João adriano rossignolo concreto leve estrutural

Click here to load reader

  • date post

    12-Apr-2017
  • Category

    Engineering

  • view

    1.681
  • download

    8

Embed Size (px)

Transcript of João adriano rossignolo concreto leve estrutural

  • CONCRETO

    ESTRUTURAL Produo, propriedades,

    microestrutura e aplicaes

  • JOO ADRIANO ROSSIGNOLO Professor Associado do Departamento de

    Arquitetura e Urbanismo da Escola de Engen-

    haria de So Carlos (EESC-USP); Livre-Do-

    cente em Arquitetura, Urbanismo e Tecnolo-

    gia (EESC-USP 2009); Doutor em Cincia e

    Engenharia de Materiais (USP/LNEC-Lisboa,

    2003); Mestre em Arquitetura, Urbanismo e

    Tecnologia (EESC-USP 1999) e Engenheiro

    Civil (EESC-USP 1993).

    O Professor Rossignolo possui mais de 80

    artigos publicados em peridicos e anais de

    congressos, pesquisador do CNPq (bolsista

    produtividade) e atua como revisor de diversos

    peridicos internacionais, como Cement and

    Concrete Research, Computers & Concrete e

    ACI Materials Journal.

    Atualmente est credenciando como orien-

    tador de mestrado e doutorado no Programa

    de Ps-Graduao em Arquitetura e Urbanis-

    mo da EESC-USP, com atuao na rea de

    construo civil, com nfase em desenvolvi-

    mento de concretos especiais, microestrutura

    do concreto, anlise de viabilidade do uso de

    resduos na construo civil e avaliao de

    desempenho de edificaes.

  • CONCRETO LEVE ESTRUTURAL

    Produo, propriedades, microestrutura e aplicaes

  • CONCRETO LEV ESTRUTU RAL Produo>, propriedades, microestrutura e aplicaes

    Prof . Assoc. Joo Adriano Rossignolo Departamento de Arquitetura e Urbanismo da

    Escola de Engenharia de So Carlos,

    Universidade de So Paulo.

    EESC-USP

    PIN!

  • Concreto Leve Estrutural

    COPYRIGHT EDITORA PINILTDA

    Todos os direitos reservados.

    proibida a reproduo total ou parcial deste

    volume, de qualquer forma ou por quaisquer

    meios, sem o consentimento expresso da editora.

    Coordenao de Manuais Tcnicos

    Josiani Souza

    Reviso

    Bete Abreu

    Diagramao

    W/Design Editorial

    Este livro foi catalogado na Cmara Brasileira do Livro.

    Dados Internacionais de Catalogao na publicao (CIP) (Cmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

    Rossignolo, Joo Adriano

    Concreto leve estrutural: produo, propriedades, microesruturo e oplicoes / Joo Adriono

    Rossignolo. - So Poulo: Pini, 2 0 0 9 .

    I S B N 978-85-7266-220-8

    1. Anlise estrutural (Engenharia) 2 . Engenharia de estruluras 3 . Estruturas de concreto leve

    4. Projeto estruturol I. Ttulo.

    0 9 - 1 1 0 0 4 CDD-624 .1834

    ndices para catalogao sistemtico:

    1. Concreto leve e estrutural: Engenhario 6 2 4 . 1 8 3 4

    1= edio, 13 tirogem, dezembro/09

    EDITORA PINI LTDA. Rua Anhaia, 9 6 4 - 0 1 1 3 0 - 9 0 0 - So Paulo - SP - Brasi l

    Telefone: (11) 2 1 7 3 - 2 3 0 0 Fax: (11) 2 1 7 3 - 2 3 2 7

    www.piniweb.com - [email protected]

    http://www.piniweb.commailto:[email protected]

  • Dedico este livro

    s duas mulheres da minha vida:

    Vivian Lara,

    eterna e amada companheira,

    pela dedicao e pelo carinho incondicionais.

    Catarina, nossa encantadora filha,

    que nos iluminou com sua alegria

    e motivo de entusiasmo e paixo pela vida.

  • AGRADECIMENTOS

    | Cleuza Aparecida Melegari | Joo Celbo Rossignolo | Marlene Melegari | Ange-

    lina Giovaninit | Eurpides Alves da Silva | Maria Batista S. Silva | Alan Roger S.

    Silva | Ana Carolina P. Ribeiro | Michelle dos Santos Silva | Ccero Luiz dos Reis

    Silva | Meire da Penha N. Monteiro | Marcos Vincio Costa Agnesini | Osny Pel-

    legrino Ferreira |

    | Ana Paula S. C. Menezes | Antonio Bettencourt S. Ribeiro 1 Antonio J. Tessarin

    Antonio M. Santos Silva | Arlindo Freitas Gonalves | Augusto Carlos de Vascon-

    celos | Camila Ferrari | CAPES | Carlos Alberto Pereira | CINEXPAN | CNPq |

    Construtora So Jos | Eduvaldo Paulo Sichieri | EESC | Fabrcio Tomo | FAPESP |

    Fernanda F. Graon | Frederico G. Nivoloni | Guilherme Gallo | Helenice M. Sacht

    | Holmer Savastano Jnior | Ismael L. Oliveira | Javier Mazariegos Pablos | Jos

    Carlos S. Jovine | Jos I. Rezende Neto | Karina Ganzer | LNEC-Lisboa | Manuel

    Gomes Vieira | Mrcio Minto Fabrcio | Marco Antonio Rabello | Marcus Sugawara

    | Maria Manuela S. R. L. Salta | Metacaulim do Brasil | Paulo C. Albertini | Paulo

    W. Pratavieira | Roberto Rabello de Carvalho | Srgio A. Trevelin | Silvio Alves de

    Oliveira | Sofia A. Lima | Stamp Painis Arquitetnicos | Stone Pr-fa br iados Ar-

    quitetnicos | USP | Wilson Nunes dos Santos | WTorre Engenharia |

  • SUMRIO

    Resumo 11

    Prefcio 13

    Captulo Introduo 15

    Definies e especificaes 17

    Panorama histrico do concreto leve 19

    Captulo Agregado leve 3 3

    Processos de fabricao 33

    Forma e textura superficial 36

    Estrutura interna, resistncia mecnica e mdulo de deformao 37

    Porosidade e absoro de gua 38

    Controle tecnolgico 40

    Argila expandida brasileira 40

    Captulo Dosagem e produo do concreto leve 4 9

    Dosagem e relao gua/cimento efetiva 49

    Mistura e teor de umidade dos agregados 51

    Trabalhabilidade 52

    Transporte, lanamento e adensamento 53

    Procedimentos de cura 54

  • Captulo Propr iedades do concreto leve 5 7

    Resistncia compresso e massa especfica 57

    Resistncia trao 64

    Mdulo de deformao e curva tenso-deformao 66

    Retrao por secagem 67

    Propriedades trmicas 70

    Durabilidade 71

    Consideraes sobre as propriedades dos concretos leves 76

    Captulo Microest rutura do concreto leve 7 9

    Zona de transio nos concretos convencionais 79

    Zona de transio nos concretos com agregados leves 82

    Zona de transio nos concretos com argila expandida brasileira 83

    Captulo Aplicaes do concreto leve 9 1

    Aplicaes pelo mundo 91

    Aplicaes no Brasil 113

    Referncias Bibl iogrf icas 1 3 7

  • RESUMO

    Este livro sistematiza a produo cientfica do autor, compreendida entre

    1 9 9 9 e 2 0 0 9 , sobre a temtica de concretos leves estruturais. A modesta

    publicao nacional e os indicativos da alta viabilidade tcnica e econmi-

    ca dos concretos leves em alguns setores da construo civil motivaram o

    interesse do autor pelo melhor entendimento das modificaes na dosagem,

    na produo, nas propriedades bem como na microestrutura do concreto

    com a substituio dos agregados convencionais por argila expandida. A

    contribuio esperada deste livro refere-se, dessa forma, ao melhor entendi-

    mento do desempenho das propriedades do concreto com agregados leves

    nacionais, visando sua correta utilizao.

  • PREFCIO

    A ampla utilizao dos concretos leves estruturais deve-se, especial-

    mente, aos benefcios promovidos pela diminuio da massa especfica do

    concreto estrutura, como a reduo de esforos solicitantes, a economia

    com formas e cimbramento bem como a diminuio dos custos com trans-

    porte e montagem de edificaes pr-fabricadas.

    Ocorre, porm, que alm da reduo da massa especfica, a substituio

    dos agregados convencionais por agregados leves pode ocasionar alteraes

    significativas no desempenho de outras propriedades do concreto estrutural,

    com destaque para a trabalhabilidade, a resistncia mecnica, o mdulo de

    deformao, a durabilidade, a estabilidade dimensional, a condutividade

    trmica e para a microestrutura da zona de transio pasta-agregado.

    Nesse sentido, este livro sintetiza os resultados de pesquisas desenvolvi-

    das pelo autor nos ltimos dez anos (1999 -2009) , com o intuito de melhor

    compreender as alteraes ocasionadas no desempenho das propriedades

    dos concretos estruturais com a utilizao de agregado leve, em particular

    a argila expandida brasileira.

    Sob a temtica do desenvolvimento de concretos leves estruturais, o autor

    coordenou quatro projetos de pesquisa que contaram com apoio financeiro

    da Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo (FAPESP), do

    Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq), da

    Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES) e

    da Fundao para o Incremento da Pesquisa e do Aperfeioamento Indus-

    trial (FIPAI).

  • O desenvolvimento desses projetos resultou na publicao de trs captu-

    los de livros, 15 artigos em peridicos e 5 2 artigos em anais de congressos

    e em uma patente.

    Este livro est dividido em seis captulos interdependentes, conferindo

    um carter didtico temtica "concreto leve estrutural".

    Introduzindo a temtica de interesse, apresentam-se no primeiro captulo

    as definies e a evoluo do desenvolvimento do concreto leve estrutural.

    Avanando na discusso pretendida, no segundo captulo, discutem-se a

    produo, as caractersticas e as propriedades dos agregados leves, com

    destaque para a argila expandida brasileira; no terceiro captulo, apre-

    sentam-se as alteraes promovidas por esse agregado na dosagem e na

    produo dos concretos. So analisadas as principais alteraes promovi-

    das pela argila expandida brasileira no processo de dosagem, na mistura,

    no transporte e na cura dos concretos. Adicionalmente, no terceiro captulo

    aborda-se, ainda, a forma de definio da relao gua/cimento efetiva

    em concretos com argila expandida.

    Dando seqncia, no quarto captulo, avaliam-se os efeitos desse agrega-

    do nas propriedades dos concretos. So analisados, de forma comparativa,

    os resultados de estudos correlatos desenvolvidos em outros pases com os

    obtidos pelo autor, util izando concretos com argila expandida brasileira.

    Com isso foi possvel propor alguns modelos tericos para previso do com-

    portamento desse material no estado endurecido.

    No quinto captulo, apresentam-se os estudos referentes microestrutura

    dos concretos com argila expandida, mais especificamente sobre a zona de

    transio pasta-agregado. Foram utilizadas tcnicas de microscopia eletrnica

    de varredura (MEV) e microscopia tica de transmisso (MOT) para avaliar o

    efeito da argila expandida brasileira na espessura e na qualidade da zona de

    transio pasta-ag regado, de forma comparativa ao agregado convencional.

