidade total do agregado,

a conectividade entre os poros, características da superfície e umidade do agregado antes

da mistura (BOGAS et al. 2012; JURANDIN et al. 2012; GOPI et al. 2015).

Rossignolo (2009) recomenda, para agregados leves, a pré-saturação para evitar

prejuízo da trabalhabilidade do concreto, evitar a formação de bolhas ao redor do

agregado e reduzir a absorção de água após a mistura.

Apesar de aumentar a retração por secagem e a massa especifica, devido à alta

quantidade de água absorvida pelo agregado leve, também há os aspectos positivos, como

a melhoria nas propriedades da zona de transição entre agregado e pasta de cimento e

benefícios na “cura interna” do concreto (BORJA 2011; HUBERTOVÁ et al. 2013;

ANGELIN, 2014; LOTFY et al. 2015).

29


2.2.4 Argila expandida nacional

A argila expandida é produzida no Brasil pela empresa CINEXPAN - Indústria e

Comércio LTDA, na cidade de Várzea Paulista, localizada a 50 km da cidade de São

Paulo, sendo sua matéria-prima extraída no município de Jundiaí e processada em fornos

rotativos.

Segundo a CINEXPAN, a produção de argila expandida, atualmente, é em sua

maior parte destinada a indústria da construção civil (cerca de 60%), sendo o restante,

absorvidos pelos setores de lavanderia, paisagismo, refratários e demais aplicações. Os

agregados usualmente empregados em concretos são denominados comercialmente como

Cinexpan 0500, Cinexpan 1506 e Cinexpan 2215, ilustrados na Figura 2.2, diferenciando-

se quanto a granulometria.

Figura 2.2: Argila expandida brasileira: a) CINEXPAN 0500; b) CINEXPAN 1506; e c)

CINEXPAN 2215.

a)

b)

c)


2.3 Agregado leve – Resíduo de borracha de pneu inservível

2.3.1 Definições

A borracha é um composto originário do látex presente nas árvores denominadas

de seringueiras e que após passar por um processo de industrialização dá origem a

diversos produtos, sendo um deles o pneu de borracha (VASCONSELOS, 2009).

A Tabela 2.2 apresenta os materiais que compõem os pneus de automóveis e os

pneus de carga e, a Figura 2.3 apresenta a estrutura típica de um pneu.

30


Tabela 2.2: Materiais que compõem o pneu.

Materiais Pneu de automóvel (%) Pneu de carga (%)

Borracha natural 14 27

Borracha sintética 27 14

Negro de fumo 28 28

Aço 14-15 14-15

Tecido, aceleradores,

antiozônio, óleos, etc.

16-17 16-17

Peso total Peso médio do pneu novo 8,5

kg. No Brasil, o pneu

inservível pesa 5 kg,

conforme a instrução

normativa nº8 do IBAMA,

de 15 de maio de 2002.

No Brasil o pneu inservível

pesa 40 kg, conforme a

instrução normativa nº 8 do

IBAMA, de 15 de maio de

2002.

Fonte: Lagarinhos (2011).

Figura 2.3: Estrutura de um pneu de automóvel.

Fonte: www.ost.ind.br

Acesso: 10/01/2016.

A Resolução CONAMA nº 416/2009 define que os pneus inservíveis são aqueles

que sofreram danos irreparáveis em sua estrutura, não servindo mais para a circulação ou

reforma.

Esta Resolução dispõe que, para cada pneu novo comercializado para o mercado

de reposição, as empresas fabricantes ou importadoras deverão dar destinação adequada

a um pneu inservível, ou seja, os pneus devem ser descaracterizados de sua forma inicial,

e seus elementos constituintes reaproveitados, reciclados ou processados por outras

técnicas admitidas pelos órgãos ambientais competentes.

31


2.3.2 Produção e destinação dos pneus inservíveis no Brasil

Segundo dados da RECICLANIP, uma entidade criada em 2007, pelos fabricantes

de pneus Bridgestone, Goodyear, Michelin e Pirelli, voltada exclusivamente para a coleta

e destinação de pneus no Brasil, em 2015, mais de 518 mil toneladas de pneus inservíveis

foram coletadas.

Este é um dado preocupante, uma vez que, segundo o Ministério do Meio

Ambiente, o ciclo de vida dos pneus tem tempo de degradação indeterminado, ou seja, se

faz necessário a busca pelo seu reaproveitamento, reciclagem ou reprocessamento para

que os danos ao meio ambiente e, principalmente, a saúde pública sejam minimizados

(SILVA, 2015).

A RECICLANIP, visto as necessidades de minimização dos impactos gerados, se

responsabiliza pelo transporte dos pneus a partir dos pontos de coleta até as empresas de

trituração, onde os pneus inservíveis são triturados, dando origem ao resíduo de borracha

de pneu, que posteriormente são encaminhados para destinação final. As principais

destinações do pneu inservível no Brasil, em 2015, estão ilustradas na Figura 2.4.

Figura 2.4: Principais destinações dos pneus inservíveis no Brasil, em 2015.

Fonte: IBAMA – Relatório Pneumáticos 2016.

59,16%23,56%

15,96%

1,27% 0,05%

Coprocessamento

Granulação

Laminação

Pirólise

Regeneração da borracha

32


2.3.3 Reciclagem dos pneus inservíveis

2.3.3.1 Trituração

Segundo Reschner (2008), a trituração do pneu pode ser feita a temperatura

ambiente ou por meio do processo criogênico, onde são resfriados a uma temperatura

abaixo de -120ºC. No Brasil o processo utilizado para a trituração dos pneus inservíveis

é à temperatura ambiente.

Em temperatura ambiente os pneus primeiramente são transformados em lascas

de 50 mm, por meio de um moinho de facas, posteriormente essas lascas vão para o

triturador e são reduzidas a 10 mm, neste processo é removida parte do aço e, depois do

triturador o restante do aço é removido magneticamente. Embora haja uma demanda para

a borracha triturada de 10 mm, a maioria das aplicações pedem granulometrias mais finas

no intervalo de (2 a 0,841 mm). Por esta razão as empresas de moagem realizam

consecutivas triturações (RESCHNER, 2008; SILVA, 2015).

2.3.3.2 Laminação

O processo de laminação consiste em fazer cortes nos pneus inservíveis não

radiais. Estes são os pneus que não possuem malhas de aço em sua composição. Nesses

cortes são extraídas as lâminas de borracha que são utilizadas em várias aplicações, como

a fabricação de percintas para sofás, solados de calçados, tubos para águas pluviais dentre

outras aplicações (RECICLANIP, 2013).

Segundo Lagarinhos e Tenório (2008), o processo de laminação de pneus é uma

atividade de baixo custo que não causa impactos ao meio ambiente, desde que os resíduos

gerados pelo processo, sejam corretamente descartados e devidamente acondicionados

durante o processo.

2.3.3.3 Uso do resíduo de borracha na pavimentação asfáltica

Além de ser uma forma nobre de dar destino aos pneus inservíveis resolvendo um

grande problema ecológico, o uso de borracha moída de pneus, no asfalto, melhora, em

muito, as propriedades e o desempenho do revestimento asfáltico (MENEGUINI, 2011).

As vantagens do asfalto-borracha, quanto à sua utilização são:

33


alta elasticidade, resistência ao envelhecimento e alta coesão;

excelente relação custo/benefício;

maior durabilidade do pavimento, com propagação de trincas e formação de

trilhas de roda em velocidade menor que o cimento asfáltico de petróleo puro;

alta viscosidade, possibilitando maior recobrimento do pavimento, o que propicia

redução da sensibilidade a variações térmicas;

aumento da elasticidade, que melhora a aderência do pneu ao pavimento, aumenta

a resistência à ação química de óleos e combustíveis e reduz o ruído;

maior resistência ao envelhecimento, que propicia o aumento da deformação de

tração admissível e, assim, a redução da propagação de trincas.

2.4 Concreto leve

2.4.1 Definições

O concreto leve vem sendo aplicado em diversos setores da construção civil, como

edificações pré-fabricadas. Os principais benefícios trazidos com a utilização desse

material são a diminuição da massa específica do concreto, redução de esforços

estruturais, economia de formas e redução de custos com transporte e montagem

(ROSSIGNOLO, 2009).

Segundo Maycá et al. (2008), os concretos leves podem ser classificados em:

a) Concreto com agregado leve: com substituição total ou parcial dos agregados

convencionais por agregados leves. São os únicos concretos produzidos que

podem atingir resistências aceitáveis para fins estruturais.

b) Concreto celular ou aerado: resulta da ação de produtos acrescentados à pasta do

concreto que reagem produzindo bolhas de ar. Embora aceita e usual, esta técnica

é questionada, já que o material resultante se encontra na pasta e não propriamente

no concreto.

c) Concreto sem finos: produzido apenas com aglomerante e agregado graúdo, sendo

sua resistência está diretamente relacionada à resistência do agregado e ao

consumo de cimento. Este concreto pode produzir materiais como painéis

divisórios, estrutura de drenagem e sub-base de quadras de esporte.

34


A Figura 2.5 ilustra o concreto com agregado leve, concreto celular e concreto

sem finos, que são as possíveis classificações do concreto leve.

Figura 2.5: Concreto leve: a) com agregado leve; b) celular; e c) sem finos.

a)

b)

c)


A propriedade que mais diferencia o concreto leve do convencional é a redução

da massa específica, abaixo de 2000 kg/m3. Segundo o ACI 213R (2003), o concreto leve

estrutural deve apresentar resistência à compressão aos 28 dias acima de 17 MPa, devido

à substituição de parte de materiais sólidos por ar. Já a norma brasileira, ABNT NBR

6118:2007, prescreve que a resistência mínima de um concreto estrutural deve ser 20

MPa. A ABNT NBR 35:1995 apresenta os valores mínimos de resistência à compressão

em função da massa específica aparente, apresentados na Tabela 2.3.

Tabela 2.3: Valores mínimos de resistência à compressão em função da massa específica

aparente para concreto leve estrutural.

Resistência à compressão aos 28 dias

(MPa) – Valores mínimos

Massa específica aparente (kg/m3) –

Valores mínimos

28 1840

21 1760

17 1680

Fonte: ABNT NBR 35:1995.

Esta norma ainda especifica que os agregados leves utilizados na produção dos

concretos estruturais devem apresentar valores de massa unitária no estado seco e solto

abaixo de 1120 kg/m3, para agregados miúdos, e de 880 kg/m3, para agregados graúdos

(ABNT NBR 35:1995).

Segundo Rossignolo (2009), além dos valores de massa específica, outros

parâmetros podem ser utilizados para classificar o concreto leve, como o fator de

35


eficiência (FE), que relaciona o valor de resistência à compressão e de massa específica

do concreto, o qual é dado por,

𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑓𝑐

𝜌, (Eq. 2.2)

onde o fator de eficiência é dado em MPa.dm³/kg, fc é a resistência à compressão (MPa)

e ρ é a massa específica (kg/dm³).

Para um concreto ser considerado de alto desempenho, o mesmo deve apresentar

um fato de eficiência acima de 25 MPa.dm³/kg. Assim, considera-se concreto leve de alto

desempenho, por exemplo, um concreto com resistência à compressão de 30 MPa, desde

que sua massa específica seja inferior a 1.200 kg/m³.

2.4.2 Produção do concreto leve

2.4.2.1 Dosagem

Apesar dos métodos de dosagens dos concretos convencionais serem aplicados

para concretos leves, alguns fatores devem ser considerados, como projetar um concreto

com massa específica particular, absorção dos agregados leves, variação da massa

específica do agregado em função da sua dimensão e influência das características dos

agregados leves (ANGELIN et al. 2014; LOTFY et al. 2015).

Segundo o ACI 211.2:2004, existem dois métodos de dosagem para concretos

leves: a) método da massa, indicado para concretos com agregados miúdos com massa

específica normal e agregados leves graúdos e, b) método volumétrico, recomendado para

concretos com agregados leves miúdos e graúdos.

Recomenda-se que, para a fabricação dos concretos com agregados leves, o

consumo de cimento seja acima de 300 kg/m3 para assegurar trabalhabilidade, proteção à

armadura e de ancoragem da armadura.

Para dosagens otimizadas de concretos leves, com agregado graúdo leve e

agregado miúdo convencional, deverá ocorrer o ajuste granulométrico, utilizando

agregado miúdo com dimensão máxima igual à do agregado graúdo, possibilitando o

aumento de coesão, redução da segregação e aumento da resistência à compressão, por

36


outro lado, ocasiona o aumento da massa específica do concreto, em relação aos concretos

com agregado miúdo leve.

O uso de aditivos e adições minerais pode ser utilizado na fabricação dos

concretos leves, no entanto, deve-se considerar a absorção de água pelos agregados leves

não saturados previamente, reduzindo a ação do aditivo. Para minimizar esse efeito,

recomenda-se introduzir o aditivo após a mistura dos materiais, antes da aplicação do

concreto (BOGAS et al. 2012; JURANDIN et al. 2012; LOTFY et al. 2015; GOPI et al.

2015).

A relação água/cimento nos concretos convencionais é definida no momento da

mistura dos materiais. Nos concretos leves deve-se levar em consideração a água

absorvida pelos agregados leves, após a preparação do concreto, no entanto esse

fenômeno pode ser eliminado com a pré-saturação dos agregados (ROSSIGNOLO, 2009;

BORJA, 2011; GESOGLU et al. 2015).

2.4.2.2 Mistura e teor de umidade

O agregado leve graúdo apresenta a característica de segregação no início da

mistura, porém é atenuado após algum tempo de mistura, quando em equipamentos com

eixo inclinado (LOTFY et al. 2015).

Quando o concreto for produzido com agregado leve de baixa absorção, abaixo

de 10% após 24 horas de imersão, pode ser empregado o mesmo método aplicado para

concretos convencionais, sendo o agregado utilizado sem saturação prévia, podendo,

mesmo assim, absorver certa quantidade de água nos primeiros minutos de mistura,

seguido de estabilização. Devem ser adicionados os materiais sólidos primeiramente,

seguido da água e por último os agregados leves (BORJA, 2011).

Se o agregado leve apresentar absorção acima de 10% após 24 horas de imersão,

recomenda-se a pré-saturação do material para não comprometer a trabalhabilidade do

concreto (KWASNY et al. 2012; JURANDIN et al. 2012).

Nos concretos com argila expandida nacional, que apresente absorção abaixo de

10% após 24 horas de imersão, observou-se melhor trabalhabilidade adicionando os

materiais sólidos juntos com a água no misturador, após uma pré-mistura, incluindo os

agregados leves (ROSSIGNOLO, 2009; BORJA, 2011; ANGELIN, 2014).

37


2.4.2.3 Trabalhabilidade

Tendo a absorção de água dos agregados grande influência na manutenção da

trabalhabilidade, a faixa dos valores de abatimento dos concretos leves é, normalmente,

menor que a empregada nos concretos convencionais, devido à menor deformação do

concreto contendo agregado leve pela ação da gravidade, ou seja, concretos leves com

abatimento de 80 mm apresentam trabalhabilidade similar aos concretos convencionais

com abatimento de 100 mm (ROSSIGNOLO, 2009).

Segundo Hubertová et al. (2013), em concretos leves o alto abatimento e a

vibração excessiva podem proporcionar sedimentação da argamassa, mais pesada que o

agregado leve, ficando em falta na superfície, onde é mais necessária para o acabamento

de peças com grandes áreas como lajes e pavimentos. Esse fenômeno é conhecido como

segregação do agregado graúdo e é o inverso do que ocorre com o agregado convencional,

onde a segregação resulta num excesso de argamassa na superfície.

A granulometria do agregado e o fator água/cimento exercem influência na

trabalhabilidade e devem ser considerados em conjunto, pois, quanto menor for à

granulometria do agregado maior será a quantidade de água necessária para envolver os

grãos do mesmo, formando uma película d’água (LOTFY et al. 2015).

2.4.2.4 Cura

Segundo o ACI 211.2:2004, no processo de cura dos concretos leves deve haver

o controle da temperatura, pois durante a hidratação do cimento há uma maior elevação

da temperatura do que nos concretos convencionais.

Para evitar a formação de fissuras, recomenda-se protelar a retirada das formas ou

cobrir o concreto com mantas isolantes. No caso da cura térmica, deve ser adotado um

período maior de cura ou velocidade de elevação da temperatura menor.

Por reter parte de água durante a mistura, o agregado leve beneficia a hidratação

da pasta de cimento, denominada “cura interna”, necessária para as reações químicas,

tornando os concretos leves menos sensíveis às variações do processo de cura nas idades

iniciais (ROSSIGNOLO, 2009; BORJA, 2011; ANGELIN et al. 2012).

38


2.5 Concreto autoadensável (CAA)

2.5.1 Considerações gerais

Desde o advento do concreto moderno, este material permaneceu como uma

mistura de cimento, agregados e água, sem muitas inovações que pudessem melhorar

substancialmente sua composição e principais propriedades. No entanto, com o

desenvolvimento da tecnologia, o concreto vem passando por grandes modificações em

função da evolução das técnicas, novos materiais e equipamentos.

Dentre os concretos especiais que alia novas tecnologias com a inclusão de novos

materiais e técnicas, tem-se o concreto autoadensável (CAA), que está em grande

evidência e considerado por muitos pesquisadores como o concreto do futuro.

2.5.2 Definições, desenvolvimento e vantagens do CAA

Em 1983, o professor Okamura, da Universidade de Tóquio, começou a investigar

os problemas relacionados com a durabilidade das estruturas em concreto com elevada

taxa de armadura, uma vez que o mercado apresentava carência de mão-de-obra

qualificada e de equipamentos adequados para atender às exigências deste tipo de

estrutura, concluindo que uma das principais causas do fraco desempenho da durabilidade

devia-se ao adensamento impróprio do concreto (BORJA, 2011).

Exposto tal panorama, ainda na década de 80, o professor Okamura propôs o

conceito de um concreto de alta durabilidade que não requeresse adensamento para atingir

plena compactação, tendo sua primeira aplicação no Japão no ano de 1990, na execução

de um edifício. Diferentes definições têm sido utilizadas nos últimos anos para descrever

o concreto autoadensável. Inicialmente denominado concreto de alto desempenho, o CAA

é, sobretudo, um material fluido, muito embora sua real definição extrapole tal

característica.

Com parâmetros reológicos que se diferem da maioria dos concretos

convencionais, o concreto autoadensável se caracteriza por ter comportamento singular,

devendo atender, segundo o EFNARC (2002), a três requisitos determinantes:

39


Habilidade de preenchimento (filling ability) – definido pela habilidade de

preencher completamente todas as áreas e cantos da forma em que for lançado,

valendo-se apenas do seu peso próprio, dispensando compactação ou vibração;

Habilidade passante (passing ability) – manter homogeneidade adequada durante

e após a aplicação, mesmo em áreas congestionadas com armaduras, sem

separação dos seus constituintes;

Resistência à segregação (segregation resistance) – refere-se à habilidade de reter

o agregado graúdo da mistura em suspensão, mantendo a mistura sempre como

um material uniforme.

Para manter tais características, sua homogeneidade depende, principalmente, da

viscosidade plástica e da tensão de escoamento, determinadas pelo proporcionamento da

mistura, pelo tipo e teor do aditivo superplastificante, pelo teor de finos e pela distribuição

granulométrica dos materiais. A viscosidade plástica está relacionada com a tensão de

escoamento, que quando atinge valores muito pequenos ou próximos de zero faz com que

o CAA apresente elevada fluidez. Entretanto, viscosidades muito baixas podem propiciar

instabilidade na mistura e ocasionar a segregação, ao mesmo tempo em que valores

elevados de viscosidade podem prejudicar a capacidade de preenchimento (RAJ et al.

2011; YUNG et al. 2013).

Borja (2011) e Gesoglu et al. (2015) reforçam a necessidade de maior atenção

quanto à elaboração do traço, já que é imprescindível obter fluidez e deformabilidade,

buscando evitar o fenômeno de segregação dos agregados, recomendando o ajuste do

traço em laboratório a partir da pasta, seguido da adequação da argamassa. Tais cuidados

se tornam importantes devido à redução do tempo de manuseio do CAA, pois o mesmo

perde plasticidade muito rapidamente.

Além disso, uma das problemáticas relacionadas ao CAA é o fenômeno da

exsudação, acarretando na separação da água da mistura e afundamento dos agregados,

provocando perda da resistência na superfície superior e até mesmo exposição das

armaduras (RAHMAN et al. 2012). Segundo Tutikian et al. (2013), os principais motivos

da exsudação é a falta de ajuste do traço e excesso de aditivo superplastificante, com

possibilidade de manifestações patológicas, afetando a capacidade do CAA de se mover

adequadamente, garantindo a heterogeneidade das suas propriedades mecânicas.

40


Entretanto, há grande vantagem em se trabalhar com concretos mais fluidos, uma

vez que se requerem menos esforços dos operários e como consequência, ganho no tempo

de manuseio e adensamento, acarretando maior produtividade e menor custo final na

operação de concretagem.

2.5.3 Materiais e composição do CAA

Em princípio todos os materiais usados na fabricação do concreto convencional

podem ser utilizados na produção do CAA. Sua característica singular, no estado fresco,

é que o diferencia do concreto convencional, muito embora obtido com os mesmos

materiais, porém com maior adição de finos, de aditivos superplastificantes, objetivando

maior fluidez e coesão e, eventualmente, moderador de viscosidade (NAJIM et al. 2012).

A adição de materiais finos fornece aumento da resistência mecânica do concreto

e torna-o mais impermeável, prolongando sua vida útil (durabilidade), influenciando

positivamente nas propriedades do concreto pelo efeito filler, que é o aumento da

densidade da mistura pelo preenchimento dos espaços vazios do concreto por suas

dimensões de partículas reduzidas (GESOGLU et al. 2011).

