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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CRISTIANO DIEGO POERSCH LUAN MARLON BUENO SANTOS REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO CURITIBA 2015

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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

CRISTIANO DIEGO POERSCH

LUAN MARLON BUENO SANTOS

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA

INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO

CURITIBA

2015

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CRISTIANO DIEGO POERSCH

LUAN MARLON BUENO SANTOS

REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO - ESTUDO COMPARATIVO DA

INFLUÊNCIA EM CONCRETOS ARMADO E PROTENDIDO

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao

curso de Engenharia Civil da Faculdade de

Ciências Exatas e de Tecnologia da Universidade

Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para

obtenção de grau de Engenheiro Civil.

Orientador (a) Msc. : Eliane Pereira de Lima

CURITIBA

2015

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AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Tuiuti do Paraná, е às

pessoas com quem convivemos nesses espaços ао longo desses anos. А

experiência de υmа produção compartilhada na comunhão com amigos nesses

espaços foram а melhor experiência de nossa formação acadêmica.

Agradeço а Deus pois sem Ele não teríamos forças pаrа essa longa jornada,

agradecemos aos professores е аоs colegas qυе ajudaram na conclusão da

monografia.

À nossa orientadora Eliane Peireira de Lima, por seus ensinamentos, paciência е

confiança ао longo das supervisões das nossas atividades. É um prazer tê-la na

banca examinadora.

Аоs familiares que mesmo longe, torcem e dão todo o apoio e incentivo necessário

para conclusão dessa jornada tão importante.

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RESUMO

A reação álcali-agregado é uma reação química causada entre os hidróxidos

presentes no cimento, e minerais reativos presentes nos agregados, os quais dão

origem a um gel sílico-alcalino que na presença de água acaba expandindo,

desenvolvendo um quadro de fissuração deletéria que serve de porta para

ocorrência de outras patologias. Embora esta reação seja conhecida por mais de 70

anos, e apesar dos diversos estudos e análises já realizadas onde vários autores a

classificam como extremamente prejudicial a durabilidade do concreto, sua

ocorrência ainda não foi totalmente controlada e abolida, causando problemas

estruturais até os dias de hoje. Em virtude dos problemas causados pela reação

álcali-agregado em grandes estruturas, visualizou-se a necessidade da realização

de um estudo comparativo dos impactos causados pela reação a resistência

mecânica do concreto armado e protendido. O presente trabalho empregou a

utilização de dois traços de concreto, no intuito de comparar estruturas de concreto

de armadura passiva e ativa com a moldagem de vigas e corpos de prova que

tiveram as mesmas condições de aceleração de idade fictícia, para analisar a

influência da reação na resistência final da estrutura de um dos traços. Como

resultado pode-se visualizar a importância da caracterização dos agregados

utilizados para fabricação do concreto, onde com o desenvolvimento da reação

podemos visualizar uma perda de resistência acentuada, devido a reação deletéria

e influência da granulometria dos agregados.

Palavras-Chave: Patologia do concreto; Reação álcali-agregado; Ensaio acelerado

de vigas de concreto; Vigas Protendidas; Granolometria; Vidro Pyrex.

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LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – PONTE PROTENDIDA SOBRE AÇÃO DA RAA .................................. 17

FIGURA 2- GRÁFICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO .......................................... 19

FIGURA 3 - RELAÇÃO ENTRE O CONSUMO DE CIMENTO NO CONCRETO E O

EQUIVALENTE ALCALINO DO CIMENTO ............................................................... 21

FIGURA 4 - INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXPANSÃO ......................... 22

FIGURA 5 - REATIVIDADE POTENCIAL SEGUNDO O MÉTODO NBR PARA

DIFERENTES TIPOS DE BASALTO ........................................................................ 23

FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DE FISSURAS EM DORMENTES

PROTENDIDOS ........................................................................................................ 27

FIGURA 7 – PONTE PROTENDIDA AFETADA PELA RAA ..................................... 27

FIGURA 8 – ARMADURA PASSIVA ......................................................................... 35

FIGURA 9 – ARMADURA ATIVA .............................................................................. 35

FIGURA 10 - VIGA DE ARMADURA PASSIVA ........................................................ 36

FIGURA 11 - VIGA DE ARMADURA ATIVA ............................................................. 36

FIGURA 12 - FORMAS DE CORPOS DE PROVA ................................................... 37

FIGURA 13 - CORPO DE PROVA CILÍNDRICO ...................................................... 37

FIGURA 14- VIGA DE ARMADURA PASSIVA ......................................................... 38

FIGURA 15 - VIGA DE ARMADURA ATIVA ............................................................. 39

FIGURA 16 – VIDRO PYREX ................................................................................... 40

FIGURA 17 - PROCESSO DE MOAGEM ................................................................. 40

FIGURA 18 - VIDRO MOIDO .................................................................................... 40

FIGURA 19 - PESAGEM DO VIDRO ........................................................................ 40

FIGURA 20 - PENEIRAS UTILIZADAS ..................................................................... 40

FIGURA 21 - PESAGEM DO MATERIAL CONTAMINANTE .................................... 42

FIGURA 22 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME ............................................ 43

FIGURA 23 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME ............................................ 43

FIGURA 24 - MISTURA DO AGREGADO AREIA ..................................................... 44

FIGURA 25 - MOLDAGEM DAS VIGAS ................................................................... 44

FIGURA 26 - MISTURA DO AGREGADO VIDRO PYREX ....................................... 44

FIGURA 27 - MOLDAGEM DAS VIGAS ................................................................... 45

FIGURA 28 - MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA ........................................... 45

FIGURA 29 - SLUMP TEST ...................................................................................... 45

FIGURA 30 - DESFORMA DAS VIGAS .................................................................... 46

FIGURA 31 – ACUNHAMENTO DAS VIGAS PARA PROTENSÃO ......................... 47

FIGURA 32 - PROTENSÃO DAS VIGAS .................................................................. 48

FIGURA 33 – ACOMPANHAMENTO DE REPROTENSÃO DAS VIGAS ................. 49

FIGURA 34 – REPROTENSÃO DAS VIGAS ............................................................ 49

FIGURA 35 - ALONGAMENTO REAL DA CORDOALHA ......................................... 50

FIGURA 36 - CORTE DAS CORDOALHAS .............................................................. 50

FIGURA 37 – ENSAIO ACELERADO ....................................................................... 51

FIGURA 38 – CORPOS DE PROVA ENSAIADOS ................................................... 52

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FIGURA 39 – CORPO DE PROVA 1587 .................................................................. 52

FIGURA 40 – CORPO DE PROVA 1587 .................................................................. 53

FIGURA 41 – IDENTIFICAÇÃO E DEMARCAÇÃO .................................................. 53

FIGURA 42 – VIGAS E CORPOS DE PROVA IDENTIFICADOS ............................. 54

FIGURA 43 – PESAGEM DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO ............................................ 54

FIGURA 44 – ARMAZENAGEM EM ESTUFA .......................................................... 55

FIGURA 45 – TEMPERATURA UTILIZADA.............................................................. 55

FIGURA 46 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DA IMERSÃO ............................ 56

FIGURA 47 – IDENTIFICAÇÃO VISUAL PÓS IMERSÃO ........................................ 56

FIGURA 48 – PRENSA PARA ROMPIMENTO CORPOS DE PROVA ..................... 57

FIGURA 49 – PRENSA PARA ENSAIO DE FLEXÃO NAS VIGAS ........................... 58

FIGURA 50 – PRIMEIRA PESAGEM ........................................................................ 59

FIGURA 51 – MEDIÇÃO DO NIVEL CAPILAR ......................................................... 59

FIGURA 52 – FISSURA PRIMÁRIA EM FORMA DE MAPA ..................................... 60

FIGURA 53 – FISSURA MAPEADA EM ESTÁGIO AVANÇADO EM BLOCO DE

FUNDAÇÃO .............................................................................................................. 61

FIGURA 54 – FISSURA LONGITUDINAL (VIGA PROTENDIDA) ............................. 61

FIGURA 55 – TRINCAS EM DORMENTES DE CONCRETO PROTENDIDO .......... 62

FIGURA 56 – FISSURA NA VIGA PROTENDIDA ENSAIADA ................................. 62

FIGURA 57 – COLUNA LEVEMENTE PROTENDIDA COM FISSURA .................... 62

FIGURA 58 – VIGA V1 - AREIA ................................................................................ 66

FIGURA 59 – VIGA V2 - AREIA ................................................................................ 66

FIGURA 60 – VIGA V3 - VIDRO ............................................................................... 66

FIGURA 61 – VIGA V4 - VIDRO ............................................................................... 66

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LISTA DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ..................................................... 63

GRÁFICO 2 – CARGA X DEFORMAÇÃO ................................................................ 65

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LISTA DE QUADROS

QUADRO 1 – ROCHAS, MINERAIS E SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS REATIVAS

COM CIMENTOS ALCALINOS. ................................................................................ 25

QUADRO 2 - RESUMO DE CORPOS DE PROVA ................................................... 38

QUADRO 3 - TABELA DE ARMADURA ................................................................... 39

QUADRO 4 - GRANULOMETRIA DO VIDRO PYREX ............................................. 41

QUADRO 5 - CONSUMO POR M³ DE CONCRETO ................................................ 41

QUADRO 6 - TABELA VOLUME DE MATERIAIS .................................................... 46

QUADRO 7 – RESULTADOS DA CAPILARIDADE .................................................. 69

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LISTA DE SIGLAS

µm Micrômetro

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM American Society for Testing and Materials

BAR Unidade de pressão

CA Característica do Aço

Cm Centímetro

CP 190 RB Cordoalha Protendida Categoria de Resistência 190 Relaxação Baixa

CPV-ARI Cimento Portland de Alta Resistência Inicial

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

FC3 Resistência característica do concreto ao terceiro dia

g Grama

g/cm² Grama por centímetro quadrado

K Potássio

K2O Óxido de Potássio

Kg Quilograma

Kg/m³ Quilograma por metro cúbico

kN Quilonewton

LCI Laboratório de Concreto Itaipu

m Metro

m³ Metro cúbico

mL Mililitro

mm Milímetro

mm² Milímetro quadrado

MPa Megapascal

Na Sódio

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Na2O Hidróxido de sódio

NBR Norma Brasileira Regulamentadora

ºC Grau Celsius

pH Potencial hidrogeniônico

RAA Reação álcali-agregado

RAC Reação álcali-carbonato

RAS Reação álcali-silica

Slump test Ensaio para quantificar o abatimento do concreto

Tf Toneladas-força

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LISTA DE SÍMBOLOS

% Porcentagem

Ø Diâmetro

+ Soma

- Subtração

º Grau

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 12

1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 14

1.2.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................ 14

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 14

2 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................. 15

2.1 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO ......................................................................... 15

2.2 CONCRETO PROTENDIDO ............................................................................. 17

2.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE .......................................................................... 19

2.4 CIMENTO (OS ÁLCALIS NO CIMENTO) .......................................................... 20

2.5 AGREGADO ..................................................................................................... 21

2.6 VIDRO ............................................................................................................... 22

2.7 PATOLOGIAS DO CONCRETO ....................................................................... 24

2.8 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO ........................................................................ 25