    Encerrando o livro, no sexto captulo, discutem-se exemplos de aplicaes

    dos concretos leves em diversos pases, assim como no Brasil, com destaque

    para aplicaes recentes em obras de destaque no cenrio nacional.

  • INTRODUO /

    O concreto de cimento Portland o material de construo mais utilizado em todo o mundo. Isso se deve, ao menos em parte, ao fato de seus

    componentes serem produzidos, de modo relativamente fcil, a partir do emprego

    de matrias-primas locais, bem como pelo fato de o concreto ter uma aplicao

    verstil, adaptando-se facilmente s condies existentes.

    Desde a inveno do concreto moderno com a patente do cimento Portland

    obtida em 1 824 por Joseph Aspdin at o incio da dcada de 1970, o concreto

    continuou sendo "simplesmente" uma mistura de agregados, cimento e gua, sem

    ser alvo de grandes inovaes que alterassem significativamente o desempenho

    de suas propriedades. Nas quatro ltimas dcadas, porm, houve uma grande

    evoluo na tecnologia desse material, devido, essencialmente, ao aprimoramento

    de tcnicas e equipamentos para o estudo do concreto, assim como ao uso de

    novos materiais.

    Dentre esses novos materiais destacam-se os aditivos redutores de gua e as

    adies minerais pozolnicas, que possibilitaram melhorias significativas no desem-

    penho das propriedades dos concretos relacionadas resistncia mecnica e

    durabilidade. Dentre as novas tcnicas de estudo dos concretos, destacam-se as

    tcnicas de estudos microestruturais, que permitiram o conhecimento aprofundado

    da microestrutura da matriz de cimento e da zona de transio entre o agregado

    e a pasta de cimento.

  • Essas inovaes na tecnologia dos concretos resultaram em um incremento da

    utilizao dos concretos especiais, como os concretos leves.

    Pode-se afirmar que o peso das estruturas em concreto elevado quando com-

    parado s cargas aplicadas, especialmente em estruturas de grandes vos, como

    as pontes e os edifcios de mltiplos pavimentos. Nesses casos, melhorias conside-

    rveis no desempenho da estrutura em concreto armado podem ser geradas com a

    reduo do peso total, por exemplo, com o uso de agregados leves.

    O concreto com agregados leves, ou concreto leve estrutural, apresenta-se como

    um material de construo consagrado em todo o mundo, com aplicao em diver-

    sas reas da construo civil, como edificaes pr-fabricadas, pontes e plataformas

    martimas. A ampla utilizao desse material particularmente atribuda aos benefcios

    promovidos pela diminuio da massa especfica do concreto, como a reduo de es-

    foros na estrutura das edificaes, a economia com formas e cimbramento, bem como

    a diminuio dos custos com transporte e montagem de construes pr-fabricadas.

    Alm da reduo da massa especfica, a substituio dos agregados convencio-

    nais por agregados leves pode ocasionar alteraes significativas em outras impor-

    tantes propriedades do concreto, com destaque para trabalhabilidade, resistncia

    mecnica, mdulo de deformao, durabilidade, estabilidade dimensional, condu-

    tividade trmica, resistncia a altas temperaturas e espessura da zona da transio

    entre o agregado e a pasta de cimento. O conhecimento dessas modificaes

    fundamental para a correta aplicao desse material.

    Um aspecto importante a se considerar refere-se ao fato de os concretos leves

    apresentarem um aumento do consumo de energia para sua produo em relao

    aos concretos convencionais, para a mesma tenso de trabalho, em funo da

    produo dos agregados leves em fornos rotativos. Deve-se ressaltar, porm, que

    a energia adicional utilizada na produo dos agregados pode ser facilmente

    compensada pela reduo da massa especfica do concreto, que, em casos particu-

    lares, favorece a reduo da armadura, do volume total de concreto e da energia

    utilizada no transporte e no processo construtivo. Alm disso, quando comparado

    ao concreto convencional, o concreto leve promove a reduo do consumo de ener-

    gia no condicionamento trmico das edificaes quando utilizado nas vedaes.

  • Com isso, este livro dedica-se ao melhor entendimento das modificaes

    ocasionadas na dosagem, na produo, nas propriedades e na microestrutura

    do concreto de cimento Portland com a substituio dos agregados conven-

    cionais por agregados leves mais especificamente, pela argila expandida

    brasileira.

    1.1 Definies e especificaes

    Os concretos leves caracterizam-se pela reduo da massa especfica em

    relao aos concretos convencionais, conseqncia da substituio de parte

    dos materiais slidos por ar. Podem ser classificados em concreto com agrega-

    dos leves, concreto celular e concreto sem finos (Figura 1). Neste livro, ser

    abordado o concreto com agregados leves, por ser o que usualmente apresenta

    aplicao estrutural, motivo pelo qual tambm conhecido como concreto leve

    estrutural.

    F igu ra 1. Concreto leve: a) com agregados leves; b) celular; e c) sem finos.

    Os concretos leves estruturais so obtidos pela substituio total ou parcial dos

    agregados convencionais por agregados leves. De modo geral, so caracterizados

    por apresentar massa especfica aparente abaixo de 2000 kg/m3, conforme ilus-

    trado na Tabela 1.

  • Referncia Massa especfica aparente (kg/m3)

    NM 35 (1995)

    ACI 213R-03 (2003)

    EUROCODE 2 (2007)

    NS 3473 E (1998)

    CEB-FIP (1977)

    RILEM (1975)

    1680 < y < 1840

    1120 < y < 1920

    9 0 0 < y < 2 0 0 0

    1200 < y < 2 2 0 0

    y < 2 0 0 0

    Y < 2 0 0 0

    Tabela 1. Valores de referncia da massa especfica dos concretos leves estruturais.

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

    sentar o valor da massa especfica nos limites apresentados na Tabela 1, deve

    apresentar resistncia compresso aos 28 dias acima de 17 MPa.

    A NM35 (1995) apresenta valores mnimos de resistncia compresso em

    funo dos valores de massa especfica aparente, conforme verifica-se na Tabela 2.

    Valores intermedirios de resistncia compresso e de massa especfica aparente

    correspondentes podem ser obtidos por interpolao. Alm disso, esse documento

    normativo especifica que os agregados leves utilizados na produo dos concre-

    tos estruturais devem apresentar valores de massa unitria no estado seco e solto

    abaixo de 1 120 kg/m3, para agregados midos, e de 880 kg/m3, para agrega-

    dos grados.

    Resistncia compresso Massa especfica aparente (kg/m3) aos 28 dias (MPa) (Valores mximos) (Valores mnimos)

    28 1840

    21 1760

    17 1680 Tabela 2 . Valores correspondentes de resistncia compresso e massa especfica para concreto leve estrutural. Fonte: N M 35, 1995.

  • Alm dos valores de massa especfica aparente, outros parmetros podem ser

    utilizados para classificar o concreto leve estrutural, como o Fator de Eficincia (FE),

    que relaciona o valor de resistncia compresso e de massa especfica aparente

    do concreto (Equao 1).

    Fator de eficincia = fc / y (MPa.dm3/kg) (1)

    Em que: fc = resistncia compresso (MPa);

    y = massa especfica aparente (kg/dm3).

    De acordo com Spitzner (1994) e Armelin et al. (1994), considerado con-

    creto leve de alto desempenho um concreto com fator de eficincia acima de 25

    MPa.dm3Ag. Esse valor limite foi obtido tendo como referncia um concreto com

    agregados convencionais, com resistncia compresso de 60 MPa e massa espe-

    cfica de 2400 kg/m3, classificado por Spitzner (1994) como de alta resistncia.

    Assim, considera-se concreto leve de alto desempenho, por exemplo, um concreto

    com resistncia compresso de 30 MPa, desde que sua massa especfica seja

    inferior a 1200 kg/m3.

    1.2 Panorama histrico do concreto leve 1.2 .1 Resgate histrico

    A primeira indicao conhecida da aplicao dos concretos com agregados

    leves data de aproximadamente 1100 a.C., quando construtores pr-colombianos,

    originrios da regio da atual cidade de El Tajin, localizada no Mxico, utilizaram

    uma mistura de pedra-pomes com um ligante base de cinzas vulcnicas e cal

    para a construo de elementos estruturais.

    A despeito desses registros, as aplicaes histricas mais conhecidas dos con-

    cretos com agregados leves foram construdas pelos romanos, durante a Repblica

    Romana, o Imprio Romano e o Imprio Bizantino1, destacando-se, na Itlia, o

    Porto de Cosa, a cobertura do Panteo e o Coliseu de Roma. Os romanos, com a

    1 "Repblica Romano": perodo compreendido entre 5 0 9 a.C. e 27 a.C.; "Imprio Romano":

    perodo entre 27 a.C. a 4 7 6 d.C.; e "Imprio Bizantino": perodo entre 4 7 6 d.C. e 1453 d.C.

  • inteno de reduzir as cargas nas estruturas, utilizaram concretos que combinavam

    aglomerante base de cal e rochas vulcnicas (ACI 213R-03, 2003).

    No Porto de Cosa (Figura 2), por exemplo, construdo em 273 a.C., a 140

    km de Roma, foi utilizado concreto com agregados leves de origem vulcnica na

    execuo de quatro estruturas para atracao de embarcaes. Por dois mil anos

    essas estruturas resistiram s aes da natureza, apresentando apenas sinais de

    abraso na superfcie, de forma que elas apenas deixaram de ser utilizadas em

    funo do assoreamento do porto (McCann et a/., 1987).

    No Coliseu de Roma (Figura 3), anfiteatro para 50 mil espectadores construdo

    entre os anos 75 e 80 a.C., tambm foi utilizado concreto com agregados leves

    mais especificamente, na estrutura de fundao e em diversas paredes.

    F igu ra 2 . Porto de Cosa, Itlia. F igu ra 3 . Coliseu de Roma. Fonte: McCann etal., 1987. Fonte: Shutterstock/David Peta

    Outro exemplo a cobertura do Panteo de Roma, cpula abobadada com

    44 m de dimetro. Aps ter sido destruda por um incndio, o imperador Adriano

    decidiu, em 125 d.C., por sua reconstruo utilizando concreto com pedra-pomes.

    Visando melhorar seu desempenho estrutural, o projeto da nova cpula apresentava

    algumas inovaes, como valores variveis de espessura e de massa especfica do

    concreto (maiores na base e menores no topo), conforme Figura 4 (ACI 213R-03,

    2003). A cpula ainda hoje se encontra em perfeito estado de conservao.

    A aplicao de concreto leve pelos romanos tambm pode ser observada no

    smbolo religioso mximo do Imprio Romano do Oriente, a Catedral de Santa

    Sofia em Istambul (Figura 5). Construda durante o Imprio Bizantino pelo Impera-

  • F igu ra 4 . Ilustrao da seo transversal da cpula do Panteo de Roma.2

    dor Justiniano, no perodo compreendido entre 532 e 537 d.C., a catedral foi

    projetada pelo arquiteto Isidoro de Mileto e pelo matemtico Antmio de Traias

    (Chandra; Berntsson, 2002). Aps a queda do Imprio Romano, o uso de concreto

    com agregados leves foi limitado at o incio do sculo XX, quando se iniciou a

    produo de agregados leves artificiais.

