Dosagem de Concreto Utilizando a Ferramenta Computacional Betonlab, Notas de estudo de Engenharia Civil

Baixe Dosagem de Concreto Utilizando a Ferramenta Computacional Betonlab e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity! UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO DOSAGEM DE CONCRETOS UTILIZANDO A FERRAMENTA COMPUTACIONAL BETONLAB DE CASO PARA CONCRETO RECICLADO DE ENGENHARIA CIVIL RAFAEL ARAÚJO DE SOUSA Feira de Santana- BA Setembro/2011 : ESTUDO RAFAEL ARAÚJO DE SOUSA DOSAGEM DE CONCRETOS UTILIZANDO A FERRAMENTA COMPUTACIONAL BETONLAB: ESTUDO DE CASO PARA CONCRETO RECICLADO Monografia apresentada à disciplina Projeto Final II do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Estadual de Feira de Santana, como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Dr.Sc. Koji de Jesus Nagahama Co-Orientadora: Profª. Drª.Sc. Cintia Maria Ariani Fontes Feira de Santana - BA Setembro/2011 AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, pelo dom da vida, e por sempre guiar os meus caminhos. Aos meus pais, Miguel e Ruth, por terem me ensinado que gratidão, humildade, respeito, honestidade, vontade de vencer e amor a Deus e ao próximo são os maiores valores que um homem pode ter. Vocês são simplesmente tudo o que sempre precisei em minha vida. À minha família, em especial aos meus avôs, Maria, Nucila, Albino e Miguel, pelas orações. À minha irmã, Milena, pela cumplicidade de todos os momentos. O tempo que moramos juntos me fez aprender que as pessoas precisam respeitar e amar as diferenças dos outros. Você é a minha maior companheira. À minha namorada, Fabiana, por me ensinar que posso qualquer coisa, e para isso, basta eu ter vontade, e lutar. Aos professores, e meus orientadores, Koji e Cintia, pela excelente orientação, confiança depositada em mim, ensinamentos, apoio, amizade, paciência, e por estarem sempre dispostos a me ajudar. Não teria conseguido sem a sua ajuda. Aos amigos verdadeiros que fiz nessa universidade, e por todos os momentos que passamos juntos. Minha caminhada foi muito mais serena, e feliz, por causa de vocês. Levarei vocês em meu coração, para onde quer que eu vá. À Professora Mônica, pelo auxílio em parte da fase laboratorial do meu trabalho. Aos professores do curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, pela amizade, ensinamentos e exemplo de profissionalismo. Aos amigos do Mestrado, Jodilson, Adolfo e João, pelo companheirismo nos intermináveis ensaios de caracterização no laboratório. Ao Laboratório de Estruturas da COPPE/UFRJ, pela contribuição na realização de alguns ensaios e pela presteza em disponibilizar o Betonlab Pro. Aos técnicos do Laboratório de Materiais de Construção (LABOTEC) da UEFS, pela ajuda. A todos que fizeram parte da minha história na UEFS, e me ajudaram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho. RESUMO Diversos são os métodos de dosagem de concreto, sejam para concretos convencionais, auto- adensáveis e de alto desempenho. Todavia, cada metodologia de dosagem apresenta suas respectivas restrições. Surge então, uma ferramenta computacional, com o objetivo de dosar concretos, denominada Betonlab Pro, cuja fundamentação teórica se dá através de um modelo denominado de MEC (Modelo do Empacotamento Compressível), desenvolvido por De Larrard (1999). Nesse trabalho, procurou-se verificar a potencialidade dessa ferramenta de dosagem, para concretos convencionais. Como não há ainda uma metodologia para dosar concretos contendo agregados reciclados de resíduos de construção e demolição (RCD), verificou-se, também, a potencialidade do software para a dosagem desse tipo de concreto, com substituição de 100% dos agregados naturais (miúdo e graúdo) por agregados de RCD. Os resultados mostraram que o Betonlab Pro é preciso para a dosagem de concretos convencionais e com agregados de RCD, apresentando boas correlações entre os resultados teóricos e práticos. Palavras-Chave: dosagem, Modelo do Empacotamento Compressível, concreto, Betonlab Pro ABSTRACT There are several methods for proportion for conventional, self compact and high performance concrete. However, each method has its respective restrictions. A computational tool, Betonlab Pro, based in a packing model denominated CPM (Compressible Packing Model), developed by De Larrard (1999).was used.The aim of this study was to evaluate the potential of this proportioning tool for conventional concrete. The absence of a proportioning method for concrete containing recycled aggregate of construction and demolition waste (CDW) allows verification of the software´s capability when used to proportioning this type of concrete, with 100% replacement of natural aggregates (fine and coarse) aggregates of RCD. The results demonstrated that the Betonlab Pro is a good proportioning tool when used with conventional and recycled concrete. It presents good agreement between theoretical and practical results. Key words: proportioning, Compressible Packing Model, concrete, Betonlab Pro LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 - Índice k para diferentes protocolos de empacotamento ..................................................................... 27 Tabela 3.2 – Ensaios necessários para a formação do banco de dados do Betonlab Pro ...................................... 