Por outro lado, o elevado teor de argamassa pode aumentar consideravelmente o

custo do concreto e ocasionar fissuras decorrentes da retração por secagem. Segundo

Borja (2011), o aumento das fissuras de retração por secagem está associado ao elevado

teor de cimento somado ao baixo consumo de agregados graúdos que promovem elevado

calor de hidratação.

Quanto ao cimento a ser utilizado em concreto autoadensável, Tutikian (2004)

recomenda conhecer o tipo a ser utilizado no que diz respeito a quantidade de água e

trabalhabilidade da mistura, pois o controle de quantidade de aluminato tricálcico e a

granulometria do cimento são importantes para a determinação do seu comportamento e

fluxo, pois, uma vez que menor a quantidade de aluminato tricálcico, melhor será o seu

controle e mais longo será o seu endurecimento.

Em termos de agregados miúdos, Guneyisi et al. (2015) aponta que aqueles com

partículas de formato arredondadas e lisas, como a argila expandida, produzem concretos

mais fluidos para um mesmo fator água/cimento; em contrapartida, partículas muito

41


grossas podem provocar segregação. A Figura 2.6 ilustra, de maneira simbólica, a

comparação volumétrica da composição do concreto autoadensável e do convencional.

Figura 2.6: Comparação da composição entre o concreto autoadensável e convencional.

CONCRETO

AUTOADENSÁVEL

CONCRETO

CONVENCIONAL

Fonte: Borja (2011).

Algumas particularidades, segundo Repette (2008), devem ser seguidas para uma

boa dosagem do CAA, como:

utilização de superplastificantes à base de ácido policarboxílico;

teor de finos (partículas com diâmetro ≤ 75 µm) entre 400 e 600 kg/m3;

relação água/finos entre 0,80 e 1,10, em volume;

uso de aditivo promotor de viscosidade;

uso de agregados graúdos de até 10 mm de diâmetro;

volume de agregado miúdo entre 35 e 50% e, agregado graúdo entre 25 e 35%.

2.5.4 Adições minerais no CAA

Adições minerais são compostas de materiais silicosos ou silico-aluminosos,

geralmente em forma de pó, com propriedades cimentantes ou pozolânicas, que são

incorporados ao concreto ou argamassa, em quantidades variáveis em relação à massa de

cimento, com a finalidade de melhorar algumas de suas propriedades.

Adições pozolânicas, quando introduzidas ao concreto no estado fresco, reagem

quimicamente com o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), produzindo uma quantidade

adicional de silicato de cálcio hidratado (C-S-H), responsável pela resistência do concreto

(BORJA, 2011).

Estas adições também promovem aumento significativo na durabilidade das

estruturas de concreto por modificarem a microestrutura da pasta de cimento hidratada,

42


alterando a estrutura dos poros e tamanho dos grãos, promovendo redução na porosidade

capilar do concreto, responsável pelas trocas de umidade, íons e gases com o meio, além

de diminuir o calor de hidratação e, consequentemente, as fissuras de origem térmica

(MEHTA E MONTEIRO, 2014).

Neville (2013) afirma que, com a utilização de pozolanas ocorre um refinamento

dos poros, além de maior densificação e resistência tanto da pasta como da interface pasta-

agregado, o que torna o concreto mais resistente à agressividade do meio ambiente.

Normalmente, as adições minerais utilizadas são resíduos provenientes de

subprodutos industriais e agrícolas que, são descartados de maneira imprópria no

ambiente. As pozolanas advindas de resíduos industriais, como a sílica ativa, cinza

volante e escória de alto forno e, as de origem agrícola, como cinza de casca de arroz,

estão entre as mais utilizadas (GESOGLU et al. 2011; JURANDIN et al. 2012; GOPI et

al. 2015; GUNEYISI et al. 2015).

Em se tratando de concretos autoadensáveis, as adições minerais têm a função de

promover coesão, preenchimento de vazios e dar estabilidade ao sistema. Quando

apresentam poder pozolânico, contribuem, também, para a formação de compostos

resistentes no material endurecido (KARAHAN et al. 2012; YUNG et al. 2013; KHALIL

et al. 2015). A Tabela 2.4 apresenta, de forma resumida, as principais características e

consequências de adições minerais nas propriedades do CAA.

43


Tabela 2.4: Características e consequências do emprego de adições minerais nas propriedades

do CAA.

Adição

mineral Cinza volante

Escória de alto

forno Sílica ativa Metacaulim

Cinza de casca

de arroz

Origem

Calcinação de

carvão

pulverizado em

usinas

termoelétricas,

com o objetivo de

gerar energia.

Subproduto não-

metálico

resultante do

processo de

obtenção do ferro

gusa.

Subproduto

resultante do

processo de

obtenção do ferro-

sílico e do sílico

metálico.

Calcinação de

alguns tipos

especiais de argila

ou obtido através

do tratamento do

resíduo da

indústria de papel.

Calcinação da

casca de arroz.

Forma e

textura Esférica e lisa

Prismática e

áspera Esférica e lisa

Prismática e

áspera Alveolar e áspera

Massa

específica

(kg/m3)

2350 - 2200 2400 220 a 2600

Tamanho

médio das

partículas

Variável em

função da

moagem

Variável em

função da

moagem

0,1 a 0,2 µm

Variável em

função da

moagem

Variável em

função da

moagem

Efeito no

CAA

fresco

Aumento da

coesão, redução

da exsudação e

segregação,

melhores

condições de

fluidez em função

do formato

esférico das

partículas,

normalmente

reduz o consumo

de

superplastificante.

Aumento da

coesão, redução

da exsudação e

segregação, não

contribui para a

fluidez em função

da forma e textura

das partículas,

pouco altera o

consumo de

superplastificante.

Elevadíssimo

aumento da

coesão, redução

acentuada da

exsudação e

segregação,

melhores

condições de

fluidez em função

do formato

esférico das

partículas,

aumento do

consumo de

superplastificante,

teores acima de

5% da massa do

cimento.

Grande aumento

da coesão,

redução acentuada

da exsudação e

segregação, não

contribui para

fluidez em função

da forma e textura

das partículas,

aumento do

consumo de

superplastificante.

Elevadíssimo

aumento da

coesão, redução

acentuada da

exsudação e

segregação, piores

condições de

fluidez em função

da forma e textura

das partículas,

elevado aumento

no consumo de

superplastificante.

Efeito no

CAA

endurecido

Pequena alteração

da resistência à

compressão e

aumento da

durabilidade.

Pequena alteração

da resistência à

compressão e

aumento da

durabilidade.

Melhoria notável

da resistência à

compressão e da

durabilidade.

Melhoria notável

da resistência à

compressão e da

durabilidade.

Melhoria notável

da resistência à

compressão e da

durabilidade.


2.5.5 Proporcionamento do CAA

Os principais objetivos a serem alcançados para a concepção do CAA são,

adequada fluidez, estabilidade e capacidade de execução e baixo custo. Tais condições

não são fáceis de serem atingidas, exigindo extensos estudos laboratoriais preliminares.

Assim como para qualquer tipo de concreto, as características de desempenho

almejadas deverão ser primeiramente pré-estabelecidas. De posse dessas informações

norteadoras, parte-se então, para os procedimentos de dosagem que, segundo Tutikian

(2004), quatro princípios básicos devem ser considerados:

44


1º passo: Concepção da pasta

A pasta é a força motriz da resistência e durabilidade, ou seja, grandes cuidados

devem ser tomados na sua concepção. A elaboração da pasta envolve, essencialmente, a

determinação da relação água/cimento e a relação dos materiais cimentícios, inclusive as

adições minerais (BORJA, 2011).

As relações que direcionam os procedimentos de dosagem para concretos

convencionais, no que diz respeito à resistência e durabilidade, são as mesmas para o

CAA, ou seja, deverá ser elaborado sob as mesmas orientações e procedimentos.

2º passo: Otimização da quantidade da pasta

A seleção da quantidade da pasta é uma parte crítica da mistura no processo de

dosagem do CAA. Esta é uma fase que fornece a plasticidade/trabalhabilidade ao

concreto. A determinação do volume ótimo da pasta é um processo complexo. O concreto

apresenta comportamento inicial como um material plástico quando todos os espaços

vazios entre agregados são preenchidos (Figura 2.7).

Figura 2.7: Proporcionamento da quantidade de pasta nos CAA.


Devido ao elevado nível de fluidez, necessário para atingir a completa

compactação sem energia externa, o CAA requer maiores quantidades do volume da

pasta. Este volume complementar deverá lubrificar e espaçar adequadamente os

agregados, de forma que o atrito interno entre os mesmos não comprometa a capacidade

do concreto de escoar (TUTIKIAN, 2004).

Outro fator deve ser levado em consideração por influenciar na fluidez do

concreto; a fluidez da massa é aumentada pela adição de superplastificante e a sua

capacidade de manter o conjunto em suspensão diminui.

45


Sendo assim, a fluidez do concreto é regida pela combinação bem equilibrada

entre o volume de vazios, obtidos por meio da combinação entre os agregados secos, o

volume da pasta de fluidez e o nível de fluidez da pasta.

3º passo: Proporcionamento do agregado

O proporcionamento do agregado tem um efeito direto sobre a quantidade da pasta

de enchimento e, indiretamente, sobre o custo da matéria-prima do CAA. Em seguida, é

importante otimizar a proporção de agregados para obtenção da maior densidade de

empacotamento possível. Para um determinado conjunto de agregados, a maior densidade

de empacotamento é geralmente obtida com frações granulométricas contínuas. No

entanto, quando os agregados fluem através das armaduras, o agregado graúdo, na maioria

das vezes, tende a restringir o fluxo do CAA, bloqueando os espaços entre as barras de

aço (Figura 2.8).

Figura 2.8: Restrição do fluxo do CAA pelos agregados graúdos.


O proporcionamento dos agregados deve ser feito a fim de alcançar o equilíbrio

entre a alta densidade de empacotamento e obtenção de fluidez através dos espaços entre

as armaduras e previamente testados por equipamentos que simulem as condições reais.

4º passo: Ajustes com incorporação de aditivos

Assim como ocorre com qualquer outro tipo de concreto, misturas com aditivos,

necessários para obter a fluidez no nível desejado, terá que ser otimizada

experimentalmente, uma vez que cada tipo de aditivo reage de modo diferente para cada

tipo de cimento.

46


2.5.6 Ensaios e requisitos do CAA no estado fresco

Os ensaios realizados para caracterizar o CAA diferenciam-se do convencional

apenas quanto ao estado fresco, que determinam de forma direta e indireta os parâmetros

reológicos fundamentais do concrete, tais como tensão de escoamento e viscosidade.

Segundo a ABNT NBR 15823:2017, três parâmetros principais devem ser caracterizados

nos concretos autoadensáveis, que são:

a) Fluidez e escoamento (SF): Ensaio de espalhamento – Slump flow test

O valor de espalhamento, medido por meio do ensaio slump flow é especificado

para todos os CAA como um ensaio primário, esboçando indicações da fluidez do CAA

e de sua habilidade de preenchimento das fôrmas em fluxo livre.

A fluidez é definida como sendo a capacidade do concreto de fluir livremente sem

segregar. O equipamento utilizado é o mesmo adotado no ensaio de determinação da

consistência para o concreto convencional, o molde tronco-cone. O adensamento do

concreto dentro do molde, devidamente posicionado sobre o centro de uma base plana, se

dá exclusivamente pela força da gravidade (Figura 2.9). Após o preenchimento, o molde

é levantado e o concreto flui livremente. O resultado do ensaio é a média de dois

diâmetros perpendiculares do círculo formado pela massa de concreto (Figura 2.10).

Figura 2.9: Equipamento tronco-cônico e base plana para ensaio do slump flow test do CAA.

Fonte: Cavalcanti (2006).

47


Figura 2.10: Medição dos diâmetros de espalhamento do concreto autoadensável.

Fonte: Manuel (2005).

b) Viscosidade plástica aparente (VF ou VS) – Ensaio do Funil “V”

A viscosidade é uma propriedade relacionada à sua consistência no estado fresco

e influencia a resistência deste ao escoamento. Quanto maior a viscosidade do concreto,

maior a sua resistência ao escoamento, fazendo com que seu deslocamento dentro da

fôrma ocorra de forma mais lenta.

A ABNT NBR 15823:2017 especifica uma avaliação qualitativa da viscosidade

do concreto por meio do tempo de escoamento do CAA em ensaios que medem sua

habilidade em fluir e, por isso, é chamada de viscosidade plástica aparente.

Assim como o slump flow test, o ensaio do Funil “V” também serve como

parâmetro de medida da fluidez do concreto, que envolve uma avaliação qualitativa da

viscosidade aparente do concreto, em fluxo confinado, a partir do registro do tempo que

o concreto leva para escoar neste equipamento. Esta medida consiste em cronometrar o

tempo que o concreto leva para escoar totalmente através de um equipamento em forma

de V, conforme ilustra a Figura 2.11.

48


Figura 2.11: Equipamento funil “V” para ensaio de viscosidade do CAA.

Fonte: Alencar (2008).

c) Habilidade passante (PL ou PJ) – Ensaio da Caixa “L”

Esta propriedade informa sobre a capacidade de o concreto fresco fluir, sem perder

a uniformidade ou causar bloqueio através de espaços confinados e aberturas estreitas,

como áreas de alta densidade de armadura e embutidos.

O ensaio utilizando a Caixa “L”, previsto na parte 4 da ABNT NBR 15823:2017,

mede a habilidade passante, sob fluxo confinado, por meio da razão entre as alturas H2 e

H1 da superfície do concreto nas extremidades posterior e anterior da câmara horizontal,

respectivamente, após aberta a porta de separação entre os compartimentos, como mostra

a Figura 2.12.

49


Figura 2.12: Equipamento caixa “L” para ensaio de habilidade passante do CAA.

Fonte: Alencar (2008).

A ABNT NBR 15823:2017 classifica o CAA no estado fresco em função dos

parâmetros apresentados e, recomenda a correlação dessa classificação com a aplicação

do concreto em campo, como exemplifica a Tabela 2.5.

50


Tabela 2.5: Classes de espalhamento, viscosidade plástica aparente e habilidade passante do

CAA, em função da sua aplicação.

Ensaios Classes Aplicação Exemplo

Espalhamento

(Slump-flow)

(mm)

SF 1: 550 a 650

Estruturas não armadas ou com baixa taxa de

armadura e embutidos, cuja concretagem é

realizada a partir do ponto mais alto com

deslocamento livre;

Concreto autoadensável bombeado;

Estruturas que exigem um curto espalhamento

horizontal do concreto autoadensável.

Lajes, revestimento de

túneis, estacas e certas

fundações profundas.

SF 2: 660 a 750 Adequada para a maioria das aplicações

correntes.

Paredes, vigas, pilares e

outras.

SF 3: 760 a 850

Estruturas com alta densidade de armadura e/ou

de forma arquitetônica complexa, com o uso de

concreto com agregado graúdo de pequenas

dimensões (menor que 12,5 mm).

Pilares-parede, paredes

diafragma e pilares.

Viscosidade

plástica aparente

(Funil “V”) (s)

VF 1: < ou = 8

Adequado para elementos estruturais com alta

densidade de armadura e embutidos, mas exige

controle da exsudação e da segregação;

Concretagens realizadas a partir do ponto mais

alto com deslocamento livre.

Lajes, paredes

diafragma, pilares-

parede, indústria de pré-

moldados e concretos

aparentes.

VF 2: 9 a 25

Adequado para a maioria das aplicações

correntes;

Apresenta efeito tixotrópico que acarreta menor

pressão sobre as fôrmas e melhor resistência à

segregação;

Efeitos negativos podem ser obtidos com

relação à superfície de acabamento (ar

aprisionado), no preenchimento de cantos e

suscetibilidade a interrupções ou demora entre

sucessivas camadas.

Vigas, pilares e outras.

Habilidade

passante (Caixa

“L”) (H2/H1)

PJ 1: > ou = 0,80,

com 3 barras de

aço

Adequada para elementos estruturais com

espaçamentos de armadura de 80 a 100 mm;

Adequada para a maioria das aplicações

correntes.

Lajes, painéis,

elementos de fundação,

vigas, pilares, tirantes,

indústria de pré-

moldados.

Fonte: ABNT NBR 15823:2017.

Segundo as prescrições da ABNT NBR 15823:2017, os procedimentos de ensaios

para a aceitação do CAA no estado fresco devem ser baseados, no mínimo, na

comprovação das propriedades de fluidez e viscosidade, avaliadas pelo ensaio de

espalhamento para cada betonada.

A referida norma ressalta, ainda, que seus procedimentos se aplicam ao concreto

com massa específica normal (de 2000 a 2800 kg/m3), devendo ser avaliada, de forma

individualizada, a aplicabilidade dos requisitos estabelecidos para o CAA com inclusão

intencional de ar, agregados leves, agregados pesados e fibras.

Diante do exposto, pode-se concluir que os parâmetros não podem ser

considerados de forma isolada, pois todas as propriedades no estado fresco são

interdependentes (BORJA, 2011).

51


2.6 Propriedades acústicas do concreto

A poluição sonora é um problema permanente para os habitantes das zonas

urbanas e industriais, mas, muitas vezes, não é adequadamente abordada por

regulamentos de construção. Materiais densos são frequentemente usados como

revestimento externo como um meio de impedir transmissão de som para ambientes

internos, neutralizando os efeitos negativos que a exposição ao ruído pode causar, como

problemas de saúde, redução da privacidade e distúrbios do sono.

Para promover a redução de ruído em edificações, a Associação Brasileira de

Normas Técnicas (ABNT) incluiu mudanças na ABNT NBR 15575:2013, a qual

estabelece critérios para desempenho acústico, como a inclusão de camadas entre os

elementos construtivos. Estas mudanças motivaram o desenvolvimento de sistemas de

isolamento acústico na construção civil brasileira, principalmente quanto ao uso de novos

materiais na produção de concretos especiais (CORREDOR-BEDOYA et al. 2017).

A transmissão sonora é uma propriedade acústica que está diretamente relacionada

à espessura do concreto. Mesmo para espessuras relativamente delgadas, a densidade do

concreto convencional pode ser suficiente para refletir a maior parte do som. Pesquisas

anteriores definiram o concreto como um bom isolante, podendo refletir até 99% da

energia sonora. No entanto, este tipo de concreto é um absorvedor de som pobre, que

pode levar ecos para dentro de espaços fechados (HOLMES et al. 2014).

A fim de melhorar as propriedades acústicas, como atenuação e absorção acústica,

em elementos cimentícios, diversas pesquisas, como a de Aliabdo et al. (2015) e Carbajo

et al. (2015), têm incorporado agregados leves a estas misturas, como a argila expandida

e resíduos de pneus inservíveis, obtendo resultados expressivos frente as características

acústicas.

Agregados leves, apesar de apresentarem propriedades mecânicas limitadas,

surgem no mercado como produtos a serem aplicados em concretos não estruturais, além

de contribuir para a destinação correta de resíduos inertes, sendo materiais capazes de

promover o melhoramento das propriedades acústicas, quando comparado aos agregados

convencionais, como o basalto (HOLMES et al. 2014).

Diante do exposto, faz-se necessário um estudo aprofundado das propriedades

acústicas dos concretos elaborados nesta pesquisa. Os subitens a seguir descreverão as

52


propriedades de absorção e atenuação acústica, bem como as principais técnicas utilizadas

para suas medições.

2.6.1 Absorção acústica e medição em tubo de impedância

A capacidade do material para absorver o som pode ser medida usando o

coeficiente de absorção acústica. Materiais tipicamente utilizados para absorver o som

são fibrosos, como as lãs, ou porosos, como espumas, apresentando características de

leveza, não possuindo características estruturais (COLOM et al. 2013; CARBAJO et al.

2015).

Nestes materiais, a absorção ocorre pela dissipação da energia sonora por atrito,

devido ao movimento das partículas no interior do material, quando da passagem da onda

sonora. Um material bom absorvente é aquele que permite às partículas do ar penetrarem

e se movimentarem em seu interior. Assim, pode-se concluir que a maximização da

absorção sonora requer uma resistência ótima à passagem do som através do material

(BISTAFA, 2011).

Para que os materiais adquiram toda a sua capacidade de dissipar energia sonora,

eles deverão ser aplicados sobre uma superfície sólida. Nesta situação, a onda refletida se

combina com a onda incidente, gerando uma onda estacionária que interage com o

material absorvente, provocando a dissipação por atrito da energia sonora na estrutura

fibrosa/porosa do material e que ultimamente se dissipa em calor. Por isso, segundo

Bistafa (2011), a denominação mais adequada para os absorvedores acústicos seria de

dissipadores acústicos.

Ainda, devido a presença da superfície sólida, a energia sonora transmitida é muito

pequena quando comparada com a energia sonora dissipada na estrutura do material

fibroso/poroso, sendo a dissipação estrutural o principal mecanismo de absorção sonora.

Pode-se considerar que os materiais absorventes instalados sobre superfícies sólidas

possuem a seguinte propriedade, Eabsorvida = Edissipada. Consequentemente, é importante

verificar a maneira como o material absorvente é montado, pois o coeficiente de absorção

sonora varia muito em diferentes montagens (BISTAFA, 2011; COLOM et al. 2013).

O coeficiente de absorção acústica de materiais absorventes varia, tipicamente,

segundo a frequência de som incidente, como observado na Figura 2.13.

53


Figura 2.13: Variação típica do coeficiente de absorção acústica, segundo a frequência de

som incidente, de materiais absorventes de som.

Fonte: Bistafa (2011).

A curva do coeficiente de absorção acústica versus frequência depende das

características físicas e construtivas do material, como a espessura e densidade dos

materiais fibrosos/porosos. Além disso, a eficácia do uso de materiais fibrosos/porosos é

maior quando estes se localizam em regiões onde a velocidade das partículas é maior e,

também, em altas frequências (BISTAFA, 2011).