    F igu ra 5 . Catedral de Santa Sofia em Istambul. Fonte: Shuterstock/PavIeMarjanovic

    2 Ilustrao disponvel em: http://pt.wikipedia.Org/wiki/Ficheiro:Pantheon.drowing.jpg. Acessado

    em setembro de 2009 .

    http://pt.wikipedia.Org/wiki/Ficheiro:Pantheon.drowing.jpg

  • 1.2 .2 Sculo X X

    Stephen J. Hayde, um engenheiro fabricante de tijolos cermicos da cidade de

    Kansas, nos Estados Unidos, foi o inventor do processo para obteno de agregados

    expandidos. Hayde observou em sua fbrica que quando a etapa de aquecimento

    nos fornos ocorria mais rpido que o usual, os tijolos se transformavam em elementos

    expandidos, deformados e extremamente leves. O fabricante observou que se redu-

    zisse suas dimenses, esses "tijolos expandidos" poderiam ser usados como agrega-

    dos para produzir concreto leve com propriedades mecnicas semelhantes s do

    concreto convencional. Depois de quase uma dcada de experimentao, em 1918,

    Hayde patenteaou o processo de obteno de agregados leves pelo aquecimento em

    forno rotativo de pequenas partculas de xisto, de argila e de ardsia, denominados

    Hoydite (ACI 213R-03, 2003).

    As primeiras aplicaes dos agregados leves artificiais produzidos por Hayde

    em concreto de cimento Portland ocorreram logo em seguida, em 1918, durante a

    Primeira Guerra Mundial, quando a American Emergency Fleet Building Corporation

    construiu embarcaes com concreto leve. Um exemplo dessas embarcaes o USS

    Selmo (Figura 6), com 123,3 m de comprimento. Lanado ao mar em 1919 nos Es-

    tados Unidos, a estrutura dessa embarcao utilizou cerca de 2000 m3 de concreto

    F igu ra 6 . lanamento da embarcao USS Selma 1919. Fonte: Holm, 1980.

  • leve com argila expandida, com valores de resistncia compresso aos 28 dias

    de 38,5 MPa e de massa especfica de 1905 kg/m3 (Chandra; Berntsson, 2002).

    digno de nota que, na mesma poca, o valor usual de resistncia compresso dos

    concretos convencionais era de 15 MPa. Um estudo realizado por Holm e Bremner

    (1994) demonstrou o excelente estado de conversao da estrutura dessa embarca-

    o aps 70 anos de exposio ao ambiente marinho.

    Durante a Primeira Guerra Mundial, foram construdas 14 embarcaes com

    estrutura em concreto leve. J durante a Segunda Guerra Mundial, o uso desse ma-

    terial em embarcaes foi mais intenso: foram construdos 488 navios com concreto

    leve, o que permitiu grande economia de chapas de ao.

    Simultaneamente s primeiras aplicaes dos concretos com agregados leves

    artificiais em embarcaes, iniciaram-se nos Estados Unidos as pesquisas para apli-

    cao desse material na construo civil. A primeira aplicao estrutural de concreto

    leve (com agregados artificiais) em edificaes ocorreu em 1922, no ginsio da

    Westport High School, na cidade de Kansas. A baixa capacidade de suporte do solo

    foi a motivao para o uso do concreto leve na estrutura para com isso reduzir os

    custos com a estrutura de fundao. Mesmo os agregados leves apresentando custo

    elevado em relao aos agregados convencionais, cerca de 150% na poca, o uso

    desse material proporcionou a reduo do custo geral da edificao (ESCSI, 1971).

    J a primeira aplicao do concreto leve estrutural em edifcios de mltiplos

    pavimentos ocorreu em 1929, tambm na cidade de Kansas, na expanso do

    edifcio de escritrios da Southwestern Bell Telephone Company (Figura 7). Esse

    edifcio construdo inicialmente com 14 pavimentos, com estrutura em concreto

    convencional foi projetado para receber mais oito pavimentos. No entanto, os

    projetistas verificaram que se fosse utilizado concreto leve na estrutura poderiam

    ser executados seis pavimentos adicionais, alm dos oito j previstos. Assim, a

    estrutura dos ltimos 14 pavimentos desse edifcio foi executada em concreto leve

    com 25 MPa de resistncia compresso aos 28 dias.

    Ainda em 1929 foi finalizado o hotel Chase-Park Plaza, na cidade norte-ameri-

    cana de St. Louis, primeiro edifcio de mltiplos pavimentos (28 andares) com estru-

    tura integralmente executada em concreto com agregados leves (Figura 8).

  • F igu ra 7 . Edifcio da Southwestern Bell Telephone Company, em Kansas, nos Estados Unidos. Fonte: ESCSI, 1971.

    F igu ra 8 . Hotel Chase-Park Plaza, na cidade norte-americana de St. Louis.

    Fonte: ESCSI, 1971.

    Em meados da dcada de 1930, o concreto com agregados leves foi utilizado

    para a construo da pista superior da ponte na baa de San Francisco-Oakland

    (EUA), o que, segundo Mehta e Monteiro (2008), proporcionou uma economia em

    torno de trs milhes de dlares em ao (Figura 9).

    A aplicao dos concretos estruturais leves ficou limitada aos Estados Unidos e

    ao Canad at a patente de Hayde expirar, em 194. Nessa poca, na Dinamarca,

    comeou a funcionar a primeira fbrica de agregados leves em argila expandida

    os LECA, sigla em ingls para Lightweight Expanded Clay Aggregates.

    O fim da licena obtida por Hayde e a reconstruo do ps-guerra ajudaram

    a disseminar a tecnologia dos concretos leves pelo mundo em aplicaes que se

    beneficiavam da reduo da massa especfica do concreto, tais como:

    g f f i r M

  • Edificaes de mltiplos pavimentos: em locais com solo com baixa capa-

    cidade de suporte e com a finalidade de reduzir as solicitaes estruturais

    ocasionadas pelo peso prprio;

    Construes pr-fabricadas: com a finalidade de beneficiar o transporte e

    a montagem das peas;

    Estruturas especiais, como estruturas flutuantes, pontes e coberturas de

    grandes vos.

    F igura 9 . Ponte na baa de San Francisco-Oakland: a) em fase de construo; e b) concluda, eml936. 3

    No Captulo 6, apresentaremos algumas construes importantes que utilizaram

    concreto leve a partir desse perodo.

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

    com o desenvolvimento de novos materiais componentes, como os aditivos redutores

    de gua e as adies pozolnicas, tornou-se mais fcil a obteno de concretos com

    alta resistncia mecnica e elevada durabilidade. Esses desenvolvimentos tambm

    foram aplicados aos concretos leves e, no incio dos anos de 1990, Zhang e Gjorv

    (1991a) conseguiram superar a barreira dos 100 MPa de resistncia compresso

    (aos 28 dias) para concretos com agregados leves (argila expandida), com massa

    especfica em torno de 1750 kg/m3 e consumo de cimento de 550 kg/m3.

    3 Ilustraes disponveis em: http://www.alamedainfo.com. Acessado em setembro de 2009.

    http://www.alamedainfo.com

  • Representando um importante marco na evoluo da tecnologia dos concretos

    leves estruturais, em 1995 ocorreu, na Noruega, o I Simpsio Internacional sobre

    Concretos Estruturais com Agregados Leves, organizado pela Associao Norue-

    guesa de Concreto. Em 2000, tambm na Noruega, foi realizada a segunda edi-

    o desse evento. Os anais desses simpsios so uma das fontes mais importantes

    de documentao sobre os concretos leves estruturais.

    Outra importante fonte de documentos sobre a cincia e tecnologia dos concre-

    tos leves estruturais so os relatrios do projeto europeu EuroLightCon (Economic

    Design and Construction with Lightweight Aggregate Concrete)4. Conduzido entre

    os anos de 1998 e 2000, esse projeto contou com a participao de importantes

    institutos de pesquisa, universidades e indstrias europeias, a exemplo da Founda-

    tion for Scientific and Industrial Research do Norwegian Institute of Technology

    (SINTEF), do Norwegian Institute of Technology, da ExClay International, da Delft

    University of Technology e do Icelandic Building Research Institute.

    1.2 .3 E no Bras i l?

    No Brasil, em 1965, o Grupo Rabello, que ento apresentava forte expresso

    no setor da construo civil brasileira, juntamente com a empresa Compact Enge-

    nharia Ltda., fundou a Construo Industrializada Nacional (Cinasa), com o obje-

    tivo de produzir elementos pr-fabricados em concreto armado para construo de

    habitaes (Figura 10).

    A Cinasa iniciou suas operaes em 1966, instalada na rua Naval, em Rudge

    Ramos, na divisa de So Paulo com So Bernardo do Campo (Figura 1 1), com capa-

    cidade inicial para produzir quatro unidades habitacionais pr-fabricadas por dia.

    Com o intuito de melhorar o desempenho do processo produtivo das unidades

    habitacionais, verificou-se a possibilidade de utilizar concreto leve nos elementos

    pr-fabricados, facilitando, assim, o transporte e a montagem das peas. Em vir-

    tude da ausncia de fornecedores de agregados leves no Brasil, o Grupo Rabello

    4 Parte desses relatrios pode ser encontrada no website S INTEF: http://www.sintef.no/bygg/se-

    ment/elcon. Acessado em setembro de 2009 .

    http://www.sintef.no/bygg/se-

  • I ^ C l T i i F igu ra 10 . Seqncia de montagem da habitao pr-fabricada produzida pela Cinasa Fonte: Vasconcelos, 2002.

  • decidiu implantar uma unidade de produo desse material. Essa nova empresa do

    Grupo, a Cinasita (da juno de Cinasa com /7a, que em tupi significa pedra, suge-

    rindo "a pedra da Cinasa"), iniciou a produo de argila expandida em 1968,

    com um volume mensal de produo de 7 5 0 0 m3. O local escolhido foi o municpio

    de Jundia, a 60 km de So Paulo, em funo da disponibilidade de argila piro-

    expansiva nessa regio (Figura 12).

    5 Figuras gentilmente cedidas pelo Eng. Jos Carlos S. Jovine.

  • F igu ra 12 . Instalaes da Cinasita em Jundia-SP.6

    A Cinasa utilizou ativamente o concreto leve com argila expandida na produo

    das unidades habitacionais assim como na execuo de elementos estruturais pr-

    fabricados de sees de variados formatos (I, Y, U, T e TT), que se tornaram o princi-

    pal produto da empresa (Figura 1 3), uma vez que a linha de produo de unidades

    habitacionais foi desativada alguns anos depois do incio do seu funcionamento.

    Desde ento, a argila expandida encontra aplicao em diversos setores da

    construo civil nacional. Com relao aos concretos estruturais, a maioria das

    aplicaes desse agregado ocorre em elementos estruturais pr-fabricados e em

    estruturas de edificaes de mltiplos pavimentos moldados in loco, em especial

    nas lajes. No Captulo 6 sero apresentados alguns exemplos de aplicao dos

    concretos leves no Brasil, desde o incio da produo de argila expandida at os

    dias atuais.

    Na evoluo do desenvolvimento da tecnologia do concreto leve estrutural

    no Brasil, aps o incio da produo de argila expandida, merecem destaque as

    pesquisas desenvolvidas pela Professora Yasuko Tezuka, da Universidade de So

    6 Figura gentilmente cedido pelo Eng. Jos Carlos S. Jovine.

  • Paulo, em especial sua dissertao de mestrado defendida em 1973 e intitulada

    "Concreto Leve Base de Argila Expandida" (Tezuka, 1973).