28 Tabela 4.1 – Teor de sólidos e massa específica do aditivo .................................................................................. 49 Tabela 4.2 – Características físico-químicas e mecânicas do cimento, e compacidade experimental ................... 52 Tabela 4.3 – Caracterização física do agregado miúdo e compacidade experimental ........................................... 53 Tabela 4.4 – Caracterização física do agregado graúdo e compacidade experimental .......................................... 54 Tabela 4.5 – Consumo (kg/m³) dos materiais constituintes dos concretos e resistência à compressão para a calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados ............................................................................................ 58 Tabela 4.6 – Resultado da calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados naturais ...................................... 58 Tabela 5.1 – Valores de abatimento ...................................................................................................................... 60 Tabela 5.2 – Resultados experimentais e teóricos de resistência à compressão axial do concreto ........................ 62 Tabela 6.1 - Módulo de finura e dimensão máxima do agregado miúdo de RCD ................................................. 64 Tabela 6.2 – Massa específica do agregado miúdo RCD ...................................................................................... 65 Tabela 6.3 – Resultado do ensaio de absorção do agregado miúdo de RCD ......................................................... 67 Tabela 6.4 –Compacidade experimental do agregado miúdo RCD ....................................................................... 69 Tabela 6.5 - Módulo de finura e dimensão máxima do agregado graúdo RCD ..................................................... 69 Tabela 6.6 - Massa específica do agregado graúdo RCD ...................................................................................... 72 Tabela 6.7 – Resultado do ensaio de absorção do agregado miúdo de RCD ......................................................... 73 Tabela 6.8 – Compacidade experimental do agregado graúdo RCD ..................................................................... 74 Tabela 6.9 – Consumo (kg/m³) dos materiais constituintes dos concretos e resistência à compressão para a calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados reciclados ........................................................................... 74 Tabela 6.10 – Resultado da calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados reciclados ............................... 75 Tabela 6.11 – Valores de abatimento .................................................................................................................... 77 Tabela 6.12 – Resultados experimentais e teóricos de resistência à compressão axial do concreto reciclado ...... 78 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .......................................................................................... 12 1.1 OBJETIVOS .............................................................................................................. 13 1.1.1 Objetivo Geral .................................................................................................... 13 1.1.2 Objetivos Específicos ......................................................................................... 14 1.2 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA ......................................................................... 14 2 MÉTODOS PARA DOSAGEM DE CONCRETO CONVENCIONAL16 2.1 MÉTODO DO IPT/EPUSP (HELENE E TERZIAN, 1992) ..................................... 16 2.1.1 Requisitos para a dosagem ................................................................................. 16 2.1.2 Conceitos importantes do método ...................................................................... 17 2.1.3 Metodologia experimental .................................................................................. 17 2.1.4 Vantagens do método ......................................................................................... 18 2.1.5 Desvantagens do método .................................................................................... 19 2.2 MÉTODO DO ACI/ABCP (RODRIGUES, 1995) .................................................... 19 2.2.1 Requisitos para a dosagem ................................................................................. 19 2.2.2 Conceitos importantes do método ...................................................................... 20 2.2.3 Metodologia experimental .................................................................................. 20 2.2.4 Vantagens do Método ......................................................................................... 21 2.2.5 Desvantagens do Método ................................................................................... 21 3 FERRAMENTA COMPUTACIONAL BETONLAB PRO ................... 23 3.1 MODELO DO EMPACOTAMENTO COMPRESSÍVEL DE PARTÍCULAS GRANULARES (MEC) ........................................................................................................... 