O concreto, por exemplo, apresenta coeficiente de absorção acústica de 0,01 em

frequências de 125 a 500 Hz e, 0,02 em frequências de 1.000 a 4.000 Hz. Por se tratar de

um material extremamente denso, o concreto não permite que as partículas do ar interajam

com a sua estrutura, sendo, a absorção sonora, drasticamente reduzida. Sendo assim, a

absorção acústica do concreto passa a depender das características superficiais de cada

material que o compõem, principalmente a rugosidade, pois quanto menor a rugosidade

da superfície, menor o coeficiente de absorção acústica (BISTAFA, 2011;

SUKONTASUKKUL, 2009).

O coeficiente de absorção sonora pode ser determinado segundo as prescrições da

ISO 10534-2, utilizando um tubo de impedância, constituído por uma câmara e um

suporte de amostra (Figura 2.14). Nesta configuração, a amostra é colocada na terminação

da câmara a, onde existe um acessório rígido. Este acessório, normalmente, é um pistão

de aço de 60 mm de diâmetro e 250 mm de comprimento, permitindo ajustar a amostra

no tubo de impedância, de modo que a amostra seja suportada. Para a medição da

diferença de pressão sonora na câmara é feito o posicionamento de dois microfones (1 e

2) em diferentes posições ao longo do tubo de impedância (CORREDOR-BEDOYA et al.

2017).

54


Figura 2.14: Organização do tubo de impedância para avaliação das propriedades acústicas.

Fonte: Corredor-Bedoya et al. (2017).

Para a determinação da absorção acústica, o método da função de transferência

entre dois microfones deve ser aplicado. Para isso, assume-se que as pressões nos

segmentos a montante e a jusante do tubo de onda estável, correspondentes à câmara a e

à câmara b, respectivamente, podem ser aproximadas pela superposição de ondas planas

positivas e negativas. No domínio da frequência, a pressão pode ser escrita como,

𝑃 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘𝑥 + 𝐵𝑒𝑗𝑘𝑥 (Eq. 2.3)

Nas equações descritas acima, k representa o número da onda no fluido,

normalmente o ar, P é a pressão de som complexa, e os coeficientes A e B representam

as amplitudes complexas. As pressões de som complexas para os dois locais de medição,

1 e 2, podem ser escritas,

𝑃1 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘𝑥1 + 𝐵𝑒𝑗𝑘𝑥1 e, (Eq. 2.4)

𝑃2 = 𝐴𝑒−𝑗𝑘𝑥2 + 𝐵𝑒𝑗𝑘𝑥2, (Eq. 2.5)

onde x1 e x2 são as distâncias da superfície da amostra para a posição do microfone.

Os coeficientes complexos A e B podem ser utilizados para calcular as pressões

de som e as velocidades das partículas nas duas superfícies da amostra e podem ser

relacionadas entre si por uma matriz de transferência de dois por dois. Finalmente, uma

55


matriz de transferência pode ser empregada para relacionar as pressões de som e as

velocidades de partículas acústicas normais nas duas faces de uma amostra que se

estendem de x = 0 a x = h onde,

{𝑃

𝑉} 𝑥 = 0 = [

𝑇11 𝑇12𝑇21 𝑇22

] {𝑃

𝑉} 𝑥 = ℎ e,

(Eq. 2.6)

𝑇 = [𝑇11 𝑇12𝑇21 𝑇22

],

(Eq. 2.7)

onde T é a matriz de transferência, P é a pressão de som externa e V é a velocidade de

circulação acústica normal externa para as posições x = 0 e x = h de uma amostra com

espessura h. A pressão sonora em cada câmara deve ser determinada, bem como a

amplitude de pressão de cada onda, de modo a obter os componentes da matriz T. Uma

vez calculada a matriz T, é possível obter a transmissão Ta e, a reflexão Ra, de acordo

com,

𝑇𝑎 = 2𝑒𝑗𝑘ℎ

𝑇11+𝑇12

𝜌0𝑐+𝑇21ρ0c+T22

e,

(Eq. 2.8)

𝑅𝑎 = 𝑇11+

𝑇12

𝜌0𝑐−𝑇21ρ0c−T22

𝑇11+𝑇12

𝜌0𝑐+𝑇21ρ0c+T22

,

(Eq. 2.9)

onde ρ0 é a densidade do ar seco e c é a velocidade do som no ar. Ra e Ta são a reflexão

da onda do plano de incidência normal e os coeficientes de transmissão, respectivamente,

para uma amostra com terminação anecoica.

O método da função de transferência foi aplicado para determinações de

coeficientes de absorção acústica. Como temos uma parede rígida logo após a amostra, o

coeficiente de absorção de som é obtido como,

𝛼 = 1 − |𝑟|², (Eq. 2.10)

onde r é o coeficiente de reflexão complexo dado por,

𝑟 = (𝐻12 − 𝑒−𝑖𝑘𝑠)

(𝑒𝑖𝑘𝑠 − 𝐻12) 𝑒2𝑖𝑘𝑥1

(Eq. 2.11)

56


Na Eq. 2.11, s é a distância dada por s = x1 - x2, onde x1 é a distância entre a

posição do microfone 1 e a superfície da amostra, e x2 é a distância da posição do

microfone 2 para a superfície da amostra. H12 é a função de transferência, que é obtida a

partir das pressões medidas com o microfone nas posições 1 e 2, respectivamente.

2.6.2 Atenuação acústica e medição em ultrassom

O coeficiente de atenuação acústica é determinado medindo a redução da

amplitude de uma onda, que se propaga através do material pelo efeito combinado de

espalhamento e absorção. Segundo Albano et al. (2005), a atenuação é, geralmente,

proporcional à mudança de amplitude da onda plana em decomposição.

O espalhamento das ondas sonoras está relacionado com o tamanho dos materiais

cristalinos, enquanto a absorção das ondas é intrínseca a fenômenos como a viscosidade,

densidade, energia cinética, condutividade térmica, entre outros (ALIABDO et al. 2015).

Um dos métodos mais usuais para avaliar a atenuação acústica é pelo teste

ultrassônico. Esta é uma técnica não-destrutiva, onde a medida da onda sônica é utilizada

para calcular as velocidades longitudinais e transversais e, o coeficiente de atenuação

acústica. O pulsador de onda ultrassônica possui dois conjuntos de transdutores de ondas,

longitudinais e transversais, nos quais são aplicados acoplantes, a fim de melhorar a

aderência entre os transdutores e a amostra. A Figura 2.15 ilustra um aparelho de

ultrassom genérico e seus transdutores.

Figura 2.15: Aparelho de ultrassom e, seus transdutores, posicionados na amostra.

Fonte: www.novadidacta.com.br

Acesso: 20/11/2017.

57


Para calcular as velocidades longitudinais e transversais do concreto, pode-se

considerá-lo como sendo um material isotrópico, ou seja, possui as mesmas propriedades

físicas, independentemente da direção considerada.

Por meio de transdutores, transversais ou de cisalhamento, para o cálculo das

velocidades das ondas de compressão e cisalhamento, pode-se direcionar a polarização

das ondas, isto é, a direção da vibração das partículas. Assim, pode-se polarizar direções

diferentes e, depois a média aritmética dos valores obtidos pode ser calculada. Este

procedimento é feito para cálculos de velocidade transversal e atenuação do som

relacionados a ondas de cisalhamento (ondas S). Para as ondas longitudinais, também

conhecidas como ondas de pressão (ondas P), é utilizado o transdutor de onda

longitudinal e a direção da propagação da onda é a mesma da polarização das ondas

(GONÇALVES et al. 2011). Segundo Aliabdo et al. (2015), o coeficiente de atenuação

do som pode ser calculado por,

𝛼 = −20

ℎ𝑙𝑜𝑔 (

𝐴𝑓

𝐴𝑖), (Eq. 2.12)

onde Ai é a amplitude inicial da onda e Af é a amplitude final da onda depois de viajar a

distância h.

2.7 Propriedades térmicas do concreto

Um dos grandes desafios atuais é a minimização do consumo de energia, a qual

está diretamente correlacionada com valores econômicos e ambientais. O setor da

construção civil, por ser considerado um dos setores que mais crescem rapidamente, tem

um papel importante no consumo global de energia. Neste contexto, é de suma

importância, para esta indústria, um crescimento sustentável, considerando a

responsabilidade ambiental, social e econômica (PESSETTE et al. 2012; OKTAY et al.

2015).

Dos elementos construtivos o concreto é aquele que mais se destaca, devido a suas

propriedades e ampla versatilidade. Portanto, visando melhorar a qualidade de vida das

pessoas e a eficiência energética das edificações, deve-se melhorar as características de

58


isolamento térmico dos concretos, visto a relevância do seu uso (SUKONTASUKKUL,

2009).

A propriedade térmica é definida como uma medida de resposta de um dado

material à aplicação de calor. À medida que um material absorve energia sob a forma de

calor, sua temperatura e dimensões aumentam. Dentre as propriedades termo físicas de

uma estrutura de construção destacam-se a condutividade térmica, calor específico,

densidade e difusividade térmica (OKTAY et al. 2015).

Em particular, é desejável um baixo valor da condutividade térmica devido à

capacidade associada de fornecer isolamento térmico. Os valores desta propriedade são

fornecidos pela ABNT NBR 15220:2005, a qual correlaciona estes valores com a massa

específica, conforme ilustra a Tabela 2.6.

Tabela 2.6: Correlação entre valores de massa específica e de condutividade térmica.

Massa específica (kg/m3) Condutividade térmica (W/m.K)

2200 – 2400 1,75

1600 – 1800 1,05

1400 – 1600 0,85

1200 – 1400 0,70

1000 – 1200 0,46

As propriedades térmicas de um concreto são fortemente afetadas pelo tipo e

proporcionamento dos agregados, teor de umidade e adições minerais. No entanto, os

agregados geralmente constituem cerca de 70-80% em volume do concreto, ou seja, se

espera que os agregados tenham uma influência maior que os demais parâmetros

(OKTAY et al. 2015).

Conforme observado por Sacht et al. (2010), as propriedades térmicas dos

concretos leves são significativamente diferentes das observadas nos concretos

tradicionais, principalmente devido ao ar aprisionado na estrutura celular de alguns

agregados leves, como a argila expandida, que reduz a transferência e a absorção de calor

em relação aos agregados tradicionais.

Além disso, Shah et al. (2014), Aliabdo et al. (2015) e Oktay et al. (2015)

observaram que a utilização da borracha reciclada de pneus como agregado leve em

concretos torna-se atrativa, proporcionando sistemas mais leves, melhorando seu

59


isolamento térmico, minimizando o consumo de agregados naturais, além de contribuir

para a resolução de um dos problemas ambientais mais cruciais, a deposição dos resíduos

sólidos.

Frente ao exposto, a construção civil cada vez mais vem se preocupando com

estudos das propriedades térmicas dos concretos especiais. Normas de desempenho

térmico buscam aprimorar a qualidade requerida de elementos de concreto, a partir do

estabelecimento de recomendações para avaliação de tais propriedades.

De acordo com Sukontasukkul (2009) e Pessette et al. (2012), a maneira mais

eficiente para a determinação da condutividade térmica é pelo método da placa quente

protegida (ABNT NBR 15220:2005 – Parte 4), o qual envolve a medição do gradiente de

temperatura médio estabelecido sobre o corpo-de-prova, a partir de certo fluxo de calor e

em condições de regime permanente.

A partir da obtenção do valor da condutividade térmica da peça de concreto é

possível caracterizar outras propriedades térmicas, como a resistência térmica. Tais

valores permitem a classificação dos concretos de acordo com as prescrições

estabelecidas pela ABNT NBR 15220:2005, que ainda relaciona os valores obtidos no

ensaio térmico com a propriedade de massa específica, sendo esta relação de extrema

importância no estudo de concretos produzidos com agregados leves.

2.7.1 Condutividade térmica e medição em placa quente protegida

A condutividade térmica fornece uma indicação da taxa segundo a qual a energia

é transferida pelo processo de difusão. A condutividade depende da estrutura física da

matéria, a níveis atômicos e moleculares, que por sua vez está relacionada ao seu estado

físico. Esta propriedade assume um papel crítico no desempenho de materiais em muitas

aplicações (OKTAY et al. 2015).

Baixos valores de condutividade térmica são exigidos quando se pretende

minimizar as perdas de calor. Por outro lado, a transferência de calor de uma região do

material para outra ocorre mais facilmente em materiais de condutividade térmica mais

alta (GHEDAN et al. 2011).

Assim sendo, dados confiáveis de condutividade térmica são essenciais na seleção

de um material para que o mesmo possa ter o melhor desempenho possível em uma dada

60


aplicação. Esta propriedade determina a faixa de temperatura de trabalho de um dado

material, sendo um importante parâmetro em problemas envolvendo transferência de

calor. A equação de Fourier (Eq. 2.13), obtida empiricamente, diz que o calor (q) é

proporcional à variação de temperatura ao longo de uma direção, chamada de gradiente

térmico (dT/dx) e, à área (A) perpendicular à direção do calor. A constante de

proporcionalidade representa a condutividade térmica (k) do material (INCROPERA et

al. 2003).

𝑞 = −𝑘. 𝐴.𝑑𝑇

𝑑𝑥 (Eq. 2.13)

Para ilustrar a Eq. 2.13, pode-se considerar uma barra metálica, isolada

termicamente e com temperaturas mantidas constantes, T1 e T2 em suas extremidades,

como mostra a Figura 2.16.

Figura 2.16: Barra metálica isolada termicamente e com temperaturas constantes.

Fonte: Incropera et al. (2003).

Considerando que T1 é maior que T2, o calor percorre a direção x, mostrada na

Figura 2.16. Isto explica o sinal negativo na equação de Fourier, pois o calor sempre vai

na direção da menor temperatura. Mantendo-se T1 e T2 constantes durante um longo

tempo e considerando que a barra é de um material homogêneo, ou seja, sua

condutividade térmica não se altera ao longo de seu comprimento ou da área da seção

transversal, o calor que atravessa a barra se torna constante e o regime permanente é

atingido.

61


2.7.1.1 Placa quente

A placa quente é responsável pelo aquecimento da amostra, ou seja, o calor é

gerado por ela. Esta placa é dividida em duas partes: o núcleo e o anel de guarda. O núcleo

é o responsável pelo calor que será utilizado na determinação da condutividade térmica,

e, portanto, é necessário saber a sua área. Já o anel de guarda serve para evitar a fuga

lateral de calor pelo núcleo. Esta fuga ocorre por causa da troca de calor com o ambiente

através da convecção. Portanto, deve haver um controle na potência fornecida ao anel de

guarda a fim de manter sua temperatura igual à do núcleo, evitando a fuga de calor

(PESSETTE et al. 2012).

A diferença de temperatura entre o núcleo e o anel de guarda é monitorada através

de termopares instalados nos dois lados da placa. Garantindo a igualdade de temperaturas,

a taxa de transferência de calor gerada pelo núcleo ocorrerá apenas em uma direção, mas

em dois sentidos, podendo ser calculada,

𝑞 = (𝑈−𝑅𝑓𝑖𝑜.𝐼)²

2𝑅𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜, (Eq. 2.14)

onde U é a tensão (obtida através de um multímetro), I é a corrente (obtida através do

aparelho de controle de voltagem ligado ao núcleo da placa quente) Rfio é a resistência

elétrica do fio que conecta o núcleo do aquecedor à fonte e Rnúcleo é a resistência elétrica

do núcleo do aquecedor.

2.7.1.2 Placa fria

Na extremidade oposta à placa quente se encontra a placa fria, que tem a função

de refrigeração, retirando o calor gerado na placa quente. Portanto, sua temperatura é

sempre inferior à da placa quente, estabelecendo o gradiente térmico.

A placa fria deve ser feita de um material com alta condutividade térmica em

relação à das amostras. Dentro da placa circula um líquido, neste caso água, que é mantido

à temperatura desejada por um banho termostatizado, que faz com que a água circule pela

placa. Os canais por onde passam o líquido devem ser feitos em forma de espiras, pois, o

escoamento ocorre de forma balanceada, minimizando possíveis gradientes térmicos na

superfície.

62


A montagem do conjunto placas frias, placa quente e amostras é mostrada na

Figura 2.17. Esta montagem é feita de forma simétrica, garantido o fluxo de calor apenas

na direção z.

Figura 2.17: Esquema de montagem das placas frias, placa quente e amostras.

Fonte: Incropera et al. (2003).

2.8 Microestrutura do concreto

Além do trabalho sistemático para conhecer e controlar a microestrutura da pasta

de cimento, visando à melhoria de algumas propriedades do concreto, Borja (2011) afirma

que é importante que sejam realizados estudos que abordem a melhoria da qualidade da

zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento.

Segundo Mohammed et al. (2013), existe uma forte relação entre a espessura e a

qualidade da zona de transição na interface (ZTI) com algumas propriedades do concreto.

A ZTI influencia fortemente as propriedades relacionadas à resistência mecânica, módulo

de elasticidade e propagação de fissuras.

As etapas da formação da zona de transição do concreto podem ser resumidas da

seguinte forma (MEHTA E MONTEIRO, 2014):

a) Inicialmente, no concreto fresco, filmes de água envolvem os agregados

pelo “efeito parede”;

b) Em seguida, íons produzidos pela dissolução de vários componentes do

cimento se combinam para formar, principalmente, etringita, hidróxido de

cálcio e silicato de cálcio;

63


c) Devido à maior relação água/cimento, os produtos cristalinos na

vizinhança dos agregados são caracterizados por cristais maiores e, assim,

formam uma estrutura porosa e mais rica em hidróxido de cálcio e etringita

do que a observada na pasta de cimento.

A resistência da matriz da pasta de cimento depende, essencialmente, das forças

de atração de Van der Walls, ou seja, a resistência será maior quanto mais compacta for

a pasta e, quanto menos cristalinos forem os produtos de hidratação. Desta forma, a zona

de transição na interface apresenta resistência mecânica mais baixa do que a da matriz da

pasta de cimento (GOLEWSKI et al. 2014).

Desta forma, pode-se resumir que os fatores que mais influenciam na baixa

resistência mecânica da zona de transição entre o agregado e a pasta de cimento são os

grandes cristais de hidróxido de cálcio orientados preferencialmente, o elevado volume

de poros e a presença de microfissuras (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

A estrutura da ZTI pode ser modificada de diversas formas. Dentre elas, a mais

utilizada e efetiva é a incorporação de adições minerais, como a sílica ativa, contribuindo,

assim, para um melhor desempenho das propriedades relacionadas à resistência e

durabilidade do concreto (JURANDIN et al. 2012; GOPI et al. 2015).

Segundo Yung et al. (2013), a redução da espessura da zona de transição na

interface por meio da utilização de adições minerais pode ser explicada por diversos

fatores, como, menor permeabilidade do concreto no estado fresco, causando assim

menor acúmulo de água de exsudação na superfície do agregado; presença de vários

núcleos de cristalização, que contribuem para a formação de cristais menores de hidróxido

de cálcio e com menor tendência de cristalização em orientações preferenciais; e, a

gradual densificação dos produtos de hidratação por meio das ações pozolânicas lentas

entre o hidróxido de cálcio e a adição mineral.

Outro fator importante na estrutura e espessura da ZTI é o tipo de agregado

utilizado na produção do concreto. Estudos recentes sobre a microestrutura de concretos

com agregados leves, como o de Khalil et al. (2015), demonstraram que a interação

agregado-matriz é diferente da ocorrida nos concretos produzidos com agregados

convencionais.

64


2.8.1 Zona de transição nos concretos com agregados leves

Em concretos produzidos com agregados leves porosos, ocorre a redução da

espessura da zona de transição na interface, em função da diminuição da relação

água/cimento da pasta nessa região, ocasionada pela absorção de água dos agregados.

Este efeito é denominado, por alguns pesquisadores, como “filtragem” ou “densificação”

(ROSSIGNOLO, 2009).

A diminuição da espessura da zona de transição agregado-matriz pode ser

atribuída, também, à redução do “efeito parede” nos agregados leves, normalmente mais

rugosos e/ou porosos que os agregados convencionais (GOLEWSKI et al. 2014).

Segundo Borja (2011), o contorno da ZTI em concretos leves utilizando argila expandida

mede, aproximadamente, 10 µm de espessura, enquanto no concreto produzido com

agregados convencionais há uma variação de 10 µm a 50 µm.

Em concretos leves que utilizam partículas de borracha na sua composição, a

redução da zona de transição na interface não é observada. Devido a sua estrutura

antiaderente, obtida por meio do uso de materiais a base de zinco na produção dos pneus,

a borracha não se adere a matriz da pasta de cimento, tornando a ZTI frágil, propiciando

o surgimento de microfissura, consequentemente, diminuindo a resistência mecânica do

concreto (LANZON et al. 2015).

A fim de melhorar a qualidade da zona de transição na interface algumas adições

minerais, como a sílica ativa, vêm sendo incorporadas no concreto. Devido as atividades

pozolânicas, além de evitar o fenômeno de segregação, a sílica ativa auxilia na redução

da espessura da ZTI. Lotfy et al. (2015) e Guneyisi et al. (2015) ressaltam, ainda, que as

adições minerais proporcionam um arranjamento mais denso de algumas partículas

microcristalinas presentes nos concretos.

Estudos realizados por Jalal et al. (2012) e Khalil et al. (2015), indicaram que a

redução da espessura da zona de transição agregado-matriz melhora o desempenho das

propriedades relacionadas à resistência mecânica e à durabilidade dos concretos,

demonstrando, assim, a grande importância do estudo da zona de transição dos concretos

que utilizam agregados leves, principalmente por meio de análises por Microscopia

Eletrônica de Varredura (MEV) e espectrografia por dispersão de energias (EDS).

65


2.8.2 Análise por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

A técnica de análise da microscopia de concretos por meio da microscopia

eletrônica de varredura (MEV) vem sendo utilizada por diversos pesquisadores, devido

aos excelentes resultados obtidos por meio das imagens geradas, auxiliando em melhores

diagnósticos da zona de transição entre agregado leve-matriz (JALAL et al. 2012;

MOHAMMED et al. 2013; GOPI et al. 2015).