2.8.1 Tipos de reação álcali-agregado .................................................................... 28

2.8.1.1 Reação Álcali-Sílica .................................................................................... 28

2.8.1.2 Reação Álcali-Silicato .................................................................................. 29

2.8.1.3 Reação Alcali-Carbonato ............................................................................ 29

2.8.2 Fatores que influenciam a reação álcali agregado ......................................... 29

2.8.3 Adições inibidoras e controle das reações álcali-sílica e álcali-silicato .......... 31

2.8.4 Diagnósticos de reatividade Álcali-Agregado ................................................. 32

2.8.4.1 Análise Petrografica do agregado ............................................................... 32

2.8.4.2 Expansão em barras de argamassa pelo Método Acelerado ...................... 33

2.8.4.3 Determinação de expansão em prismas de concreto ................................. 33

2.8.5 Estruturas acometidas por reação álcali-agregado ........................................ 34

3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 35

3.1 IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DOS ENSAIOS: ............................................... 35

3.1.1 Viga ................................................................................................................ 35

3.1.2 Corpo de prova cilíndrico ............................................................................... 36

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3.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS: ................................................................. 38

3.3 ESCOLHA DO CONCRETO E AGREGADO REATIVO: ................................... 39

3.4 MOLDAGEM E PROPORÇÕES DO AGREGADO ........................................... 41

3.5 MOLDAGEM ..................................................................................................... 42

3.6 CURA ................................................................................................................ 46

3.7 PROTENSÃO .................................................................................................... 47

3.8 TRATAMENTO DA ANCORAGEM ATIVA ........................................................ 50

3.9 ENSAIO ACELERADO PARA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO ........................ 51

3.9.2 Preparação dos protótipos para ensaio ........................................................ 53

3.9.3 Solução de Hidróxido de Sódio .................................................................... 54

3.9.4 Armazenamento e ensaio em estufa ventilada ............................................. 55

3.9.5 Ensaios para determinação de resistência ................................................... 56

3.9.5.1 Compressão direta dos corpos de prova .................................................. 57

3.9.5.2 Flexão direta das vigas de concreto ......................................................... 57

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ......................................................................... 60

4.1 INSPEÇÃO VISUAL PÓS ENSAIO ................................................................... 60

4.2 ENSAIO A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA CILÍNDRICOS .......... 63

4.3.1 Deformação em decorrência da aplicação de carga ...................................... 64

4.4 Ensaio de capilaridade do concreto .................................................................. 69

5 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 71

5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................ 72

6 REFERÊNCIAS.................................................................................................... 73

ANEXOS ................................................................................................................. 78

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1 INTRODUÇÃO

O uso do concreto de cimento Portland vem sendo uma das atividades mais

praticadas no mundo no ramo da construção civil. Suas várias vantagens o torna um

material único quanto a suas características e funções, e portanto tornando viável

inúmeros projetos devido a sua moldagem e aplicação em diversas estruturas

Segundo Mehta e Monteiro (2014) atualmente o índice de consumo de

concreto tem sido muito maior do que 50 anos atrás, onde se estima que no mundo

a ordem de consumo seja de 19 bilhões de toneladas métricas por ano.

No intuito de melhorar e diversificar este sistema já difundido foi criado o

concreto protendido, que ampliou ainda mais a gama de possibilidades da utilização

do concreto. Com a aplicação de protensão, pode se explorar de forma mais

expressiva uma das características mais importantes do concreto: a compressão.

Este sistema consiste na utilização de armaduras ativas, que recebem certa carga

de protensão, comprimindo o concreto de forma a ampliar sua capacidade de resistir

a esforços de flexão.

De acordo com Hanai J. B. (2005), a protensão é utilizada de certa forma a

criar tensões de compressão prévias nas regiões onde o concreto seria tracionado

em função das ações sobre a estrutura, solidarizando partes menores de concreto

armado para compor sistemas estruturais mais eficientes.

Porém, apesar do seu uso frequente e diversos estudos já realizados para

melhorar a sua utilização, existem vários fenômenos patológicos que podem afetar a

durabilidade do concreto e que ainda merecem total atenção para evitar possíveis

problemas futuros. Estas patologias podem ocorrer por diversos fatores, dentre eles

destacam-se os fenômenos químicos que podem ocorrer no uso de materiais de má

qualidade, intervenções climáticas com a presença excessiva de umidade e até

mesmo a má execução e aplicação.

Conforme Mehta e Monteiro (2014), os principais fatores que influenciam a

durabilidade do concreto são o desgaste da superfície, fissuração devido a

cristalização de sais nos poros, exposição a altas temperaturas e a presença de

água, presente em todo tipo de deterioração e causando efeitos químicos deletérios,

como reações expansivas envolvendo o ataque por sulfato, reação álcali agregado e

corrosão da armadura.

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Uma das patologias mais conhecidas é a reação álcali agregado, que ocorre

através de uma reação química entre os agregados e os álcalis do cimento (K e Na)

utilizados na fabricação do concreto, e na presença excessiva de água. Esta reação

ocorre quando empregamos materiais de má qualidade, que com a adição de

cimento pode reagir com os álcalis presentes no mesmo produzindo um gel

expansivo, que por sua vez causa reações internas no concreto já curado,

ocasionando fissuras e até mesmo a eflorescência de alguns agregados presentes

na estrutura.

Em geral estas reações ocorrem em estruturas que possuem contato

excessivo com a água e umidade, pois a presença de água é um dos fatores

indispensáveis para o início da reação química, fazendo com que estruturas como

pontes, barragens e até mesmo blocos de fundação sejam os mais afetados pela

reação.

Estruturas de concreto como barragens, pontes, fundações de edifícios e

outras, quando em contato com água desenvolvem patologias como a reação álcali

agregado, apresentando um quadro patológico irreversível caracterizado por

expansões indesejáveis causadoras de deformações, fissuras, perda de resistência

e rigidez. (SILVA, C. S. 2009. p. 26 apud POOBLE, 1992, HASPARYK, 1999;

METHA e MONTEIRO, 2008).

Com o aumento da utilização de prontensão na execução de pontes e

diversas estruturas que podem estar em contato direto com a umidade, visualizou-se

a necessidade do estudo da reação álcali agregado em elementos protendidos.

Sendo este o tema deste trabalho de graduação, onde serão analisados os

possíveis problemas que podem ocorrer em elementos protendidos, já que com o

aparecimento da reação ocorrem diversos efeitos físicos na estrutura, como a

expansão e aparecimento de trincas que podem danificá-la por facilitar a corrosão da

armadura e também aliviar as tensões.

Este estudo utiliza como princípio a norma NBR 15577, que estabelece os

ensaios para determinação da reação álcali-agregado em estruturas de concreto

convencional. A partir das especificações da norma para concreto convencional será

realizado um estudo comparativo em estruturas protendidas com a realização de

ensaios de caracterização.

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1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GERAL

O objetivo geral deste trabalho é estudar a reação álcali agregado e as suas

consequências na durabilidade de estruturas de concreto protendido, por meio do

estudo comparativo entre vigas protendidas e armadura passiva.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Avaliar o possível aparecimento de fissuras;

Analisar o módulo de deformação;

Comparar a resistência a compressão de concreto com e sem sílica;

Estimar possíveis riscos da reação álcali agregado em elementos protendidos;

Avaliar a porosidade por meio de ensaio de capilaridade.

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2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 UTILIZAÇÃO DO CONCRETO

Atualmente o consumo de concreto tem aumentado consideravelmente em

relação aos últimos 50 anos e segundo Mehta e Monteiro (2014), existem três

motivos principais para o concreto ser tão utilizado na engenharia. São eles:

Excelente resistência a água em relação aos demais materiais utilizados na

construção como a madeira e o aço, tornando o concreto ideal para

construção de estruturas para controle, armazenamento e transporte de água;

Consistência plástica que favorece o fluxo e moldagem de diferentes

estruturas e tamanhos a partir de diferentes técnicas e formas;

Grande disponibilidade aos materiais utilizados para sua fabricação com custo

relativamente baixo aos demais métodos, onde seus principais componentes

podem ser encontrados em todos os lugares do mundo.

Já para Pinheiro L. M. (2007) o concreto além destas vantagens possui as

seguintes características que o fazem tão utilizado:

Possui boa resistência em relação aos esforços solicitantes a partir de um

correto dimensionamento;

Estrutura monolítica, fazendo com que a estrutura trabalhe em conjunto

quando for solicitada;

Baixo custo de mão de obra por não precisar de elevado nível de qualificação;

Processo construtivo difundido e conhecido;

Rapidez na execução, possibilitando peças pré-moldadas;

Alta durabilidade e proteção dos elementos de composição como a armação;

Alta segurança contra fogo, desde que seja obedecido os cobrimentos

mínimos;

Resistência a vibrações e choques térmicos e atmosféricos.

Segundo Helene P. e Andrade T. (2010) os Estados Unidos e Canadá, sendo

as duas mais poderosas sociedades atuais, consideram o estudo das estruturas de

concreto o investimento mais importante na ciência e tecnologia para liderança de

seus parques industriais e qualidade de vida da população.

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Dentre as principais causas da baixa durabilidade dos concretos existentes

nas estruturas, pode-se destacar:

A falta de conhecimento, por parte dos projetistas e construtores, em relação

aos processos de degradação, sua origem, mecanismos e evolução;

Rápido avanço tecnológico no âmbito dos materiais utilizados nas

construções, principalmente no que tange aos aglomerantes, adições,

agregados e aditivos, na medida em que, sem estarem suficientemente

esgotadas as pesquisas sobre a sua influência no comportamento dos

concretos e os seus efeitos colaterais, estão sendo usados em grande escala;

A utilização cada vez maior de cimentos especiais, finamente moídos e que

por vezes incorporam no seu processo de fabricação diferentes técnicas de

queima e diferentes matérias primas;

A falta de conhecimento por parte daqueles que são os responsáveis pela

manutenção e conservação das estruturas. (AGUILAR, J. E. 2006, p. 18)

Mehta e Monteiro (2014) ressaltam que algumas considerações gerais são

úteis quando discutimos aspectos de durabilidade do concreto, onde a água entra

tanto como agente de criação e também como destruição, pois esta presente em

todo o tipo de deterioração e costuma ser o principal problema da durabilidade do

concreto, pois serve tanto como veículo para transporte de íons agressivos e

também como causadora de diversos tipo de processos químicos e físicos da

degradação.

Já para Silva (2009, p. 25) “No campo da durabilidade, alguns fatores como

cálculo estrutural, os materiais constituintes, a execução e cura do concreto

influenciarão diretamente o desempenho das estruturas”. As características de cada

material utilizado influenciam diretamente na durabilidade do concreto pois a

interação destes materiais é que determina a vida útil do mesmo, por proporcionar

determinadas características.

Na construção de obras grandes, em contato direto com a água, como

barragens, usinas hidrelétricas e pontes, existe a necessidade de utilizar concretos

que atendam as especificações técnicas e econômicas para obter o melhor resultado

em longo prazo. Para isso são realizadas diversas pesquisas a fim de evitar

patologias decorrentes do contato direto com água, utilizando adições químicas

minerais e orgânicas nas dosagens, como sílica ativa, fibras, escória de alto forno,

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resinas poliméricas, borrachas, entro outras. (CARMO, J. B. e PORTELLA, K. F.

2008).