23 3.1.1 Empacotamento Virtual ...................................................................................... 23 3.1.2 Empacotamento Real .......................................................................................... 26 3.2 PROPRIEDADES NECESSÁRIAS DOS MATERIAIS UTILIZADOS PARA A FORMAÇÃO DO BANCO DE DADOS DO BETONLAB PRO ............................................ 28 3.2.1 Ponto de saturação e compatibilidade com o cimento ........................................ 28 3.2.2 Compacidade experimental do cimento ............................................................. 29 3.2.3 Compacidade experimental de empacotamento dos agregados ......................... 30 3.2.4 Parâmetros “p” e “q” dos agregados .................................................................. 31 3.3 PASSO-A-PASSO DE DOSAGEM UTILIZADO NO BETONLAB PRO ............... 32 3.3.1 Formação dos registros dos materiais ................................................................. 32 3.3.2 Composição do banco de dados do cimento ....................................................... 34 3.3.3 Composição do banco de dados do agregado miúdo .......................................... 36 3.3.4 Composição do banco de dados do agregado graúdo ......................................... 38 3.3.5 Composição do banco de dados do aditivo químico .......................................... 40 3.3.6 Calibração dos parâmetros “p” e “q” ................................................................ 40 3.3.7 Etapa de dosagem do concreto ........................................................................... 42 4 MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................... 45 4.1 MATERIAIS .............................................................................................................. 45 4.1.1 Procedimentos para determinação das propriedades dos materiais .................... 45 4.1.2 Resultados dos ensaios de caracterização ........................................................... 49 4.2 MÉTODOS ................................................................................................................ 54 4.2.1 Procedimento de mistura do concreto ................................................................ 55 4.2.2 Ensaio de abatimento do tronco de cone ............................................................ 55 4.2.3 Moldagem, adensamento e cura dos corpos-de-prova ........................................ 56 4.2.4 Ensaio de resistência à compressão .................................................................... 56 4.2.5 Determinação dos parâmetros “p” e “q” ........................................................... 57 5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ......................... 59 5.1 ABATIMENTO ......................................................................................................... 60 5.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO .......................................................................... 61 6 ESTUDO DE CASO: RCD ........................................................................ 64 6.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ............................................................... 64 6.1.1 Agregado miúdo ................................................................................................. 64 6.1.2 Agregado graúdo ................................................................................................ 69 6.1.3 Determinação dos parâmetros “p” e “q” dos agregados de RCD ..................... 74 6.2 DOSAGEM DOS CONCRETOS RECICLADOS .................................................... 75 6.3 RESULTADOS ......................................................................................................... 76 6.3.1 Abatimento do tronco de cone ............................................................................ 76 6.3.2 Resistência à compressão ................................................................................... 78 7 CONCLUSÕES .......................................................................................... 81 8 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................... 83 14 1.1.2 Objetivos Específicos Os objetivos específicos desse trabalho são: a) Estudar os princípios fundamentais do modelo do empacotamento compressível; b) Demonstrar a precisão da ferramenta, através da correlação entre algumas das mesmas propriedades obtidas do concreto, simuladas no Betonlab Pro, e as propriedades da mistura experimental (neste trabalho foram verificados o abatimento do tronco de cone e a resistência à compressão); c) Realizar um estudo de caso, verificando a potencialidade do software para a dosagem de concreto reciclado, com substituição de 100% dos agregados naturais (miúdo e graúdo) por agregados de RCD. 1.2 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA No primeiro capítulo é realizada uma introdução à pesquisa, comentando sobre a evolução do concreto, ressaltando-se algumas das aplicações desse material, as quais justificam a necessidade crescente de se desenvolver novas metodologias de dosagem para que o material alcance as propriedades desejadas. São descritos também os objetivos geral e específicos desse