Sendo assim, o uso da técnica de MEV se faz importante e necessário e, seu

princípio de funcionamento ocorre quando uma pequena região da amostra é atingida por

um feixe de elétrons, originando diferentes sinais, como elétrons secundários e

retroespalhados. Estas respostas podem ser detectadas independentemente e, depois de

transformadas em sinais elétricos, permite a aquisição de imagens de superfície,

composição de fases e análise composicional (ROSSIGNOLO, 2009).

Elétrons secundários são partículas de baixa energia resultantes da colisão

inelástica de elétrons primários do feixe emitido na amostra. Seu registro possibilita a

caracterização da topografia da amostra, com identificação do tamanho e textura

superficial. Os elétrons retroespalhados, por sua vez, são partículas de alta energia

espalhados pela amostra. Neste caso, a imagem é formada pelo contraste devido aos

números atômicos das diferentes fases que compõem a amostra (BORJA, 2011).

2.8.3 Análise por meio da Espectrografia por Dispersão de Energias (EDS)

A espectrografia por dispersão de energias (EDS) permite realizar a análise

química elementar em um ponto, ou em uma área, da amostra em termos qualitativos,

semiquantitativos e quantitativos (BORJA, 2011).

Os métodos de análise qualitativa e semiquantitativa se encontram, habitualmente,

disponíveis nos sistemas de EDS e são usualmente utilizados, pois permitem, de forma

rápida, a identificação e a determinação da composição dos elementos presentes na

amostra. Neste sistema de análise, há a identificação e determinação do elemento químico

pela comparação da intensidade espectral característica da amostra.

Segundo Rossignolo (2009), para que os resultados das análises em EDS sejam

significativos, é preciso que a amostra analisada seja suficientemente plana e esteja

orientada, diretamente, para o detector.

66


2.8.4 Análise semiquantitativa da zona de transição por MEV associado ao EDS

A determinação da espessura da zona de transição entre o agregado e a matriz da

pasta de cimento pode ser feita por meio da análise dos produtos de hidratação do

cimento. A ZTI é caracterizada pela apresentação de teores de substâncias diferentes dos

obtidos na matriz de cimento. Desta forma, pode-se realizar uma análise pontual, ao longo

de uma linha perpendicular à interface agregado-matriz, identificando os elementos

presentes e, possibilitando, assim, avaliar a qualidade da zona de transição (JALAL et al.

2012).

Como a análise pontual por EDS atua num volume de alguns micrometros cúbicos

e, as dimensões das partículas dos produtos das reações de hidratação do cimento variam

entre alguns nanômetros e um micrômetro, os resultados das análises pontuais

representam a mistura de vários produtos de hidratação, assim, a determinação da

composição de uma fase específica torna-se pouco precisa.

Entretanto, pode-se obter uma estimativa da composição dos principais produtos

da hidratação de cimento, como o hidróxido de cálcio, silicato de cálcio, etringita e

monossulfato de cálcio, em uma análise pontual por meio das relações entre as massas

atômicas de alguns óxidos presentes, como SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3 e SO3. Entretanto,

as relações entre tais elementos, dependem de uma série de variáveis como tipo de

cimento, adições minerais, aditivos químicos e idade da amostra (MOHAMMED et al.

2013; GOLEWSKI et al. 2014).

Após a revisão bibliográfica apresentada nos subitens anteriores, a Tabela 2.7

destaca as principais pesquisas no período de 2011-2017 sobre o uso de agregados leves

na composição de concretos autoadensáveis e, também, estudos sobre as propriedades

termo acústicas e microestruturais. Observa-se na coluna “CONTRIBUIÇÕES

INÉDITAS DO TRABALHO” as originalidades, de forma a evidenciar a evolução do

tema desta tese.

67


Tabela 2.7: Principais trabalhos frente ao estado da arte do uso de agregados leves na composição de

concretos, de forma a evidenciar a evolução do tema deste trabalho.

Referência Tipo de

concreto Agregado(s) leve(s) Contribuições inéditas do trabalho

Gesoglu et al. (2011) CAA Borracha e cinza

volante

Diminuição da trabalhabilidade do concreto com a incorporação da borracha e, a partir do uso conjunto da borracha e cinza volante, há a

melhora da resistência à permeabilidade do concreto.

Bogas et al. (2012) CAA Argila e arlita

expandida

Manutenção da trabalhabilidade e menor massa específica com o uso da argila e arlita expandida e, maiores valores de resistência à

compressão e módulo de elasticidade nas misturas contendo arlita

expandida.

Kwasny et al. (2012) CAA Argila expandida

Concretos autoadensáveis produzidos com argila expandida apresentam melhores resultados de trabalhabilidade, viscosidade e

habilidade passante, entretanto exibem menores resistências

mecânicas.

Najim et al. (2012) CAA Borracha

A borracha diminui a massa específica e as resistências mecânicas do

concreto autoadensável, por outro lado há uma diminuição da

velocidade ultrassônica no concreto contendo borracha, melhorando seu coeficiente de amortecimento.

Rahman et al. (2012) CAA Borracha A borracha aumenta a resistência ao fluxo do concreto autoadensável,

todavia melhoraram suas propriedades dinâmicas.

Colom et al. (2013) CC

Borracha e PVC

(policloreto de polivinila)

Concretos que utilizam borracha e PVC na sua formulação apresentam melhorias quanto a rigidez e melhoram a absorção acústica, em altas

frequências. Contudo, observou-se que há falta de adesão entre a

matriz da pasta de cimento e o agregado emborrachado.

Ganesan et al. (2013) CAA Borracha e fibra de

aço

Agregados de borracha utilizados em conjunto com fibras de aço

melhoram o desempenho quanto à fadiga dos concretos.

Heikal et al. (2013) CAA Material cerâmico

reciclado

Materiais cerâmicos reciclados diminuem a trabalhabilidade do CAA,

em contrapartida, a resistência à compressão e tensão de cisalhamento aumentam.

Karahan et al. (2013) CAA Borracha

A absorção de água aumenta com a incorporação da borracha na

mistura do concreto, assim como a porosidade, por outro lado não foi observada diminuição significativa na resistência ao congelamento e

descongelamento.

Yung et al. (2013) CAA Borracha Houve aumento da taxa de encolhimento e da resistividade elétrica nos

concretos com borracha.

Eiras et al. (2014) CC Borracha e agente incorporador de ar

Agente incorporador de ar auxilia na manutenção da trabalhabilidade

de concretos emborrachados. Já a presença da borracha no concreto,

diminui a condutividade térmica.

Aliabdo et al. (2015) CC Borracha A implementação de partículas de borracha em concreto melhora as propriedades de isolamento acústico.

Carbajo et al. (2015) CC Arlita e vermiculita

expandida

Há aumento da absorção acústica com a presença da arlita e

vermiculita nas misturas de concreto.

Gopi et al. (2015) CAA Argila expandida e

cinza volante São obtidos maiores valores de resistência à compressão e tração nas misturas de concreto contendo argila expandida e cinza volante.

Gupta et al. (2016) CC Borracha e sílica

ativa

A borracha repele a argamassa do concreto, gerando pontos de vazios

ao seu redor, contudo a presença da sílica ativa diminui a porosidade gerada pela borracha na matriz da pasta de cimento do concreto.

Corredor-Bedoya et

al. (2017) AC Borracha

Partículas de borracha, presentes em compósitos de cimento, são

melhores isoladores acústicos que agregados convencionais, contudo

a porosidade da matriz da pasta de cimento afeta significativamente as propriedades sonoras destes elementos.

Legenda: CAA = concreto autoadensável; CC = concreto convencional; AC = argamassa convencional.

De acordo com a Tabela 2.7, fica evidente os inúmeros trabalhos realizados frente

a utilização de agregados leves na produção de concretos, principalmente os

autoadensáveis, uma vez que o mesmo vem conquistando espaço na construção civil,

havendo a necessidade de melhorar algumas de suas principais propriedades.

Alguns pesquisadores trabalharam com mais de um agregado leve para a produção

dos concretos, como Bogas et al. (2012), Colom et al. (2013) e Carbajo et al. (2015), os

quais apresentaram excelentes resultados, principalmente quanto a trabalhabilidade e

68


comportamento termo acústico, diretrizes fundamentais para a obtenção de um CAA de

qualidade e, para garantir um melhor desempenho das edificações, segundo as prescrições

da ABNT NBR 15575:2013.

Na literatura, não há trabalhos que estudaram o uso conjunto de argila expandida

e borracha, o que proporcionaria um melhor desempenho das propriedades do concreto

em relação ao peso e conforto termo acústico, sendo, portanto, uma frente de pesquisa

inédita. Estudos anteriores, que abordaram a aplicação de agregados leves, relataram

vários benefícios, evidenciando a redução da massa específica, mas, também, alguns

prejuízos, como o comprometimento das resistências mecânicas. Muito embora, tanto a

argila expandida como a borracha, quando aplicadas separadamente, atuem de maneira

diferente nas propriedades do concreto autoadensável, conforme informações da Tabela

2.7.

No intuito de avançar nas pesquisas, este trabalho visa utilizar a argila expandida

e a borracha como agregados leves na produção do CLAE (concreto leve autoadensável

emborrachado), buscando avaliar a influência do uso conjunto destes materiais nas

propriedades no estado fresco, principalmente quanto a trabalhabilidade, viscosidade,

habilidade passante e resistência à segregação (ABNT NBR 15823:2017). Além disso,

avaliar as propriedades mecânicas, como resistência à compressão e módulo de

elasticidade, as quais são diretamente influenciadas pelas características dos agregados

que compõem o concreto, como a sua superfície e geometria.

Ademais, buscando atender aos requisitos da ABNT NBR 15575:2013, a qual

traz diretrizes sobre o desempenho das edificações, propriedades termo acústicas e

microestruturais serão investigadas, uma vez que a literatura frente a estas características

é escassa e, algumas, contraditórias, principalmente quanto as propriedades acústicas.

69


3 DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL

Para o alcance dos objetivos deste trabalho, desenvolveu-se duas etapas de estudos

experimentais. A 1ª etapa consistiu na elaboração de diferentes traços de concreto leve

autoadensável (CLA) utilizando duas graduações de argila expandida como agregado

graúdo, determinando suas propriedades no estado fresco, resistência à compressão e

massa específica, com o objetivo de analisar o melhor fator de eficiência entre as misturas

elaboradas na 1ª etapa.

A metodologia utilizada para elaboração dos CLA foi baseada no estudo realizado

por Borja (2011), verificando-se sua validade por meio das propriedades físicas e

mecânicas. As dosagens estudadas tiveram variações, em termos percentuais, da

quantidade de cada tipo de argila expandida (C0500 e C1506), mantendo-se constante as

quantidades de cimento, sílica ativa, areia, aditivo superplastificante e relação

água/cimento.

Na 2ª etapa, após identificação do traço de melhor desempenho da 1ª etapa,

adicionou-se borracha em substituição ao agregado miúdo convencional, em diferentes

porcentagens, desenvolvendo misturas de concreto leve autoadensável emborrachado.

A avaliação dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE) foi

realizada por meio da caracterização dos concretos no estado fresco e, para tanto, foram

moldados, para cada traço desenvolvido, 35 corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de

diâmetro e 200 mm de altura, posteriormente ensaiados aos 7 e 28 dias. Foram utilizados

10 corpos-de-prova para o ensaio de resistência à compressão, 10 corpos-de-prova para o

ensaio de resistência à tração por compressão diametral, 10 corpos-de-prova para o ensaio

de módulo de elasticidade, além de 5 corpos-de-prova para avaliação da absorção de água

por imersão, índice de vazios e massa específica no estado endurecido.

Para a avaliação da absorção e atenuação acústica, 6 corpos-de-prova cilíndricos

de 59 mm de diâmetro e 50 mm de altura, foram produzidos, enquanto para o ensaio de

condutividade térmica, foram avaliados 2 corpos-de-prova cúbicos de 300,5 mm x 300,5

mm de largura e 45 mm de altura. As dimensões adotadas para a realização dos ensaios

70


de absorção e atenuação acústica e, condutividade térmica foram devido aos limites

dimensionais dos equipamentos utilizados.

Também foi analisada a microestrutura dos concretos, a partir das técnicas de

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e espectrografia por dispersão de energias

(EDS), enfatizando a avaliação da zona de transição interfacial (ZTI) entre a matriz e o

reforço.

Os ensaios no estado fresco, massa específica, absorção de água por imersão,

índice de vazios, resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral

e módulo de elasticidade foram realizados na Faculdade de Tecnologia/UNICAMP. Na

Faculdade de Engenharia Mecânica/UNICAMP foi realizado o ensaio de absorção

acústica e, o ensaio de atenuação acústica, na Faculdade de Engenharia

Agrícola/UNICAMP. O ensaio de condutividade térmica foi aferido na Universidade

Federal de Itajubá (UNIFEI) e, as avalições microestruturais, no Laboratório Nacional de

Luz Síncrotron (LNLS). Na Tabela 3.1 encontram-se os ensaios realizados para

caracterização dos concretos.

Tabela 3.1: Ensaios realizados nos concretos leves autoadensáveis (CLA) e concretos leves

autoadensáveis emborrachados (CLAE).

Condição do ensaio Ensaio CLA CLAE Norma

Estado fresco

Slump flow test X X ABNT NBR

15823:2017 Funil “V” X X

Caixa “L” X X

Estado endurecido

Resistência à compressão X X ABNT NBR

5739:2007

Resistência à tração - X ABNT NBR

7222:2011

Módulo de elasticidade - X ABNT NBR

8522:2008

Massa específica X X ABNT NBR

9778:2009 Absorção por imersão X X

Índice de vazios X X

Especiais

Absorção acústica - X ISO 10534-2:2001

Atenuação acústica - X -

Condutividade térmica - X ABNT NBR

15220:2005

MEV - X -

EDS - X

71


3.1 Materiais

Os materiais de partida, utilizados para produção dos concretos leves

autoadensáveis (CLA) e concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE), foram:

Cimento Portland CPV ARI;

Sílica ativa (SA);

Areia natural quartzosa;

Borracha (oriunda de pneus inservíveis);

Pó de pedra basáltico;

Argila expandida (C0500 e C1506);

Pedrisco basáltico;

Aditivo superplastificante (SPA).

A Tabela 3.2 pontua os ensaios realizados para caracterização dos materiais, bem

como as respectivas regras normativas. Os resultados obtidos nestes ensaios estão

dispostos no Capítulo 4.

Tabela 3.2: Ensaios realizados para caracterização dos materiais utilizados nesta pesquisa.

Material Ensaio Norma ABNT

Cimento Portland CPV ARI

Massa específica ABNT NBR 23:2001

Massa unitária ABNT NBR 45:2006

Tempo de pega ABNT NBR 65:2003

Resistência à compressão ABNT NBR 7215:1997

Sílica ativa (SA) Massa específica ABNT NBR 23:2001

Areia natural quartzosa

Granulometria ABNT NBR 248:2003



Borracha




Resíduos sólidos -

Classificação ABNT NBR 10004:2004

Pó de pedra




Argila expandida

(C0500 e C1506)



ABNT NBR 53:2009


Absorção de água ABNT NBR 53:2009

Pedrisco Granulometria ABNT NBR 248:2003


72



Aditivo superplastificante (SPA) Análise química ABNT NBR 11768:2011

3.2 Dosagem e produção dos concretos

3.2.1 Dosagem e produção dos concretos leves autoadensáveis (CLA)

A dosagem dos CLA, os quais utilizaram conjuntamente CPV ARI, sílica ativa,

argila expandida e aditivo superplastificante, foi realizada com a finalidade de se obter

um concreto com:

a) valores de índice de consistência em torno de 560 +/- 10 mm, a fim de garantir

a trabalhabilidade necessária para classificar os concretos como altoadensáveis;

b) baixa massa específica, caracterizando-os como concretos leves;

c) resistência mecânica ≥ 20 MPa, aos 28 dias de idade.

Algumas dosagens foram estudadas com a finalidade de compreender as

principais metodologias utilizadas para a produção dos CLA. Rossignolo (2009)

recomenda desenvolver traços que combinem diferentes granulometrias de argila

expandida, na substituição dos agregados convencionais, para que ocorra o melhor

empacotamento dos materiais, obtendo-se um concreto coeso, com menores valores de

massa específica e excelentes valores quanto à resistência mecânica.

Bogas et al. (2012) e Hubertová et al. (2013), aconselham a utilização de sílica

ativa em, no máximo, 10%, em relação a quantidade de cimento, além da incorporação

de pequenas porcentagens de aditivos superplastificantes, que auxiliam na manutenção

da consistência, permitindo a redução da relação água/cimento.

Outro elemento fundamental para a fabricação de concretos leves autoadensáveis

é a administração do teor de argamassa que, segundo Utama et al. (2012), devem

apresentar valores em torno de 65%, além de um consumo de cimento superior à 500

kg/m3, visto que a argamassa se torna a fase mais resistente do concreto leve e, os

agregados, a parte mais frágil, como já observado por Rossignolo (2009), Díaz et al.

(2010) e Jalal et al. (2012).

73


Frente a tais recomendações técnicas para dosagem, as metodologias utilizadas na

fabricação dos concretos leves desta pesquisa seguiram as prescrições feitas pelo ACI

213R-03, as quais também foram utilizadas por Rossignolo (2003), Moravia (2007) e

Maycá et al. (2008); além do método de dosagem proposto por Borja (2011) para

concretos leves autoadensáveis.

Nesta primeira etapa se buscou avaliar a melhor distribuição granulométrica entre

as argilas expandidas. Na Tabela 3.3 ilustram-se as porcentagens de argilas expandidas

utilizadas, bem como o proporcionamento dos materiais para cada traço de CLA.

Tabela 3.3: Proporcionamento dos materiais para produção dos concretos leves autoadensáveis

(CLA).

Mistura

% argila Proporção dos materiais

C0500 C1506 Cimento Sílica Areia C0500 C1506 %

SPA a/c

T1 55 45 1 0,1 2,11 0,36 0,21 1,0 0,43

T2 60 40 1 0,1 2,11 0,39 0,19 1,0 0,43

T3 65 35 1 0,1 2,11 0,43 0,17 1,0 0,43

T4 70 30 1 0,1 2,11 0,46 0,14 1,0 0,43

T5 75 25 1 0,1 2,11 0,49 0,12 1,0 0,43

Após a definição de todos os traços desta etapa, foram calculadas e separadas as

quantidades dos materiais necessários para moldagem de 15 corpos-de-prova cilíndricos

de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura, para cada traço produzido.

A areia foi seca em estufa a 105ºC para a retirada de umidade porventura existente

e, as argilas foram pré-umedecidas por um período de 24 horas, antes do dia da

moldagem. A ordem de colocação dos materiais e tempo de homogeneização da mistura

encontram-se especificados na Tabela 3.4.

Tabela 3.4: Ordem de colocação dos materiais e tempo de homogeneização na betoneira dos

concretos leves autoadensáveis (CLA).

Ordem de colocação dos materiais na betoneira Materiais e tempo de mistura

1º Argilas expandidas + areia (3 min.)

2º Cimento + 50% de água (3 min.)

3º Sílica ativa + 50% de água (3 min.)

4º Superplastificante (5 min.)

74


Os materiais foram misturados em betoneira de eixo inclinado, com capacidade

para 120 litros, do laboratório de materiais da Faculdade de Tecnologia da UNICAMP,

em temperatura ambiente de, aproximadamente, 27ºC (+/- 5ºC).

A moldagem foi realizada por meio da colocação dos concretos nos moldes

metálicos sem a utilização de equipamentos mecânicos ou artifícios que ocasionassem o

seu adicionamento.

Antes da moldagem, todos os moldes cilíndricos metálicos e suas bases foram

convenientemente identificados e revestidos internamente com uma fina camada de óleo

mineral. Decorrido o período de 24 horas após moldagem das amostras, procedeu-se a

desforma dos corpos-de-prova e cura das amostras.

Após 24 horas, os corpos-de-prova foram desmoldados e, em seguida, submetidos

ao processo de cura úmida, onde a temperatura foi de 23ºC (+/- 2ºC) e umidade relativa

do ar foi de 95%. Os corpos-de-prova permaneceram em cura até a data da realização dos

ensaios, de acordo com as prescrições da ABNT NBR 5738:2008.

3.2.2 Dosagem e produção dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE)

A dosagem dos concretos leves autoadensáveis emborrachados buscou-se

promover maior conforto termo acústico sem comprometer a reologia, podendo o CLAE

ser utilizado como elemento estrutural ou de vedação.

Após a avaliação dos traços desenvolvidos na primeira etapa e escolha do melhor

proporcionamento das argilas expandidas (RL), houve a substituição da areia pela

borracha em 5% (B5), 10% (B10), 15% (B15), 20% (B20), 25% (B25) e 50% (B50), além

da produção de um concreto autoadensável convencional (RC).

Assim como nos procedimentos adotados para os CLA, após a definição dos

traços desta etapa, os materiais constituintes foram calculados e separados nas

quantidades necessárias para moldagem de 35 corpos-de-prova cilíndricos de 100 mm de

diâmetro e 200 mm de altura, para todas as misturas desenvolvidas. Além disso, 6 corpos-

de-prova cilíndricos de 59 mm de diâmetro e 50 mm de altura e 2 corpos-de-prova cúbicos

de 300,5 mm x 300,5 mm de largura e 45 mm de altura foram produzidos para os traços

75


RC, RL, B25 e B50. Na Tabela 3.5 ilustram-se o proporcionamento dos materiais para

cada traço de CLAE.

Tabela 3.5: Proporcionamento dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE).

