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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS
PEDRO MARCELLO GODINHO
FORMULAÇÕES DE CONCRETO COM SIENITO
POÇOS DE CALDAS/MG
2015
PEDRO MARCELLO GODINHO
FORMULAÇÕES DE CONCRETO COM SIENITO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como parte dos requisitos
para obtenção do grau em Engenharia
Química pela Universidade Federal de
Alfenas. Área de concentração:
cerâmicas.
Orientadora: Sylma Carvalho
Maestrelli
Poços de Caldas
2015
FICHA CATALOGRÁFICA
G585f Godinho, Pedro Marcello .
Formulações de concreto com sienito. / Pedro Marcello Godinho.
Orientação de Sylma Carvalho Maestrelli. Poços de Caldas: 2015.
28 fls.: il.; 30 cm.
Inclui bibliografias: fls. 26-28
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –
Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.
1. Concreto. 2. Redutores de água. 3. Sienito. I . Maestrelli, Sylma Carvalho.
(orient.). II. Universidade Federal de Alfenas – Unifal. III. Título.
RESUMO
Impulsionado por um mercado abrangentee um cenário global de
crescimento populacional, o concreto vigora como uma das matérias primas
mais consumidas em todo o mundo. Consequentemente, devido ao aumento
no número de linhas de pesquisa com concretos, novas tecnologias passam a
receber maior atenção. É o caso dos aditivos redutores de água para
concretos, materiais que minimizam a quantidade de água necessária na
formulação (traço) do concreto por reduzir a viscosidade da suspensão e que,
por afetar o processo de hidratação, acarreta a formação de um material com
menor porosidade (maior resistência mecânica) e maior durabilidade. Visto
isso, aproveitando dos benefícios estruturais que fornecem os aditivos, estudos
recentes com substituição parcial ou total dos agregados se destacam como
oportunidades para minimizar problemas ambientais, econômicos e de utilidade
pública. Um exemplo é o uso de descartes da construção civil eborracha de
pneus já usados, o que reduziria significativamente os impactos gerados pela
disposição destes materiais. Na região de Caldas, em Minas Gerais, a rocha
Sienito é amplamente encontrada em bota-foras de mineradoras de rochas
ornamentais, atuando como poluição visual na região e impacto econômico às
mineradoras devido a necessidade de dispor do material. Para avaliar uma
possível destinação desse material, o presente estudo envolveu a produção de
concretos com diferentes quantidades de sienito como agregado miúdo e
utilizando aditivos redutores de água no intuito de obter um concreto de
elevada resistência mecânica. Três formulações (12, 25 e 50% massa de
sienito como agregado miúdo) foram avaliadas e comparadas com uma
formulação padrão. Os resultados foram satisfatórios para as duas primeiras
formulações, sendo que para adições de 50% de sienito, alguns problemas
foram observados, tais como a segregação de material e elevada perda de
trabalhabilidade, comprometendo as características finais do produto.
Palavras-chave: Sienito, concreto, redutores de água, agregados, formulação.
Banca Examinadora: Prof. Doutor Fabiano Cabañas Navarro (UNIFAL-MG);
Prof. Mestre Rodolfo Henrique Freitas Grillo (IF Sul de Minas) e Sylma
Carvalho Maestrelli (UNIFAL-MG).
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................... 5
2. OBJETIVO ..................................................................................... 6
3.1. Concreto ...................................................................................... 6
3.2. Componentes do Concreto .......................................................... 8
3.2.1. Cimento ................................................................................. 8
3.2.2. Água ...................................................................................... 9
3.2.3. Aditivos Redutores de Água para Concretos ....................... 10
3.2.4. Agregados ........................................................................... 12
3.3. O Sienito .................................................................................... 13
4. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................ 15
4.1. Materiais .................................................................................... 15
4.2. Métodos ..................................................................................... 15
4.2.1. Caracterização dos agregados miúdos e graúdos ............... 16
4.2.2. Caracterização do concreto ................................................. 16
4.2.3. Preparação do concreto em laboratório ............................... 16
4.2.4. Moldagem, cura e capeamento das amostras ..................... 16
4.2.5. Resistência mecânica à compressão das amostras ............ 17
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................... 17
5.1. Caracterização do sienito ............................................................ 17
5.2. Avaliação do abatimento do concreto (Slump Test) ..................... 19
5.3. Resistência mecânica à compressão ........................................... 21
6. CONCLUSÃO ............................................................................... 25
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................. 26
5
1. INTRODUÇÃO
Desde 2003, o cenário econômico brasileiro impulsiona a produção e
consumo de concreto, devido principalmente aos programas nacionais de
construção de habitações populares estimulados pelo Programa de Aceleração
do Crescimento(PAC), além da Copa do Mundo de 2014 e dos Jogos
Olímpicos de 2016 que contribuíram com diversos projetos de reforma e
construção de complexos esportivos e, por fim, um avanço internacional de
companhias brasileiras como Votorantim e Camargo Corrêa. Ao longo dos
anos, o apoio estatal ao desenvolvimento industrial reduziu significantemente a
necessidade de importação, mas, indiretamente, contribuiu para um oligopólio
destas companhias na produção de cimento em território brasileiro (SANTOS,
2011).