FIGURA 1 – PONTE PROTENDIDA SOBRE AÇÃO DA RAA

FONTE: LOPES, 2004.

2.2 CONCRETO PROTENDIDO

Em função do concreto possuir baixa resistência a tração, foi necessário criar

mecanismos para ampliação da capacidade do mesmo resistir a flexão. Conforme

HANAI J. B. (2005), foi criada a protensão, no intuito de criar tensões de compressão

em regiões onde o concreto seria tracionado, explorando sua capacidade de

compressão através de armaduras ativas.

No concreto protendido conforme Fusco (2008), são utilizados aços com

resistências de escoamento da ordem de 2000 MPa, que por sua vez são

tracionados durante o processo de construção da estrutura por meio de mecanismos

adequados, com isso guardam tensões residuais permanentes, que com o tempo

podem sofrer pequenas perdas de esforços em função das ações sobre a estrutura.

A partir do estudo de Cauduro E. L. (1995, p. 26) as principais vantagens na

utilização do concreto protendido em pós-tração são:

Melhor aproveitamento de materiais de alta resistência (concreto e aço);

Permite seções mais esbeltas;

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Aumento das alturas efetivas, por eliminar o sistema de vigas;

Diminui custos de fundação por reduzir o peso da estrutura;

Redução do número de pilares e aumento de vãos;

Permite o controle de flechas e fissuras;

Custos de manutenção e vida útil reduzidos.

Segundo Schmid, M. T (2009, p. 6) tanto a utilização do sistema de protensão

aderente como não aderente se tornam viáveis quando bem executadas. A escolha

deve ser feita a partir das características especificas de cada obra, pois ambas

possuem vantagens e desvantagens, porém todas são seguras quando atendem

todas as exigências das normas técnicas de boa execução.

Conforme Loureiro, G. J. (2006, p.2) o uso de cordoalhas engraxadas e

plastificadas se iniciou somente a partir de 1997 pela Belgo Mineira, e conforme ele,

este sistema possui vantagens estruturais, construtivas e econômicas como:

Ponto de vista Estrutural

São capazes de vencer maiores vãos utilizando pequenas

espessuras com fissuração e flechas reduzidas;

Melhor desempenho e maior resistência, utilizando materiais de

alta resistência como cordoalha CP 190 RB e concretos acima

de 30 MPa;

Coeficientes de atrito reduzidos em função do uso de cordoalhas

engraxadas;

Minimiza as tensões concentradas e armaduras de fretagem por

possuir sistema de ancoragens individual.

Ponto de vista executivo:

Pés-direitos menores por não utilizar o sistema de vigas;

Menor número de pilares com maior flexibilidade na utilização

dos espaços;

Possibilidade de execução de pisos de grandes extensões sem

necessidade de juntas de dilatação;

Agilidade e planicidade na execução, reduzindo prazos.

Já para Veríssimo G. S. e Lenz K. M. (1998), o concreto protendido pode

apresentar algumas desvantagens como necessidade de maior controle na

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execução, maior proteção contra corrosão do aço, exigência de pessoal

especializado e maior equipe técnica.

2.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE

Conforme Mehta e Monteiro (2014), o módulo de elasticidade é a “relação

entre a tensão aplicada e a deformação instantânea dentro de um limite proporcional

assumido” e as características elásticas de cada material podem ser medidas

através de sua rigidez.

Para Neville e Brooks (2013), alguns dos principais fatores que afetam o

módulo de elasticidade são a umidade, a porosidade e as propriedades dos

agregados utilizados, onde quanto maior o módulo de elasticidade do agregado,

maior será o módulo do concreto.

Diferentemente da pasta de cimento, o agregado e o concreto não são

materiais elásticos. Com isso, quando aplicado uma carga instantânea em um corpo

de prova de concreto, a deformação resultante não é diretamente proporcional a

tensão aplicada, e também não é totalmente recuperada quando ocorre o

descarregamento (MEHTA e MONTEIRO, p.89. 2014), conforme apresenta a

FIGURA 2.

FIGURA 2- GRÁFICO COMPORTAMENTO ELÁSTICO

C1 = AGREGADO; C2 = CONCRETO; C3 = PASTA DE CIMENTO

FONTE: MEHTA e MONTEIRO, 2014.

Além dos fatores já citados, Neville e Brooks (2013) relatam que a idade do

concreto está ligada ao módulo de elasticidade, onde quanto maior a idade, maior

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será a elasticidade do concreto. Sendo que apesar de estarem ligadas, o módulo

cresce mais rapidamente que a resistência.

2.4 CIMENTO (OS ÁLCALIS NO CIMENTO)

As matérias-primas utilizadas na fabricação do cimento são responsáveis pela

presença de álcalis na faixa de 0,2 % a 1,5 % de Na2O equivalente. Dependendo da

quantidade de álcalis de um cimento, o pH da solução dos poros de concreto

normais é geralmente de 12,5 a 13,5. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

De acordo com Vivian (1976, apud THIECER, F. 2006), os álcalis exercem

influência no desenvolvimento da resistência da pasta de cimento, na sua

permeabilidade, retração e durabilidade, pois inibem a corrosão do aço presente no

concreto, mantendo a mistura com pH elevado. Porém, em contato com algumas

substâncias presentes nos agregados podem gerar reações expansivas, devido ao

teor alcalino.

Dados provenientes de vários estudos nos Estados Unidos, mostram que a

presença maior de 0,6% de Na2O, quando combinados com agregados reativos a

álcalis, causam grandes expansões devido a RAA. A ASTM C150, portanto

estabeleceu a seguinte classificação para a presença de Na2O equivalente em

cimentos:

0,6% > Baixa alcalinidade

0,6% < Alta alcalinidade

Na prática, os conteúdos alcalinos classificados como “baixa alcalinidade”

normalmente são suficientes para impedir danos devidos a RAA independente do

tipo de agregado reativo. Quando há um consumo elevado de cimento no concreto,

mesmo este cimento possuindo um baixo teor de alcalinidade, menor do que 0,6%

ainda pode ser danoso em virtude do alto volume do material. (MEHTA e

MONTEIRO, 1994).

Neste caso Paulon (1981, FURNAS 1997 apud PIRES, K. O. 2009) transcreve

que é necessário o estabelecimento de valores limites, não somente do percentual

de álcalis no cimento, mas também de cimento no concreto.

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A FIGURA 3 mostra a relação entre consumo de cimento no concreto e o

equivalente alcalino do cimento, indicando a potencialidade reativa nessas

combinações.

FIGURA 3 - RELAÇÃO ENTRE O CONSUMO DE CIMENTO NO CONCRETO E O EQUIVALENTE ALCALINO DO CIMENTO

FONTE: FURNAS, 1997

Estudos na Alemanha e Inglaterra mostram que se o conteúdo total de álcalis no

cimento de todas as fontes estiver abaixo de 3 Kg/m³, a possibilidade de ocorrer

danos será reduzida. (MEHTA e MONTEIRO, 1994).

A NBR 15577-1 (2008), especifica que os álcalis que participam da reação álcali-

agregado podem ser originarias de qualquer fonte interna ou externa ao concreto.

2.5 AGREGADO

Por muitas vezes considerado material de enchimento inerte, os agregados

possuem grande influência na resistência, estabilidade dimensional e durabilidade

do concreto. O agregado ocupa certa de 60 a 80% do volume do concreto, sendo

que, conforme a formação mineralógica do agregado, temperatura, umidade e

dimensão das partículas, podem reagir com os álcalis do cimento presentes no

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concreto, causando a denominada relação álcali-agregado (MEHTA e MONTEIRO,

2014).

Na reação álcali-agregado, são várias as características dos agregados que

contribuem para o desenvolvimento da reação no concreto, entre elas: quantidade

de agregado empregado, composição granulométrica e forma dos grãos e

principalmente características mineralógicas (PIRES, K. O. 2009)

Quanto à distribuição granulométrica HOBBS (1988, apud PIRES, K. O. 2009),

indica que quanto maior a partícula do agregado, menor será a expansão causada.

E que quanto menor a partícula presente no concreto, maior é seu potencial de

reagir, conforme FIGURA 4.

FIGURA 4 - INFLUÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXPANSÃO

FONTE: HOBBS, 1988.

2.6 VIDRO

Para Simões, L. J. (2013) o vidro é uma substância inorgânica, amorfa e

fisicamente homogênea. Em geral possuem como constituinte principal o óxido de

silício.

A utilização do vidro em argamassas pode gerar resultados indesejados em

relação à reação álcali-agregado. Segundo Durhan e Maier (2012, apud SIMÕES, L.

J. 2013) o tamanho das partículas desempenha um papel muito importante uma vez

que influenciam em possíveis reações álcali-sílica, preenchendo melhor os vazios

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impedindo que o gel expansivo de propague pelos poros do concreto, prejudicando

assim o desempenho mecânico e durabilidade da composição.

Pesquisadores como Kou e Pon (2009), Park, Lee e Kim (2004), Khmiri,

Samet e Chaabouni (2012) e Du e Tan (2013) após estudarem a utilização de vidro

em argamassas, verificaram a possível reação álcali-sílica que ocorre quando os

álcalis do cimento reagem com a sílica do vidro, formando um gel que expande na

presença de água causando danos como fissuras e rupturas das argamassas.

(SIMÕES, L. J, 2013)

Segundo Simões (2013), em estudos realizados por Taha e Nounu (2009)

mostram que a substituição da areia por vidros em concreto possui alto risco da

ocorrência da reação álcali-sílica, o que pode gerar danos a estrutura. Shi e Zeng

(2007) também afirmam que para contornar a expansão devido a reação álcali-sílica

podem ser utilizados adições minerais e um cimento pozolânico.

Para Oliveira (1997, apud SILVA, P. N. 2007) no ensaio acelerado de barras

de argamassa segundo metodologia do NBR-15577/2008-4, a FIGURA 5 exemplifica

bem que as expansões ocorrem em escala de tempo e também variam de acordo

com o tipo de sílica reativa empregada na dosagem de concreto.

FIGURA 5 - REATIVIDADE POTENCIAL SEGUNDO O MÉTODO NBR PARA DIFERENTES TIPOS DE BASALTO

FONTE: SALLES; OLIVEIRA, 1997.

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Métodos da NBR 12651/1992 que analisam a eficiência de materiais

pozolânicos na eficiência de prevenção de reações expansivas excessivas

ocasionadas pela reação álcali-agregado, utilizam em testes através da confecção

de barras de argamassa o vidro pirex (material altamente reativo).

Também em norma interna da Itaipu Binacional (LCI – 157/76) “Método de

ensaio para verificação da eficiência do material pozolânico no combate a reação

álcalis-agregado” – (Redução da expansão da argamassa), o vidro Pyrex sendo um

material reativo, foi utilizado como componente na verificação da RAA.

2.7 PATOLOGIAS DO CONCRETO

Segundo Araujo J. M. (2002) a deformidade do concreto depende do tempo e

tem uma importância considerável na análise estrutural. Estas deformações são

normalmente separadas em duas partes: a fluência e a retração.

Conforme a norma DNIT 090 (2006 – ES) as causas das patologias mais

encontradas podem ser classificadas em duas categorias, como as físicas (desgaste

superficial devido abrasão ou erosão; fissuração devida temperatura e umidade) e as

químicas (hidrólise da pasta de cimento por água pura; trocas iônicas entre fluidos

agressivos; reações por produtos expansivos como por sulfatos, reações álcali

agregado e corrosão da armadura).