    E digno de nota, tambm, o pioneirismo do engenheiro Augusto Carlos de

    Vasconcelos, pelos primeiros projetos estruturais empregando concreto com argila

    expandida brasileira, assim como pelo incio da divulgao das implicaes do

    uso desse agregado no projeto estrutural (Vasconcelos, 1973; 1976).

    Desde ento, a tecnologia do concreto leve estrutural tem sido motivo de pesqui-

    sas em diversas universidades do Brasil. Uma das principais fontes de divulgao

    dessas pesquisas bem como de exemplos de aplicaes do concreto leve no Brasil

    so os anais do Congresso Brasileiro do Concreto, evento realizado anualmente

    pelo Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON).

    Nessa evoluo, merecem ateno especial os estudos sobre concretos leves

    de alta resistncia com argila expandida realizados em meados dos anos de 1990

    7 Figura gentilmente cedida pelo Eng. Augusto Carlos de Vasconcelos.

  • por Armelin et ai (1994) e por Evangelista et ai (1996), que apresentaram dosa-

    gens de concretos leves com valores notveis de resistncia compresso.

    Tambm nesse perodo, sob a coordenao dos Professores Marcos Vincio Cos-

    ta Agnesini e Osny Pellegrino Ferreira, tm incio diversas pesquisas sobre concretos

    estruturais de elevado desempenho com argila expandida no Laboratrio de Cons-

    truo Civil (LCC) do Departamento de Arquitetura e Urbanismo da Escola de Enge-

    nharia de So Carlos (EESC), da Universidade de So Paulo. Parte dessas pesquisas

    foi realizada pelo autor deste livro, que atua nesse grupo desde 1999, e os principais

    resultados obtidos esto sistematizados aqui.

  • 2 AGREGADO LEVE

    Quanto origem/ os agregados leves podem ser classificados em naturais ou artificiais.

    Os agregados leves naturais so obtidos por meio da extrao direta em ja-

    zidas, seguida de classificao granulomtrica. Esse tipo de agregado leve tem

    pouca aplicao em concretos estruturais em funo da grande variabilidade de

    suas propriedades e da localizao e disponibilidade das jazidas. Como exem-

    plos, temos a pedra-pomes e o tufo vulcnico.

    Os agregados leves artificiais so obtidos em processos industriais e, normal-

    mente, so classificados com base na matria-prima utilizada e no processo de

    fabricao, como a argila expandida e a escria sinterizada.

    2.7 Processos de fabricao Os dois processos mais utilizados para a fabricao dos agregados leves arti-

    ficiais so a sinterizao e o farno rotativa. No processo de sinterizao, a mat-

    ria-prima misturada com uma proporo adequada de combustvel, podendo ser

    carvo finamente modo ou coque. Em seguida, submete-se esse material a altas

    temperaturas, utilizando uma grelha mvel, com conseqente expanso, em funo

    da formao de gases (Gomes Neto, 1998).

    Normalmente, o agregado obtido pelo processo de sinterizao apresenta os

    poros abertos, sem recobrimento e com altos valores de absoro de gua. Alm

  • disso, o produto final desse processo um clinquer muito irregular e de arestas

    "vivas", que exige britagem para atender a todas as graduaes granulomtricas

    necessrias para a produo dos concretos. Normalmente, os valores da massa

    especfica desse tipo de agregado variam entre 650 kg/m3e 900 kg/m3.

    O processo de produo em forno rotativo, tambm denominado modulao,

    aproveita as caractersticas que determinados materiais tm de se expandirem,

    como algumas argilas, quando submetidos a temperaturas elevadas (entre 1000C

    e 1350C). Nessa faixa de temperatura, uma parte dos constituintes do material se

    funde gerando uma massa viscosa, enquanto a outra parte se decompe quimica-

    mente liberando gases que so incorporados por essa massa, expandindo-a em at

    sete vezes seu volume inicial. Essa estrutura porosa se mantm aps o resfriamento

    (Moraive et al., 2006). Alm disso, esse processo de fabricao promove a forma-

    o de uma camada vitrificada externa na partcula com baixa porosidade.

    Os agregados produzidos pelo processo de forno rotativo normalmente apre-

    sentam granulometria variada, formato arredondado regular e mago formado por

    uma massa esponjosa microcelular, envolta por uma casca cermica vitrificada,

    resistente e com baixa permeabilidade. O agregado produzido por esse processo

    recebe tambm a denominao de "encapado", pois possui uma camada externa

    de material vtreo que diminui significativamente a absoro de gua.

    A Figura 14 ilustra a diferena na estrutura interna e na porosidade da super-

    fcie dos agregados produzidos pelos processos de sinterizao e forno rotativo,

    respectivamente.

    De forma geral, o processo de fabricao da argila expandida em forno rota-

    tivo pode ser resumido em oito etapas, descritas por Santos et al. (1986):

    a) Homogeneizao: a matria-prima lanada em depsitos para homo-

    geneizao;

    b) Desintegrao: o material lanado em um desintegrador para reduzir

    os grandes torres a um dimetro mximo de 5 cm;

    c) M i s tu ra e nova homogeneizao: o material transportado por meio

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

  • F igura 14 . Micrografia (MEVJ dos agregados produzidos pelos processos de sinterizao (a) e forno rotativo (b). Fonte: Zhang; Gj4rv, 1991b.

    trabalhabilidade adequada para extruso. Nessa etapa feita a correo

    de gua e podem ser utilizados aditivos para melhorar a plasticidade da

    argila ou para aumentar sua expanso durante a queima;

    d) Laminao: nessa etapa o material passa por dois cilindros rotativos que elimi-

    na os torres maiores que 5 mm, deixando a mistura pronta para extruso;

    e) Pelotizao: realizada por extruso contnua em que o material fora-

    do contra uma placa perfurada por orifcios circulares. O dimetro desses

    orifcios influi diretamente no dimetro dos agregados aps a queima. O

    material que sai pelos orifcios cortado por uma lmina rotativa, forman-

    do, assim, as pelotas que so lanadas ao forno;

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

    ocorre dentro do forno rotativo. A disposio das aletas internas para con-

    duo do material, a inclinao do forno, o tempo de permanncia dentro

    do forno, assim como outros detalhes especficos, dependem das caracte-

    rsticas da argila e devem ser estudados visando a maior economia do pro-

    cesso e do desempenho do produto. Na primeira fase, ocorre a secagem

    das pelotas. Na zona de combusto, o forno atinge a temperatura prevista

  • poro expanso das pelotas, geralmente entre 1000C e 1350C. Geral-

    mente o combustvel leo ou gs;

    g) Res f r iamento: geralmente utilizado um cilindro, na sada do forno, no

    qual soprado ar por ventiladores. O ar quente reaproveitado no interior

    do forno;

    h) Classificao e estocagem f ina l : os agregados leves so classificados

    em peneiras vibratrias e armazenados para comercializao.

    2 .2 Forma e textura superficial A forma e a textura superficial dos agregados leves influenciam algumas pro-

    priedades importantes dos concretos, como a resistncia mecnica, por exemplo,

    pois esto relacionadas com a quantidade de gua necessria para a obteno da

    trabalhabilidade desejada.

    A textura e a forma das partculas dos agregados leves artificiais dependem, es-

    sencialmente, do processo de fabricao. Os agregados produzidos pelo processo

    de sinterizao apresentam alta rugosidade, formas angulares e superfcie porosa.

    Esse tipo de agregado proporciona boa aderncia pasta de cimento em funo da

    rugosidade da superfcie; entretanto, apresenta tambm altos valores de absoro

    de gua em funo da alta porosidade externa. Em decorrncia da forma angular,

    esses agregados aumentam a quantidade de gua da mistura para a obteno da

    trabalhabilidade desejada (Zhang; Gjrv, 1990; CEB/FIP, 1977).

    Outra desvantagem da utilizao de agregados leves produzidos por sinteriza-

    o a possibilidade de penetrao da pasta de cimento nos poros externos, que

    pode variar de 30 kg a 100 kg de cimento por m3 de concreto, aumentando, assim,

    o consumo de cimento e a massa especfica do concreto (Figura 15).

    Por outro lado, os agregados produzidos em fornos rotativos, como as argilas

    expandidas, normalmente apresentam forma esfrica e uma fina camada externa

    com baixa porosidade, possibilitando a obteno de boa trabalhabilidade com

    baixas relaes gua/cimento. Entretanto, em funo do formato esfrico, esse tipo

    de agregado apresenta maior facilidade de segregao do que o produzido por

    sinterizao (CEB/FIP, 1977).

  • F igu ra 15. Micrografia (MEV) ilustrando a entrada de pasta de cimento (C) nos poros externos de agregados leves produzidos por sinterizao. Fonte: Zhang;

    Gftrv, 1992.

    Na maioria dos processos de fabricao de agregados leves, o dimetro das

    partculas varia entre 1 mm e 25 mm, com valores de massa especfica inversa-

    mente proporcional ao dimetro.

    2.3 Estrutura interna, resistncia mecnica e mdulo de deformao A reduo da massa especfica dos concretos leves estruturais se deve uti-

    lizao de agregados com baixos valores de massa especfica. Como as matrias-

    primas dos agregados leves e dos agregados convencionais apresentam valores

    de massa especfica da mesma ordem de grandeza, utiliza-se a incluso de uma

    estrutura porosa no agregado para a reduo desse ndice fsico, alterando-se, as-

    sim, a estrutura interna do agregado (CEB/FIP, 1977).

    A estrutura interna tem um efeito importante na resistncia mecnica e no mdu-

    lo de deformao dos agregados leves. Para a mesma matria-prima e processo de

    fabricao, agregados com estrutura bastante porosa so menos resistentes que os

    agregados com estrutura pouco porosa. O tamanho e a distribuio dos poros tam-

    bm so decisivos na resistncia mecnica dos agregados leves. Para um mesmo

    grau de porosidade, interessante que haja uma distribuio uniforme de pequenos

  • poros, em vez de poucos poros de grande dimetro. A reduo da porosidade, em

    algumas reas especficas, tambm influencia a resistncia mecnica do agregado.

    Um exemplo a argila expandida, em que a camada externa de baixa porosidade

    aumenta a resistncia mecnica desse agregado (Holm; Bremner, 1994).

    O valor do mdulo de deformao dos agregados leves pode ser estimado se-

    gundo a Equao 2 (FIP, 1983), que relaciona o mdulo de deformao Ec (MPa) e

    a massa especfica aparente y (kg/m3) do agregado leve. Segundo Holm e Bremner

    (1994), os valores do mdulo de deformao dos agregados leves utilizados em

    concretos estruturais variam entre 10 GPa e 18 GPa.

    Ec = 0 , 0 0 8 . f (MPa) (2)

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

    resistncia mecnica tm pouca participao na transmisso das tenses internas

    no concreto. Assim, quanto maior for a diferena entre os valores do mdulo de

    deformao do agregado e da pasta de cimento, maior ser a diferena entre a re-

    sistncia compresso da pasta de cimento e do concreto. O aumento do mdulo

    de deformao do agregado leve aumenta tambm os valores da resistncia

    compresso e o do mdulo do concreto.

    2.4 Porosidade e absoro de gua

    As caractersticas de porosidade e absoro de gua dos agregados leves afe-

    tam significativamente as propriedades dos concretos no estado fresco e o processo

    de hidratao do cimento. A velocidade e a quantidade de gua absorvida pelos

    agregados leves dependem dos seguintes fatores: a) porosidade total; b) conectivi-

    dade entre os poros; c) caractersticas da superfcie do agregado; e d) umidade do

    agregado antes da mistura (Neville, 1997; EuroLightCon, 1998).