Em paralelo ao desenvolvimento da indústria de cimento no Brasil e no
mundo, Grillo (2014) apud (HARTMANN & HELENE, 2003) destaca novas
tecnologias do setor, como é o caso dos aditivos redutores de água para
concretos, os quais permitem uma melhoria sensível no produto final em
termos de propriedades mecânicas justificando a continuidade crescente de
pesquisa nesta área.
O aumento na resistência mecânica das massas de concretos pela ação
dos aditivos redutores de água abre inúmeras possibilidades de estudos no
setor, podendo envolver desde a substituição (parcial ou total) de agregados
tradicionalmente usados na formulação de massas de concretos por materiais
como pneus, rejeitos de outros setores da indústria cerâmica, termoplásticos e
termofixos etc., como também a substituição de parte de sua matriz
constituinte, por cinza volante, escórias de alto forno, pó de rocha calcária,
entre outros. A substituição, seja dos agregados, seja da matriz, pode trazer
uma série de benefícios econômicos e ambientais, dado o reaproveitamento de
materiais outrora descartados, agora inseridos em massas de concreto.
Cabe destacar, todavia, que mesmo com benefícios evidentes, os
aditivos podem apresentar incompatibilidades entre cimentos de marcas
diferentes, entre cimentos de mesma marca, mas de diferentes lotes e,
também, quando são utilizados aditivos de marcas diferentes. Enquanto que
para o cimento essa incompatibilidade pode ser justificada pelas variações na
6
composição mineral, existe uma dificuldade enorme em justificar os problemas
relacionados aos aditivos devido ao segredo de produção (GRILLO, 2014).
Assim, a pesquisa e inovação no setor, sob o aspecto mercadológico, se
torna atraente e de grande valia, já que o barateamento e otimização da
produção através do estudo de novos aditivos e materiais pode trazer
benefícios para a indústria e comunidade.
2. OBJETIVO
Este trabalho investigou o efeito da adição da rocha sienito como
substituinte parcial dos agregados miúdos de uma formulação padrão
otimizada de concreto na construção civil, realizando comparações com o
trabalho de Grillo (2014), que investigou o uso dos aditivos redutores de água.
Para atingir o objetivo deste projeto, teve-se a necessidade da execução
dos seguintes objetivos específicos:
Realizar um levantamento bibliográfico sobre o sienito, concretos e
ensaios respectivos;
Caracterizar quimicamente o sienito a ser inserido na massa de
concreto;
Produzir corpos de prova com adição parcial de sienito, e avaliá-los
através da determinação do abatimento (Slump Test), determinação do
tempo de início de pega, fim de pega e tempo em aberto (método Vicat)
e resistência mecânica à compressão aos 7, 14 e 28 dias;
Comparar os resultados obtidos com os resultados de uma formulação
padrão, sem sienito; verificando quais resultados são aceitáveis com
relação à norma ABNT-NBR 5739.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. Concreto
O surgimento do concreto data-se em 1855, quando um francês
chamado Joseph Louis Lambot introduziu a pioneira ideia do "cimento armado"
na Exposição Universal de Paris. Curiosamente, apenas na década de 20 ele
mudaria o nome para concreto armado. No Brasil, a consolidação do mercado
de cimento só ocorreu pouco antes do início da Segunda Guerra Mundial, já
7
que, até 1926, o país vinha sofrendo com uma campanha de desmoralização
do cimento nacional por parte das empresas importadoras e com os altos
custos de produção (SANTOS, 2011).
No ano de 2012, o concreto foi a principal e mais consumida matéria-
prima no campo da construção civil em todo o mundo e, sem dúvidas, continua
desempenhando papel indispensável na produção e manutenção de
construções (CELIK, K. et al., 2013). Grillo (2014) apud (GAVA et al.,2001)
definiu concreto como um material compósito produzido pela mistura de
agregados particulados ou fragmentados, que podem variar significativamente
de granulometria, em uma matriz, que consiste no cimento hidráulico e água.
As quantidades utilizadas de agregados e da matriz para formulação do
concreto são variadas de acordo com as propriedades desejadas para o
material: em suma, os agregados ajudam a fornecer a resistência mecânica no
estado endurecido e a matriz permite a trabalhabilidade no estado fresco.
As inúmeras possibilidades de variação nas dosagens dos componentes
do concreto permitem obter materiais com características pré-determinadas.