Mistura

Proporção dos materiais

Cimento Sílica Areia Borracha Pó de

pedra C0500 Pedrisco C1506 % SPA a/c

RC 1 0,1 2,76 - 0,48 - 2,27 - 1,5 0,43

RL 1 0,1 2,11 - - 0,49 - 0,12 1,0 0,43

B5 1 0,1 2,00 0,045 - 0,49 - 0,12 1,0 0,43

B10 1 0,1 1,90 0,090 - 0,49 - 0,12 1,0 0,43

B15 1 0,1 1,80 0,13 - 0,49 - 0,12 1,0 0,43

B20 1 0,1 1,70 0,18 - 0,49 - 0,12 1,0 0,43

B25 1 0,1 1,60 0,22 - 0,49 - 0,12 1,5 0,43

B50 1 0,1 1,05 0,45 - 0,49 - 0,12 2,5 0,43

Os CLAE B5-B50 obedeceram à seguinte sequência de produção:

1. Lançamento das argilas expandidas, pré-umedecidas, na proporção de 75% de

C0500 e 25% de C1506 (RL), juntamente com a areia e a borracha. Os

componentes foram misturados por 3 minutos para adequada homogeneização;

2. Em continuidade, foi adicionado o cimento e metade da água de amassamento,

havendo mistura dos componentes por 3 minutos;

3. Em seguida, a sílica ativa foi lançada à mistura, sucedendo 3 minutos de mistura;

4. Por fim, houve a adição do aditivo superplastificante e do restante da água. Após

a adição de todos os componentes na betoneira, a mistura foi processada por cerca

de 5 minutos, até completa homogeneização de todos os componentes.

O concreto autoadensável de referência (RC) foi produzido da seguinte forma: a)

mistura por 3 minutos do pedrisco, cimento e metade da água de amassamento; b) seguido

da introdução da areia, pó de pedra e sílica ativa, havendo homogeneização por 3 minutos

e, c) adição do aditivo superplastificante e do restante da água. Assim como nas misturas

dos CLAE, após a adição de todos os componentes na betoneira, a mistura foi processada

por cerca de 5 minutos, até completa homogeneização de todos os componentes.

76


3.3 Métodos

3.3.1 Ensaios dos concretos no estado fresco

Os concretos foram submetidos ao ensaio de tronco de cone (slump flow test) a

fim de medir o espalhamento, sendo anotado o diâmetro final do concreto espalhado, por

meio de duas medidas perpendiculares entre si. Além disso, foi possível verificar, por

meio da estabilidade visual, a presença dos fenômenos de exsudação e/ou segregação dos

agregados.

Foi executado, ainda, o ensaio da Caixa “L”, no qual verificou a capacidade deste

concreto de passar por obstáculos, simulando uma situação de concretagem de peças com

alta taxa de armadura e, o ensaio de Funil “V”, que mede a capacidade de o material

escoar em ambientes confinados. Tais ensaios foram realizados de acordo com as

prescrições descritas na ABNT NBR 15823:2017.

As Figuras 3.1, 3.2 e 3.3 ilustram a execução dos ensaios de slump flow test e

estabilidade visual, habilidade passante (Caixa “L”) e viscosidade (Funil “V”),

respectivamente.

Figura 3.1: Ensaio de slump flow test e estabilidade visual, segundo a ABNT NBR

15823:2017.

77


Figura 3.2: Ensaio de habilidade passante (Caixa “L”), segundo a ABNT NBR 15823:2017.

Figura 3.3: Ensaio de viscosidade plástica aparente (Funil “V”), segundo a ABNT NBR

15823:2017.

78


3.3.2 Ensaios dos concretos no estado endurecido

3.3.2.1 Massa específica, índice de vazios e absorção de água por imersão

Os valores de massa específica, índice de vazios e absorção de água por imersão

dos concretos, no estado endurecido, foram determinados segundo as prescrições da

ABNT NBR 9778:2009, para concretos com 28 dias de idade, utilizando-se corpos-de-

prova com 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura. Foram moldados 5 corpos-de-prova

para cada traço de concreto desenvolvido.

Estes ensaios foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção Civil

da Faculdade de Tecnologia da UNICAMP, seguindo as etapas:

a) Imersão das amostras em água a 20ºC até que as determinações sucessivas de

massas realizadas a intervalos de 24 horas mostrassem um aumento de massa

inferior a 0,5%. As massas das amostras (mi) eram medidas em uma balança

hidrostática;

b) As amostras eram removidas da água e com um pano úmido, as suas superfícies

eram secadas para remover a umidade superficial. As massas saturadas das

amostras eram então determinadas (msat);

c) Em seguida, secava-se a amostra em uma estufa a 105ºC até que a determinação

sucessiva das massas em intervalo de 24 horas mostrasse uma redução de massa

inferior a 0,5%. Após a remoção da estufa, as amostras eram resfriadas a

temperatura ambiente para posterior determinação da massa seca em estufa (ms).

Após obter as massas mencionadas acima, foi possível calcular o índice de vazios,

absorção por imersão, massa específica da amostra seca, saturada e real. Os valores das

características físicas foram determinados por,

𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜 = 𝑚𝑠𝑎𝑡−𝑚𝑠

𝑚𝑠 𝑥 100,

(Eq. 3.1)

Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠 = 𝑚𝑠𝑎𝑡−𝑚𝑠

𝑚𝑠𝑎𝑡 𝑥 100,

(Eq. 3.2)

𝑀𝐸𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝑚𝑠

𝑚𝑠𝑎𝑡−𝑚𝑖,

(Eq. 3.3)

79


𝑀𝐸𝑠𝑎𝑡 = 𝑚𝑠𝑎𝑡

𝑚𝑠𝑎𝑡−𝑚𝑖,

(Eq. 3.4)

𝑀𝐸𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑚𝑠

𝑚𝑠−𝑚𝑖,

(Eq. 3.5)

onde ms é a massa seca da amostra; mi é a massa imersa da amostra e msat é a massa

saturada da amostra.

A balança utilizada para medição dos pesos das amostras foi da marca MARTE,

modelo AS5500C, com última calibração realizada em outubro/2017 e precisão de três

casas decimais. Enquanto a estufa para secagem dos corpos-de-prova foi da marca

TECNAL, modelo TE-394/3, com última calibração realizada em outubro/2017.

A Figura 3.4 mostra a sequência da execução do ensaio de massa específica,

sendo, na ordem, medição do peso da amostra com superfície saturada, amostra imersa

em água e amostra em estufa para secagem da mesma.

Figura 3.4: Etapas de execução do ensaio de massa específica, segundo a ABNT NBR

9778:2009.

3.3.2.2 Resistência à compressão e à tração por compressão diametral

As resistências à compressão e à tração por compressão diametral dos concretos

foram determinadas segundo as prescrições da ABNT NBR 5739:2007 e ABNT NBR

80


7222:2011, respectivamente. Foram utilizados corpos-de-prova cilíndricos, com 100 mm

de diâmetro e 200 mm de altura, nas idades de 7 e 28 dias.

Para cada mistura foram moldados 20 corpos-de-prova sendo, os ensaios,

realizados no Laboratório de Materiais de Construção Civil da Faculdade de Tecnologia

da UNICAMP. As Figura 3.5 e 3.6 ilustram, respectivamente, os ensaios de resistência à

compressão e à tração por compressão diametral.

Figura 3.5: Execução do ensaio de

resistência à compressão, segundo a

ABNT NBR 5739:2007.

Figura 3.6: Execução do ensaio de resistência à

tração por compressão diametral, segundo a

ABNT NBR 7222:2011.

3.3.2.3 Módulo de elasticidade

A determinação dos valores de módulo de elasticidade dos concretos foi realizada

segundo as prescrições da ABNT NBR 8522:2008, para concretos nas idades de 7 e 28

dias, utilizando-se 10 corpos-de-prova cilíndricos com 100 mm de diâmetro e 200 mm de

altura, para cada dosagem desenvolvida na 2ª etapa, sendo ensaiados no Laboratório de

Materiais de Construção Civil da Faculdade de Tecnologia da UNICAMP. A Figura 3.7

mostra a execução do ensaio de módulo de elasticidade.

A máquina universal de ensaio utilizada para a realização dos ensaios de

resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e módulo de

elasticidade foi da marca EMIC, modelo 23-600, precisão de duas casas decimais e com

capacidade máxima de 2.000 kN, sendo sua última calibração realizada em

novembro/2016.

81


Figura 3.7: Execução do ensaio de módulo de elasticidade, segundo a ABNT NBR

8522:2008 (a), e detalhe do corpo-de-prova com os extensômetros (b).

(a) (b)

3.3.2.4 Absorção e atenuação acústica

Para a realização dos ensaios de absorção e atenuação acústica foram moldados 6

corpos-de-prova de 59 mm de diâmetro e 50 mm de altura para os traços RC, RL, B25 e

B50, os quais foram ensaiados aos 28 dias de idade. A Figura 3.8 ilustra os moldes,

utilizados para a confecção dos corpos-de-prova, bem como as amostras pós desforma.

Figura 3.8: Molde (a) e amostra (b) para a realização dos ensaios das propriedades acústicas.

(a)

(b)

82


O ensaio de absorção acústica foi realizado na Faculdade de Engenharia Mecânica

da UNICAMP – Departamento de Mecânica Computacional (DMC) – Laboratório de

Vibroacústica (LVA), utilizando o tubo de impedância, ilustrado na Figura 3.9, seguindo

as recomendações da norma ISO 10534-2.

Figura 3.9: Aparelho de tubo de impedância e analisador para a medição da absorção

acústica, segundo a ISO 10534-2.

Para a determinação do coeficiente de absorção acústica, a câmara b (Figura 2.14)

foi substituída por um pistão de aço de 60 mm de diâmetro e 250 mm de comprimento,

permitindo o ajuste das amostras no tubo de impedância.

O alto-falante utilizado possui 4 polegadas de diâmetro, 20 W e 8 Ω, com faixa de

frequência entre 20 Hz – 8.000 Hz. Os sinais foram processados com um analisador

Siemens LMS Test.Lab FFT, que gera uma banda larga de ruído branco aleatório e

captura os sinais do microfone, retornando à função de resposta de frequência (FRF)

relacionada a cada posição do microfone ao longo do tubo. Para a determinação do

coeficiente de absorção acústica, as posições do microfone foram 1 e 2, cobrindo uma

faixa de frequência de 400 Hz – 2.500 Hz. A Tabela 3.6 elenca as especificações do tubo

de impedância.

83


Tabela 3.6: Especificações do tudo de impedância para a medição da absorção acústica.

Equipamento Marca Modelo Especificação

Última

data de

calibração

Precisão

Tubo BSWA SW 433 -

Novembro/

2016

Duas casas

decimais

Alto falante BSWA SW 433 -

Microfone 1 ARRAY MPA416 ¼”

Sensibilidade: 50 mV/Pa

Nível de ruído: 29 dB

Alcance de frequência:

20 Hz ~ 20 kHz

Microfone 2 ARRAY MPA466

Analisador Siemens LMS Test.Lab FFT - - -

O ensaio de atenuação acústica foi realizado junto a Faculdade de Engenharia

Agrícola da UNICAMP. A Figura 3.10 ilustra o aparelho de ultrassom e, a Figura 3.11 o

esquema de montagem da bancada e detalhe do posicionamento dos transdutores e

controlador de pressão na amostra para determinação da atenuação acústica das misturas

RC, RL, B25 e B50. O ultrassom utilizado para medir a atenuação acústica foi da marca

Olympus/Panametrics, com última calibração realizada em novembro/2016 e precisão de

duas casas decimais.

Figura 3.10: Aparelho de ultrassom (a) e detalhe da tela (b) para a medição da atenuação

acústica.

(a) (b)

84


Figura 3.11: Bancada montada para a medição da atenuação acústica (a) e detalhe do

posicionamento dos transdutores na amostra com controle de pressão (b).

(a) (b)

O pulsador de onda ultrassônica utilizado possui dois transdutores de ondas (um

emissor e outro receptor), transversais e longitudinais, de 500 kHz. Ao escolher essa

frequência, é garantido que, pelo menos, três comprimentos de onda dentro das amostras,

portanto, um meio infinito é considerado e, a velocidade, passa a não depender de h e λ,

onde h é a altura da amostra e λ é o comprimento de onda associado à frequência do

transdutor, portanto, a propagação é não dispersiva. Além disso, a frequência do

transdutor não deve ser muito alta, pois, a onda, seria muito atenuada e medição não seria

possível. O gel de ultrassom foi aplicado como acoplador entre transdutores e as amostras

testadas.

Utilizou-se uma carga metálica de 1.652 kg para as amostras testadas, uma vez

que o coeficiente de atenuação do som é estabilizado somente após uma pressão mínima

e, é necessário manter uma pressão constante nos transdutores (GONÇALVES et al.

2011).

Destaca-se ainda, que o valor de Af/Ai, em%, é obtido diretamente do pulsador de

onda ultrassônica, além da inclusão do ganho. Portanto, houve a necessidade de variar os

valores de ganho para cada amostra, pois, a amplitude da onda para cada amostra testada

variou significativamente. Além disso, o ganho influencia a razão Af/Ai, ou seja, quanto

maior for o ganho, maior Af/Ai, o que indica uma possível não linearidade do sistema.

Assim, para comparar o coeficiente de atenuação acústica entre as diferentes misturas,

uma estratégia foi normalizar o Af/Ai pelo ganho.

85


3.3.2.5 Condutividade térmica

O ensaio para a determinação da condutividade térmica foi realizado na

Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), por meio da técnica de placa quente protegida,

seguindo as prescrições da ABNT NBR 15220:2005, em concretos com 28 dias de idade,

utilizando-se amostras com 300,5 mm x 300,5 mm de largura e 45 mm de altura. Foram

moldados 2 corpos-de-prova para os traços RC, RL, B25 e B50.

As placas frias feitas de alumínio, com dimensões de 305 x 305 x 25 mm, foram

conectadas, por mangueiras, a um banho termostatizado Tecnal, modelo TE-184, onde

circularam água destilada a 24ºC. A placa quente utilizada é feita de kapton e sua

espessura é comparável à de uma folha de papel. Seu núcleo tem dimensões de 200 x 200

mm, com uma resistência de 9,8Ω, e é ligado a uma fonte de corrente contínua Instrutemp

ST-305D-II. O anel de guarda, de resistência igual a 42,9Ω, também foi ligado à fonte de

corrente contínua Instrutemp ST-305D-II. Para evitar interstícios de ar entre as amostras

e as placas, foram utilizados dois suportes com chapas aparafusados, tomando o devido

cuidado de não comprimir a amostra e alterar sua espessura.

Oito termopares do tipo K foram utilizados e, um termopar do tipo J foi utilizado

para monitorar a temperatura ambiente, enquanto os outros foram colocados nas amostras

e na placa quente. Todos eles foram conectados a um sistema de aquisição Agilent

34970A, que foi controlado por um computador. Os termopares utilizados na aferição da

condutividade térmica foram devidamente calibrados em 11/2015.

O equipamento utilizado para medir a condutividade térmica é dividido em duas

partes, a) módulo multiplexador, onde os termopares são conectados e, b) aquisição, ou

seja, onde os dados são coletados e processados. A marca dos equipamentos utilizados é

Keysight e, assim como os termopares, houve calibração realizada em 11/2015.

A Figura 3.12 ilustra os moldes e amostras utilizados para a medição da

condutividade térmica, enquanto a Figura 3.13 ilustra a bancada experimental utilizada e,

as amostras de concreto montadas com a placa quente e as placas frias.

86


Figura 3.12: Moldes (a) e amostra (b) para a realização do ensaio de condutividade térmica,


(a)

(b)

Figura 3.13: Bancada para medição da condutividade térmica (a) e montagem das amostras

entre as placas (b).

(a)

(b)

87


3.3.2.6 Análise microestrutural

A análise microestrutural foi realizada junto ao Laboratório Nacional de Luz

Síncrotron (LNLS), sendo as amostras provenientes de pequenos fragmentos dos corpos-

de-prova dos concretos preparados. O microscópio teve sua última manutenção realizada

em 12/2016 e, calibração da magnificação em 05/2017.

A Figura 3.14 ilustra as amostras utilizadas na análise microestrutural, bem como

os fragmentos posicionados na porta amostra e, a Figura 3.15 mostra o microscópio FEI

Quanta 650 FEG e aquisitores de dados, utilizados nesta pesquisa.

Figura 3.14: Fragmentos dos concretos (a) e, disposição dos mesmos na porta amostra para

análise microestrutural (b).

(a) (b)

Figura 3.15: Microscópio FEI Quanta 650FEG (a) para análise microestrutural e seus

aquisitores de dados (b).

(a)

88


(b)

89


4 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

4.1 Materiais

4.1.1 Cimento Portland CPV ARI

Na produção dos concretos, empregou-se o cimento Portland de alta resistência

inicial (CPV ARI), fabricado pela HOLCIM. A Tabela 4.1 apresenta as características e

propriedades deste cimento, como a massa específica, massa unitária, tempo de pega e

resistência à compressão com 1 dia, 3 dias, 7 dias e 28 dias.

Tabela 4.1: Características e propriedades do cimento Portland CPV ARI.

Características e propriedades Unidade CPVARI

Massa específica (ABNT NBR 23:2001) g/cm3 3,07

Massa unitária no estado solto (ABNT NBR 45:2006) g/cm3 1,03

Tempo de pega

(ABNT NBR 65:2003)

Início min 130

Fim min 210

Resistência à compressão (fcj)

(ABNT NBR 7215:1997) *

1 dia MPa 27,5

3 dias MPa 42,3

7 dias MPa 46,8

28 dias MPa 56

4.1.2 Sílica ativa (SA)

Utilizou-se sílica ativa fornecida pela empresa SILICON - Indústria e Comércio

de Produtos Químicos Ltda., com massa específica (ABNT NBR 23:2001) igual a 2,21

g/cm3. A Tabela 4.2 apresenta a composição química da sílica, disponibilizada pela

SILICON. A Figura 4.1 ilustra a sílica ativa e o cimento Portland CPV ARI utilizados

nesta pesquisa como aglomerantes, enquanto a Figura 4.2 mostra a microscopia eletrônica

de varredura (MEV) dos aglomerantes, evidenciando a diferença granulométrica entre

eles.

90


Tabela 4.2: Análise química da sílica ativa, disponibilizada pela fabricante SILICON.

Composto %

Fe2O3 0,08

CaO 0,36

Al2O3 0,17

MgO 0,55

Na2O 0,19

K2O 1,29

SiO2 95,61

Figura 4.1: Comparação visual entre a sílica ativa (esquerda) e o cimento (direita), utilizados

nesta pesquisa como aglomerantes.

Figura 4.2: Morfologia da sílica ativa (esquerda) e o cimento (direita), obtida por meio da

microscopia eletrônica de varredura (MEV).

91


4.1.3 Areia natural quartzosa

A Tabela 4.3 e a Figura 4.3 apresentam, respectivamente, a composição e a curva

granulométrica da areia natural quartzosa, segundo as prescrições da ABNT NBR

248:2003. A areia apresentou massa específica (ABNT NBR 52:2009) igual a 2,64 g/cm3

e, massa unitária no estado solto e seco (ABNT NBR 45:2006), igual a 1,56 g/cm3.

Tabela 4.3: Composição granulométrica da areia natural quartzosa, segundo a ABNT NBR

248:2003.

Abertura da peneira (mm) Areia natural quartzosa

% retida % acumulada

4,80 0,13 0,13

2,40 1,02 1,15

1,20 3,02 4,17

0,60 8,91 13,08

0,30 41,82 54,90

0,15 36,38 91,28

Resíduo 8,72 100,00

Dmáx característica 1,20 mm Módulo de finura 1,64

Figura 4.3: Curva granulométrica da areia natural quartzosa, segundo a ABNT NBR

248:2003.

4.1.4 Borracha

Utilizou-se borracha, oriunda de pneus inservíveis, fornecida pela LIMERCAP

PNEUS. A Tabela 4.4 apresenta a composição granulométrica da borracha, segundo as

0

20

40

60

80

100

120

4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Resíduo

% A

CU

MU

LA

DA

ABERTURA DA PENEIRA (mm)

92


prescrições da ABNT NBR 248:2003, enquanto a Figura 4.4, a curva granulométrica. Foi

utilizado, nesta pesquisa, a borracha acumulada na peneira de 0,60 mm de abertura.

A borracha apresentou massa específica (ABNT NBR 52:2009) igual a 1,16

g/cm3. Para a execução deste ensaio, utilizou-se o querosene. Quanto ao valor de massa

unitária no estado solto e seco (ABNT NBR 45:2006) a borracha apresentou 0,40 g/cm3.

Na Figura 4.5 estão ilustrados a areia natural quartzosa e, o resíduo de borracha,

utilizados como agregados miúdos. A Figura 4.6 explicita a morfologia da borracha,

através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), enquanto a Tabela 4.5 traz dados

sobre os elementos químicos presentes na estrutura da borracha, obtidos por meio da

espectroscopia de energia dispersiva (EDS).

Tabela 4.4: Composição granulométrica da borracha, oriunda de pneus inservíveis, segundo a

ABNT NBR 248:2003.

Abertura da peneira (mm) Borracha


6,30 3,00 3,00

4,80 2,00 5,00

2,40 7,00 12,00

1,20 37,00 50,00

0,60 38,00 88,00

0,30 8,00 95,00

0,15 4,00 99,00

Resíduo 1,00 100,00

Dmáx característica 4,80 mm

Módulo de finura 3,49

Figura 4.4: Curva granulométrica da borracha, oriunda de pneus inservíveis, segundo a

ABNT NBR 248:2003.

0

20

40

60

80

100

120

6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Resíduo

% A

CU

MU

LA

DA


93


Figura 4.5: Comparação visual entre a areia (esquerda) e a borracha (direita), utilizadas nesta

pesquisa como agregados miúdos.

Figura 4.6: Morfologia da borracha, obtida por meio da microscopia eletrônica de varredura

(MEV).

Tabela 4.5: Análise química da borracha, obtida por meio da espectroscopia de energia

dispersiva (EDS).