    Outros fatores que podem influenciar a absoro de gua dos agregados so

    os aditivos, a temperatura e, no caso de concreto bombeado, a respectiva presso

    de bombeamento. A absoro de gua dos agregados proporcional consistn-

    cia do concreto e pode aumentar com o uso de superplastificantes. A utilizao de

  • agentes retardadores pode aumentar, tambm, a absoro de gua dos agrega-

    dos, pois aumenta o tempo entre a mistura e o incio do endurecimento do concreto.

    Quando se utiliza o concreto bombeado, o agregado absorve uma quantidade

    adicional de gua em funo das altas presses utilizadas (CEB/FIP, 1977).

    Para agregados leves com altos valores de absoro de gua, recomenda-se a

    pr-saturao para evitar prejuzo da trabalhabilidade do concreto no estado fres-

    co e evitar a formao de bolhas de ar ao redor do agregado, como apresentado

    na Figura 16. Vale salientar, contudo, que, apesar da pr-saturao dos agregados

    aumentar a absoro final de gua dos agregados, observa-se a reduo da ab-

    soro de gua aps a mistura.

    F igu ra 16. Micrografia (MEV) ilustrando o acmulo de bolhas de ar ao redor do agregado leve decorrente da elevada absoro de gua aps a mistura dos

    materiais. Fonte: Helland; Maage, 1995.

    A alta quantidade de gua absorvida pelo agregado leve pode ser desfavor-

    vel a algumas propriedades do concreto no estado endurecido, como o aumento da

    retrao por secagem, o aumento da massa especfica e a reduo da resistncia

    ao fogo. Entretanto, a absoro de gua dos agregados leves apresenta alguns

    aspectos positivos, como a melhoria das propriedades da zona de transio entre

    o agregado e a pasta de cimento, com a reduo do efeito parede. Alm disso, a

  • guo absorvida pelo agregado leve beneficia a "cura interna" do concreto (Holm;

    Bremner, 1994; Zhang; Gj^rv, 1991b).

    A Tabela 3 apresenta os valores de absoro de gua, assim como de outras

    caractersticas, de alguns agregados leves comerciais nacionais, europeus e norte-

    americanos.

    2.5 Controle tecnolgico Um conjunto de anlises prvias deve anteceder a utilizao do agregado leve

    em concretos estruturais. A NM 35 (1995) apresenta especificaes para anlise dos

    agregados e do concreto com os agregados. Com relao ao agregado, esto pre-

    vistas nessa norma as anlises de composio granulomtrica, de massa especfica

    aparente e de teores de substncias nocivas (materiais orgnicos e xido de ferro). J

    para o concreto com os agregados leves, a referida norma apresenta a especificao

    de anlise para retrao por secagem.

    Alm dessas anlises previstas na NM 35 (1995), outros estudos comple-

    mentares so importantes na caracterizao dos agregados leves, a exemplo da

    anlise de absoro de gua, teor de cloretos e sulfatos e potencial reativo lcali-

    agregado.

    E possvel obter procedimentos de ensaios para controle tecnolgico dos agrega-

    dos leves, assim como para os concretos com esses agregados, no EuroLightCon

    (2000a) e na relao de normas constantes na Tabela 4.

    2 .6 Argila expandida brasileira A argila expandida o nico agregado leve produzido no Brasil. Esse agrega-

    do produzido atualmente pela empresa Cinexpan Indstria e Comrcio Ltda8

    (Figura 17), na cidade de Vrzea Paulista, localizada a 60 km da cidade de So

    Paulo. Atualmente, cerca de 60% da produo de argila expandida destina-se ao

    setor da construo civil nacional. Os outros 40% so absorvidos pelos setores de

    lavanderia (20%), paisagismo, refratrios e demais aplicaes, como substratos.

    8 A empresa CINASITA encerrou suas atividades em Jundia-SP em 1999.

  • N o m e comercial

    M a t r i a - p r i m a Fabricao

    lytag Inglaterra Holanda

    Cinzas volantes

    Sol i te EUA Folhelho

    Liopor Alemanha

    Leca Dinamarca Noruega

    Arlita Espanha Argila

    Cinexpan 0 5 0 0

    Cinexpon 1506 Brasil

    Cinexpan 2 2 1 5

    Sintetizao

    Forno rotativo

    T a b e l a 3 . Caractersticas de alguns agregados leves comerciais.

    1 , 3 - 2 . 1

    M a s s a u n i t r i a

    (kg/dm 3 )

    0,6- 1,1

    Dimenso (mm)

    0 , 5 - 1 9 1 5 - 2 0

    1,4

    0,6-1,8

    0,6 - 1,8

    1.4

    1.5

    1,1

    0,6

    0,8

    0,3 - 0 , 9

    0 ,3 - 0 , 9

    0,8

    0 , 9

    0,6

    0 ,5

    4 - 1 6

    2 - 1 9

    0 , 5 - 1 6

    1 - 10

    0 - 4 , 8

    6 , 3 - 1 2 , 5

    1 2 , 5 - 1 9

    15

    1 1 - 1 7

    1 1 - 3 0

    13

    10

  • o z r 73 r n - *

    O r n

    Pas Especificao

    EUA ACI 211.2-98. Standard Practice for Selecting Proportions for Slructural Lightweight Concrete, 2004 ACI 213R-03. Guide for Structural Lightweight Aggregate Concrete, 2 0 0 3 ACI 318-08. Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, 2 0 0 8 ACI 304.5R-91. Batching, Mixing, and Job Control of Lightweight Concrete, 1997 A.CI SP-136. Structural Lightweight Aggregate Concrete Performance, 1992 ASTM C330-05. Standard Specificotion for Lightweight Aggregates for Structural Concrete, 2 0 0 5

    Europa EUROCODE 2. Design of Concrete Structures, 2 0 0 7 NS 3420 . Specificotion Texts for Building and Construction, 1992 NS 3473 . Concrete Structures. Design Rules, 1998 NS 22. NCA Publ. NT22. Lightweight Aggregate Concrete. Specif. and Guidelines, 1999 BS 3797 . BS Specificotions for LWA for Masonry Units and Structural Concrete, 1990 BS 8110 . Structural Use of Concrete. Part 2, 1997

    Japo JASS 5. Reinforced Concrete Work, 2 0 0 3 JIS A 5 0 0 2 . Lightweight Aggregates for Structural Concrete 1978 (revised 1999) JSCE Chapter 19. Lightweight Aggregate Concrete 1986 (revised 1996)

    Tabela 4 . lista de aguns documentos normativos sobre agregados leves e sobre concreto com agregados leves.

  • F igura 17 . Fbrica de argila expandida Cinexpan em Vrzea

    Paulista, So Paulo.

    A produo da argila expandida ocorre em forno rotativo (Figura 1 89), utilizan-

    do temperaturas mdias de 1 100C e argila com caractersticas piro-expansivas

    extrada no municpio de Jundia, vizinho Vrzea Paulista. Conseqncia desse

    processo de fabricao, o agregado apresenta formato arredondado regular e

    ncleo esponjoso, envolto por uma camada vitrificada, com baixa permeabilidade,

    como pode ser observado nas micrografias apresentadas nas Figuras 19 e 20.

    F igu ra 18. Forno rotativo para produo de argila expandida da empresa Cinexpan em Vrzea Paulista, So Paulo.

    9 As Figuras 17 e 1 8 foram gentilmente cedidas por Frederico G. Nivoloni, da Cinexpan I.C. Ltda.

  • A Figura 21 apresenta o difratograma de raios-X do agregado leve com a

    identificao dos compostos representativos. A Tabela 5 apresenta o resultado da

    anlise qumica do agregado leve, em que se observa predominncia dos elemen-

    tos slica, alumnio e ferro na composio da argila expandida.

    F igu ra 19 . Aspecto do estrutura interna dos F igu ra 2 0 . Aspecto da estrutura interna agregados leves (MEV micrografia no modo dos agregados leves (Microscopia tica de eltrons secundrios com ampliao de 300x). transmisso com ampliao de 200x).

    Fonte: Rossignolo, 2003. Fonte: Rossignolo, 2003.

    1CC0

    SCO v> a. u 600

  • Os agregados so produzidos em diversas faixas granulomtricas para atender

    a construo civil, a indstria txtil e o setor de jardinagem. Os agregados usual-

    mente empregados em concretos estruturais so os denominados comercialmente

    de Cinexpan 0 5 0 0 [ 0 ^ = 4,8 mm), Cinexpan 1506 [ 0 ^ = 12,5 mm) e Cinexpan

    2215 (Dnox= 19,0 mm), conforme Figura 22.

    As Tabelas 6, 7 e 8 apresentam, respectivamente, as composies granulom-

    tricas, os valores de absoro de gua (determinados pelo mtodo proposto por

    Tezuka, 1973) e os valores de algumas caractersticas e propriedades dos trs tipos

    de argila expandida usualmente empregados em concretos estruturais. Vale salien-

    tar que os valores apresentados nessas tabelas so apenas indicativos e podem

    apresentar alteraes em funo das especificidades dos lotes produzidos.

    Composto % S i0 2 62,3

    A I A 17,7

    Fe203 10,3

    Mg O 2,8

    K2O 4,1

    TiO, 1,0

    Na20 0,3

    CaO 0,4

    PF 0 ,7

    Tabela 5 . Anlise qumica da argila expandida brasileira.

  • F igu ra 2 2 . Aspecto de orgilo expandida brasileira produzido pela empresa Cinexpan: a) Cinexpan 0500 ; b) Cinexpan 1506; e c) Cinexpan 2215.

  • E

    J i O s?

    C O O O K K O- O

    0 S i

    l i 1 I O s?

    CO IO CO N o

    i

    0 0 1 2 s

    O) o o "o o y c -a> E

    _o C O O) o IO v> a E o U _o

    - f l

  • Tempo Absoro de gua (%) (em massa)

    Cinexpan 0 5 0 0 Cinexpan 1 5 0 6 Cinexpan 2 2 1 5

    3 0 min 1/8 2 , 7 4 , 0

    1 hora 2 , 7 3 , 5 5 , 0

    1 dia 6 , 0 7 , 0 1 0 , 3

    Tabela 7 . Absoro de gua da argila expandida.

    Caractersticas/ Propriedades

    Cinexpan 0 5 0 0 Cinexpan 1 5 0 6 Cinexpan 2 2 1 5

    Massa especfica

    (kg/dm3)(NBR 9937) 1 , 5 1 1 , 1 1 0 , 6 4

    Massa unitria no estado seco e solto (kg/dm3) (NBR 7251)

    0 , 8 6 0 , 5 9 0 , 4 7

    Mdulo de deformao

    (GPa)10 1 8 , 2 9 , 9 3 , 3

    Resistncia compresso por esmagamento (MPa) (CEN prEN

    13055-1, 2002)

    2 0 , 5 1 2 , 7 8 , 4

    Tabela 8 . Caractersticas e propriedades da argila expandida.

    10 Valor estimado ulilizando a equao 2 (FIP, 1983).

  • 3 DOSAGEM E PRODUO

    /

    DO CONCRETO LEVE

    Este captulo tem CO t lO objetivo apresentar as principais especifici-dades da dosagem e da produo de concreto com agregados leves, com ateno

    especial para a dosagem, a determinao do valor da relao a/c efetiva, a traba-

    Ihabilidade, o transporte, o lanamento, o adensamento e a cura.