Dessa forma, são diversos os tipos de concreto encontrados no mercado
atualmente, cada um deles desempenhando papel específico para certa
aplicação. Alguns exemplos seriam o concreto auto adensável, concreto de alto
desempenho, concreto de alta resistência inicial, dentre outros. Os concretos
podem ainda ser classificados quanto à resistência mecânica (baixa, moderada
e alta resistência) e à massa específica (densidade normal, concreto leve e
concreto pesado) (GRILLO, 2014).
Não bastassem as tradicionais variedades de concretos observadas no
mercado, novas tecnologias que objetivam redução de custos, aumento de
performance e redução em impactos ambientais estão constantemente sendo
apresentadas em congressos e artigos científicos. Narayanan e Ramamurthy
(2000) apresentaram um estudo sobre os concretos aerados, os quais
possuem elevada porosidade e, consequentemente, economizam em material
por serem mais leves, além de fornecerem grande isolamento térmico. Existem
diversas técnicas para produção dos concretos aerados: introduzindo ar,
espuma e um misto de ar e espuma. A densidade deste tipo de concreto
geralmente varia entre 300 a 1800 kg/m³.
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Outra tecnologia que vem sendo empregada em muitos estudos é a
substituição total ou parcial de algum componente na formação do concreto
(agregados grossos, finos ou até parte da matriz) por substâncias alternativas
com expectativa de obter um concreto com características aceitáveis para um
objetivo específico. Um exemplo seria a substituição de até 50% do cimento
Portland necessário na produção de concreto por um tipo específico de cinza
de fornalha (classe F) ou por um vidro basáltico rico em alumínio e sílica, o que
implicaria em um concreto com resistência e durabilidade comparáveis aos
concretos de referência. Como resultado, as emissões de dióxido de carbono
oriundas da produção de cimento seriam reduzidas significantemente (CELIK,
K. et al., 2013).
Concretos contendo borracha de pneus descartados como parte dos
agregados é outra tecnologia que pretende minimizar impactos ambientais e
riscos à saúde pública, visto que os despejos de pneus são locais propensos a
incêndios e à proliferação de ratos e mosquitos. Siddique e Naik (2004)
mostraram que, apesar da redução significativa na resistência mecânica do
produto contendo esse material, o concreto ainda pode ser utilizado para outras
finalidades por possuir menor densidade, maior resistência a impacto e dureza,
maior ductilidade e melhor isolamento sonoro.
3.2. Componentes do Concreto
3.2.1. Cimento
Classificado como um aglomerante hidráulico, o cimento depende
diretamente do contato com água para desencadear reações químicas
formando um produto sólido que, quando utilizado no concreto, tem como
função acumular os agregados e proporcionar um produto final de elevada
resistência à compressão.
Em 1824, através de diversas experiências com argila e pedra calcária,
Joseph Aspdin obteve o clínquer, material que junto à adição de sulfato de
cálcio (gesso) e água gerava um tipo de argamassa. Por apresentar
características semelhantes aos produtos obtidos de rochas da ilha de
Portland,o produto final recebeu o nome de cimento Portland, que devido ao
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baixo custo e durabilidade, é até hoje o principal cimento utilizado no campo da
construção civil (TAVARES, 2010).
O clínquer Portland é produzido pela sinterização a 1450ºC da mistura
crua devidamente moída de materiais contendo silicatos, aluminatos, óxido de
ferro e cal (tabela 1). No entanto, como na maioria dos processos industriais, o
clínquer apresenta impurezas em sua rede cristalina como álcalis, magnésio e
fósforo (TAVARES, 2010).
Tabela 1: diferentes compostos presentes no clínquer Portland.
Compostos Fórmula Química Símbolo % no Clínquer
Silicato Tricálcio 3CaO.SiO2 C3S 50 a 65
Silicato Dicálcio 2CaO.SiO2 C2S 15 a 25
Aluminato Tricálcio 3CaO.Al2O3 C3A 6 a 10
Ferro Aluminato Tetracálcilo
4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 3 a 8
Cal Livre CaO C 0,5 a 1,5
(GRILLO, 2014)
O Silicato Tricálcio (C3S) é o principal responsável pela resistência
mecânica do cimento no começo do processo de hidratação, acarretando
também endurecimento rápido ao produto. Por outro lado, o Silicato Dicálcio
(C2S), mesmo que esteja em menores proporções, é o composto que oferece a
resistência mecânica nas idades longas e oferece endurecimento lento. O
Aluminato Tricálcio (C3A), por sua vez, acelera a pega, aumenta a retração e
reduz a resistência. O Ferro Aluminato Tetracálcio (C4AF), assim como o C2S
oferece endurecimento lento ao cimento, mas já não influencia a resistência
mecânica. Finalmente, a Cal Livre (C) deve ser controlada em níveis baixos
para não provocar expansibilidade e fissuração do material (GRILLO, 2014).