A temperatura do ambiente também afeta profundamente o envelhecimento

do concreto, onde a exposição de elevadas temperaturas pode acelerar o processo

de fluência e envelhecimento do concreto. Sendo que em temperaturas inferiores a

5º C, a fluência praticamente cessa (ARAUJO, J. M. 2002).

Existem diferentes ensaios para determinação da resistência à tração do

concreto como: ensaio de tração axial, ensaio de compressão diametral ou ensaio

de flexão de vigas (ARAUJO J. M. 2001).

A durabilidade da estrutura do concreto esta associada a capacidade de

resistência do concreto as agressões químicas, físicas, mecânicas e biológicas.

Dentre as reações químicas destacam-se ataques por íons de sulfato e cloreto,

dióxido de carbono, ataques ácidos e reações álcali agregados (MUNHOZ, 2007).

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2.8 REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO

Segundo Portela, 2006 a reação álcali-agregado, conhecida como RAA, é o

termo geral utilizado para descrever a reação química que ocorre internamente à

estrutura de concreto, envolvendo os hidróxidos alcalinos provenientes,

principalmente, do cimento e de alguns minerais reativos presentes no agregado

utilizado ou da sua circunvizinhança. Neste caso específico, os produtos gerados

podem aumentar de volume sob condições especiais de umidade e temperatura,

criando tensões internas ao concreto e com isso causando posterior fissuração,

perda da monoliticidade e, consequentemente, comprometimento da estrutura.

QUADRO 1 – ROCHAS, MINERAIS E SUBSTÂNCIAS SINTÉTICAS REATIVAS COM CIMENTOS ALCALINOS.

FONTE: RUIZ, 1963, apud PRISZKULNIK, S. 2005.

A importância de uma análise correta para escolha dos agregados do cimento

e da compatibilidade destes materiais é fundamental para inibir as reações químicas

denominadas reações álcali agregado ou álcali-silica, que envolvem íons hidroxila e

certos constituintes silicosos, muitas vezes presentes nos agregados (NORMA DNIT

090/2006 – ES).

A reação álcali agregado requer a atuação conjunta do agregado reativo,

água e álcalis. Sua prevenção pode ser feita a partir da utilização de agregados

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inertes ou cimento com baixos teores de álcalis ou impedir a difusão da umidade

(MUNHOZ, 2007).

Conforme Mehta e Monteiro (2014), todos os silicatos ou minerais de sílica,

como sílica hidratada ou amorfa, podem reagir com as soluções alcalinas,

dependendo do tempo, temperatura e da dimensão das partículas, embora um

grande número de minerais reaja apenas em grau insignificante.

Segundo Hasparyk (2006), os principais efeitos provocados pela reação

álcali-agregado são:

Desplacamentos na superfície do concreto;

Fissuras na superfície concreto;

Perda de aderência da argamassa junto a superfície dos agregados;

Movimentação de juntas de contração;

Movimentação ou desalinhamento das superfícies livres;

Travamento ou deslocamento de equipamentos e peças móveis.

Em resumo, entende-se por RAA o processo de deterioração do concreto

endurecido, provocando assim a formação do gel expansivo (exceto para a reação

álcali carbonato) a partir de reação química que ocorre em alguns tipos de

agregados reativos ou potencialmente reativos, quando em contato com os álcalis

existentes no cimento, Óxido de Sódio(Na2O) e Óxidos de Potássio(K2O). A

proporção da degradação depende da quantidade de álcalis dispersos no cimento

(HASPARYK, 2006).

A disposição do gel sílico-alcalino na água facilita a mobilidade no interior das

partículas do agregado para as regiões microfissuradas do concreto, e com a

disponibilidade de água continua ocasionando o aumento e a expansão das

microfissuras que atingem a superfície externa do concreto, causando fissuras de

padrão irregular, atribuindo o termo de fissura mapeada. (MEHTA e MONTEIRO,

2014)

Já para estruturas de concreto protendido, Shayan e Quick (1992), mostram

através de experimentos com dormentes de concreto protendido, que o padrão de

fissuras se comporta de maneira diferenciada em função das tensões confinantes

causadas pela força de protensão, onde se propagam somente na direção da

compressão, causando um padrão de fissuras retas, em virtude de a tensão

confinante estar presente em somente uma direção conforme FIGURA 6

(MADUREIRA, 2007).

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FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DE FISSURAS EM DORMENTES PROTENDIDOS

FONTE: MADUREIRA, 2007.

As cordoalhas de protensão, assim como as barras de aço de elementos de

concreto armado, possuem a capacidade de atenuar as expansões por RAA

segundo Madureira (2007), pois possuem a função de conter deformações do

concreto. Porém, existe a possibilidade da perca de aderência do concreto com as

barras de aço devido a RAA, quando submetidos a vários ciclos e molhagem e

secagem, o que pode comprometer essa capacidade.

FIGURA 7 – PONTE PROTENDIDA AFETADA PELA RAA

FONTE: LOPES, 2004.

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2.8.1 Tipos de reação álcali-agregado

Para saber qual o tipo de reação álcali agregado que afetou a estrutura

Portela (2006), ressalta a importância de conhecer as características das

propriedades químicas e físicas dos agregados. As reações podem ser classificadas

em três tipos: reação álcali-silicato, reação álcali-sílica e reação-carbonato.

2.8.1.1 Reação Álcali-Sílica

Conforme NBR 15577-1 (2008), a reação alcali-sílica é classificada pela

participação da sílica reativa dos agregados com os álcalis, na presença do

hidróxido de cálcio presente na hidratação do cimento. Esta reação se desenvolve

mais rapidamente, principalmente na presença das principais sílicas reativas: opala,

tridimita, cristobalita, vidro vulcânico, entre outros.

A reação álcali-sílica (RAS) é definida como uma reação ácido-base, onde o

reagente ácido é a sílica no estado sólido e os reagentes básicos, os hidróxidos de

potássio e sódio presentes na solução dos poros do concreto, sendo a água dos

poros o meio onde ocorre a reação, formando um gel expansivo. Esta reação ocorre

entre os álcalis e alguns tipos de silicatos eventualmente presentes em certas rochas

sedimentares (argilitos, siltitos e grauvacas), rochas metamórficas (ardósias, filitos,

xistos, gnaisses, granulitos, entre outras) e ígneas (granitos), sendo que neste caso

a reação está, basicamente, ligada à presença de quartzo tensionado (PORTELA,

2006).

Segundo Barbosa e Pires Sobrinho (1997), as propriedades da sílica estão

diretamente relacionadas ao grau de subdivisões ou imperfeições na estrutura

cristalina passando a assumir um papel importante na superfície específica. Tendo a

sílica uma superfície específica baixa, devido à subdivisão da partícula, os ácidos

não são perceptíveis, aumentando a fixação do número de moléculas d’água.

Consequentemente aumenta o número de íons de hidrogênio livres e a reatividade

do material (BARBOSA, PIRES; 1997)

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2.8.1.2 Reação Álcali-Silicato

A reação álcali-silicato ocorre com a participação de alguns álcalis e silicatos

presentes em certas rochas. Os silicatos mais comuns são quartzo tensionado por

processo tectônico e mineral da classe dos filossilicatos presentes em ardósias,

filitos, xistos, granulitos entre outros. Essa reação geralmente é mais lenta do que a

reação álcali-sílica (MUNHOZ, 2007).

A NBR 15577-1 (2008), caracteriza este tipo de reação como sendo mais

lenta que a álcali-sílica, e ocorre com a presença de álcalis e alguns tipos de

silicatos presentes em certas rochas.

2.8.1.3 Reação Alcali-Carbonato

Neste tipo de reação participam os álcalis e agregados rochosos carbonáticos.

“Não há a formação de gel expansivo, mas de compostos cristalizados como brucita,

carbonatos alcalinos, carbonato cálcico e silicato magnesiano.” (NBR 15511-1, 2008)

Na reação álcali-carbonato (RAC), as rochas dolomíticas são as principais

envolvidas, havendo a desdolomitização, fenômeno no qual há a formação do

hidróxido de magnésio (PORTELA, 2006), onde não ocorre a formação de gel

expansivo, mas de compostos cristalinos como brucita, carbonatos cálcico e

alcalinos, silicato magnesiano (MUNHOZ, 2007).

2.8.2 Fatores que influenciam a reação álcali agregado

Conforme NBR 15577-1 (2008), a ocorrência da reação álcali-agregado

acontece na presença simultânea de três fatores principais, sendo a presença de

agregado potencialmente reativo, umidade e álcalis.

O início da reação acontece quando os hidróxidos alcalinos derivados dos

álcalis do cimento (Na2O e K20) atacam os materiais silicosos dos agregados

formando um gel álcali-silicato que atrai água por absorção ou por osmose, que

tende a expandir mesmo estando confinado pela pasta de cimento, causando

tensões internas que resultam em desagregação da pasta de cimento e fissuras

mapeadas no concreto. A velocidade em que a reação ocorre varia pelas dimensões

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das partículas silicosas, onde quanto menor suas dimensões, mais rápidas

ocorreram a reação. ( NEVILLE, A. M. e BROOKS J. J. 2013)

A intensidade e velocidade da ocorrência da expansão, estão associadas aos

seguintes fatores complementares (PRISZKULNIK, S. 2005):

Temperatura

Área da superfície específica do material

Tensões confinantes

Contribuição de álcalis externos

Mehta e Monteiro (2014, p. 181) classifica como fatores importantes que

influenciam o fenômeno da reação álcali agregado são:

O teor de álcalis do cimento e consumo de cimento do concreto;

A contribuição do íon alcalino de outras fontes, como aditivos, adições,

agregados contaminados com sal, e penetração de água do mar ou

solução de sais de degelo no concreto;

A quantidade, dimensão e reatividade dos constituintes do concreto;

A disponibilidade de umidade para a estrutura de concreto;

A temperatura ambiente.

Já para Neville e Brooks (2013), “Outros fatores que influenciam na evolução

da reação álcali-agregado são porosidade do agregado, quantidade de álcalis no

cimento, disponibilidade de água na pasta e permeabilidade da pasta de cimento.”

Também relata que a reação ocorre em grande parte no exterior do concreto em

contato constante com umidade ou com alternâncias de molhagem e secagem em

temperaturas elevadas.

A água, assim como em diversas outras patologias, é fundamental para o

mecanismo de inchamento do gel da reação álcali sílica assim como principal

responsável pela dissolução da sílica e transporte de álcalis dentro do concreto. “A

relação água/cimento de um concreto gira em torno de 0,35 a 0,60; entretanto, a

quantidade de água necessária para a hidratação completa do cimento gira em torno

de 0,32”. Com isso, sempre haverá água presente nos poros do concreto

normalmente curado, podendo desencadear a reação álcali-silica (MEHTA e

MONTEIRO, 2014, p. 179).

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2.8.3 Adições inibidoras e controle das reações álcali-sílica e álcali-silicato

Para a ocorrência da reação álcali-sílica em estruturas de concreto, existem

três fatores essenciais (PRISZKULNIK, S. 2005):

Presença de sílica ativa dos agregados;

Quantidade suficiente de álcalis, principalmente presente no cimento Portland,

e também dos outros materiais presentes no concreto e fontes externas;

Presença de umidade suficiente.