    3.1 Dosagem e relao gua/cimento efetiva De forma geral, os mtodos utilizados para dosagem dos concretos conven-

    cionais podem ser aplicados para os concretos com agregados leves. No entanto,

    quatro fatores adicionais devem ser considerados:

    a) A necessidade de projetar um concreto com massa especfica particular;

    b) A absoro de gua dos agregados leves;

    c) A variao da massa especfica do agregado leve em funo de sua dimenso;

    d) A influncia das caractersticas dos agregados leves nas propriedades dos

    concretos.

    Procedimentos especficos para dosagem dos concretos com agregados leves

    so descritos em CEB/FIP (1977), FIP (1983), EuroLightCon (2000b) e ACI 211.2-98

    (2004). Esse ltimo documento apresenta dois mtodos de dosagem para concretos

    leves. O primeiro, denominado "mtodo da massa", indicado para concretos com

  • agregados midos com massa especfica normal e agregados grados leves. Por sua

    vez, o segundo, chamado de "mtodo volumtrico", recomendado para concretos

    com agregados leves grados e midos.

    De modo geral, os documentos normativos internacionais11 indicam a utilizao

    de consumos de cimento acima de 300 kg/m3 para assegurar os nveis mnimos

    de trabalhabilidade, de proteo armadura e de ancoragem da armadura ao

    concreto com agregados leves.

    Dosagens otimizadas de concretos leves podem ser obtidas com a utilizao

    conjunta de agregado grado leve e agregado mido convencional. O ajuste granu-

    lomtrico desses dois tipos de agregados, utilizando o agregado mido com dimen-

    so mxima igual dimenso mnima do agregado grado, possibilita o aumento

    da coeso, a reduo da segregao e o aumento da resistncia compresso do

    concreto, em relao aos concretos com agregado mido leve. Em contrapartida, a

    utilizao de agregados midos convencionais ocasiona o aumento da massa espe-

    cfica do concreto, em comparao com o agregado mido leve.

    Assim como para os concretos convencionais, podem ser utilizados aditivos e

    adies minerais para modificao de algumas propriedades e caractersticas dos

    concretos leves estruturais. No entanto, para o caso dos aditivos lquidos, como os

    redutores de gua, importante considerar a absoro de gua dos agregados,

    quando utilizados sem saturao prvia. Nesses casos, os agregados absorvem

    parte do aditivo disponvel na pasta, reduzindo, assim, sua atuao. Uma forma de

    minimizar esse efeito introduzir o aditivo aps a mistura dos materiais, momentos

    antes da aplicao do concreto.

    Um ponto importante do processo de dosagem dos concretos leves a definio

    da relao gua/cimento efetiva, em funo da absoro de gua dos agregados.

    No caso dos concretos com agregados convencionais, a quantidade de gua dis-

    ponvel para a hidratao do cimento definida no momento da mistura dos ma-

    teriais. Com isso, a gua presente nos agregados deve ser descontada da gua a

    ser adicionada no momento da mistura.

    1 1 Esses documentos normativos so apresentados na Tabela 4 do Captulo 2.

  • No coso dos agregados leves, deve ser considerada a gua absorvida pelos

    agregados leves, aps a preparao do concreto. Esse fenmeno pode ser elimi-

    nado com a pr-saturao dos agregados; entretanto, aumenta relativamente os

    custos de produo do concreto. O procedimento mais comum acrescentar mis-

    tura a quantidade de gua que ser absorvida pelo agregado, mantendo, assim, a

    relao gua/cimento constante (Rossignolo; Agnesini, 2000).

    Segundo EuroLightCon (1998) e Tezuka (1973), possvel estimar a quanti-

    dade de gua que ser absorvida pelos agregados leves por meio de sua imerso

    em gua. Para concretos com relao a/c em torno de 0,4 e abatimento do tronco

    de cone entre 100 mm e 200 mm, possvel adotar o valor de absoro de gua

    dos agregados aps uma hora de imerso como referncia para determinao da

    quantidade de gua a ser adicionada no momento da mistura. Por motivos prti-

    cos, esse procedimento utilizado tambm para concretos leves com caractersticas

    diferentes das especificadas anteriormente.

    No caso especfico da argila expandida brasileira, os estudos apresentados

    por Rossignolo (2003) indicaram que esse procedimento de estimativa da absor-

    o de gua dos agregados apresentou bons resultados. Nesse mesmo estudo,

    disponibilizado um exemplo de roteiro prtico de dosagem de concretos estruturais,

    totalmente experimental, utilizando argila expandida brasileira.

    3 .2 Mistura e teor de umidade dos agregados

    Na mistura dos materiais em equipamentos com eixo inclinado, no incio da mis-

    tura, os agregados leves grados apresentam segregao, com tendncia de sair do

    misturador problema esse atenuado aps algum tempo de mistura. No misturador

    vertical, prefervel segundo o CEB/FIP (1977), esse problema no ocorre.

    Se o concreto for produzido com agregados leves com baixa absoro de gua,

    valores abaixo de 10%, em massa, aps 24 horas de imerso, na maioria das vezes,

    pode ser empregado o mtodo de mistura utilizado para os concretos convencionais

    e utilizados os agregados sem saturao prvia. Alguns tipos de agregados leves,

    mesmo com valores de absoro de gua abaixo de 10% aps 24 horas de imerso,

    apresentam alta absoro de gua nos primeiros minutos, seguido de estabilizao.

  • Nesses casos, juntamente no misturador, devem ser adicionados os materiais slidos

    e a gua, seguidos dos agregados leves (Holm; Bremner, 2000).

    Se, diferentemente do descrito acima, o agregado leve utilizado apresentar

    altos valores de absoro de gua aps 24 horas de imerso, acima de 10%, em

    massa, recomendada a pr-saturao. Caso contrrio, poder ser comprometida

    a trabalhabilidade adequada do material durante o lanamento (Holm e Bremner,

    2000; Zhang e Gforv, 1991a).

    Para concretos com argila expandida brasileira, que apresenta valores de ab-

    soro de gua abaixo de 10% aps 24 horas de imerso, foram observados

    melhores resultados de manuteno da trabalhabilidade aps a mistura, adiciona-

    ndo os materiais slidos juntos com a gua no misturador e, aps uma pr-mistura,

    incluindo os agregados leves (Rossignolo; Agnesini, 2000).

    3.3 Trabalhabilidade A faixa de variao dos valores de abatimento dos concretos leves , normal-

    mente, menor que a utilizada para os concretos convencionais, tendo a absoro

    de gua dos agregados grande influncia na manuteno da trabalhabilidade do

    concreto aps a mistura.

    Durante o processo de determinao dos valores de abatimento para os con-

    cretos leves, deve ser considerado o valor da massa especfica do agregado leve.

    No caso do abatimento do tronco de cone (NM 67, 1998), os concretos leves apre-

    sentam valores de abatimento menores que os obtidos para os concretos convencio-

    nais, devido essencialmente menor deformao do concreto leve pela ao da

    gravidade (Figura 23). Com isso, concretos leves com abatimento de 80 mm, por

    exemplo, podem apresentar trabalhabilidade similar dos concretos convencionais

    com abatimento de 100 mm.

    Alm do abatimento do tronco de cone, o espalhamento do tronco de cone

    (NM 68, 1998) uma forma de anlise adequada para avaliar a trabalhabilidade

    dos concretos leves. Como esse mtodo insere energia para avaliar a deformao

    do concreto, com o movimento (levantamento e queda) repetido da plataforma

    (Figura 24), os valores obtidos para os concretos leves se aproximam mais dos

    obtidos para os concretos convencionais (Rossignolo; Agnesini, 2000).

  • F igura 2 4 . Ilustraes da anlise do espalhamenfo do tronco de cone de con-creto segundo a NM 68 (1998). Fonte: Rossignolo, 2003.

    3.4 Transporte, lanamento e adensamento No transporte dos concretos leves, deve ser considerada a tendncia segre-

    gao, fenmeno denominado "flutuao", em funo dos baixos valores da mas-

    sa especfica dos agregados. Esse fenmeno pode ser evitado ou reduzido com

    a dosagem de concretos com coeso e consistncia adequados, controlando-se

  • a relao gua/cimento e o teor dos agregados midos e com a utilizao de

    adies minerais, como a slica ativa.

    Para o bombeamento do concreto leve, a umidade e a granulometria dos

    agregados leves assumem grande importncia, pois o aumento da presso hidros-

    ttica no concreto contribui para a entrada de gua nos agregados. Nesse caso,

    a pr-saturao do agregado leve importante para prevenir a perda brusca de

    trabalhabilidade no estado fresco, que pode provocar o entupimento dos dutos

    durante o lanamento. Em casos especficos, como bombeamento em alturas ele-

    vadas, pode ser necessrio realizar a pr-saturao dos agregados em cmara

    hiperbrica (EuroLightCon, 2000c). Um exemplo desse procedimento foi observado

    durante a construo do edifcio Nations Bank, nos Estados Unidos, em 1994, em

    que a altura de bombeamento do concreto chegou a aproximadamente 250 m.

    Em decorrncia dos menores valores da massa especfica dos concretos leves, os

    esforos transmitidos s formas, durante o lanamento, so inferiores aos observados

    para os concretos convencionais. Em contrapartida, deve ser considerado o aumento

    dos esforos e deformaes nas formas durante o adensamento, pois normalmente os

    concretos leves exigem maior energia de vibrao que os concretos convencionais.

    Normalmente, para os concretos leves, podem ser adotadas as tcnicas usuais

    de adensamento; entretanto, esses concretos exigem uma energia maior de vibrao,

    quando comparados com os concretos convencionais. No caso especfico dos vibra-

    dores de imerso, o raio de ao pode ser adotado como a metade do valor dos

    utilizados nos concretos convencionais (CEB/FIP, 1977; Holm e Bremner, 2000).

    Outro fator importante no controle da segregao dos agregados leves a

    freqncia de vibrao, sendo recomendada a utilizao de vibradores com baixa

    freqncia de vibrao, como pode ser observado na Figura 25.

    O correto adensamento dos concretos leves mostra-se importante, tambm,

    para evitar a formao de vazios ao redor do agregado leve, como na ilustrao

    apresentada na Figura 16 do Captulo 2.

    3.5 Procedimentos de cura

    Os mesmos procedimentos de cura dos concretos convencionais podem ser

    adotados nos concretos com agregados leves, tomando-se cuidados especiais com

  • F igu ra 2 5 . Efeito do freqncia de vibrao durante o adensamento na "flutua-o" dos agregados leves. Fonte: Vieira, 2000.

    o controle da temperatura do concreto (Rossignolo; Agnesini, 2001 a). O calor libe-

    rado durante o processo de hidratao do cimento acarreta uma elevao maior

    na temperatura dos concretos leves do que nos concretos convencionais, em funo

    da baixa condutividade trmica dos agregados leves. Para evitar a formao de

    fissuras trmicas, em ambientes com baixas temperaturas, recomenda-se protelar

    a retirada das formas ou cobrir o concreto com mantas isolantes. Quando for uti-

    lizado o processo de cura trmica, deve ser adotado um perodo maior de cura ou

    uma velocidade de elevao de temperatura menor (EuroLightCon, 1998).