3.2.2. Água
Em nível microestrutural, a água é definida como a fase líquida do
concreto cuja principal função é desencadear as reações físico-químicas que
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ocorrem na partícula do cimento anidro e favorecem a formação da estrutura
resistente do material (HOFFMANN, 2001).
A quantidade de água adicionada ao sistema deve ser cautelosamente
calculada para evitar prejuízos às propriedades do concreto já que quando em
excesso, impacta em perda de coesão e trabalhabilidade no estado fresco e
aumento de porosidade no estado endurecido. Por outro lado, quantidades
reduzidas de água na massa impactam na redução de espaços para formação
dos produtos de hidratação. Consequentemente, existe um fator ideal
água/cimento de 0,32 para obter um material em equilíbrio com espaços para
os produtos de hidratação e propriedades que contribuem para resistência
mecânica adequada (GRILLO, 2014).
3.2.3. Aditivos Redutores de Água para Concretos
Os dois principais objetivos ao se utilizar aditivos redutores de água para
concretos são: obter uma melhor dispersão dos grãos de cimento e reduzir o
fator água/cimento.
O primeiro objetivo implica em maior trabalhabilidade do concreto no
estado fresco, enquanto o segundo resulta em um produto final mais resistente
e de maior durabilidade (DANNER et. al., 2015). Contudo, alguns estudos
buscam avaliar a ação dos aditivos redutores de água na hidratação do
concreto visto que, em alguns casos, os superplastificantes podem diminuir a
secagem nos primeiros dias de hidratação do concreto, fenômeno que merece
atenção na construção civil (LAI et. al., 2014).
No geral, os aditivos redutores de água para concretos apresentam
melhoras significativas no produto final e, por isso, contribuíram para um maior
número de estudos com concretos. Grillo (2014) destaca os aditivos
plastificantes de primeira geração e os superplastificantes de segunda e
terceira geração, os quais correspondem aos aditivos normatizados pela norma
ABNT NBR 11768. Sendo que os principais aditivos redutores de água
comercialmente encontrados são compostos por lignossulfonato, naftaleno
sulfonato, melamina sulfonato ou policarboxilato.
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Um aditivo amplamente utilizado é o Glenium 51, aditivo
superplastificante de terceira geração da BASF, recomendado para concretos
que exigem baixo fator água/cimento e alta fluidez (FICHA TÉCNICA, 2014).
Quando comparado aos demais aditivos de terceira geração à base de
naftaleno sulfonato ou melamina sulfonato, o Glenium 51 apresenta um
mecanismo alternativo para promover a dispersão dos grãos de cimento. Seus
polímeros de éter policarboxílico possuem longas cadeias laterais que, ao
depositar na superfície dos grãos de cimento, iniciam um processo de
dispersão estérica e, em menor intensidade, eletrostática. No caso do Glenium
51, uma energia que estabiliza a capacidade de refração e dispersão das
partículas de cimento é gerada pela união das cadeias laterais aos polímeros.
Na tabela 2 é possível observar vários benefícios que o produto fornece
ao concreto nos estados fresco e endurecido; na tabela 3 tem-se algumas
especificações do produto em questão (FICHA TÉCNICA, 2014).
Tabela 2: Benefícios do Glenium 51 para o concreto dito pelo fabricante.
Estado Fresco Estado Endurecido
‐ Alta taxa de redução de água
(40% aproximadamente);
‐ Aumento da coesão e redução da
segregação;
‐ Aumento da trabalhabilidade do
concreto;
‐ Pode alterar o tempo de pega do
cimento portland;
‐Facilita o adensamento e o
lançamento;
‐ Facilita o bombeamento;
‐ Reduz o fator água/cimento;
‐ Reduz os tempos de cura
ambiente ou a vapor.
- Aumenta a resistência à compressão;
‐ Aumenta a resistência à flexão;
‐ Aumenta o modulo de elasticidade;
‐ Aumento da durabilidade do concreto;
‐ Melhor acabamento do concreto
endurecido;
‐ Possível redução do consumo de
cimento portland para uma dada
resistência;
‐ Redução de permeabilidade;
‐ Redução de fissuras.
(FICHA TÉCNICA, 2014)
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Tabela 3: Especificações para alguns parâmetros do Glenium 51.
Teste Especificação Unidade
Aparência Líquido Branco Turvo Visual
pH 5 - 7 -
Densidade 1,067 - 1,107 g/cm³
Sólidos 28,5 - 31,5 %
Viscosidade < 150 cps
(FICHA TÉCNICA, 2014)
3.2.4. Agregados
O aumento significativo em pesquisas voltadas à redução em impactos
ambientais também afeta o campo da construção civil. Consequentemente,
estudos que almejam a produção e aplicação de concretos modificados para
contribuir com as diretrizes de sustentabilidade geram novos produtos com
frequência, como é o caso dos concretos contendo pedaços de borracha
(SIDDIQUE e NAIK, 2004) e contendo resíduos de construção e demolição
(LEITE, 2001).