Segundo Mehta e Monteiro, (2014) a adição de 25 a 30% de calcário ou

qualquer outro agregado não reativo pode amenizar a expansão de agregado

moderadamente reativos, assim como evitar o acesso de água ao concreto, a

expansão pode nunca ocorrer.

A intensidade e velocidade da ocorrência da expansão, estão associadas aos

seguintes fatores complementares (PRISZKULNIK, S. 2005):

Temperatura: influência no sentido direto;

Área da superfície específica do material: influência no sentido inverso;

Tensões confinantes: influência no sentido inverso;

Contribuição de álcalis externos: influência no sentido direto.

Já para Neville e Brooks (2013), não há uma maneira simples de determinar

se um agregado pode ou não causar expansão excessiva devido a reação com os

álcalis do cimento, mesmo com os conhecimentos já adquiridos sobre agregados

reativos. “Para agregados com histórico de potencialmente seguros, mesmo um teor

tão pequeno como 0,5% de agregados reativos pode causar danos”.

A adição de pozolana ao cimento, assim como a escória de alto-forno e sílica

ativa na minimização da reação álcali agregado, se mostrou eficaz em estudo

realizado por Falcão Bauer et all.(1999, apud PRISZKULNIK, S. 2005).

Os teores necessários de sílica ativa e metacaulim e sua eficácia para auxiliar

na mitigação das expansões decorrentes de reações deletérias devem ser

estabelecidos pelo ensaio prescrito na ABNT NBR 15577-5, atendendo ao limite de

0,10% aos 16 dias, ou pelo ensaio prescrito na ABNT NBR 15577-6, sendo menor

do que 0,04% em dois anos (NBR 15577-1, 2008).

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A pozolana reage com os álcalis do cimento, causando a reação álcali-silica

imediatamente na preparação do concreto, consumindo os álcalis do cimento ainda

na fase fluida antes mesmo de seu endurecimento, tornando a pozolana um dos

principais agentes inibidores de expansão, de modo que embora possa haver

agregados reativos no concreto, os álcalis do cimento já foram consumidos.

(FUSCO, P. B. 2008).

Conforme NBR 15577-1 (2008) os teores de pozolana e escoria de alto forno

para mitigar as expansões de argamassas com agregados potencialmente reativos

devem ser inferiores a 10% quando ensaiados de acordo com a norma.

2.8.4 Diagnósticos de reatividade Álcali-Agregado

A NBR 15577 (2008) estabelece de forma clara procedimentos para análise e

detecção da reação álcali agregados e seus possíveis riscos de ocorrências de

manifestações patológicas prescrevendo requisitos de avaliação e especificações de

aplicação de ensaios em amostras para um estudo prévio de agregados que possam

ser usados para fabricação de concreto.

Segundo Priszkulnik, S. (2005), a detecção da reação álcali-agregado em

estruturas de concreto ocorre em várias etapas de coleta de informações, inspeção

visual, ensaios laboratoriais em componentes do concreto e de testemunhos

extraídos da estrutura, a auscultação por meios de instrumentação e

acompanhamento do progresso por modelos matemáticos.

O recolhimento de informações contribui a respeito de informações quanto a

condições ambientais do local, vento, temperatura e umidade; registros sobre o

projeto e construção. Já a inspeção visual tem como objetivo mapear o quadro

fissuratório, identificar a presença de gel exsudado pelas fissuras e movimentações

relativo as juntas e travamento (PRISZKULNIK, S. 2005).

2.8.4.1 Análise Petrografica do agregado

A análise petrografica serve para obter características e indicações sobre o

potencial reativo dos agregados graúdos conforme NBR 15577-3, porém especifica

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que somente a análise petrografica não é suficiente para determinar a expansão

potencial deletéria. (NBR 15577-1, 2008)

Conforme Sanches (2008), a investigação petrografica fornece informações

importantes através de análise visual e microscópica. Este mesmo autor ressalta que

apenas a utilização da análise petrografica não é suficiente para avaliar o potencial

reativo dos agregados (SANCHES, L. F. M. 2008, apud. OBERHOLSTER, 1985).

2.8.4.2 Expansão em barras de argamassa pelo Método Acelerado

Serve como complemento da análise petrografica para determinar o potencial

deletério das expansões causadas por agregados reativos. Neste ensaio são

moldadas barras de argamassa com dimensões padrões onde em sua composição é

adicionado o agregado ao qual deseja analisar seu potencial, caso a expansão aos

30 dias for menor que 0,19% o agregado pode ser considerado potencialmente

inócuo. (NBR 15577-1, 2008).

É o ensaio mais usual para determinação de agregados potencialmente

reativos, consiste na imersão das barras em um composto de água de hidróxido de

sódio a uma proporção de 40g por litro de água, e a utilização de estufa ventilada,

onde mantém os ensaios a uma temperatura de 80º C, situação essa que acelera a

idade dos moldes de argamassa assim como o aparecimento da possível reação

(NBR 15577-4, 2008).

Conforme Sanches (2008), este método foi desenvolvido por Oberholster &

Davies (1986) e vem sendo o método mais difundido e utilizado no Brasil e no

mundo.

Esta NBR 15577, também especifica que se caso as expansões aos 30 dias

for maior ou igual a 0,19%, poderá ser feito ensaio em prismas de concreto para

confirmar ou não sua potencialidade.

2.8.4.3 Determinação de expansão em prismas de concreto

Este ensaio também serve como complemento aos demais ensaios de

caracterização de agregado reativo e é realizado através de uma dosagem

padronizado em um período de 1 ano, onde o limite de expansão é de 0,04%. Após

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este período se o prima indicar uma expansão maior ou igual a 0,04% pode ser

considerado potencialmente reativo. (NBR 15577-1, 2008).

2.8.5 Estruturas acometidas por reação álcali-agregado

Muitas literaturas já relatam os transtornos que a reação álcali-agregado

acaba acarretando em diversas estruturas. Um exemplo é a barragem em arco de

Drum Afterbay, no rio Bear, na Califórnia, onde o elevado nível de deterioração da

estrutura fez com que a solução técnico-econômica adotada constituiu na construção

de nova barragem de concreto em arco, imediatamente a jusante, e na demolição da

velha. (GITAHY, 1984, apud PRISZKULNIK, S. 2005).

Identificou-se em 1995 a reação expansiva na Usina Elevatória de Tradição,

localizada no canal do rio Pinheiros, na zona urbana de São Paulo. Nesta situação

foram identificados inúmeros problemas como consequentes infiltrações,

desalinhamento de equipamentos mecânicos, aquecimento e problemas nos

mancais de motores geradores, travamento em porta de aço de oficina provocado

por desalinhamento da estrutura de concreto, entre outros. (GUERRA ET ALL. 1997

apud PRISZKULNIK, S. 2005).

Também segundo (GALLETTI ET ALL. 1997 apud PRISZKULNIK, S. 2005)

outros casos como a Usina Mascarenhas de Moraes quando equipamentos

mecânicos tiveram que ser alterados devido a alteração na estrutura civil. Já em

Porto Colômbia, construída entre 1970 e 1973, constataram-se a partir de 1985,

sinais acentuados de roçamento das pás das turbinas, tornando necessária

manutenção em todas as máquinas.

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3 MATERIAIS E MÉTODOS

Como processo para ensaios e análises do tema, foram seguidos os

seguintes procedimentos:

3.1 IDENTIFICAÇÃO E SELEÇÃO DOS ENSAIOS:

Para os ensaios foram escolhidas vigas de 0,12x0,18x0,70m e corpos de

prova cilíndricos de 0,10m de diâmetro e 0,20m de altura.

3.1.1 Viga

Para este modelo de ensaio, foram moldadas duas vigas de armadura ativa e

duas de armadura passiva aos quais foram utilizadas um modelo para cada traço,

sendo um com concreto usinado e adição de vidro e outro com adição de areia

conforme FIGURA 8 e 9.

FIGURA 8 – ARMADURA PASSIVA FIGURA 9 – ARMADURA ATIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

As vigas vão servir como estruturas para análise dos seguintes

comportamentos:

Deformações;

Comportamento da RAA;

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Como o elemento protendido vai comprimir a peça, poderá haver

discrepância nos resultados em comparação com a peça dimensionada

com armadura passiva;

Caminhamento das fissuras;

Devido a reação das armaduras (Passiva e ativa), serem diferentes

pretende-se analisar as direções e evoluções das fissuras nas peças;

Expansão.

FIGURA 10 - VIGA DE ARMADURA PASSIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 11 - VIGA DE ARMADURA ATIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.1.2 Corpo de prova cilíndrico

Para este modelo de ensaio, foram moldadas 6 corpos de prova cilíndricos de

10cm de diâmetro e 20cm de altura, aos quais foram moldados 3 para cada traço

utilizado conforme FIGURA 13.

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FIGURA 12 - FORMAS DE CORPOS DE PROVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Para verificar o potencial da reação álcali agregado os Corpos de Prova serão

ensaiados para determinação das seguintes características:

Resistência característica do concreto;

Módulo de elasticidade.

FIGURA 13 - CORPO DE PROVA CILÍNDRICO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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QUADRO 2 - RESUMO DE CORPOS DE PROVA

Protótipo Denominação Quantidade Dimensões (m)

Altura Largura Comprimento

Adição de areia comum

VTP Viga testemunho passiva 1 0,18 0,12 0,7

VTA Viga testemunho ativa 1 0,18 0,12 0,7

CPT Corpo de prova testemunho 4 Ø

0,2 0,1

Adição de vidro pirex

VPP Viga protótipo passiva 1 0,18 0,12 0,7

VPA Viga protótipo ativa 1 0,18 0,12 0,7

CPV Corpo de prova vidro 4 Ø

0,2 0,1

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.2 DIMENSIONAMENTO DAS VIGAS:

As vigas a serem utilizadas no ensaio foram dimensionadas para suportar

uma carga mínima de 21 KN e suas seções foram determinadas a partir de um

cobrimento mínimo de 2,5cm da placa de ancoragem do sistema de protensão de

mono cordoalha engraxada utilizado, adotando um comprimento mínimo para melhor

mensuração do sistema e identificação da reação.

FIGURA 14- VIGA DE ARMADURA PASSIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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FIGURA 15 - VIGA DE ARMADURA ATIVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

As mesmas foram dimensionadas seguindo a NBR 6118/2014

QUADRO 3 - TABELA DE ARMADURA

Protótipo Área de aço (cm²) Aço Disposição

VTP 1,003 CA - 50

Camada Superior

2 Ø 6,30mm

Camada Inferior

2 Ø 8,00mm

VTA 0,99 CP 190 RB Mono

Cordoalha 1Ø 12,7mm

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.3 ESCOLHA DO CONCRETO E AGREGADO REATIVO:

Para realização dos ensaios foi utilizado concreto usinado de alta resistência

inicial (FC3 22,0 MPa) com utilização de brita 1 e slump 12+-2 onde sua resistência

final deve ser igual ou superior a 30,0 MPa.

Este concreto apresenta como característica principal, a resistência adquirida

ao terceiro dia de 22 Mpa, fator importante para a protensão, reduzindo o tempo

necessário para aplicação a força de protensão sem que o concreto sofra

deformações indesejadas devido a compressão.