    Por outro lado, o agregado leve beneficia o processo de hidratao do cimento,

    pois, durante o processo de mistura dos materiais, retm uma parcela de gua, que

    ser transferida para a pasta de cimento ao longo do perodo de hidratao, ga-

    rantindo, assim, a presena de parte da gua necessria para as reaes qumicas

    desse processo, com pouca influncia das condies ambientais externas. Esse fen-

    meno, denominado "cura interna", segundo Al-Khaiat e Haque (1998), torna os con-

    cretos leves menos sensveis s variaes do processo de cura nas idades iniciais.

  • 4 PROPRIEDADES

    DO CONCRETO LEVE

    As propriedades dos concretos de cimento Portland esto direta-mente relacionadas com o desempenho de suas fases constituintes assim como da

    ligao entre elas, caracterstica intrnseca aos materiais heterogneos. Como os

    agregados usualmente representam mais de 50% do volume dos concretos conven-

    cionais, sua substituio por agregados leves promove alteraes considerveis nas

    propriedades dos concretos, que dependem, essencialmente, das caractersticas

    desses novos agregados. Neste captulo sero abordadas essas alteraes em algu-

    mas das propriedades do concreto estrutural com argila expandida brasileira.

    4.7 Resistncia compresso e massa especifica A resistncia compresso, a massa especfica e a relao entre essas duas

    propriedades (denominada Fator de Eficincia12) so os parmetros mais utilizados

    na caracterizao dos concretos leves estruturais, estando diretamente relaciona-

    dos com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado.

    No presente estado da arte, 102 MPa representa um marco no valor da re-

    sistncia compresso para concretos com agregados leves. Esse valor foi obtido

    por Zhang e Gjrv (1991a) para concretos leves com massa especfica de 1735

    kg/m3 e consumo de cimento de 550 kg/m3, o que representa um fator de eficin-

    12 Equao 1 apresentada no Captulo 1.

  • cia de 58 ,7 MPa.dm3/kg, similar ao de um concreto com agregados convencionais

    com valor de resistncia compresso igual a 140 MPa.

    No Brasil, o maior valor registrado de resistncia compresso de concreto com

    argila expandida de 73 MPa, apresentado por Gomes Neto (1998) em concretos

    com massa especfica de 1720 kg/m3. Entretanto, esse valor foi obtido em uma mis-

    tura com consumo de cimento de 1200 kg/m3 e agregado com dimenso mxima

    caracterstica de 6,3 mm. De fato, a argila expandida brasileira tem-se mostrado vivel

    economicamente em concretos com resistncia compresso abaixo de 50 MPa, para

    valores de massa especfica do concreto entre 1400 kg/m3 e 1800 kg/m3, como pode

    ser observado nos dados apresentados na Figura 26.

    F igu ra 2 6 . Relao entre resistncia compresso e massa especfica do concreto leve com argila expandida brasileira.

    Quanto evoluo dos valores de resistncia compresso, os concretos leves

    apresentam estabilizao dos valores finais de resistncia compresso mais rapi-

    damente que os concretos convencionais. Aps os 28 dias de idade, os concretos

    leves apresentam baixa elevao dos valores de resistncia compresso, em

    comparao com os concretos convencionais (EuroLightCon, 1998; Rossignolo;

    Agnesini, 2002 ; Rossignolo etal., 2003).

    60 i

    ROSSIGNOLO

    20 1400 1500 1600 1700 1800

    Massa especfica do concreto leve (kg/m3)

  • Em um modelo simplificado, pode-se afirmar que nos concretos com agregados

    convencionais, como a brita basltica, normalmente o valor do mdulo de deforma-

    o do agregado maior que o da argamassa, ocasionando, assim, a ruptura do

    concreto, normalmente iniciada na zona de transio, e a separao entre as fases,

    resultando uma linha de fratura ao redor do agregado (Figura 27). Nesse caso, o

    agregado a fase mais resistente e os fatores limitantes do valor da resistncia do

    concreto compresso so a argamassa e a zona de transio pasta-agregado.

    No caso do concreto com agregados leves, como a argila expandida, utiliza-se

    mais eficientemente a resistncia mecnica potencial da argamassa em funo da

    maior similaridade entre os valores do mdulo de deformao do agregado e da

    argamassa e da melhor qualidade da zona de transio pasta-agregado. Nesse

    tipo de concreto, a ruptura normalmente no ocorre devido diferena entre as

    deformaes dos agregados e da pasta de cimento, mas devido ao colapso da

    argamassa, muitas vezes com origem em microfissuras nos agregados, e a linha de

    fratura atravessa os agregados, como ocorre nos concretos de alta resistncia com

    agregados convencionais (Figura 27).

    F igu ra 2 7 . Ilustrao da forma de ruptura dos concretos com agregados leves ( esquerda) e com agregados convencionais - basalto ( direita). Fonte: Rossignolo; Agnesini, 2005a.

  • De acordo com o conceito de "resistncia tima", a relao entre a resistncia do

    concreto leve e da argamassa pode ser descrita em duas fases (Figura 28). A condio

    correspondente primeira fase similar ao comportamento do concreto com agregados

    convencionais, em que a resistncia do concreto determinada principalmente pela re-

    sistncia da argamassa. Na segunda fase, o mdulo de deformao do agregado leve

    menor que o da argamassa e, com isso, a resistncia do concreto leve controlada

    pela resistncia do agregado. Essas duas tendncias distintas do comportamento da

    resistncia compresso do concreto, em relao resistncia da argamassa, indicam

    a mudana no tipo de distribuio interna das tenses, e o valor da resistncia com-

    presso do concreto leve no ponto em que ocorre essa mudana pode ser denominado

    "resistncia tima" (f) (AYtcin 2000; Rossignolo; Pereira, 2005).

    Resistncia compresso da argamassa

    F igura 2 8 . Ilustrao do comportamento dos valores de resistncia com-presso do concreto com agregados leves em relao resistncia compresso

    da argamassa. Fonte: Rossignolo; Pereira, 2005 .

    Como resultado, o agregado leve mostra-se o material determinante na resistncia

    compresso do concreto, de forma que acima de um certo limite, denominado "re-

    sistncia tima", o aumento da resistncia compresso da argamassa j no contribui

    efetivamente para o aumento da resistncia compresso do concreto (Zhang, Gj^rv,

    1991a; Chen et ai, 1999; Rossignolo et al., 2003; Rossignolo; Pereira, 2005).

    o o 2

  • Esse fenmeno pode ser observado nos resultados apresentados na Figura 29,

    que ilustra a evoluo dos valores da resistncia compresso da argamassa e dos

    concretos com argila expandida e com brita basltica. Com exceo dos agrega-

    dos, os concretos foram produzidos com as mesmas caractersticas de dosagem

    (Rossignolo; Pereira, 2005).

    5 0

    o (D M a> o * a

    8 5 'O .5 c v O c u

    o -o VI 0)

    o

    4 5

    4 0

    3 5

    3 0

    2 5

    20

    15

    10

    Br i ta basltica

    OArgila expandida

    Dma. = 19mm

    10 15 2 0 2 5 3 0 35 4 0 4 5 5 0

    Resistncia compresso da argamassa (MPa) 5 5

    F igura 2 9 . Relao entre a resistncia compresso da argamassa e dos concretos com argila expandida e com brita basltica. Fonte: Rossignolo; Pereira, 2005.

    O conceito de "resistncia tima" (f) pode contribuir significativamente para

    otimizar a dosagem de concretos com agregados leves, pois concretos projetados

    para atingir valores de resistncia compresso acima desse valor apresentam

    elevados valores de consumo de cimento.

    Como evidencia a Figura 30, a partir do valor de "resistncia tima", o aumento

    do consumo de aglomerante do concreto leve no promove a mesma melhoria no

    desempenho da resistncia compresso observada na regio anterior a esse ponto.

    Assim, esse efeito deve ser considerado no momento da escolha do agregado leve

    para a dosagem dos concretos, preferencialmente realizando uma anlise da "re-

    sistncia tima" da dosagem para determinar a dimenso ideal do agregado para

    os parmetros de dosagem em questo. Esse procedimento resulta na obteno de

  • traos de concreto leve mais eficientes e com menor consumo de aglomerante. A

    Figura 30 ilustra, ainda, a influncia da dimenso mxima caracterstica (Dmx) da

    argila expandida no valor da "resistncia tima" do concreto leve.

    Consumo de ag lomerante ( k g / m 3 )

    F igura 3 0 . Relao entre resistncia compresso aos 28 dias e o consumo de cimento do concreto leve. Fonte: Rossignolo; Oliveira, 2007.

    Nos concretos leves estruturais, a dimenso e a granulometria dos agregados

    tm mais influncia nos valores da massa especfica e da resistncia compresso

    do que, comparativamente, nos concretos convencionais (conforme as Figuras 31 e

    32). Isso porque os valores da massa especfica e da resistncia compresso dos

    agregados leves, como o caso da argila expandida brasileira, so inversamente

    proporcionais a sua dimenso.

    A relao entre os valores de resistncia compresso e massa especfica,

    denominada Fator de Eficincia (FE),13 um parmetro importante no desenvolvi-

    mento de projetos estruturais, especialmente naqueles em que o peso da estrutura

    tem bastante influncia nas cargas permanentes, como as pontes de grandes vos,

    em que esse valor chega a 70%. De forma geral, os concretos com agregados leves

    apresentam valores de FE superiores aos obtidos para os concretos convencionais,

    em condies similares de dosagem. A Figura 33 ilustra o efeito da reduo do

    13 Equao 1 apresentada no Captulo 1.

  • 0 45 i 0 'O S 4 0 -a

    ^ 25

    20 10 12 14 16 20

    Dimenso mxima caracterstica da argila expandida (mm)

    F igura 3 1 . Relao entre resistncia compresso do concreto leve e a dimenso mxima caracterstica do agregado leve brasileiro. Fontes: Rossignolo et al., 2003; Rossignolo; Oliveira, 2007.

    10 -1 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750

    M a s s a Especf ica Seca ( k g / m 3 )

    F igu ra 3 2 . Relao entre a resistncia compresso aos 28 dias e a massa especifica do concreto leve. Fonte: Rossignolo; Oliveira, 2007.

    valor da massa especfica do concreto nos valores do FE, com a substituio do

    agregado convencional por argila expandida.

    Mesmo o agregado leve sendo a fase limitante da resistncia compresso

    do concreto, o aprimoramento da qualidade da pasta cimentcia com o uso de

    aditivos e de adies resulta em melhorias considerveis no desempenho dessa

    o 35 n

    + 7

    4 Dmax 12,5mm

    O Dmax 19mm

  • Massa especfica aparente do concreto (kg/m3)

    F igu ra 3 3 . Relao entre o fator de eficincia e a massa especfica do concreto leve. Fonte: Sacht; Rossignolo; Santos; 2007 .

    propriedade (Rossignolo; Paulon; Agnesini, 2001; Rossignolo; Agnesini, 2002;

    Rossignolo, 2003; Rossignolo etal., 2003; Rossignolo; Oliveira, 2007).

    4 .2 Resistncia trao

    Os valores da resistncia trao dos concretos leves, tanto na compresso

    diametral como na flexo, so inferiores aos observados nos concretos com massa

    especfica normal, para o mesmo nvel de resistncia compresso. Esse fato deve

    ser atribudo ao elevado volume de vazios dos agregados leves, que pode chegar

    a 50% do volume total no caso das argilas expandidas.