Os agregados utilizados na produção de concreto são materiais que
ocupam cerca de 70% do volume do concreto e estão diretamente ligados ao
custo de formulação do concreto, visto que quanto maior a quantidade de
agregado utilizada menor o preço do concreto (GRILLO, 2014). Vale destacar
que, apesar do relativo baixo custo, existem gastos atrelados aos processos de
moagem e britagem.
Os agregados são alvos da tentativa de encontrar oportunidades de
otimização na produção do concreto, tanto economicamente como
ambientalmente, seja alterando a quantidade dos agregados ou alterando o
tipo de agregado utilizado. Visto isso, a necessidade de obter produtos cujos
parâmetros de aplicação comercial atendam aos padrões previstos nas normas
implica na obrigação de conhecer características do agregado utilizado, tais
como a forma, a textura, o módulo de elasticidade, a granulometria e absorção
de água (LEITE, 2001).
De acordo com Hoffmann (2001) apud (MEHTA e MONTEIRO, 1994), na
fase sólida do concreto os agregados são responsáveis pela estabilidade
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dimensional do concreto, pela massa específica e pelo módulo de elasticidade.
Portanto, suas características físicas (volume, tamanho e porosidade) são mais
importantes do que as composições química e mineralógica.
O fator geométrico envolvendo o agregado também é de suma
importância em se tratando das propriedades mecânicas finais do produto.
Quanto maior a rugosidade, maior a área de contato com os demais
constituintes, permitido maior ancoragem entre as partículas. Desse modo,
substituintes para o agregado que tenham a superfície muito uniforme e/ou
muito lisa, como é o caso de pedaços de pneus, necessitam de um tratamento
químico superficial, de modo a aumentar a sua adesão com os demais
constituintes da massa.
3.3. Sienito
Rocha relativamente incomum mas de grande importância no estudo do
desenvolvimento de magmas potássicos e heterogeneidade no manto terrestre.
Constitui, junto a outras rochas, o Sienito Pedra Branca, localizado nas regiões
de Caldas e Santa Rita de Caldas ao sul do Estado de Minas Gerais. Com
idade neoproterozóica e forma semi-circular, ele é composto basicamente de
sienitos potássicos enriquecidos em elementos litófilos e terras raras leves
(CARVALHO, 2011).
Na região de Caldas, sabe-se que diversas lavras de mineração
trabalham com o sienito, que possui grande importância no mercado de rochas
ornamentais e revestimento. Entretanto, devido ao processo de lavra desse
material, grandes quantidades de sienito em tamanho e formato inadequados
acabam sendo dispostas junto a outros minerais em local denominado de bota-
fora.
Na figura 1 é possível observar um exemplo de sienito descartado. A
falta de aplicação para esse material implica em grande poluição visual para
aqueles que observam o pico da Pedra Branca naquela região.
14
Figura 1: Sienito caracterizado como descarte das mineradoras (notar a
grande semelhança com o granito).
(Fonte: Autor, 2015).
Figura 2: Poluição visual gerada pelo bota-fora de mineradora na
paisagem da Pedra Branca na região de Caldas-MG.
(Fonte: Professor Doutor Fabiano Cabañas Navarro, 2015).
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4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Materiais
Para a fabricação dos concretos utilizou-se as seguintes matérias
primas:
Cimento tipo CPII E 32 Holcim.
Pó de brita, como agregado miúdo ou matriz, da região de Pouso
Alegre (sem fornecedor específico).
Brita 1(com dimensões máximas de 19 mm), como agregado
graúdo, da região de Pouso Alegre (sem fornecedor específico).
Aditivo superplastificante de terceira geração de nome comercial
Glenium 51 do fabricante Basf S.A., cujas características em relação à base
química, são classificados como éter policarboxílico, densidade variável de
1,067 a 1,107 g/cm3.
Sienito previamente moído
4.2. Métodos
Grillo (2014) identificou em seus estudos com aditivos de redução de
água em concretos que os melhores resultados foram obtidos utilizando
cimento tipo CPII E 32 Holcim e aditivo superplastificante Glenium 51 (0,6%
policarboxilato da Basf). Assim, objetivando obter um concreto de resistência
mecânica mínima para que o sienito possa ser utilizado como agregado, foram
formuladas as composições indicadas na tabela 4.
Tabela 4: Significado das siglas utilizadas ao longo do trabalho.