Elemento %

C 91,50

Zn 3,50

O 3,30

S 1,20

Na 0,30

Ca 0,20

94


A partir do ensaio de MEV da borracha, pode-se observar que os grãos deste

material são irregulares, apresentando várias arestas, entretanto a presença de partículas

em formato de pó é mais significativa do que as partículas em formato de fibra, conforme

observado por Angelin et al. (2015).

De acordo com a análise da EDS, a borracha apresenta certa quantidade de zinco

na sua estrutura. A presença deste elemento, depositado sobre a borracha durante seu

processo de produção, tem como finalidade criar uma película antiaderente superficial,

procedimento que elabora pneus seguros para dias chuvosos (LANZON et al. 2015).

A análise para a classificação da borracha de pneu inservível quanto aos seus

potenciais ao meio ambiente e à saúde pública, conforme a ABNT NBR 10004:2004, foi

realizada no laboratório Bioagri Ambiental, situado em Piracicaba/SP, acreditado pelo

INMETRO. Os resultados estão apresentados nas Tabelas 4.6-4.8.

Tabela 4.6: Massa bruta, segundo a ABNT NBR 10004:2004, da borracha de pneu inservível.

Parâmetro Unidade LQ* Resultados analíticos VMP**

pH (suspensão 1:1) - 0 - 14 8,40 2,0 - 12,5 (b)

Sulfeto (H2S) mg/kg 1 <1 500 (c)

% de sólidos % p/p 0,05 99,2 -

Cianeto (HCN) mg/kg 0,10 0,40 250 (c) Legenda: * limite de quantificação da amostra

** valores máximos permitidos pela ABNT NBR 10004:2004

(b) avaliação da corrosividade

(c) avaliação da reatividade

Tabela 4.7: Lixiviação – Parâmetros inorgânicos, segundo a ABNT NBR 10004:2004, da



Arsênio mg/L 0,01 < 0,01 1,0

Bário mg/L 0,01 0,037 70,0

Cádmio mg/L 0,001 < 0,001 0,5

Chumbo mg/L 0,01 < 0,01 1,0

Cromo mg/L 0,01 < 0,01 5,0

Fluoreto mg/L 0,1 < 0,1 150,0

Mercúrio mg/L 0,000075 < 0,000075 0,1

Prata mg/L 0,01 < 0,01 5,0

Selênio mg/L 0,008 < 0,008 1,0 Legenda: * limite de quantificação da amostra


95


Tabela 4.8: Solubilização – Parâmetros inorgânicos, segundo a ABNT NBR 10004:2004, da



Alumínio mg/L 0,01 0,170 0,2

Arsênio mg/L 0,01 < 0,01 0,01

Bário mg/L 0,01 0,063 0,7

Cádmio mg/L 0,001 < 0,001 0,005

Chumbo mg/L 0,01 < 0,01 0,01

Cianeto mg/L 0,05 < 0,05 0,07

Cloreto mg/L 0,5 7,7 250

Cobre mg/L 0,005 < 0,005 2,0

Cromo mg/L 0,01 < 0,01 0,05

Ferro mg/L 0,01 0,085 0,3

Fluoreto mg/L 0,05 0,5 1,5

Índice de fenóis mg/L 0,01 < 0,01 0,01

Manganês mg/L 0,01 0,019 0,1

Nitrato mg/L 0,1 < 0,1 10

Prata mg/L 0,01 < 0,01 0,05

Selênio mg/L 0,008 < 0,008 0,01

Sódio mg/L 0,5 8,2 200

Surfactantes mg/L 0,1 0,18 0,5

Zinco mg/L 0,01 8,1 5,0

Mercúrio mg/L 0,000075 < 0,000075 0,001

Sulfato mg/L 0,5 3,2 250 Legenda: * limite de quantificação da amostra


A borracha de pneu inservível foi classificada como resíduo não perigoso, pois

nenhum dos parâmetros, tanto da massa bruta como de lixiviados, ficaram acima dos

valores máximos permitidos pela ABNT NBR 10004:2004. Entretanto, nos resultados

obtidos no ensaio de solubilização, o parâmetro zinco ultrapassa o limite máximo

permitido pela norma, fato também observado na análise de EDS, classificando a

borracha na Classe II A – Resíduo Não Inerte.

4.1.5 Pó de pedra

A Tabela 4.9 apresenta a composição granulométrica e, a Figura 4.7 ilustra a curva

granulométrica do pó de pedra, segundo as prescrições da ABNT NBR 248:2003, o qual

foi utilizado como componente fino no CAA convencional. O pó de pedra apresentou

massa específica (ABNT NBR 52:2009) igual a 2,64 g/cm3 e, massa unitária no estado

solto e seco (ABNT NBR 45:2006) igual a 1,58 g/cm3.

96


Tabela 4.9: Composição granulométrica do pó de pedra, segundo a ABNT NBR 248:2003.

Abertura da peneira (mm) Pó de pedra


4,80 1,00 1,00

2,40 13,00 14,00

1,20 21,00 35,00

0,60 15,00 50,00

0,30 17,00 67,00

0,15 13,00 80,00

Resíduo 20,00 100,00



Figura 4.7: Curva granulométrica do pó de pedra, segundo a ABNT NBR 248:2003.

4.1.6 Argila expandida

Utilizou-se argila expandida fornecida pela empresa CINEXPAN S.A., em duas

graduações diferentes: a) C1506 (Dmáx = 9,5 mm) e, b) C0500 (Dmáx = 4,8 mm). A Figura

4.8 ilustra as argilas expandidas, utilizadas como agregados graúdos nesta pesquisa,

ficando evidente a textura lisa da superfície.

0

20

40

60

80

100

120

4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Resíduo

% A

CU

MU

LA

DA


97


Figura 4.8: Comparação visual entre as argilas expandidas C1506 (esquerda) e C0500

(direita), utilizadas nesta pesquisa como agregados graúdos.

A Tabela 4.10 apresenta os valores da massa específica e da massa unitária

(ABNT NBR 45:2006) das argilas expandidas C1506 e C0500. A Tabela 4.11 e a Figura

4.9 apresentam, respectivamente, as composições e as curvas granulométricas das argilas,

de acordo com as prescrições da ABNT NBR 248:2003. A massa específica da argila

C0500 foi determinada pelo método prescrito na ABNT NBR 52:2009, enquanto a argila

C1506, ABNT NBR 53:2009.

Tabela 4.10: Caracterização das argilas expandidas C1506 e C0500, segundo a ABNT NBR

45:2006 (massa unitária), ABNT NBR 52:2009 (massa específica da argila C0500) e ABNT

NBR 53:2009 (massa específica da argila C1506).

Propriedades Argila expandida

C0500

Argila expandida

C1506

Massa específica (g/cm3) 1,52 1,15

Massa unitária no estado seco e solto (g/cm3) 0,85 0,62

Tabela 4.11: Composição granulométrica das argilas expandidas C0500 e C1506, segundo a

ABNT NBR 248:2003.

Abertura da

peneira

(mm)

Argila expandida C0500 Argila expandida C1506

% retida

acumulada

% limite

(NM 35:1995)

% retida

acumulada

% limite

(NM 35:1995)

9,50 0,00 - 4,00 0-10

6,30 0,00 - 25,00 -

4,80 0,00 0-15 60,00 10-35

2,40 15,00 - 91,00 35-65

1,20 42,00 20-60 97,00 -

0,60 71,00 - 99,00 -

0,30 90,00 65-90 100,00 75-95

0,15 97,00 78-95 100,00 85-95

Resíduo 100,00 - 100,00 -

Dmáx 4,80 mm 9,50 mm

MF 3,10 5,50

98


Figura 4.9: Curva granulométrica das argilas expandidas C0500 e C1506, segundo a ABNT

NBR 248:2003.

Os valores da absorção de água das argilas expandidas C0500 e C1506 estão

dispostos na Tabela 4.12 e, foram disponibilizados pela fabricante CINEXPAN S.A.

Tabela 4.12: Absorção de água das argilas expandidas C0500 e C1506, segundo a ABNT NBR

53:2009.

Tempo Absorção de água (%)

Argila expandida C0500 Argila expandida C1506

1 min 0,50 0,67

5 min 1,00 1,50

10 min 1,30 2,00

30 min 2,20 3,10

1 hora 3,00 3,83

2 horas 3,70 4,33

6 horas 4,83 5,50

1 dia 6,83 7,50

A Figura 4.10 ilustra a morfologia, através da MEV, da argila expandida, onde se

observa os poros vazios não interconectados do material, decorrente da forma de sua

produção (MORAVIA et al. 2007). A Tabela 4.13 apresenta o resultado da análise de

EDS, o qual apresenta as porcentagens dos principais elementos que formam a argila.

0

20

40

60

80

100

120

9,5 6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Resíduo

% A

CU

MU

LA

DA


ARGILA EXPANDIDA C05 ARGILA EXPANDIDA C15

99


Figura 4.10: Morfologia da argila expandida, obtida através da microscopia eletrônica de

varredura (MEV).

Tabela 4.13: Análise química da argila expandida, obtida por meio da espectroscopia de

energia dispersiva (EDS).

Elemento %

O 47,50

Si 28,30

Al 12,30

C 9,10

Mg 2,80

De acordo com a análise de qualitativa de EDS, a argila expandida apresenta

47,50% de oxigênio, 28,30% de silício, 12,30% de alumínio, 9,10% de carbono e, 2,80%

de magnésio. Apesar de existir outros elementos presentes na estrutura, suas quantidades

não são significativas.

Destaca-se como fase principal da argila expandida a sílica (SiO2) e óxido de

alumínio [Mg(SiO4)] na forma de espinélio, que se trata de uma substância inorgânica

obtida sinteticamente por sinterização com elevada estabilidade térmica e acústica

(BORJA, 2011).

4.1.7 Pedrisco

O agregado graúdo convencional utilizado foi do tipo basáltico, o qual apresentou

massa específica (ABNT NBR 53:2009) de 2,90 g/cm3 e, massa unitária compacta

(ABNT NBR 45:2006) de 1,49 g/cm3. A composição granulométrica desse material foi

100


realizada de acordo com as prescrições da ABNT NBR 248:2003 e, encontra-se na Tabela

4.11, enquanto a Figura 4.11 ilustra a curva granulométrica. A Figura 4.12 mostra o pó

de pedra, utilizado como material fino e, o pedrisco, utilizado como agregado graúdo no

CAA convencional.

Tabela 4.14: Composição granulométrica do pedrisco, segundo a ABNT NBR 248:2003.

Abertura da peneira (mm) Pedrisco


6,30 25,00 25,00

4,80 30,00 55,00

2,40 5,00 60,00

1,20 3,00 63,00 0,60 3,00 66,00 0,30 2,00 68,00 0,15 0,00 68,00

Resíduo 32,00 100,00



Figura 4.11: Curva granulométrica do pedrisco, segundo a ABNT NBR 248:2003.

0

20

40

60

80

100

120

6,3 4,8 2,4 1,2 0,6 0,3 0,15 Resíduo

% A

CU

MU

LA

DA


101


Figura 4.12: Comparação visual do pedrisco (esquerda) e pó de pedra (direita), utilizados,

respectivamente, como agregado graúdo e material fino no CAA convencional.

4.1.8 Aditivo superplastificante (SPA)

O aditivo superplastificante foi fornecido pela empresa BASF S.A. e, suas

características, segundo as prescrições da ABNT NBR 11768:2011, estão dispostas na

Tabela 4.15.

Tabela 4.15: Características químicas do aditivo superplastificante, segundo a ABNT NBR

11768:2011.

Propriedades e características Unidade Resultado

Massa específica g/cm3 1,19

pH - 6

Teor de sólidos % 30

Viscosidade cps < 150

Aspecto - Líquido

Cor - Branco turvo

Base química - Éter policarboxílico

4.2 Concreto leve autoadensável (CLA)

4.2.1 Propriedades do concreto no estado fresco

Realizou-se análise dos testes executados nos CLA no estado fresco, em

comparação com os valores especificados ABNT NBR 15823:2017 e suas aplicações

práticas, neste subitem. Três ensaios são utilizados com maior frequência, os quais foram

adotados nesta pesquisa: a) slump flow test, b) Caixa “L” e, c) Funil “V”. Na Tabela 4.16

encontram-se os resultados dos ensaios no estado fresco realizados para os CLA.

102


Tabela 4.16: Resultados dos ensaios no estado fresco dos concretos leves autoadensáveis


Mistura

Slump

flow test

(mm)

Valor

mínimo

Caixa

“L”

(H2/H1)

Valor

mínimo

Funil “V”

(segundos)

Valor

mínimo

T1 570 0,87 4,0

T2 565 0,87 5,0

T3 560 > 550 mm 0,85 > 0,80 5,0 < 8 seg

T4 560 0,85 5,0

T5 560 0,85 5,0

As análises dos resultados da Tabela 4.13 estão pontuadas visando os preceitos

especificados nos três parâmetros principais e necessários para a qualificação dos

concretos como autoadensável.

Fluidez e escoamento (SF) – Ensaios: slump flow test e estabilidade visual

Com base na ABNT NBR 15823-2:2017, comprova-se que os valores de

espalhamento, que determina a capacidade de fluidez e escoamento, observados nos CLA,

atingiram o nível de auto adensibilidade especificado para a classe SF1, com exigência

de valores entre 550 e 650 mm.

A diferença entre os valores de consistência do concreto T1 para os demais

concretos pode ser atribuída à maior quantidade de C1506 na sua composição (45%) do

que nas demais misturas, ocasionando maior rolamento entre suas partículas durante a

realização do ensaio, devido a sua forma mais arredondada e superfície vítrea, em

comparação com a argila C0500, assim como observado no trabalho de Borja (2011).

Além da realização do slump flow test, é necessária a classificação do índice de

estabilidade visual (IEV) sob fluxo livre, o qual é determinado visualmente pela análise

do concreto imediatamente após o término do escoamento. Deve-se observar a

distribuição dos agregados graúdos na mistura, a distribuição da fração de argamassa ao

longo do perímetro e a ocorrência de exsudação. Esta análise foi aderida após a revisão

da ABNT NBR 15823:2017.

No momento da medição do diâmetro do espalhamento dos concretos leves

autoadensáveis observou-se que as misturas ficaram homogêneas e que não houve

segregação dos agregados leves. Este comportamento, de acordo com a ABNT NBR

103


15823:2017, classifica todos os concretos como IEV0, ou seja, sem evidência de

segregação, altamente estável.

Habilidade passante (PJ) – Ensaio: Caixa “L”

Esta habilidade do concreto foi medida por meio da caixa “L”, que simula a

capacidade do concreto fresco de fluir através de espaços confinados e estreitos,

simulando áreas de elementos estruturais com altas densidades de armadura. A relação

entre as alturas medidas na caixa “L” (H2/H1) obtida, segundo a ABNT NBR 15823-

4:2017, classificam os concretos como sendo classe PJ1, já que as relações foram maiores

que 0,80 com equipamento composto por 3 barras de aço.

Viscosidade plástica aparente (VF) – Ensaio: Funil “V”

Segundo a ABNT NBR 15823-5:2017, todos os concretos podem ser classificados

como VF1 por apresentarem tempo de escoamento inferior a 8 segundos sob fluxo

confinado.

Além da influência do agregado leve (argila expandida) outro fator de influência,

também relatado por outros autores (LOTFY et al. 2015; GUNEYISI et al. 2015), é o uso

de adições minerais, como a sílica ativa, nas misturas de CAA. Por meio do seu tamanho

micrométrico, a sílica oferece maior coesão, evitando o fenômeno de segregação dos

agregados leves, e garantindo maior fluidez das misturas de concreto autoadensáveis,

parâmetros alcançados em todos os testes, no estado fresco, desta pesquisa.

4.2.2 Propriedades do concreto no estado endurecido

4.2.2.1 Massa específica

Na Tabela 4.17, encontram-se os resultados das massas específicas dos CLA. Os

valores apresentados representam a média de cinco determinações, aos 28 dias de idade.

104


Tabela 4.17: Massa específica, após 28 dias de cura, dos concretos leves autoadensáveis


Mistura Massa específica (kg/m³)

T1 2.055

T2 2.080

T3 2.085

T4 2.125

T5 2.130

Os valores de massa específica variaram de 2.055 a 2.130 kg/m3. A utilização de

maior quantidade de argila C0500 na composição dos concretos ocasionou aumento das

massas específicas dos CLA, como observado, também, por outros autores

(ROSSIGNOLO, 2009; BORJA, 2011; BOGAS et al. 2012).

Comparando as massas específicas das misturas T1-T5 com de um concreto

convencional, o qual apresenta massa específica de aproximadamente 2.600 kg/m3, os

concretos produzidos na 1ª etapa apresentaram, em média, redução de 19% de peso

próprio.

4.2.2.2 Resistência à compressão

A Figura 4.13 ilustra os resultados, médios, das resistências à compressão, com

relação ao tempo de cura (7 e 28 dias) dos CLA.

No ensaio de ruptura para determinação da resistência à compressão dos CLA,

todos os corpos-de-prova apresentaram fissuras atravessando o agregado leve, devido a

sua fragilidade frente a maior rigidez da matriz cimentícia, como pode ser observado na

Figura 4.14.

105


Figura 4.13: Resistência à compressão, aos 7 e 28 dias, dos concretos leves autoadensáveis


Figura 4.14: Ruptura dos agregados leves após ensaio de resistência à compressão.

Todas as misturas apresentaram valores de resistência à compressão, aos 28 dias,

maiores que 20 MPa. Segundo a ABNT NBR 6118:2014, as misturas desenvolvidas na

1ª etapa podem ser aplicadas em elementos estruturais, sendo que T1 apresentou

resistência duas vezes maior do que o recomendado pela norma e, T5, três vezes maior.

Pode-se destacar que não houve diferença, entre as misturas, quanto à resistência

aos 7 dias de idade. Isso ocorre, pois, nas primeiras idades o agregado não interfere na

resistência, exigindo-se esforços mecânicos apenas da argamassa, fato não observado aos

28 dias de idade.

43 4441

4442

4648

52

58,560,5

0

10

20

30

40

50

60

70

T1 T2 T3 T4 T5

RE

SIS

TÊ

NC

IA À

CO

MP

RE

SS

ÃO

(MP

a)

7 DIAS 28 DIAS

106


Foi observado aumento na resistência à compressão para as misturas com maiores

quantidades de argila C0500. A mistura T5 foi a que atingiu o maior valor de resistência

à compressão aos 28 dias. Infere-se, com base nesta análise, que o uso de agregados de

maiores dimensões, presentes em maior quantidade na mistura T1, por apresentarem

baixa resistência mecânica, limita a resistência no concreto. Borja (2011), Bogas et al.

(2012) e Lotfy et al. (2015) argumentam que este problema pode ser minimizado por

meio da utilização de agregados de menor dimensão característica, mesmo conduzindo,

na maior parte das vezes, a um aumento do peso próprio.

A Figura 4.15 apresenta o fator de eficiência, aos 28 dias, dos CLA, ficando

evidente que quanto maior a porcentagem de argila expandida de menor dimensão

característica (C0500) na mistura, maior é a resistência do concreto. O fator de eficiência

de T1 foi, aproximadamente, 21% menor que o valor apresentado por T5, entretanto,

todas as misturas apresentaram valores de eficiência altos, principalmente, na projeção

do uso em elementos estruturais.

De acordo com Rossignolo (2009), concretos leves que apresentam fator de

eficiência maior que 25 MPa.dm³/kg podem ser classificados como de alto desempenho,

portanto pode-se considerar as misturas T4 e T5 como concretos leves de alto

desempenho, certificando o uso estrutural destas misturas.

Figura 4.15: Fator de eficiência dos concretos leves autoadensáveis (CLA), aos 28 dias de

idade.

22,4 23,124,9

27,5 28,4

0

5

10

15

20

25

30

T1 T2 T3 T4 T5

FA

TO

R D

E E

FIC

IÊN

CIA

(M

Pa.

dm

³/kg)

107


4.2.3 Comparação entre os concretos dosados estudados

Analisando as misturas T1-T5, observou-se que, no estado fresco, o concreto T1

foi à mistura que atingiu maior índice de trabalhabilidade, constatado por meio dos

ensaios slump flow test e estabilidade visual, enquanto as demais misturas apresentaram

valores próximos ou iguais. Com relação à massa específica, a mistura T5 foi a que atingiu

maior valor e a mistura T1, a de menor valor, porém a diferença entre essas massas

específicas ficou próxima de 3,50%.

No estado endurecido, todas as misturas atingiram resistência mínima exigida para

concreto estrutural, sendo que, aos 28 dias, T5 apresentou, aproximadamente, resistência

à compressão 24% maior que T1.

A partir dos resultados obtidos, pode-se considerar que a mistura T5 foi a que se

sobressaiu com melhor desempenho, podendo-se, ainda, justificar a sua escolha para

estudo como concreto leve autoadensável emborrachado por manter maiores quantidades

de partículas de C0500 na sua composição, fato essencial na obtenção de concretos leves

autoadensáveis com adequadas resistências mecânicas. Para a 2ª etapa, a mistura T5 foi

renomeada para RL (concreto leve autoadensável de referência).

4.3 Concreto leve autoadensável emborrachado (CLAE)

4.3.1 Propriedades do concreto no estado fresco

Os ensaios de slump flow test, estabilidade visual, caixa “L” e funil “V” foram

realizados para os concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE) produzidos na

2ª etapa desta pesquisa. Ademais, os resultados dos CLAE foram comparados com: a)

concreto autoadensável convencional (RC), b) concreto leve autoadensável de referência

(RL) e, c) ABNT NBR 15823:2017.

Encontram-se na Tabela 4.18 os resultados dos ensaios de fluidez e escoamento

(slump flow test), habilidade passante (caixa “L”) e viscosidade plástica aparente (funil

“V) das misturas RC, RL e B5-B50.