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Com referência nas normas NBR 12651/92 e LCI – 157/76, optamos por

utilizar como agregado reativo o vidro pyrex. Este agregado á utilizado como material

reativo na realização de ensaio de verificação de eficiência de materiais para

combater a expansão através da utilização de material pozolânico como solução as

reaçõa álcali-agregado.

FIGURA 16 – VIDRO PYREX

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 17 - PROCESSO DE MOAGEM FIGURA 18 - VIDRO MOIDO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 19 - PESAGEM DO VIDRO FIGURA 20 - PENEIRAS UTILIZADAS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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QUADRO 4 - GRANULOMETRIA DO VIDRO PYREX

GRANULOMETRIA

QUANTIDADE (g): 1000

PENEIRA

(mm)

QUANTIDADE

RETIDA (g)

%

RETIDA

4,75 0 0

2,36 54 5

1,18 237 24

0,6 163 16

0,3 284 28

0,2 191 19

<0,2 73 7

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Já para o segundo traço, foi utilizado areia média de uso frequente na obra

onde foi realizado os ensaios, onde para esse material, não foi realizado

caracterização mineralógica e química já que objetivo do trabalho não é identificar a

mineralogia dos materiais utilizados apesar de sua importância, e sim obter os

efeitos da reação em estruturas de concreto.

3.4 MOLDAGEM E PROPORÇÕES DO AGREGADO

Quantidade de materiais por m³ no concreto utilizado:

QUADRO 5 - CONSUMO POR M³ DE CONCRETO

Material Consumo (Kg/m³)

Cimento CPV-ARI 350

Brita 1 1064

Areia 820

Água 186

Aditivo (Mira 120) 2,10

TOTAL 2422,10

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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Considerando que a proporção de argamassa do concreto utilizado é de

51,7%, a adição do material contaminante (Vidro Pirex) foi de 10% do volume de

argamassa. A relação água cimento do traço original do concreto foi de 0,551

conforme informações tecnológicas da concreteira.

FIGURA 21 - PESAGEM DO MATERIAL CONTAMINANTE

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

.

Para compensar a alteração no traço com adição de vidro, na outra proporção

dos ensaios sem materiais com potencial para RAA, foi adicionado areia na mesma

proporção para igualar os traços.

3.5 MOLDAGEM

Recebido o concreto na obra, o mesmo foi depositado em uma caixa com

dimensões de (0,5x0,5x0,5m), afim de controlar os volumes a serem utilizados. A

caixa foi preenchida até uma altura de 0,42m e após isso foi retirado para cada

moldagem, camadas de 0,2m (0,05m³) conforme FIGURA 22.

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FIGURA 22 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 23 - CAIXA PARA CONTROLE DE VOLUME

FONTE: OS PROPRIOS AUTORES

A primeira camada foi utilizada para moldagem dos protótipos sem material

contaminante, e neste conteúdo foi adicionada a proporção (%) de areia comum

para controle do traço.

Desta primeira camada foi moldada uma viga com armadura passiva, uma

viga de armadura ativa e três corpos de prova com o intuído de comparar estes

protótipos com os de mesma características, porém com agregado reativo.

2ª Camada

1ª Camada

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FIGURA 24 - MISTURA DO AGREGADO AREIA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 25 - MOLDAGEM DAS VIGAS

.

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Imediatamente foi retirado então a segunda camada, restando na caixa como

descarte 2 cm (0,005m³) de concreto. Nesta segunda camada foi acrescentado o

material contaminante (Vidro Pirex) na proporção de argamassa do concreto.

Desta segunda camada foi possível moldar a mesma proporção de protótipos

da primeira camada, porém com agregado reativo, para poder obter a reação álcali

agregado em um prazo menor a partir do ensaio de barras aceleradas da norma

NBR 15577/2008.

FIGURA 26 - MISTURA DO AGREGADO VIDRO PYREX

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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FIGURA 27 - MOLDAGEM DAS VIGAS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Os corpos de prova foram moldados conforme procedimento da NBR

5738/1994 onde especifica o número de golpes e camadas empregadas na

moldagem dos mesmos.

FIGURA 28 - MOLDAGEM DOS CORPOS DE PROVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 29 - SLUMP TEST

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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QUADRO 6 - TABELA VOLUME DE MATERIAIS

Referência Volume

(m³) Peso (Kg)

Proporção de

Argamassa (%)

Peso - Argamassa

(Kg)

Material Acrescentado

Quantidade de Material

(Kg)

Primeira camada

0,05 125 51,70% 64,625 Areia Comum 6,4625

Segunda camada

0,05 125 51,70% 64,625 Vidro Pirex 6,4625

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.6 CURA

Após a moldagem de todas as vigas e corpos de prova, foi mantido um

período de cura de três dias para desforma, onde foram rompidos os corpos de

prova do traço original do concreto, obtendo uma resistência teórica de 28,4 Mpa

(ANEXO 1) em função da utilização de concreto FC3 22 MPa, muito utilizado no

sistema de concreto protendido, onde obtém resistência necessária para aplicação

da força de protensão já no 3 dia após concretagem.

FIGURA 30 - DESFORMA DAS VIGAS

.

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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3.7 PROTENSÃO

Após o rompimento do traço padrão ao terceiro dia onde foi constatada uma

resistência superior a 22 Mpa (ANEXO 1), pôde-se realizar a protensão das vigas

ensaiadas no sistema de mono cordoalhas engraxadas.

Para isso foi utilizado o sistema padrão, adotado em lajes protendidas em

mono cordoalhas engraxadas em pós tração, onde foi realizado o acunhamento e a

marcação das cordoalhas para verificação de alongamento.

FIGURA 31 – ACUNHAMENTO DAS VIGAS PARA PROTENSÃO

FONTE: OS PROPRIOS AUTORES

Após o acunhamento, limpeza e marcação das cordoalhas foi utilizado

macaco hidráulico para aplicação da força de protensão necessária para esforços

dimensionados.

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FIGURA 32 - PROTENSÃO DAS VIGAS

FONTE: OS PROPRIOS AUTORES

As vigas foram dimensionadas para suportar a uma carga aproximada de 21

KN, onde a força de protensão necessária para estes esforços foram de 13,43 tf

contando com 2,5% de acomodação das ancoragens e 3,15% de perda imediata do

macaco.

Em função das dimensões reduzidas dos protótipos e a utilização da

cordoalha CP 190 RB, o alongamento obtido pela força de 13,43 tf não foi suficiente

para cravamento das cunhas bipartidas, fazendo com que as vigas não segurassem

a força de protensão empregada, assim não comprimindo o concreto como deveria.

Por conta disso, foi necessário aumentar a força de protensão em 15,6 tf, onde é

possível analisar o cravamento da cunha e um alongamento de aproximadamente

4,8mm, compreendendo 8% do comprimento efetivo da cordoalha protendida,

atendendo os testes de deformação do certificado de qualidade do fabricante.

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FIGURA 33 – ACOMPANHAMENTO DE REPROTENSÃO DAS VIGAS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 34 – REPROTENSÃO DAS VIGAS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

A aplicação da força de protensão é em BAR, unidade a qual leva se em

consideração a área de contato do macaco/ancoragem, onde para o caso, a área de

contato do macaco utilizado é de 31,22 mm². Sendo aplicada uma pressão de 490

BAR a força resultante foi de 15,6 tf.

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Conforme Anexo 2, a partir da força de protensão de 15,6 tf, a porcentagem

de deformação (alongamento) da cordoalha é de 0,8%, totalizando no caso das

vigas moldadas um alongamento de +/- 4,8mm conforme figuras 34.

FIGURA 35 - ALONGAMENTO REAL DA CORDOALHA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.8 TRATAMENTO DA ANCORAGEM ATIVA

Conforme procedimento já utilizado em lajes do sistema em pós tração, após

a protensão e determinação do alongamento, a cordoalha excedente foi cortada de

modo a possibilitar a proteção das ancoragens através de um tratamento a base de

epóxi e posterior camada de graute para evitar a corrosão.

FIGURA 36 - CORTE DAS CORDOALHAS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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3.9 ENSAIO ACELERADO PARA REAÇÃO ÁLCALI-AGREGADO

3.9.1 Pré-caracterização de reatividade

Com o objetivo de analisar o potencial reativo dos agregados utilizados nas

moldagens, foram submetidos dois corpos de prova (um para cada traço) a um

ensaio acelerado em menor escala em estufa ventilada.

Conforme a figura 36 os corpos de prova ensaiados foram:

CP = 1513 – Vidro Pyrex

CP = 1587 – Areia comum

FIGURA 37 – ENSAIO ACELERADO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Tomando como referência o ensaio de barras aceleradas NBR 15577-4, os

protótipos foram submetidos a um banho em solução de Hidróxido de sódio (NaOH)

em estufa ventilada com temperatura fixada a 80º C durante um período de 10 dias.

Após este período foi executado uma análise visual dos corpos de prova, de

forma a identificar possíveis focos de reação álcali-agregado, fundamental para dar

sequência nos demais ensaios de caracterização.

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FIGURA 38 – CORPOS DE PROVA ENSAIADOS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

A partir do ensaio pode-se verificar diferentes reações nos corpos de prova,

onde apenas o correspondente ao agregado areia apresentou características de

reatividade conforme ilustrado na FIGURA 39, onde as trincas já existentes se

acentuaram. Notou-se também a presença de exsudação do hidróxido de cálcio,

(estágio avançado da reação álcali agregado).

FIGURA 39 – CORPO DE PROVA 1587

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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FIGURA 40 – CORPO DE PROVA 1587

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.9.2 Preparação dos protótipos para ensaio

Antes de submeter os protótipos ao ensaio, os mesmos foram identificados

tanto para simples identificação dos mesmos, como também para medição nas

possíveis deformações. Foram então feitas marcações em pontos específicos das

vigas, aonde as medições foram feitas sempre nos mesmos locais.

FIGURA 41 – IDENTIFICAÇÃO E DEMARCAÇÃO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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FIGURA 42 – VIGAS E CORPOS DE PROVA IDENTIFICADOS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.9.3 Solução de Hidróxido de Sódio

A preparação da solução foi feita em laboratório e obedecendo a proporção

de 40,0 g de NaOH para 1000 mL de água. Para o ensaio foram necessários 30

litros de água e, portanto foram necessários 1200,00 g de Hidróxido de Sódio.

FIGURA 43 – PESAGEM DO HIDRÓXIDO DE SÓDIO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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3.9.4 Armazenamento e ensaio em estufa ventilada

Para armazenamento, os protótipos foram armazenados em uma caixa onde

ficaram submersos. A caixa ficou em estufa ventilada a 80º e teve monitoramento

diário.

FIGURA 44 – ARMAZENAGEM EM ESTUFA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 45 – TEMPERATURA UTILIZADA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Apesar dos históricos de reações álcali-agregado já registrados, onde o

aparecimento ocorre a partir de anos de exposição a condições favoráveis a estas

reações, o ensaio foi realizado durante um período de 30 dias, com o intuito de

seguir ao máximo a NBR 15577-4, que especifica a realização do ensaio acelerado

em barras de argamassa. A partir deste período as vigas e corpos de prova foram

retirados da imersão para dar sequência aos ensaios.