CH Cimento CPII E 32 Holcim
Pc Aditivo Policarboxilato - Glenium 51 Basf S.A (0,6%)
CH-Pc 0% Concreto semSienito(padrão)
CH-Pc 12% Concreto com 12% de Sienito moído
CH-Pc 25% Concreto com 25% de Sienitomoído
CH-Pc 50% Concreto com 50% de Sienito moído
(Fonte: Autor, 2015)
16
4.2.1. Caracterização dos agregados miúdos e graúdos
Para agregados miúdos, utilizou-se pó de brita (1 kg) e também sienito
(1 kg) processado em britador de mandíbulas e em um sistema de peneiras
com aberturas entre 9,5 mm e 0,15 mm. No caso do pó de brita, a distribuição
granulométrica deveria se adequar aos limites encontrados na norma NBR
7211:2009. Já para agregado graúdo, utilizou-se brita 1 (1,4 kg) em peneiras
de aberturas entre 25 mm a 0,15 mm.
4.2.2. Caracterização do concreto
No estado fresco, a consistência foi determinada por ensaio de
abatimento de tronco de cone NBR NM 67, denominado de slumptest que
consiste em preencher concreto em um equipamento em formato cônico. Com
um tempo total de oito segundos, o molde foi retirado e a medição da
consistência do concreto foi feita tomando como base a altura do cone metálico
e parte mais alta do cone de concreto; no estado endurecido a resistência
mecânica à compressão foi determinada seguindo a norma NBR 5739:2007.
Para cálculo do traço foi estimado 35 MPa para resistência mecânica à
compressão.
4.2.3. Preparação do concreto em laboratório
A preparação seguiu a norma NBR NM 12655, para preparo e controle
da resistência do concreto, e a norma NBR NM 33, que padroniza a coleta e
preparação de amostras de concreto fresco. Para cada formulação observada
na tabela 4 foram preparados 5 corpos de prova para avaliação após 7, 14 e 28
dias depois da hidratação, totalizando 72 corpos de prova.
4.2.4. Moldagem, cura e capeamento das amostras
O método para moldagem e cura de corpos de prova e o ensaio de
compressão das amostras cilíndricas seguem, respectivamente, as normas
NBR 5738 e NBR 5739. A moldagem foi feita utilizando um molde cilíndrico de
10x20 (cm) com resquícios de óleo vegetal para facilitar a desforma. O
preenchimento foi feito em duas camadas, sendo cada camada, adensada com
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12 golpes. A última camada foi moldada com excesso de concreto, de forma a
completar todo volume do molde ao ser adensada. Vinte e quatro horas após a
moldagem,as amostras foram submergidas em água a temperatura em torno
de 21°C apóso desmolde.
4.2.5. Resistência mecânica à compressão das amostras
Para determinar a resistência mecânica das amostras, uma prensa
Solotest (equipamento para ensaios mecânicos destrutivos) com capacidade
de 100.000 kgf (100 tf) foi utilizada nos ensaios, localizada no laboratório de
engenharia civil do Instituto Federal do Sul de Minas, Pouso Alegre. A dosagem
de referência do concreto foi feita com a intenção de obter8 cm de abatimento
e resistência mecânica à compressão de 35 MPa ao 28° dia de cura úmida.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Caracterização do sienito
A primeira etapa da metodologia que envolvia a caracterização dos
agregados rendeu informações interessantes quanto à distribuição
granulométrica do sienito após a redução do tamanho de partícula.Como o
sienito foi substituído na parcela de agregado miúdo, pode-se comparar sua
distribuição granulométrica com os limites utilizáveis e ótimos desse tipo de
agregado, encontrados na ABNT NBR 7211:2009. Além disso, diferentes
métodos de britagem foram comparados para verificar a melhor forma de
adequar o sienito às condições granulométricas do agregado miúdo.
A figura 3 abaixo ilustra as distribuições granulométricas quando utilizou-
se os métodos de britagem (linha preta), britagem mais uma passada em
moinho de mandíbulas (linha azul tracejada) e, por fim, britagem mais três
passadas em moinho de mandíbulas (linha azul cheia). Nota-se que, mesmo
com três passadas no moinho de mandíbulas, o tamanho de partícula ainda
não vigora inteiramente dentro do limite ideal de trabalho dos agregados
miúdos.
18
Figura 3: Distribuição granulométrica do sienito para três metodologias e
comparadas aos limites de trabalho dos agregados miúdos.
(Fonte: Autor, 2015)
Outro fato interessante que pode ser extraído observando a figura 3 é a
falta de material pulvurulento de sienito na distribuição granulométrica.
Realmente, quando comparado com o agregado miúdo padrão para concretos,
notava-se que os grãos de sienito não apresentavam uma amplitude adequada
de tamanho de partícula: a grande maioria vigorava entre 1,19 e 2,36
milímetros de diâmetro.
Essa falta de material pulverulento impactou diretamente na consistência
do concreto e, à medida que a percentagem mássica de sienito aumentava na
composição do concreto, mais clara a perda de trabalhabilidade do material.
Como consequência, não foi possível trabalhar com o sienito em percentagens
maiores do que 50%.