108


Tabela 4.18: Resultados dos ensaios no estado fresco do concreto autoadensável convencional



Mistura

Slump

flow test

(mm)

Valor

mínimo

Caixa

“L”

(H2/H1)

Valor

mínimo

Funil “V”

(segundos)

Valor

mínimo

RC 550 0,80 5,0

RL 560 0,85 5,0

B5 560

> 550 mm

0,85

> 0,80

5,0

< 8 seg B10 560 0,85 5,0

B15 560 0,83 5,0

B20 560 0,82 6,0

B25 550 0,80 6,0

B50 550 0,80 7,0

Fluidez e escoamento (SF) – Ensaios: slump flow test e estabilidade visual

A mistura RC apresentou espalhamento de 550 mm, valor mínimo exigido pela

ABNT NBR 15823-2:2017 para classificar o concreto como autoadensável. Este

comportamento é esperado, uma vez que os agregados que o compõem apresentam

textura superficial áspera, dificultando o rolamento das partículas. De forma a garantir o

valor mínimo de espalhamento do concreto referência, a quantidade de superplastificante

foi maior nesta mistura (1,5%) do que nas misturas desenvolvidas na 1ª etapa (1,0%)

(BORJA, 2011).

RL-B20 mostraram manutenção quanto ao índice de espalhamento (560 mm).

Assim como observado na 1ª etapa do desenvolvimento experimental, o uso de agregados

arredondados, como a argila expandida, promove maior rolamento entre as partículas do

concreto no estado fresco, devido a sua textura superficial lisa, mesmo como a adição de

até 20% de borracha, em substituição ao agregado miúdo convencional.

Em contrapartida, nas misturas B25 e B50 houve redução do espalhamento.

Ambas as misturas apresentaram espalhamento de 550 mm, valor alcançado devido ao

aumento do superplastificante. Enquanto B25 necessitou de 1,5% de SPA na mistura, em

B50 foi utilizado 2,5%. Lv et al. (2015) e Bing et al. (2016) ressaltam que as partículas

de borracha formam uma estrutura interligada, resistente ao fluxo. Além disso a sua

superfície áspera e irregular favorece a resistência ao fluxo, pois aumenta o atrito entre as

partículas.

109


Quanto a classificação do índice de estabilidade visual (IEV) sob fluxo livre, todas

as misturas ficaram homogêneas, não apresentando segregação dos agregados leves. Este

comportamento classifica todos os concretos como IEV0, sem evidência de segregação,

altamente estável.

Habilidade passante (PJ) – Ensaio: Caixa “L”

Assim como observado no slump flow test as misturas RC, B25 e B50

apresentaram as menores relações, enquanto RL, B5 e B10 mostraram habilidade

passante de 0,85. A partir de adições de 15% de borracha nas misturas de concreto, a

habilidade passante apresentou decréscimo, entretanto, segundo a ABNT NBR 15823-

4:2017, todas as misturas podem ser classificadas como sendo classe PJ1, uma vez que

as relações foram maiores que 0,80.

Viscosidade plástica aparente (VF) – Ensaio: Funil “V”

Segundo a ABNT NBR 15823-5:2017, todos os concretos podem ser classificados

como VF1 por apresentarem tempo de escoamento inferior a 8 segundos sob fluxo

confinado. Contudo, conforme a borracha foi adicionada as misturas, houve resistência

do fluxo, portanto, aumento da viscosidade plástica aparente (LV et al. 2015).

4.3.2 Propriedades do concreto no estado endurecido

4.3.2.1 Massa específica, absorção de água por imersão e índice de vazios

Na Tabela 4.19, ilustram-se os resultados obtidos no ensaio de massa específica,

absorção de água e índice de vazios dos concretos produzidos na 2ª etapa desta pesquisa,

aos 28 dias. Os valores apresentados representam a média de cinco determinações.

110


Tabela 4.19: Massa específica, absorção de água e índice de vazios, aos 28 dias de idade, do

concreto autoadensável convencional (RC), concreto leve autoadensável de referência (RL) e

dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B5-B50), segundo a ABNT NBR

9778:2009.

Mistura Massa específica (kg/m³) Absorção de água por

imersão (%) Índice de vazios (%)

RC 2.580 4,0 8,5

RL 2.130 6,0 11,0

B5 1.880 8,0 12,5

B10 1.780 11,5 17,0

B15 1.680 13,0 18,0

B20 1.550 14,0 18,0

B25 1.280 15,0 18,5

B50 1.270 17,5 18,5

Quanto aos resultados de massa específica, a mistura RL (concreto leve

autoadensável de referência) apresentou redução de, aproximadamente, 17% em relação

a mistura RC (concreto autoadensável convencional), devido ao uso da argila expandida

na mistura.

Quando houve a substituição parcial do agregado miúdo convencional pelo

agregado de borracha em 5% (B5), o seu peso próprio diminuiu cerca de 11%, em relação

a RL. Com relação a mistura B50 (substituição de 50% do agregado miúdo convencional

pelo agregado de borracha), este parâmetro apresenta uma diminuição ainda mais

significante, sendo seu peso reduzido em, aproximadamente, 40%.

Os CLAE B5-B50 apresentaram valores de absorção de água por imersão de 8,0

a 17,5% e, índice de vazios de 12,5 a 18,5%, resultados maiores que os observados nas

misturas RC e RL.

Com os resultados apresentados na Tabela 4.16, foi construída a Figura 4.16, onde

se observa claramente que, a inclusão do resíduo de borracha, influência nas propriedades

de absorção de água por imersão e índice de vazios. Yung et al. (2013), Bing et al. (2016)

e Angelin et al. (2017a) observaram que, o aumento da absorção de compósitos

emborrachados, ocorre devido à natureza não-polar e hidrofóbica da borracha e, sua

superfície áspera, os quais corroboram para o aumento do volume de vazios na matriz.

111


Figura 4.16: Absorção de água e índice de vazios, aos 28 dias de idade, do concreto



9778:2009.

4.3.2.2 Resistência à compressão

A redução da resistência à compressão, com relação ao tempo, dos concretos leves

autoadensáveis emborrachados, estão apresentadas na Figura 4.17. Para cada idade, está

apresentada a resistência média de cinco amostras.

4

6

8

11,5

1314

15

17,5

8,5

11

12,5

1718 18

18,5 18,5

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

RC RL B5 B10 B15 B20 B25 B50

%Absorção de água por imersão (%) Índice de vazios (%)

112


Figura 4.17: Resistência à compressão, aos 7 e 28 dias, do concreto autoadensável



O concreto autoadensável convencional (RC) apresentou os maiores valores de

resistência à compressão aos 7 e 28 dias. Em comparação, o concreto leve autoadensável

de referência (RL) apresentou queda de 44% e 36% aos 7 e 28 dias, respectivamente.

O concreto leve autoadensável emborrachado B5 apresentou resistência à

compressão de 28 e 34 MPa, aos 7 e 28 dias, respectivamente, representando, em

comparação a mistura RL uma queda de 33 e 44%.

Os demais CLAE exibiram decréscimo quanto aos valores de resistência à

compressão, sendo que, quanto maior a porcentagem de substituição do agregado miúdo

convencional pelo agregado de borracha, menor a resistência. Segundo Shen et al. (2013),

Herrera-Sosa et al. (2015), Silva et al. (2015) e Angelin et al. (2015), a queda da

resistência à compressão de concretos emborrachados ocorre devido à fraca ligação entre

a partícula de borracha e a matriz da pasta de cimento e, também, pela sua granulometria

grosseira, produzindo vazios e aumentando a porosidade, deixam o concreto mais frágil.

Em contrapartida, Gesoglu et al. (2011) concluíram que, a partir de adições minerais,

como a sílica ativa, esse efeito pode ser diminuído, pois os vazios existentes nos CLAE

são preenchidos pelas partículas finas das adições.

Pela análise dos CLAE e, de acordo com a ABNT NBR 6118:2014, a porcentagem

limite de substituição da areia pela borracha é de 15% (B15), mistura que obteve, aos 28

74

41,5

2824

1510

6,52

94

60,5

34

28

22

15,5

8,5

2,5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

RC RL B5 B10 B15 B20 B25 B50

RE

SIS

TÊ

NC

IA À

CO

MP

RE

SS

ÃO

(MP

a)

7 DIAS 28 DIAS

113


dias, 22 MPa. A partir da substituição de 20%, o comportamento mecânico dos concretos

fica comprometido para uso em elementos estruturais, entretanto, não se descarta seu uso

em elementos de vedação.

Trabalhos anteriores, como o de Gesoglu et al. (2011), Rahman et al. (2012) e

Ganesan et al. (2013), indicaram, também, uma diminuição notável nas propriedades de

resistência à compressão de concretos contendo borracha. Entretanto, os mesmos

concretos, apresentaram aumento significativo da tenacidade e ductilidade, bem como

melhorias mensuráveis pré microfissuras de tensão, reduzindo taxas de encolhimento de

craqueamento, evidenciando a capacidade da borracha em absorver mais energia que

outros agregados.

A Figura 4.18 apresenta o fator de eficiência dos CLAE aos 28 dias. As misturas

RC e RL foram àquela que apresentaram o melhor desempenho (> 25 MPa.dm³/kg) e,

B50 apresentou o menor fator de eficiência.

Em termos de porcentagem, de RC para RL houve queda de, aproximadamente

22%, de RL para B5 ~36%, de B5 para B10 ~13%, de B10 para B15 ~16%, de B15 para

B20 ~23%, de B20 para B25 ~33% e, de B25 para B50 ~70%. Fica evidente que, as

maiores perdas de eficiência, são observadas nas misturas B5 e B50, ou seja, a borracha

causa um efeito negativo na manutenção do fator de eficiência das misturas de concreto.

Nas substituições intermediárias, 10-15%, este efeito é menos significativo.

114


Figura 4.18: Fator de eficiência do concreto autoadensável convencional (RC), concreto leve

autoadensável de referência (RL) e dos concretos leves autoadensáveis emborrachados

(CLAE B5-B50), aos 28 dias de idade.

4.3.2.3 Resistência à tração por compressão diametral

Os valores obtidos no ensaio de resistência à tração por compressão diametral das

misturas RC, RL e B5-B50 estão ilustrados na Figura 4.19.

Assim como observado nos resultados de resistência à compressão, para os CLAE

houve um decréscimo quanto aos valores de resistência à tração por compressão

diametral, entretanto esta redução é menos significativa de uma mistura para outra.

A mistura B5 apresentou, em média, 3,5 e 4,0 MPa, aos 7 e 28 dias,

respectivamente, o que representa uma queda de cerca de 12,5 e 20%, em relação aos

valores encontrados na mistura RL. Já B50, a mistura com o pior desempenho quanto a

resistência à tração por compressão diametral, mostrou, em relação a RL, queda de,

aproximadamente, 90% aos 7 e 28 dias de idade.

36,4

28,4

18,115,7

13,1

10

6,7

2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

RC RL B5 B10 B15 B20 B25 B50

FA

TO

R D

E E

FIC

IÊN

CIA

(M

Pa.

dm

³/kg)

115


Figura 4.19: Resistência à tração por compressão diametral, aos 7 e 28 dias, do concreto



7222:2011.

4.3.2.4 Módulo de elasticidade

Na Figura 4.20 se encontra os valores de módulo de elasticidade, em GPa, aos 7 e

28 dias, das misturas produzidas na 2ª etapa desta pesquisa.

De acordo com a Figura 4.20, os valores do módulo de elasticidade das misturas

RL e CLAE B5-B50 apresentaram decréscimo, quando comparados a mistura RC.

Quanto a evolução dos valores em relação as idades (7 e 28 dias), todas as misturas

exibiram índices muito próximos.

O módulo de elasticidade do concreto convencional é maior devido a sua maior

rigidez, não permitindo grandes deformações. Ao se adicionar partículas menos rígidas,

como argila expandida e borracha, a inclinação da curva tensão-deformação, na região da

deformação elástica, muda drasticamente, assim, o módulo de elasticidade é menor

(SHEN et al. 2013; HERRERA-SOSA et al. 2015).

Comparando RL com RC, foi observado uma queda de, aproximadamente, 40%,

aos 7 e 28 dias de idade, na mistura contendo agregado leve de argila expandida. Esta

diminuição está associada ao fato da argila expandida possuir baixa resistência, conforme

observado, também, por Rossignolo (2009) e Borja (2011). Quando a areia é substituída

6,5

43,5

2,52

1,51

0,35

8

5

43,5

2,52

1,5

0,5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

RC RL B5 B10 B15 B20 B25 B50

RE

SIS

TÊ

NC

IA À

TR

AÇ

ÃO

PO

R

CO

MP

RE

SS

ÃO

DIA

ME

TR

AL

(M

Pa)

7 DIAS 28 DIAS

116


por borracha, a diminuição do módulo de elasticidade é menos expressiva de uma mistura

para outra, uma vez que a borracha possui maior elasticidade que a argila expandida.

Figura 4.20: Módulo de elasticidade, aos 7 e 28 dias, do concreto autoadensável



4.3.2.5 Propriedades acústicas

Inicialmente foi analisada a influência das dimensões das amostras na

determinação da absorção acústica em tubo de impedância, especificamente, sobre a

altura. A Tabela 4.20 e a Figura 4.21, respectivamente, elenca e ilustra as geometrias

confeccionadas para esta averiguação. A Figura 4.22 ilustra os resultados obtidos para (a)

amostra pequena, (b) amostra média e, (c) amostra grande.

Tabela 4.20: Alturas das amostras para averiguação da influência das dimensões dos corpos-de-

prova no ensaio de absorção acústica em tubo de impedância.

Amostra analisada Identificação Altura (cm) Diâmetro (cm)

RC

Pequena 2,50 5,90

Média 5,00 5,90

Grande 9,00 5,90

45

26,5

22

17,5

13

10

5,5

2

47,5

29

24

19,5

16

11

6,5

2,5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

RC RL B5 B10 B15 B20 B25 B50

MÓ

DU

LO

DE

EL

AS

TIC

IDA

DE

(G

Pa)

7 DIAS 28 DIAS

117


Figura 4.21: Amostras para averiguação da influência das dimensões dos corpos-de-prova no

ensaio de absorção acústica em tubo de impedância.

Figura 4.22: Absorção acústica em tubo de impedância para a amostra pequena, amostra

média e amostra grande.

De acordo com os dados obtidos, e dispostos na Figura 4.22, a altura das amostras

analisadas apresentaram pouca variação em relação a absorção acústica, sendo que a

amostra média apresentou o melhor comportamento em alta frequência (2.000 – 4.000

Hz). Vale destacar que a avaliação da absorção acústica em matérias densos, como o

concreto, é mais significativa em faixas de alta frequência (PARK et al. 2005).

118


Também foi observado por Sukontasukkul (2009) que, concretos convencionais e

concretos emborrachados apresentam comportamento semelhante em baixas frequências,

ficando mais evidente, os diferentes comportamentos acústicos, em altas frequências.

Sendo assim, se optou por utilizar amostras de 5,00 cm de altura e 5,90 cm de diâmetro

pois, devido as classes granulométricas dos agregados, favorece resultados mais

representativos.

A Figura 4.23 ilustra os valores máximos de absorção acústica em alta frequência

(2.000 – 4.000 Hz), em comparação com o índice de vazios, das misturas RC, RL, B25 e

B50, aos 28 dias de idade. Park et al. (2005) salienta a importância da medida do índice

de vazios nos concretos, visto a sua contribuição para a avaliação do comportamento

acústico, como a absorção acústica.

Figura 4.23: Absorção acústica, aos 28 dias de idade, do concreto autoadensável


autoadensáveis emborrachados (CLAE B25 e B50), segundo a ISO 10534-2.

Foi apresentado na Figura 4.23 o aumento do índice de vazios da mistura RC para

RL e, de RL para B25. A mistura B50 mostrou o mesmo índice de vazios que a mistura

B25.

Em termos da absorção acústica, pode-se observar que a mistura RL apresentou o

dobro da absorção encontrada na mistura RC, comportamento esperado frente a teoria

dos materiais porosos. Carbajo et al. (2015) salientam, ainda, que o comportamento

0,3

0,6

0,4

0,2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

RC RL B25 B50

AB

SO

RÇ

ÃO

AC

ÚS

TIC

A

ÍND

ICE

DE

VA

ZIO

S (

%)

119


acústico de materiais porosos, como a argila expandida, é regido por suas dimensões,

porosidade, forma e tamanho dos poros e, também, sua distribuição na matriz da pasta de

cimento.

Por outro lado, B25 apresentou redução de, aproximadamente, 30% em relação à

RL e, B50 diminuiu em 50% a absorção acústica em comparação com a mistura B25. De

acordo com estudo realizado por Sukontasukkul (2009), concretos com alto índice de

vazios apresentam melhor comportamento acústico devido a extrema redução da massa

específica destes concretos.

Contudo, apesar da borracha atuar no melhoramento das propriedades acústicas,

principalmente devido ao surgimento de micro poros ao seu redor, apenas a presença

deste material não garante melhores resultados quanto a absorção acústica, sendo as

características dos vazios, presentes na matriz, mais significativo (COLOM et al. 2013).

Esta averiguação também foi feita por Kim et al. (2012), ressaltando que os vazios

existentes na matriz da pasta de cimento do concreto influenciam diretamente o

comportamento acústico, principalmente quanto aos seus formatos.

Portanto, de acordo com Park et al. (2005), o tipo de agregado utilizado na

fabricação de concretos leves tem pouca influência na absorção acústica, em comparação

com o índice de vazios da sua matriz, muito embora a porosidade do agregado corrobore

para o isolamento acústico.

Ademais, Corredor-Bedoya et al. (2017) observaram que, frente a absorção

acústica, a maior porcentagem de borracha não implica em um melhor comportamento.

Considerar apenas a porcentagem de borracha não é suficiente para explicar os

comportamentos acústicos de elementos cimentícios emborrachados. A quantidade de ar

preso na superfície da borracha, o formato do agregado, o índice de vazios, o tamanho e

a conectividade dos poros, também são relevantes para entender seu comportamento

acústico.

Contudo, Holmes et al. (2014) avaliaram a absorção acústica de concretos leves

com agregados de borracha. Foi possível observar que as partículas de borracha absorvem

mais som que os agregados convencionais. Isto ocorre devido ao maior arraste de ar das

partículas de borracha, devido a sua superfície irregular e rugosa, diminuindo

significativamente a massa específica dos concretos.

120


Ghizdavet et al. (2016) obtiveram altos valores de absorção do som, medida em

interferômetro acústico, de amostras de concreto contendo borracha e agente

incorporador de ar. Foi averiguado que o uso do incorporador de ar favoreceu a obtenção

dos altos valores de absorção acústica. Além disso, o posicionamento favorável dos grãos

de borracha e sua textura contribui para o melhoramento das propriedades acústicas do

concreto.

Por se tratar de um material muito denso, mesmo com misturas apresentando

baixas massas específicas e altos índices de vazios, os CLAE desenvolvidos nesta

pesquisa não apresentaram valores representativos de absorção acústica medida em tubo

de impedância. Corredor-Bedoya et al. (2017) enfatizam que, normalmente, o tubo de

impedância é utilizado para a medição de absorção acústica de materiais extremamente

porosos, como espumas, devido à alta sensibilidade do aparelho.

Posteriormente, frente a análise dos resultados obtidos (Figura 4.11), foi

verificado que a coleta dos valores de absorção acústica em tubo de impedância não é

representativa, ou seja, está abaixo dos valores esperados e, diverge dos valores medidos

por outros aparelhos, inviabilizando o método, para os CLAE produzidos nesta pesquisa.

Na sequência, para avaliação das propriedades acústicas, foi realizada a medição

da atenuação acústica em ultrassom, de forma a atender o objetivo traçado. Os resultados

do ensaio de atenuação das misturas RC, RL, B25 e B25, para ondas de compressão e

cisalhamento, estão dispostos na Figura 4.24.

121


Figura 4.24: Atenuação acústica, aos 28 dias de idade, do concreto autoadensável


autoadensáveis emborrachados (CLAE B25 e B50).

Ao contrário do que foi observado na medição da absorção acústica em tubo de

impedância, os concretos contendo agregado de borracha apresentaram melhores

desempenhos quanto a atenuação acústica.

Quanto as ondas de compressão, em termos de porcentagem, da mistura RC para

RL houve acréscimo na atenuação de ~25%, enquanto de RL para B25 ~26% e, de B25

para B50 ~10%. Ou seja, tanto a argila expandida quanto a borracha favoreceram o

aumento da atenuação acústica em concretos, garantindo o melhor desempenho acústico

dos CLAE.

Albano et al. (2005) verificaram que a velocidade do pulso ultrassônico é

diminuída pela adição do agregado emborrachado, principalmente se o grão da borracha

for da ordem de 0,3-0,6 mm. Isto ocorre devido a diminuição da massa específica em

compósitos emborrachados, uma vez que apresentam maior porosidade, devido ao

aumento de vazios, fato que influencia diretamente a propagação da onda ultrassônica,

com maior atenuação e menor velocidade ultrassônica.

Frente ao comportamento das misturas para as ondas de cisalhamento, houve

aumento da atenuação sonora de RC para RL em torno de 13%, de RL para B25 ~23% e,

de B25 para B50 ~9%. O aumento mais representativo foi observado de RL para B25.

Este comportamento também foi observado por Eiras et al. (2014), que relataram que, em

1,2

1,5

1,9

2,1

1,5

1,7

2,1

2,3

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

RC RL B25 B50

AT

EN

UA

ÇÃ

O A

CÚ

ST

ICA

(d

B/m

m)

ONDA DE COMPRESSÃO ONDA DE CISALHAMENTO

122


compósitos emborrachados, há um ganho quanto ao amortecimento nas ondas, em

comparação aos compósitos convencionais.

A Figura 4.25 ilustra a influência da argila expandida e da borracha nas

velocidades do som para as ondas de compressão e cisalhamento, ou ondas P e S,

respectivamente.

Figura 4.25: Velocidades das ondas de compressão e cisalhamento em ultrassom, aos 28 dias

de idade, do concreto autoadensável convencional (RC), concreto leve autoadensável de

referência (RL) e dos concretos leves autoadensáveis emborrachados (CLAE B25 e B50).