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FIGURA 46 – CORPOS DE PROVA RETIRADOS DA IMERSÃO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 47 – IDENTIFICAÇÃO VISUAL PÓS IMERSÃO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Após a retirada das vigas e corpos de prova da solução em NaOH, conforme

FIGURA 47, foram realizadas análises visuais e verificações de fissuras e

expansões que possam caracterizar como focos de reação álcali agregado conforme

descrito no decorrer do trabalho.

3.9.5 Ensaios para determinação de resistência

Com todas as medições e identificações realizadas, pode-se iniciar a

caracterização do ensaio de resistência a compressão direta dos corpos de prova e

de flexão das vigas armadas e protendidas, onde utilizou-se diferentes prensas para

obtenção dos resultados, em virtude de obter uma melhor precisão dos valores.

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3.9.5.1 Compressão direta dos corpos de prova

Conforme FIGURA 48 para determinação da resistência dos corpos de prova

ensaiados foi utilizado uma prensa hidráulica com leitura digital do laboratório

técnico da empresa Concrebras. Com a leitura digital desta prensa, podem-se obter

resultados precisos do exato rompimento dos corpos de prova, onde sua leitura é

identificada pela força aplicada em KN e também sua devida resistência em MPa.

FIGURA 48 – PRENSA PARA ROMPIMENTO CORPOS DE PROVA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

3.9.5.2 Flexão direta das vigas de concreto

Já para realização de ensaio de flexão direta das vigas foi utilizado prensa

hidráulica manual analógica da Universidade Tuiuti do Paraná, onde foi necessária a

realização de adaptações técnicas para realização do ensaio, utilizando de perfil I

metálico para apoio das vigas e dois relógios comparadores de deformação para

analisar as “flechas” das vigas de concreto e possíveis deformações do perfil

metálico conforme FIGURA 49. Para esta prensa a leitura é realizada em

quilogramas e as deformações analisadas nos relógios comparadores possuem

precisão de 0,001 mm, podendo captar pequenas deformações no sistema de

reação.

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FIGURA 49 – PRENSA PARA ENSAIO DE FLEXÃO NAS VIGAS

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

As vigas foram ensaiadas uma a uma, onde foram realizadas leituras de

carga e deformação a cada tonelada aplicada a partir dos 3000 kg. O critério de

parada da carga aplicada varia a partir das análises visuais e de deformação da

estrutura das vigas.

Para cada leitura realizada, foi analisado o comportamento da estrutura das

vigas, onde cada trinca foi monitorada a partir da força utilizada, de forma a

identificar um possível limite de carga empregada.

3.9.6 Ensaio de capilaridade

Este ensaio visa analisar a porosidade do concreto empregado na moldagem

dos corpos de prova, aonde servirá de base para análise de resultados de

resistência a compressão e a flexão, onde a granulometria dos materiais

empregados influência diretamente na porosidade e na resistência final.

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Para sua realização, foi utilizado um corpo de prova de cada traço empregado,

visando analisar o comportamento de cada um perante sua imersão parcial em

água. Com isso, foi analisado modo que ocorreu a ascensão capilar conforme NBR

9779/95.

FIGURA 50 – PRIMEIRA PESAGEM

FIGURA 51 – MEDIÇÃO DO NIVEL

CAPILAR

FONTE: OS PROPRIOS AUTORES FONTE: OS PROPRIOS AUTORES

Após o prazo de 24 horas de imersão, os corpos de prova foram submetidos a

aferição do nível capilar e analise visual, conforme figuras acima a fim de determinar

a porosidade do concreto.

Conforme descrito na NBR 9779/1995 os corpos prova foram submetidos a

secagem em estufa e pesados antes e depois de sua imersão, para determinação

do nível de absorção, descrito em g/cm².

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60

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 INSPEÇÃO VISUAL PÓS ENSAIO

Observou-se após a retirada das vigas do ensaio acelerado, um quadro

fissuratório inicial nas vigas onde foi acrescentado a areia como agregado. As

fissuras apresentaram comportamento característico de estruturas acometidas pela

RAA, formando a geometria de um mapa e também apresentando descoloração do

concreto.

FIGURA 52 – FISSURA PRIMÁRIA EM FORMA DE MAPA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Apesar do baixo tempo de exposição ao ambiente adequado para o

aparecimento da reação, o mapeamento encontrado na viga ensaiada possui

características expressivas da reação álcali-agregado, ainda estando em seu estado

inicial. Conforme podemos verificar na FIGURA 53, a fissuração mapeada é uma das

maneiras mais evidentes de identificar as expansões causadas pela RAA.

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FIGURA 53 – FISSURA MAPEADA EM ESTÁGIO AVANÇADO EM BLOCO DE

FUNDAÇÃO

FONTE: ANDRADE, 2006, p.5

Verificou-se também a presença de uma fissura longitudinal na viga

protendida com adição de areia, fissura esta que apresenta comportamento de

expansão. Devido ao confinamento provocado pela protensão em apenas uma

direção, quando ocorre a expansão, as fissuras se comportam de forma diferente ao

qual ocorreria no concreto convencional, fazendo com que a peça possa trabalhar

na face aonde está liberada, ou seja, na seção contrária a seção protendida.

FIGURA 54 – FISSURA LONGITUDINAL (VIGA PROTENDIDA)

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

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Conforme estudos realizados por Shayan e Quick (1992, apud MADUREIRA,

2007), foram realizados experimentos envolvendo dormentes em concreto

protendido que constatam que as expansões causadas pela RAA em elementos

protendidos propagam trincas somente na direção da compressão. Com isso,

comprova a origem das trincas encontradas na viga protendida ensaiada com adição

de areia.

FIGURA 55 – TRINCAS EM DORMENTES DE CONCRETO PROTENDIDO

FONTE: MADUREIRA, 2007.

FIGURA 56 – FISSURA NA VIGA

PROTENDIDA ENSAIADA

FIGURA 57 – COLUNA LEVEMENTE

PROTENDIDA COM FISSURA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES FONTE: HOBBS, 1997, p.17

Na inspeção visual, foi nítida a diferença entre as vigas e por consequência do

agregado utilizado. O mapeamento das fissuras da viga com armadura passiva, a

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fissura longitudinal na viga com armadura ativa, e também a mudança no

comportamento da coloração do concreto as tornaram visualmente distintas.

4.2 ENSAIO A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA CILÍNDRICOS

Depois de submetidos ao ensaio acelerado, os corpos de prova foram

retirados da imersão em NaOH e armazenados em temperatura ambiente por

durante um dia. Depois disso, os mesmos foram ensaiados para verificação da

resistência a compressão conforme NBR 5739/2007 e foram então obtidos os

resultados presentes no Gráfico 1.

GRÁFICO 1 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Verificou-se então uma notável discrepância de valores entre os traços. A

média de resistência do traço com adição de vidro foi 38,07 MPa, enquanto o traço

com adição de areia comum foi 27,29 MPa. Portanto resultando em uma diferença

de 28,3% entre os traços.

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Já verificado em outros ensaios, o vidro utilizado como agregado graúdo no

concreto não apresenta resultados satisfatórios, visto que desencadeia perda na

resistência e excessiva expansão devido a reação entre os álcalis do cimento e a

sílica reativa no vidro. Porém em estudos recentes, quando utilizado o vidro com

partículas de no máximo 300 µm, a expansão induzida pela reação álcali-sílica pode

ser reduzida. (SHAO et al., 2000, apud RIGHI, D. et al., 2011)

A significativa resistência do traço com adição de vidro pode ser explicada

com base a estudos anteriores. Resultados obtidos em ensaios mostram que o efeito

do tamanho das partículas de vidro moído no desempenho do concreto é bastante

significativo. Segundo SHAO et all. (2000, apud RIGHI, D. et al., 2011) em ensaios

onde a utilização do vidro moído com partículas menores do que 75 µm

apresentaram um aumento na resistência a compressão, assim como uma menor

expansão quando comparada com o traço padrão.

Após o rompimento dos corpos de prova, a presença visível de sílica no traço

onde teve a adição de areia mostra uma possível causa da menor resistência

adquirida. A presença da sílica do agregado, e também da sua granulometria por ser

maior do que a do vidro á tornou mais suscetível a RAA.

4.3 ENSAIO DE FLEXÃO DAS VIGAS

O ensaio de flexão foi executado com intuito de verificar a resistência, a

deformação no ato da aplicação das cargas e também verificar o comportamento

das mesmas no ensaio. O caminhamento das fissuras e também a relação carga x

deformação, nos mostram uma clara diferença quanto ao tipo de armadura e

também do agregado utilizado em cada uma.

4.3.1 Deformação em decorrência da aplicação de carga

Com auxilio da prensa hidráulica, as vigas foram submetidas a diferentes

esforços e por consequência diferentes deformações. Devido a alta concentração de

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forças aplicadas, o perfil utilizado como apoio para o ensaio por vezes acabou sendo

deformado, e por conta disso foi então medida esta deformação para ter uma

dimensão exata somente da deformação da viga de concreto. Para chegar ao

resultado exato foi usada a seguinte fórmula:

𝜆 = ∆𝑐 − ∆𝑚

𝜆 = Deformação total da viga de concreto

∆𝑐 = Deformação da viga de concreto

∆𝑚 = Deformação da viga metálica

Portanto com o ensaio e a coleta de dados, obteve-se o resultado presente no

Gráfico 2:

GRÁFICO 2 – CARGA X DEFORMAÇÃO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

0

1500

3000

4500

6000

7500

9000

10500

12000

13500

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Car

ga (

Kg)

Deformação (mm)

Carga x Deformação

VIGA - V3 VIGA - V2 VIGA - V4 VIGA - V1

Areia Protendido

LEGENDA Vidro

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FIGURA 58 – VIGA V1 - AREIA FIGURA 59 – VIGA V2 - AREIA

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FIGURA 60 – VIGA V3 - VIDRO

FIGURA 61 – VIGA V4 - VIDRO

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

A partir do GRÁFICO 2, foram analisadas as vigas uma a uma conforme

descrição a seguir:

V3 – ARMADURA PASSIVA – VIDRO

o Carga Total: 12500 Kg;

o Deformação Final: 0,92 mm;

o Sua deformação se mostrou de forma linear, dando a entender que o

conjunto (concreto e aço) foi exigido e trabalharam de maneira

uniforme até o fim do ensaio;

o A principal trinca ocorreu em um ângulo de 45º em ambos os lados.

Devido sua angulação, é possível que também tenha exigido o estribo

posicionado. Aparentemente esta foi a mais exigida e responsável pela

deformação final;

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o Apesar das trincas ao término do ensaio, as mesmas voltaram

próximas ao seu estado inicial, mostrando que a armadura foi exigida

até seu estado elástico.

V2 – ARMADURA PASSIVA – AREIA

o Carga total: 12000 Kg;

o Deformação Final: 1,51 mm;

o As trincas foram maiores e mais distribuídas, e ao término do ensaio as

mesmas se mantiveram com certo desplacamento na face inferior,

mostrando que o aço foi exigido até sua capacidade plástica;

o Como as trincas foram mais distribuídas, a carga também se distribuiu

ao longo do conjunto até chegar ao limite de aplicação de carga

aproximado de 10500 Kg. A partir desta carga ocorreu um pico na

deformação, mostrando uma possível perda de aderência entre o

concreto e a armadura, em função da menor resistência proporcionada

pelo traço e a reação álcali-agregado;

A resistência mecânica do concreto é um dos fatores que influencia de maneira

mais significativa à resistência de aderência. De modo geral, quanto maior a

resistência mecânica do concreto, maiores serão os esforços de aderência que o

concreto poderá suportar na interface aço- concreto. (FRANÇA, V. H. 2004, p. 37).