Apesar de o método de britagem mais três passadas no moinho de
mandíbulas não fornecer uma distribuição dentro dos limites ideais estipulados
pela NBR 7211/09, elefoi escolhido para o tratamento do minério frente à
escassez de outros equipamentos no laboratório que seriam mais adequados
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ao trabalho. As informações obtidas no ensaio podem ser encontradas na
tabela 5.
Tabela 5: Distribuição granulométrica do sienitoapós cominuição
Peneiras
(mm) Massa
Retida (g) Massa
Acumulada (g)
% Retida
% Acumulada
Zona Utilizável
Limite
Inferior Limite
Superior
Inicial
9,50
6,35
4,75
2,36
1,18
0,60
0,30
0,15
Fundo
Total
1021.2
0.0
0.0
18.9
318.3
210.3
133.5
124.5
87.4
114.1
1007.0
0.0
0.0
18.9
337.2
547.5
681.0
805.5
892.9
1007.0
0.0
0.0
1.9
31.6
20.9
13.3
12.4
8.7
11.3
0.0
0.0
1.9
33.5
54.4
67.6
80.0
88.7
100.0
0 0
0 7
0 10
0 25
5 50
15 70
50 95
85 100
100 100
(Fonte: Autor, 2015)
5.2. Avaliação do abatimento do concreto (Slump Test)
Tendo como referência um Slump Test de 23,8 cm para o concreto
padrão feito com os mesmos materiais utilizados para os testes com sienito, foi
possível comparar os resultados e avaliar a coesão/trabalhabilidade dos
concretos com sienito na composição.
Na figura 4 pode-se observar a variação do abatimento do concreto em
relação ao aumento da dosagem de sienito. Nota-se que, para 12% e 25% de
sienito como agregado miúdo, o abatimento manteve a mesma faixa de
trabalho (24,0 cm). Por outro lado, para 50% de sienito no concreto, o
abatimento sofreu um aumento considerável até 25,5 cm.
20
Figura 4: Resultados de abatimento do concreto via Slump Test.
(Fonte: Autor, 2015).
Em paralelo com a análise dos dados do Slump Test, pode-se avaliar o
concreto visualmente e fisicamente, através de sua homogeneidade (coesão) e
da facilidade de manuseá-lo (trabalhabilidade).
Foi possível identificar que, quando comparados com a referência, todos
os traços perderam coesão devido principalmente à falta de material
pulvurulento no sienito, que acarretou uma tendência crescente de segregação
com o aumento da percentagem mássica de sienito no concreto. Outro fator
que também pode ter provocado tal comportamento é que, ao mudar a
formulação do concreto, a adição de 0,6% de superplastiicante pode já não ser
mais a ideal, dado, os diferentes processos de interação do superplastificante
com as matérias primas constituintes do concreto.
Mesmo com esse impacto negativo, foi possível trabalhar com a
percentagem de 12% de sienito, já que a coesão mostrou-se significativamente
melhor quando comparada com a percentagem de 25%. Visto isso, o ideal
seria ajustar a formulação do concreto para maximizar a coesão e
trabalhabilidade em estudos futuros. No presente trabalho, entretanto,o ajuste
não foi feito pois perder-se-ía o comparativo com o concreto referência.
Nas concentrações de 25% e 50% de sienito, a tendência de
segregação dos materiais foi nítida, bem como a falta de trabalhabilidade com
21
o concreto. A figura 5 ilustra o Slump Test do concreto com 25% de sienito,
nota-se a falta de coesão caracterizada pelo "espalhamento" do concreto
durante o teste. Adicionalmente, observa-se a segregação dos materiais
caracterizada pela diferenciação entre as fases líquida e sólida. O agregado
graúdo destaca-se e o miúdo quase não é encontrado.
Figura 5: Slumptestdo concreto com 25% de sienito na composição.
(Fonte: Autor, 2015).
5.3. Resistência mecânica à compressão
Após submeter todas as amostras à compressão,foram realizados os
cálculos de resistência mecânica sabendo a área de aplicação da carga nos
corpos de prova (78,54 cm²). Com isso, dividindo-se os valores de força
aplicadas nos corpos de prova no momento do rompimento por essa área
padrão, foi possível obter os resultados de resistência apresentados na tabela
6.
22
Tabela 6: Dados de resistência mecânica à compressão para as
diferentes composições testadas - 12, 25 e 50% - comparadas com a
referência que não envolve sienito na composição.
(Fonte: Autor, 2015).
Em posse dos dados de resistência, a análise inicial envolveu um
comparativo entre as amostras. Para cada percentagem de sienito como
agregado foram calculadas as médias para 7, 14 e 28 dias de hidratação, bem
como o desvio padrão das resistências. Os resultados podem ser observados
na tabela 7 e também no gráfico de barras na figura 6, que ilustra a queda
gradativa na resistência mecânica das amostras à medida em quefoi
aumentada a quantidade de sienito como agregado.