    Para o caso especfico dos concretos produzidos com a argila expandida

    brasileira, observam-se valores de resistncia trao por compresso diametral

    variando entre 6% e 9% da resistncia compresso. J os valores de resistncia

    trao na Hexo variam entre 8% e 1 1 % da resistncia compresso (Tezuka,

    1973; Evangelista etal., 1996; Gomes Neto, 1998; Rossignolo; Agnesini, 2002;

    Rossignolo; Oliveira, 2007).

    A Tabela 9 apresenta algumas expresses para a estimativa dos valores das

    resistncias trao por compresso diametral e na flexo dos concretos leves em

    funo da resistncia compresso. Segundo os estudos apresentados por Ros-

  • Referncia Resistncia trao (MPa)

    Observaes Referncia Compresso diametral (f!D) Flexo (f fc > 21 MPa

    Zhang e OjcJ>rv (1991 a) 0,23.fco 067 0,73 V - 5

    CEB/FIP (1977) 0,23.fw 067 0 , 4 6 4 067

    ACI 318 (2008) 0,48.f 0 5 0,53.f 0,5

    Tabela 9 . Relaes entre a resistncia compresso e as resistncias trao por compresso diametral e trao na flexo dos concretos leves.

    f( = Resistncia compresso em corpos-de-prova cilndricos (MPa). fcu = Resistncia compresso em corpos-de-prova cbicos (MPa).

  • signolo (2003), dentre os expresses apresentadas na Tabela 9, a indicada pelo

    ACI 31 8 (2008) foi a que apresentou melhores resultados na estimativa dessas

    propriedades para concretos com argila expandida brasileira.

    4.3 Mdulo de deformao e curva tenso-deformao Assim como a maioria das propriedades dos concretos leves, o mdulo de deforma-

    o est diretamente relacionado com o tipo e com a quantidade de agregado leve uti-

    lizado. Quanto mais prximos forem os valores do mdulo de deformao do agregado

    e da pasta de cimento, melhor ser o comportamento do concreto no regime elstico.

    Como os agregados leves apresentam valores do mdulo de deformao rela-

    tivamente baixos, os concretos leves apresentam valores de mdulo de deformao

    inferiores aos observados para os concretos convencionais.

    Normalmente, o valor do mdulo de deformao do concreto leve varia entre

    50% e 80% do valor do mdulo de deformao do concreto com massa especfica

    normal, para valores de resistncia compresso variando entre 20 MPa e 50

    MPa. Segundo Rossignolo (2005), essa relao tambm se aplica aos concretos

    com argila expandida brasileira.

    A Tabela 10 apresenta algumas expresses mencionadas em documentos nor-

    mativos que relacionam o valor do mdulo de deformao do concreto leve com

    os respectivos valores de resistncia compresso e de massa especfica. Nessa

    tabela encontra-se tambm uma expresso proposta por Rossignolo (2005) espe-

    cfica para concretos com argila expandida brasileira, resultado do ajustado da

    expresso indicada pelo ACI 318 (2008).

    Quanto ao desenvolvimento da curva tenso-deformao dos concretos com argila

    expandida brasileira, o trabalho desenvolvido por Rossignolo (2005) indica compor-

    tamento linear (elstico) at cerca de 80% do carregamento ltimo (Figura 34). Nos

    concretos convencionais, esse valor cerca de 0%.

    Na curva tenso-deformao, com deformao controlada, Rossignolo (2003)

    observa que a parte ascendente da curva tenso-deformao dos concretos com

    argila expandida torna-se mais linear medida que a resistncia do concreto au-

    menta, enquanto a parte descendente da curva, aps a ruptura, torna-se mais n-

    greme (Figura 35), conforme modelo proposto por Carrasquilo et oi (1981).

  • O CL |

    O O IA c .o

    5 0

    4 5

    4 0

    35

    3 0

    25

    20

    15

    10

    5

    0

    / 3 dias

    / 7 dias

    L

    0 1 2 (Deformao X I O 3)

    F igura 3 4 . Diagrama tenso-deformao de concretos com argila expandida brasileira. Fonte: Rossignolo, 2005.

    4.4 Retrao por secagem

    Para o mesmo nvel de resistncia compresso, os concretos com agregados

    leves costumam apresentar valores de retrao por secagem maiores que os ob-

    tidos nos concretos convencionais, uma vez que o agregado leve oferece baixa

    restrio movimentao causada pela pasta de cimento.

    De acordo com Hoff (1991), os concretos com agregados leves apresentam

    valores de retrao por secagem entre 5 0 0 . 1 0 m/me 1000. IO 6 m/m.

    No estudo realizado por Rossignolo e Agnesini (2001b) sobre concretos com ar-

    gila expandida brasileira, observam-se valores de retrao por secagem aos 448 dias

  • 5 0

    30 -

    tf 2 0 -

    o

  • Referncia Equao* Observaes

    Rossignolo (2005) Ec = 0,049 . Y1'5 . fc0-5 [MPa] fc < 50 MPa

    ACI 318 (2008) Ec = 0,043 . Y1-5. fc0-5 [MPa] fc < 41 MPa

    NS 3473 (1998) Ec = 9.5 . fcck0-3. (Y / 240011-5 [GPa] fcck < 85 MPa

    BS 8110 Part.2 (1997) Ec = 1,7 . (y / 1000)2. M-3 [GPa] CEB (1978) Ec = 1,6 . Y2 (fcck + 8) 0-33.10 [GPa]

    Tabela 10. Equaes para clculo do mdulo de deformao.

    *Ec= mdulo de deformao; y = massa especfica (kg/m3); fc = res. compresso (150 x 300 mm - cilndrico); K = res. compresso (100 x 200 mm - cilndrico); f., = res. compresso (cubo 100 mm).

  • 1000

    9 0 0

    800

    o 700 X 6 0 0

    . 5 0 0 V/-o i : 4 0 0 o CL

    3 0 0

    200

    100 0

    710 6 1 0 5 5 0 4 8 0 4 4 0 Consumo de cimento (kg/m 3)

    F igu ra 3 6 . Retrao por secagem dos concretos leves: comparao entre os valores obtidos experimentalmente e os obtidos pela Equao 3 (ACI 209R-92,

    1997). Fonte: Rossignolo; Agnesini, 2001b.

    Sult = ( ( 3 5 + t ) / t ) x S, (3)

    4 .5 Propriedades trmicas

    O ar aprisionado na estrutura celular dos agregados leves reduz a absoro e

    a transferncia de calor em relao aos agregados convencionais. Com isso, a uti-

    lizao do concreto leve na vedao das fachadas e na cobertura das edificaes

    reduz a absoro e a transferncia para o ambiente interno do calor proveniente

    da radiao solar (EuroLightCon, 1998; Holm; Bremner, 2000).

    A Tabela 1 1 apresenta uma comparao entre os valores de condutividade tr-

    mica, expanso trmica, difuso trmica e calor especfico entre o concreto com

    agregados leves e o concreto convencional.

    A Figura 37 apresenta os resultados da avaliao realizada por Sacht, Ros-

    signolo e Santos (2007) sobre a influncia da argila expandida brasileira na con-

    dutividade trmica dos concretos. Nesse estudo foram avaliados concretos com

    massa especfica entre 1200 kg/m3 e 2400 kg/m3, utilizando o mtodo do fio

    quente paralelo. Os valores da condutividade trmica variaram entre 0,54 W/m.K

    e 1,8 W/m.K.

  • 1.2-O

    y = 0 , 0 0 1 l x - 0 , 8 2 8 4

    R : = 0 , 9 9 2 4

    o 0.0 3 0.2-

    1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

    Massa especfica (kg/m3)

    F i g u r a 3 7 . Influncia da massa especfica do concreto com argila expandida no valor da condutividade trmica. Fonte: Sacht; Rossignolo; Santos, 2007 .

    4 . 6 Durabilidade Recorrentemente considerada a idia de que o uso de agregados porosos au-

    menta a permeabilidade do concreto aos fluidos e, com isso, diminui a resistncia

    do concreto aos agentes agressivos. Os resultados de diversas pesquisas permitem

    constatar que no o caso (Holm; Bremner, 1994; EuroLightCon, 1998; Chandra;

    Berntsson, 2002). Nessa mesma linha, diversos estudos realizados com concretos

    com argila expandida brasileira indicam que o uso desse agregado no necessrio

    mente reduz a durabilidade do concreto (Rossignolo, 2003; Rossignolo; Agnesini,

    2004; Rossignolo; Agnesini, 2005b).

    Para a avaliao da durabilidade do concreto, deve-se dar ateno especial a

    sua estrutura porosa, isto , se a porosidade constituda por poros conectados ou

    no. Assim, essencial a distino entre sistemas fechados ou abertos quando se

    pretende avaliar a relao entre a porosidade e a permeabilidade.

    A Figura 38 apresenta uma ilustrao da diferena entre porosidade e permea-

    bilidade, demonstrando que a conectividade entre os poros um pr-requisito para

    que ocorra o transporte de agentes agressivos no concreto. Um material pode ser

    poroso e, no entanto, ser estanque (caso "c" da Figura 38). Assim, o uso de agrega-

  • o o g w 4 5

    o o CN

    o K I

    O CN

    O CN CN CN 1 o"

    O O CO U") 00 o" CN O o o" CO o CN O

    o" o"

    O O i/> 1/5 0) v_ CL E o u 'O g 'u c

    CD

    D

    O O 0) o Q. O _ O

    _o O o

    CD

    O K O O o" I

    CN O o o"

    D U - y E v

  • dos porosos no resulta necessariamente em concretos com maior permeabilidade

    e, como conseqncia, com menor durabilidade, quando os fenmenos relevantes

    dependem do transporte de agentes agressivos.

    Diversos estudos comparativos demonstraram que os concretos com agregados

    leves apresentam valores de permeabilidade aos fluidos iguais ou inferiores aos obser-

    vados para os concretos convencionais, para os mesmos nveis de resistncia com-

    presso (Zhang; Gj(j)rv, 1991c; Holm; Bremner, 2000; Chandra; Berntsson, 2002).

    Esse fato pode ser atribudo especialmente aos seguintes fatores:

    Reduo nos valores da relao gua/aglomerante dos concretos leves em

    relao aos concretos convencionais, para se obter os mesmos valores de

    resistncia compresso;

    Diminuio das fissuras internas do concreto pela reduo da diferena

    entre os valores dos mdulos de deformao do agregado e da pasta de

    cimento;

    Melhoria da qualidade da zona de transio pasta-agregado.

    A melhoria da qualidade da zona de transio pasta-agregado, assunto que abor-

    daremos no prximo captulo, contribui significativamente para a reduo da permeabili-

    dade dos concretos leves em comparao com os concretos convencionais. Normalmente,

    a zona de transio pasta-agregado a regio de origem das primeiras microfissuras do

    concreto, quando solicitado mecanicamente, e apresenta maior permeabilidade do que

    a pasta bem como altos teores de hidrxido de sdio e de etringita.

    Esse efeito pode ser observado no fenmeno da carbonatao, que ocorre mais

    intensamente em regies com maior permeabilidade, permitindo a rpida difuso do

    dixido de carbono, e com maior quantidade de hidrxido de clcio, como ocorre na

    zona de transio de concretos convencionais com elevada relao gua/cimento.