V1 – ARMADURA ATIVA – AREIA

o Carga Total: 10500 Kg;

o Deformação Final: 4,13 mm;

o Apresentou um padrão de trincas centralizadas nas duas faces até

ultrapassar sua linha neutra;

o Observou-se uma deformação inicial maior devido a baixa resistência

do concreto. Com o acréscimo de carga, apenas a armadura ativa

passou a ser exigida e chegando até um limite onde a face comprimida

superior passou a sofrer um processo de desagregação ao aplicar

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10000 Kg em virtude a menor resistência do traço e ao aparecimento

da reação álcali-agregado. Após isto, o ensaio prosseguiu, porém

chegando ao seu limite máximo de leitura com valor de 5mm de

deformação total.

V4 – ARMADURA ATIVA – VIDRO

o Carga Total: 11200 Kg;

o Deformação Final: 3,90 mm;

o Apresentou um padrão de trincas centralizadas nas duas faces até

ultrapassar sua linha neutra;

o Esta viga apresentou uma deformação linear durante o ensaio. Devido

a maior resistência do traço utilizado, esta não apresentou

desagregação e por consequência deformou menos. O critério de

parada foi o limite de leitura.

Conforme MADUREIRA (2007), as fissurações causadas no concreto causam

alterações em suas propriedades físicas, incluindo a resistência a compressão,

módulo de deformação e permeabilidade que com o avanço do processo de

degradação da RAA pode evoluir para um quadro drástico, culminando com ruptura

dos elementos estruturais, comprometendo assim, a aderência entre barras de aço e

o concreto.

Realizado o ensaio foi possível verificar que além da disparidade dos traços

utilizados, em virtude da granulometria do material contaminante, também se

verificou que a RAA afetou diretamente a resistência a flexão nas vigas conforme

ilustrado no GRÁFICO 2. Como análise geral dos resultados, podemos concluir que

a areia por conta da reação deletéria apresentada no ensaio acelerado teve parcela

importante na perca de resistência a flexão. Também se pode observar que no traço

com adição de vidro não foi notável a interferência da reação, e com isso, sua

granulometria tornou o concreto mais aderente a armadura.

Como podemos analisar, o traço ao qual foi utilizado vidro obteve maior

resistência ao ensaio de flexão, tanto para a viga maciça quanto para a protendida.

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Também se pode notar a variação de deformação das vigas, sendo que as vigas

com a utilização de areia, além de resistirem a uma carga menor, também acabaram

mais deformadas que as com utilização de vidro.

As trincas nessa situação se comportaram de maneira diferente para as vigas

maciças e para protendidas, onde nas vigas de concreto protendido, as trincas se

acumularam no meio da viga, iniciando-se pela parte inferior. Já as vigas maciças

ocorreram maior número de trincas e em diversas direções, por conta das barras de

transferência presentes nela.

4.4 Ensaio de capilaridade do concreto

A partir dos ensaios de capilaridade realizados nos corpos de prova de cada

traço, podemos notar certa disparidade entre os traços utilizados.

Após o prazo especificado de imersão parcial, os corpos de prova foram

submetidos a pesagem e a medição dos níveis capilares, onde foram constatados os

seguintes valores:

QUADRO 7 – RESULTADOS DA CAPILARIDADE

Corpo de prova

Agregado Peso Seco

(Kg) Altura

Capilar (cm) Peso Final

(Kg) Peso Retido

(mL)

1557 Areia 3,53609 8 3,55408 17,99

1518 Vidro 3,30013 9,5 3,31553 15,4 FONTE: OS PRÓPRIOS AUTORES

Os resultados obtidos a partir do ensaio de capilaridade dos corpos de prova

mostraram as diferenças de porosidade dos dois traços utilizados. Onde por sua vez,

pode justificar possíveis perdas de resistência devido ao mau preenchimento dos

vazios ou a melhor coesão do traço, através do melhor preenchimento dos vazios,

tornando o concreto “maciço”.

A partir dos resultados expressos no QUADRO 7, podemos visualizar que o

corpo de prova referente ao traço de vidro teve uma altura capilar elevada, porém

reteve uma quantidade menor de água, mostrando assim que possui uma

quantidade menor de vazios em seu interior.

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Já o corpo de prova referente ao traço de areia comum, mostrou uma

retenção de água maior, o que determina que a granulometria da areia utilizada foi

superior a do vidro, preenchendo uma menor quantidade de vazios.

A disparidade de resultados do ensaio de capilaridade reforça os valores dos

demais ensaios, onde o traço com a utilização de areia, possui maior porosidade, o

que afeta diretamente na resistência final do concreto. Porém, estes valores podem

ter sido acentuados por uma possível reação deletéria causada pelo ensaio

acelerado, onde através da expansão, possibilitou a abertura de vazios.

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5 CONCLUSÃO

O presente trabalho teve como principal objetivo analisar a influência da

reação álcali-agregado na durabilidade de estruturas de concreto de armadura

passiva e protendida, sendo realizado um estudo comparativo com traços

diferenciados no intuito de simular uma reação deletéria, a fim de estimar possíveis

danos a resistência de estruturas normalmente afetadas por estas reações, por meio

de ensaio em vigas protendidas e de armadura passiva.

Apesar do traço destinado para a ocorrência de reações deletérias não ter

obtido o resultado desejado em função do tempo para realização do ensaio, o

objetivo de possuir dois traços diferenciados para análise da reação álcali-agregado,

sendo um expansivo e outro não expansivo, foi alcançado em virtude do traço

contendo areia ter a ocorrência inesperada da reação álcali-agregado, em virtude de

a areia utilizada possuir um padrão de sílica reativa, possivelmente quartzo

tensionado.

Com a ocorrência da reação em um dos traços pode-se visualizar o

aparecimento de fissuras devido a expansão do concreto. Em virtude disso, os

ensaios de resistência realizados na sequência, mostraram que a reação pode ser

prejudicial para a resistência tanto a compressão, como para flexão de estruturas

protendidas como também para armadura passiva.

Os resultados dos ensaios superaram a expectativa em relação a perda de

resistência dos corpos de prova, assim como as deformações causadas devido a

utilização de cargas sobre o ensaio de flexão direta de vigas de concreto.

Quanto a avaliação quantitativa do aparecimento de fissuras, podemos

constatar o padrão diferenciado de fissuras presentes nas estruturas de armadura

passiva onde ocorrem as fissuras do padrão mapeada, assim como as presentes na

viga protendida, que em função da tensão de compressão devido a protenção, inibe

o aparecimento de trincas no sentido transversal a aplicação da força, porém

acentua o aparecimento de trincas no sentido longitudinal, causando um modelo de

fissura reta.

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Em relação a deformação das estruturas, podemos analisar que as estruturas

afetadas pela reação álcali-agregado possuem um coeficiente de deformação

elástico menor, onde afeta diretamente a resistência da mesma, com deformações

maiores mesmo com a utilização de cargas menores, onde suas deformações são

irreversíveis.

Comparando a resistência a compressão dos ensaios, podemos constatar

uma perda significativa de 71,7% da resistência a compressão dos corpos de prova,

mostrando a gravidade do aparecimento da reação em virtude da presença

excessiva de sílica no traço do concreto.

Estudando o ensaio de capilaridade, podemos perceber que o traço contendo

o agregado vidro teve maior coesão por se tratar de uma granulometria mais fina

que o da areia, que por consequência reduz o número de vazios, concluindo que,

além das reações causadas no traço de areia, foram classificadas como uma das

causas nas diferenças na resistência a compressão dos corpos de prova ensaiados.

Em virtude do baixo número de ensaios realizados e o curto prazo para sua

realização, não podemos estimar os possíveis riscos da reação álcali agregado,

somente podemos classificá-la como deletéria para os modelos de estrutura

analisados.

5.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

A seguir estão relacionadas algumas sugestões para trabalhos futuros,

levantadas através de análises e conclusões retiradas a partir do trabalho realizado,

onde poderão garantir uma maior precisão das informações para realização dos

ensaios.

Realizar caracterização adequada dos agregados utilizados no ensaio a fim

de prevenir de forma segura o aparecimento de reação em um dos traços;

Utilizar vidro pyrex com granulometria maior que a realizada no estudo e mais

adequada conforme NBR 15577;

Utilizar equipamentos com maior precisão de leitura para avaliar possíveis

expansões nas vigas de maior comprimento;

Estabelecer um prazo maior para realização do ensaio acelerado em vigas

armadas e protendidas para garantir maior possibilidade de reação.

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ANEXOS

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ANEXO 1 – RELATÓRIO DE ROMPIMENTO DO TRAÇO PADRÃO

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ANEXO 2 – CERTIFICADO DE QUALIDADE CORDOALHA CP-190M RB

UTILIZADA

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ANEXO 3 – RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO DOS CORPOS DE PROVA

CILÍNDRICOS

RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA

AGREGADO CORPO DE PROVA KN MPa

VIDRO

1553 309,53 39,41

1517 287,12 36,56

1518 300,26 38,23

AREIA

1584 229,26 29,19

1589 200,76 25,56

1557 212,99 27,12

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ANEXO 4 – ENSAIO DE FLEXÃO DAS VIGAS – CARGA X DEFORMAÇÃO

ENSAIO DE FLEXÃO

CARGA APLICADA

(Kg)

DEFORMAÇÃO TOTAL (mm)

DEFORMAÇÃO DO APOIO

METÁLICO (mm)

DEFORMAÇÃO REAL (mm)

VIG

A -

V3

3000 0,20 0,20 0,00

4000 0,42 0,40 0,02

5000 0,58 0,48 0,10 6000 0,70 0,55 0,15

7000 0,90 0,57 0,33

8000 0,98 0,60 0,38

9000 1,20 0,62 0,58

10000 1,43 0,66 0,77 11000 1,50 0,70 0,80

12000 1,63 0,74 0,89

12500 1,70 0,78 0,92

VIG

A -

V2

3000 0,19 0,15 0,04

4000 0,28 0,22 0,06 5000 0,40 0,35 0,05

6000 0,57 0,50 0,07

7000 0,66 0,55 0,11

8000 0,81 0,58 0,23

9000 0,92 0,61 0,31

10000 1,16 0,67 0,49

11000 1,39 0,63 0,76

12000 2,40 0,89 1,51

VIG

A -

V4

3000 0,34 0,28 0,06

4000 0,43 0,36 0,08

5000 0,80 0,42 0,38

6000 1,20 0,47 0,73

7000 1,86 0,52 1,34

8000 2,58 0,64 1,94

9000 3,25 0,73 2,52

10000 4,18 0,73 3,45

11000 4,92 0,91 4,01

VIG

A -

V1

3000 0,97 0,26 0,71

4000 1,14 0,29 0,85

5000 1,93 0,37 1,57

6000 2,24 0,45 1,79 7000 3,10 0,55 2,55

8000 3,60 0,63 2,97

9000 4,50 0,74 3,76

10000 4,80 0,86 3,95

10500 5,00 0,87 4,13