Idade
(dias)
7
14
28
Slump
Percentagem de sienitoadicionada no concreto
0% (Ref.) 12% 25% 50%
Resistência de Referência
(MPa)
Resistência (MPa)
Resistência (MPa)
Resistência (MPa)
56.59 50.23 44.37 33.91
48.60 48.24 44.95 27.45
60.46 52.92 43.48 32.82
48.73 43.12 46.15 31.82
59.52 49.38 43.16 27.73
58.97 55.74 49.49 35.64
50.93 58.15 46.61 32.49
51.81 50.37 48.05 33.12
61.55 51.27 48.93 33.88
58.32 52.90 52.18 31.89
63.48 58.01 52.39 37.41
66.46 57.02 54.76 42.73
67.92 65.69 60.98 35.50
70.09 63.08 50.61 33.09
69.26 67.30 57.16 40.46
23,8 (cm) 24,0 (cm) 24,0 (cm) 25,5 (cm)
23
Tabela 7: Médias das resistências mecânicas e desvios padrão para cada
percentagem de sienito em relação aos dias de hidratação avaliados.
SienitocomoAgregado
(PercentagemMássica)
ResistênciaMecânica (MPa)
7 dias 14 dias 28 dias
0% 54.0 ±5,5 57.4 ±5.0 66.4 ±3.5
12% 48.8 ±1.2 53.7 ±2.1 62.2 ±1.7
25% 44.4 ±3,0 49.1 ±1.4 55.2 ±3.8
50% 30.7 ±3,6 33.4 ±3.2 37.8 ±4.6
(Fonte: Autor, 2015).
Figura 6: Gráfico de barras ilustrando o comportamento da resistência em
relação a quantidade de sienito no concreto.
(Fonte: Autor, 2015).
O decréscimo na resistência à compressão das amostras já era
esperado, afinal o sienito não possui características físico-químicas idênticas à
da britae, além disso, o aumento de sienito na composição afetou a distribuição
granulométrica dos agregados devido à falta de material pulverulento. Por outro
lado, nota-se que, mesmo com 50% de sienito na composição, a resistência
mecânica média variou em torno de 38 MPaaos 28 dias de hidratação. Tal
resultado evidencia a efetividade do aditivo redutor de água a base de
policarboxilato (Glenium 51 da BASF S.A.) que possibilitou desenvolver um
concreto de elevada resistência mecânica à compressãomesmo substituindo
24
metade da quantidade de agregado miúdo por sienito. Uma otimização no teor
do superplastificante pode levar a uma melhora ainda maior dos valores
obtidos.
Em paralelo aos resultados positivos de resistência mecânica, faz-se
necessário corrigir a trabalhabilidade do concreto especificamente para a
quantidade de 50% de sienito na composição. Além do resultado indesejável
de abatimento (25,5 cm), a dificuldade em manusear o material foi notória e,
sem dúvida, dificulta sua aplicação na construção civil.
Por outro lado, as quantidades de 25% e 12% apresentaram resultados
satisfatórios quando comparados com o concreto referência (sem sienito).
Apesar de uma leve segregação, a trabalhabilidade manteve-se razoável e o
rompimento das amostras ocorreu majoritariamente em 45°, semelhantemente
aos concretos tradicionais. No concreto de 50% de sienito, o rompimento
ocorreu nas extremidades do corpo de prova, evidenciando o problema da
segregação de material. As figuras 7 e 8 ilustram esses rompimentos.
Figura 7: Concreto de 25% de sienito com rompimento em 45°.
(Fonte: Autor, 2015).
25
Figura 8: Concreto de 50% de sienito com esmagamento superior.
(Fonte: Autor, 2015).
6. CONCLUSÃO
Para substituições parciais na composição do concreto de até 25% de
sienito como agregado miúdo, os corpos de prova apresentaram resultados
satisfatórios de resistência mecânica à compressão, podendo ser utilizado em
uma extensa gama de aplicações dado a elevada resistência. Por outro lado, o
ideal seria realizar um ajuste fino no traço do concreto para melhorar
significativamente sua trabalhabilidade no intuito de facilitar sua aplicação
comercial. Afinal, a coesão observada nos corpos de prova indica ainda
potencial de melhoria através da otimização da formulação e do teor de
superplastificante utilizado.
O concreto obtido com 50% de sienito mostrou-se inviável devido à
intensa segregação dos materiais no estado fresco, impactando em
rompimentos prematuro dos corpos de prova nos ensaios de resistência
mecânica à compressão. O esmagamento das amostras nas extremidades
indica problemas na formulação; assim, sua utilização deve ser desencorajada
a menos que análises futuras, envolvendo teorias de empacotamento e
formulação sejam feitas para otimizar suas características. Adicionalmente,
recomenda-se avaliação dos custos energéticos de britagem e moagem do
26
sienito para verificar potenciais econômicos de seu uso em formulações de
concreto.
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específica aparente. Rio de Janeiro, 2009.
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27
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