A redução da velocidade do som para onda de compressão das misturas RL, B25

e B50 em relação a RC é de, aproximadamente, 5,7%, 34,9% e 48%, respectivamente.

Enquanto a redução, em relação à velocidade do som para onde de cisalhamento, é de

3,6%, 39,8% e 39,6%. Fica evidente, ainda, que a velocidade da onda de cisalhamento

não apresenta redução significativa de 25% para 50% de substituição de areia por

borracha.

Na Tabela 4.21, os resultados de massa específica, absorção e atenuação acústica

são comparados com os encontrados por outros pesquisadores em concretos que

incorporam agregados leves de argila expandida e borracha.

45004300

2900

2400

31002900

1800 1750

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

RC RL B25 B50

VE

LO

CID

AD

E (

m/s

)

ONDA DE COMPRESSÃO ONDA DE CISALHAMENTO

123


Tabela 4.21: Comparação dos resultados de massa específica, absorção e atenuação acústica

encontrados por diversos pesquisadores, com os resultados obtidos nesta pesquisa.

Referência Mistura

Massa

específica

(kg/m³)

Absorção

acústica ( )

Aparelho de

análise

Atenuação

acústica

(dB/mm)

Aparelho de

análise

Angelin (2018) CA (100%) +

CB (50%) 1.270 0,20

Tubo de

impedância 2,10 Ultrassom

Park et al. (2005) CB (30%) 1.200 0,90 Tubo de

impedância - -

Albano et al. (2005) CB (10%) 1.780 - - 0,20 Ultrassom

Sukontasukkul (2009) CB (30%) 1.900 0,90 Tubo de

impedância - -

Colom et al. (2013) CB (20%) 1.400 0,80 Tubo de

impedância - -

Eiras et al. (2014) CB (60%) 1.200 - - 0,40 Ultrassom

Holmes et al. (2014) CB (15%) 2.000 0,75 Sala

reverberante - -

Aliabdo et al. (2015) CB (100%) 1.940 - - 1,60 Ultrassom

Carbajo et al. (2015) CA (50%) 700 0,90 Tubo de

impedância - -

Ghizdavet et al. (2016) CA (7,5%) 2.100 0,60 Interferômetro

acústico - -

Corredor-Bedoya et al.

(2017) CB (60%) 1.000 0,40

Tubo de

impedância - -

Legenda: CA = concreto com argila expandida; CB = concreto com borracha.

A partir da Tabela 4.21 pode-se observar que o valor encontrado, quanto a

absorção acústica, para a mistura B50 (50% de borracha) foi menor que os demais valores

listados, para massas específicas próximas. Estes resultados comprovam que, para as

misturas elaboradas nesta pesquisa, o tubo de impedância não é o melhor equipamento

para medir a absorção acústica dos CLAE.

Em contrapartida, para atenuação acústica, a mistura B50 apresentou maior valor,

em comparação com resultados encontrados em outras pesquisas, ou seja, os CLAE

dosados com argila expandida e resíduo de borracha de pneus inservíveis apresentam

melhor isolamento acústico em confrontação com misturas contendo apenas argila

expandida ou borracha.

4.3.2.6 Propriedades térmicas

A partir da medição da condutividade térmica das misturas RC, RL, B25 e B50,

foram construídas as Figuras 4.26 e 4.27, as quais representam, respectivamente, a

correlação entre massa específica e condutividade térmica e, massa específica e

resistência térmica.

124


Figura 4.26: Correlação entre os resultados de massa específica e condutividade térmica

(ABNT NBR 15220:2005), aos 28 dias de idade, do concreto autoadensável convencional



Figura 4.27: Correlação entre os resultados de massa específica e resistência térmica (ABNT

NBR 15220:2005), aos 28 dias de idade, do concreto autoadensável convencional (RC),



De acordo com os dados obtidos, RL apresentou condutividade térmica 40%

menor que RC, comportamento semelhante ao observado por Sacht et al. (2010), que

observaram que, devido à substituição do agregado convencional por argila expandida,

1

0,60,55

0,3

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

RC RL B25 B50

CO

ND

UT

IVID

AD

E T

ÉR

MIC

A (

W/m

.K)

MA

SS

A E

SP

EC

ÍFIC

A (

kg/m

³)Massa específica (kg/m³) Condutividade térmica (W/m.K)

0,045

0,0750,085

0,15

0

0,04

0,08

0,12

0,16

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

RC RL B25 B50

RE

SIS

TÊ

NC

IA T

ÉR

MIC

A (

m².

K/W

)

MA

SS

A E

SP

EC

ÍFIC

A (

kg/m

³)

Massa específica (kg/m³) Resistência térmica (m².K/W)

125


há um decréscimo da condutividade térmica. Isso se explica principalmente devido ao ar

aprisionado na estrutura celular dos agregados leves fazendo com que seja reduzida a

transferência e a absorção de calor, fato observado, também, por Oktay et al. (2015).

Ao comparar-se RL com B25 e B50, houve redução da condutividade térmica de,

aproximadamente, 8% e 50%, respectivamente. Pessette et al. (2012), Oktay et al. (2015)

e Aliabdo et al. (2015) observaram que as partículas de borracha criam um efeito isolante,

ou seja, quanto maior o teor de borracha nas misturas, melhor o comportamento térmico

do concreto.

Além disto, Sukontasukkul (2009), Sacht et al. (2010) e Kim et al. (2012)

salientam que, teoricamente, a condutividade térmica sofre grande influência da massa

específica do material, fato evidenciado pela Figura 7.26. Uma vez que o concreto com

borracha apresenta menos massa específica, deve-se esperar que o mesmo exiba valores

de condutividade térmica menores. No entanto, Eiras et al. (2014) e Oktay et al. (2015)

constataram que as propriedades termo físicas do concreto não dependem apenas do seu

peso, mas, também, do tipo de agregado e da ligação agregado-matriz. Herrero et al.

(2013) indicaram que partículas de borracha em formato de pó favorecem a diminuição

da condutividade térmica, em relação as partículas de tamanho médio ou grande.

A partir dos dados apresentados na Figura 4.27, observa-se que da mistura RC

para a RL houve um aumento de, aproximadamente, 38% da resistência térmica, enquanto

de RL para B25, ~12%, e de RL para B50, ~50%. Tais comportamento foram semelhantes

aos observados por Aliabdo et al. (2015). Novamente, esta propriedade, está relacionada

com a menor massa específica obtida em concretos com adição de borracha. Os maiores

valores de resistência térmica dos concretos emborrachados podem ser atribuídos a uma

menor condutividade térmica dos agregados de borracha e ao aumento do teor de ar

causado pelas partículas de borracha durante a mistura (SHAH et al. 2014).

Na Tabela 4.22, os resultados de massa específica, condutividade e resistência

térmicas são comparados com os encontrados por outros pesquisadores em concretos que

incorporam agregados leves de argila expandida e borracha.

126


Tabela 4.22: Comparação dos resultados de massa específica, condutividade e resistência

térmica encontrados por diversos pesquisadores, com os resultados obtidos nesta pesquisa.

Referência Mistura

Massa

específica

(kg/m³)

Condutividade

térmica

(W/m.K)

Resistência

térmica

(m².K/W)

Angelin (2018) CA (100%) + CB

(50%) 1.270 0,30 0,15

Sacht et al. (2010) CA (100%) 1.225 0,55 -

Pessete et al. (2012) CB (10%) 2.100 1,05 -

Kim et al. (2012) CA (100%) 1.500 0,50 -

Herrero et al. (2013) CB (50%) 900 0,15 -

Eiras et al. (2014) CA (100%) 1.900 0,75 -

CB (50%) 1.010 0,25 -

Shah et al. (2014) CB (15%) 1.450 0,50 0,20

Oktay et al. (2015) CB (50%) 1.200 0,40 -

Aliabdo et al. (2015) CB (100%) 1.700 0,60 - Legenda: CA = concreto com argila expandida; CB = concreto com borracha.

A Tabela 4.19 evidencia que os valores encontrados na mistura B50, elaborada

nesta pesquisa, quanto a condutividade e resistência térmica são melhores que os

resultados obtidos por outros autores, para massas específicas próximas.

4.3.2.7 Microestrutura

4.3.2.7.1 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Realizaram-se análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para

averiguar a morfologia dos concretos RC, RL, B25 e B50, a fim de auxiliar a identificação

das fases agregado-ligante, avaliando a zona de transição na interface (ZTI), a

composição da matriz (pasta), propagação de fissuras e vazios existentes. Encontram-se,

respectivamente, nas Figuras 4.28-4.31 as análises MEV das misturas RC, RL, B25 e

B50.

127


Figura 4.28: Análise da topografia, através da microscopia eletrônica de varredura (MEV),

do concreto autoadensável convencional (RC).

128



do concreto leve autoadensável de referência (RL).

129



do concreto leve autoadensável emborrachado B25.

130



do concreto leve autoadensável emborrachado B50.

131


A Figura 4.28 ilustra o MEV da mistura de concreto autoadensável convencional

(RC). Fica evidente a existência de uma zona de transição na interface (ZTI) bem

definida, com espessura variando de 10 a 50 μm, sendo, esta, a região mais frágil da

matriz do concreto, acarretando na propagação de fissuras e rupturas.

Em concretos produzidos com agregados convencionais, como o basalto, quando

no estado fresco recém-compactado, filmes de água se formam em torno das grandes

partículas de agregado, fato que contribui para uma maior relação água/cimento nesta

região, acarretando na formação de produtos cristalinos relativamente maiores, formando,

portanto, uma estrutura mais porosa do que na matriz da pasta de cimento (MEHTA E

MONTEIRO, 2014).

A existência de cristais de silicato de cálcio (CaSiO3), na região próxima a ZTI do

RC, favorece o ganho de resistência e durabilidade desta mistura, entretanto, a presença

de cristais de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e de monossulfato hidratado (C4ASH18) em

maiores quantidades, não contribuem, de forma significativa, no aumento da resistência

mecânica e, tornam a região mais vulnerável ao ataque por sulfatos, comprometendo a

durabilidade (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

Entretanto, apesar de ainda apresentar tais fases, a presença da sílica ativa

beneficiou a construção da ZTI nas misturas. Segundo Heikal et al. (2013), as adições

minerais promovem um aumento significativo da durabilidade das estruturas de concreto

por modificarem a microestrutura da pasta de cimento hidratada, alterando a estrutura dos

poros e tamanho dos grãos, promovendo a redução da porosidade na matriz do concreto.

A Figura 4.29 mostra a morfologia do concreto leve autoadensável de referência

(RL), o qual apresenta argila expandida em sua mistura, onde fica evidente a redução da

espessura da zona de transição na interface. Este comportamento é conhecido como

“fenômeno de entrelaçamento” entre agregado-matriz, ou seja, devido a estrutura porosa

da argila expandida, parte da pasta de cimento penetra no agregado, consequentemente

diminuindo a ZTI e aumentando a resistência mecânica e durabilidade nesta região.

Comumente, o concreto produzido com agregado convencional apresenta ZTI duas vezes

maior que concreto produzido com argila expandida (ROSSIGNOLO, 2009).

Contudo, apesar da diminuição da porosidade da matriz de pasta de cimento,

observa-se a presença de hidróxido de cálcio e monossulfato hidratado na mistura RL,

132


além da presença de pirita (FeS2). Esta última, resultante da decomposição do elemento

Fe, é uma substância deletéria para o concreto, uma vez que provoca expansão da pasta

de cimento, acarretando no desagregamento do agregado e surgimento de fissuras. No

entanto, segundo Souza (2013), para que a pirita cause grandes danos na estrutura do

concreto, a mesma deve se apresentar em uma concentração maior que 1%, manifestando-

se com tamanho maior que 10 mm.

A análise MEV da mistura B25, ilustrada pela Figura 4.30, permite identificar a

região da ZTI, a qual apresenta espessura significativa. Ao contrário do que é observado

nos agregados convencionais (como o basalto), a borracha apresenta estrutura

antiaderente, ou seja, não há depósito de partículas de água ou pasta de cimento sobre

este agregado, enfraquecendo a ZTI em concretos contendo borracha (COLOM et al.

2013; GUPTA et al. 2016; ANGELIN et al. 2017b).

Foi observado, também, menor formação de cristais de silicato de cálcio e maior

quantidade de cristais de hidróxido de cálcio, fato que explica a queda das resistências

mecânicas na mistura B25. Além disso, foi constatada fases de etringita, bem como de

monossulfato hidratado, ou seja, a presença do agregado de borracha retarda a hidratação

do cimento, em contrapartida deixa o concreto menos suscetível ao ataque por sulfato,

promovendo maior durabilidade.

Na Figura 4.31 pode-se notar que, com o aumento da quantidade de borracha na

mistura de CLAE, a matriz da pasta de cimento torna-se extremamente porosa,

apresentando quantidades significativas de vazios. Este fato está relacionado com as

bolhas de ar, aderidas na superfície da borracha, que são arrastadas durante o

amassamento do concreto, tornando a matriz extremamente frágil (EIRAS et al. 2014;

ANGELIN et al. 2015). Corroboram, ainda, para a baixa resistência mecânica desta

mistura, as presenças de hidróxido de cálcio e pirita, uma vez que as mesmas têm papel

secundário nas relações microestrutura-propriedades (MEHTA E MONTEIRO, 2014).

133


4.3.2.7.2 Espectrografia por Dispersão de Energia (EDS)

Mistura RC

A Figura 4.32 (a) e (b) ilustram a seção da mistura RC, antes e após a análise EDS

e, a fim de facilitar a interpretação da espectrografia por dispersão de energia, a Tabela

4.23 apresenta a análise qualitativa da mistura, elencando os principais elementos e

concentrações encontrados, bem como as principais composições químicas e suas

nomenclaturas.

Figura 4.32: (a) seção do concreto autoadensável convencional (RC) para análise de


(a)

(b)

Tabela 4.23: Elementos e composições químicas do concreto autoadensável convencional (RC)

após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).

Elemento Concentração (%) Composição (principal

formulação) Nomenclatura

Al 14 Al2O3 Óxido de alumínio

Si 56 SiO2 Dióxido de silício

K 2 KBr Brometo de potássio

Ca 15 CaSiO3 Silicato de cálcio

Fe 12 - -

A mistura RC apresentou maiores quantidades de Si (56%) e Ca (15%),

promovendo o surgimento de cristais de silicato de cálcio (CaSiO3), fase responsável

pelos aumentos de resistência mecânica e durabilidade. Este comportamento é validado

134


frente aos resultados obtidos nos ensaios de resistências mecânicas, bem como pela

análise por microscopia eletrônica de varredura.

Pode-se observar, também, a existência de 12% de Fe na mistura, elemento

deletério para o concreto. No entanto não há a formação de compostos, como a pirita, a

partir da presença deste elemento.

Mistura RL

A Figura 4.33 (a) e (b) ilustram a seção da mistura RL, antes e após a análise EDS

e, a Tabela 4.24 apresenta a análise qualitativa da mistura, elencando os principais

elementos e concentrações encontrados, bem como as principais composições químicas

e suas nomenclaturas.

Figura 4.33: (a) seção do concreto leve autoadensável de referência (RL) para análise de


(a)

(b)

Tabela 4.24: Elementos e composições químicas do concreto leve autoadensável de referência

(RL) após análise de espectrografia por dispersão de energia (EDS).



C 9 - -

O 49 SiO2 Dióxido de silício

Na 0,2 NaAlSi3O8 Albita

Mg 1 MgO Óxido de magnésio


135



S 0,5 FeS2 Pirita

K 0,7 KBr Brometo de potássio


Ti 0,2 - -

Fe 2 - -

Yb 0,6 - -

Após análise EDS da mistura RL, foi constatado 18% de Si e 16% de Ca. Em

comparação com os valores obtidos para RC, houve redução significativa da concentração

de Si (~ 67%), comprometendo a formação de cristais de silicato de cálcio, levando a

diminuição das resistências mecânicas, fato, também, observado por Borja (2011).

Diferente do que foi observado para RC, em RL foi constatado a presença de S,

em uma concentração de 0,5%, acarretando na formação de pirita (FeS2) nesta mistura,

entretanto, conforme observado nas imagens MEV, o tamanho e concentração desta fase

não foi significante.

Mistura B25

A Figura 4.34 (a) e (b) ilustram a seção da mistura B25, antes e após a análise

EDS e, a fim de facilitar a interpretação da espectrografia por dispersão de energia, a

Tabela 4.25 apresenta a análise qualitativa da mistura, elencando os principais elementos

e concentrações encontrados, bem como as principais composições químicas e suas

nomenclaturas.

136




(a)

(b)





C 39 - -


Mg 0,8 MgO Óxido de magnésio



S 1 FeS2 Pirita



Fe 1,1 - -

Zn 0,5 - -

Yb 0,7 - -

Em comparação com a mistura RL, B25 apresentou, aproximadamente, redução

de 70% de concentração de Si e, ligeira diminuição na concentração de Ca, contribuindo

para a redução da resistência desta mistura. Além disso, B25 apresentou 1,1% de Fe e 1%

de S, elementos que promoveram o surgimento de pirita na matriz da pasta de cimento,

conforme observado na análise MEV.

Foi observado, também, o aparecimento de Zn nesta mistura. Este elemento está

relacionado a presença da borracha na mistura de CLAE pois, durante o processo de

produção da borracha de pneu, há a aplicação de produtos à base de zinco, como o

137


estearato de zinco, os quais garantem a característica antiaderente deste material

(LANZON et al. 2015).

Mistura B50

A Figura 4.35 (a) e (b) ilustram a seção da mistura B25, antes e após a análise

EDS e, a Tabela 4.26 lista os principais elementos e concentrações encontrados nesta

mistura, bem como as principais composições químicas e suas nomenclaturas.



(a)

(b)





C 46 - -


Na 0,1 NaAlSi3O8 Albita

Mg 0,8 MgO Óxido de magnésio

Al 1,1 Al2O3 Óxido de alumínio


S 1 FeS2 Pirita



Fe 0,9 - -

Zn 0,5 - -

138


A mistura B50 apresentou concentrações de 5% de Si, 11% de Ca, 1% de S, 0,5%

de Zn e 0,9% de Fe, valores semelhantes aos observados na mistura B25, entretanto, as

concentrações de Si e Ca foram ligeiramente menores na mistura B50, fato que promove

a obtenção de uma matriz mais porosa e menos resistente.

139


5 CONCLUSÕES

A seguir estão listadas as conclusões obtidas neste trabalho:

Foi possível produzir concretos leves autoadensáveis (CLA), a partir do uso de

duas granulometrias de argila expandida (C0500 e C1506), o qual apresentou

melhor autoadensibilidade que o concreto autoadensável convencional (CAA);

A mistura de CLA que apresentou melhor resistência à compressão foi a T5 (75%

de argila expandida C0500 + 25% de argila expandida C1506), exibindo massa

específica em torno de 2.000 kg/m³;

Foram dosadas misturas de concretos leves autoadensáveis emborrachados

(CLAE), a partir do uso conjunto de argila expandida e borracha de pneu

inservível, sendo que, o uso de borracha acima de 25%, em substituição a areia,

compromete a trabalhabilidade do concreto e, acima de 15%, as resistências

mecânicas;

Com relação ao isolamento acústico e térmico do CLAE conclui-se que, devido a

estrutura porosa da argila expandida e, o aumento do índice de vazios causado

pelas partículas de borracha, há melhoras em suas propriedades térmicas e

acústicas, quando comparado ao CAA. Os melhores desempenhos foram

encontrados para misturas com substituições acima 50% do agregado

convencional pela borracha. Cabe ainda ressaltar que, a leitura da absorção

acústica em tubo de impedância se mostrou ineficaz nesta pesquisa, uma vez que

os valores obtidos foram abaixo do esperado, inviabilizando este método;

A argila expandida reduz a espessura da zona de transição do concreto, em

comparação com agregados convencionais e emborrachados. A presença de

grandes quantidades de resíduos de borracha retarda a hidratação do cimento, em

contrapartida deixa o concreto menos suscetível ao ataque por sulfato,

promovendo maior durabilidade.

Pode-se concluir, portanto, que o concreto leve autoadensável emborrachado

(CLAE) produzido com argila expandida e borracha promove um avanço para a

tecnologia do concreto. O CLAE atende a necessidade da produção de concretos cada vez

mais fluidos, leves e resistentes, acelerando e racionalizando os processos construtivos,

140


desta forma, torna a sua aplicação mais viável economicamente em comparação ao

concreto autoadensável convencional, podendo ser aplicados tanto para fins estruturais

(com substituição da areia pela borracha em até 15%), como para vedação.

Além disso, com a crescente busca pela sustentabilidade na construção civil,

obtém-se um concreto com representativas melhoras quanto as propriedades de

isolamento acústico e térmico, além de ser uma destinação correta dos resíduos oriundos

de pneus inservíveis.

141


SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

No decorrer do desenvolvimento desta pesquisa e análises dos resultados,

referentes ao desenvolvimento da tecnologia dos concretos leves autoadensáveis

emborrachados, foi observado que uma série de aspectos e outras variantes

correlacionadas ao estudo mereciam mais aprofundamento científico. Com isso,

apresentam-se algumas propostas de desenvolvimentos para trabalhos futuros:

Utilizar outras adições minerais, como a escória de alto forno, cinza volante, cinza

de biomassa da cana de açúcar, cinza de casca de arroz, entre outras;

Realizar tratamentos superficiais da borracha, como recobrimento com pasta de

cimento, pasta de sílica ativa, pó de vidro, entre outros;

Utilizar outras graduações de borracha;

Realizar os ensaios não obrigatórios prescritos pela ABNT NBR 15823:2017,

durabilidade, perda de transmissão acústica e análise do ciclo de vida (ACV);

Aplicar a teoria de metamateriais para a produção e caracterização do CLAE.

142


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