trabalho. O segundo capítulo discorre sobre duas metodologias para a dosagem de concretos convencionais: os métodos do IPT/EPUSP e da ABCP, abordando seus principais conceitos, caracterização preliminar do cimento e agregados, solicitações de projeto, metodologia experimental de dosagem e algumas considerações sobre cada um desses métodos. Para a dosagem de concretos com a utilização do Betonlab Pro é necessário caracterizar os materiais os quais farão parte da mistura, para a composição do banco de dados do programa, e posterior otimização, para atender as propriedades almejadas para o concreto. O capítulo três apresenta o MEC (metodologia que fundamenta o programa), as metodologias de caracterização de todos os materiais que serão utilizados (cimento, agregados e aditivos) e o passo-a-passo de utilização do programa para realizar a dosagem. O capítulo quatro apresenta os resultados dos ensaios de caracterização dos materiais. 15 O capítulo cinco apresenta os resultados experimentais dos ensaios realizados no concreto dosado, correlacionando-os com os resultados teóricos referentes às mesmas propriedades simuladas no Betonlab Pro. No capítulo seis é realizado um estudo de caso: Dosagem de concreto reciclado com 100% de agregados miúdo e graúdo de RCD. Verifica-se, com esse estudo de caso, a potencialidade do Betonlab Pro para a dosagem de concretos com a utilização do RCD. No último capítulo serão apresentadas as conclusões sobre esse trabalho. 16 2 MÉTODOS PARA DOSAGEM DE CONCRETO CONVENCIONAL Dosar concreto é encontrar o proporcionamento adequado entre os materiais da mistura (cimento, água, agregados, aditivos e adições), com o propósito de se alcançar determinadas propriedades (tanto no estado fresco como no estado endurecido), previstas em projeto, e com o menor custo possível. Existem diversas metodologias para dosagem de concretos, sejam convencionais, de alta resistência ou auto-adensáveis. Este capítulo tem como finalidade abordar duas metodologias para dosagem de concretos convencionais, objeto desse estudo. 2.1 MÉTODO DO IPT/EPUSP (HELENE E TERZIAN, 1992) Esse método foi desenvolvido pelo IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) e pela EPUSP (Escola Politécnica da Universidade de São Paulo). É uma metodologia experimental, e por apresentar um simples processo de proporcionamento dos materiais constituintes da mistura, é bastante utilizado no Brasil. 2.1.1 Requisitos para a dosagem Para a dosagem adequada de um concreto, é necessário conhecer as características dos materiais os quais constituirão a mistura, bem como, deve-se saber a situação sob a qual o concreto será submetido. Os requisitos necessários para a dosagem são, segundo Helene e Terzian (1992): a) Tipo, classe e nível de resistência à compressão, aos 28 dias, do cimento; b) Granulometria, massa unitária, massa específica e coeficiente de inchamento do agregado miúdo; c) Granulometria, dimensão máxima característica, massa unitária e massa específica do agregado graúdo; d) Resistência característica do concreto à compressão de projeto (fck); e) Escolha da dimensão máxima característica do agregado graúdo; f) Escolha da consistência do concreto; 19 2.1.5 Desvantagens do método a) O fato da obtenção do teor de argamassa ideal ser feito de maneira experimental, faz com que dependa exclusivamente da experiência do responsável pela dosagem, o que pode acarretar erros; 2.2 MÉTODO DO ACI/ABCP (RODRIGUES, 1995) Esse método de dosagem, formulado pela ABCP, foi desenvolvido a partir dos métodos do American Concrete Institute (ACI) e do Portland Cement Institute (PCI), com adaptações às características e condições brasileiras. É um método fundamentado em metodologias experimentais, e adaptado, segundo Rodrigues (1995), a agregados miúdos e graúdos enquadrados pela NBR 7211 (ABNT, 2005), devido ao fato de serem os mais utilizados na elaboração de concretos no Brasil. 2.2.1 Requisitos para a dosagem Para se realizar uma dosagem de forma adequada, é de fundamental importância ter conhecimento de algumas propriedades dos materiais constituintes da mistura, bem como, devem ser previstas as condições da obra e exigências de projeto. Os requisitos necessários para essa metodologia de dosagem, segundo Rodrigues (1995), são: a) Tipo, massa específica e nível de resistência, aos 28 dias, do cimento; b) Massa específica e análise granulométrica do agregado miúdo; c) Massa específica, análise granulométrica e massa unitária compactada do agregado graúdo; d) Resistência característica à compressão de projeto do concreto (fck); e) Escolha da dimensão máxima característica do agregado graúdo; f) Escolha da consistência do concreto (medida através do abatimento do tronco de cone); g) Condições de exposição ou finalidade da obra (durabilidade requerida), fator preponderante para a determinação, por exemplo, da relação a/c e do tipo de cimento. 20 2.2.2 Conceitos importantes do método O método em questão considera alguns conceitos como fundamentais para o bom procedimento de dosagem: a) Metodologia fundamentada no método do volume absoluto; b) Método recomendado para concretos cuja consistência seja de semi-plástica à fluida, ou seja, deve apresentar trabalhabilidade para ser moldado in loco; c) A relação a/c pode ser calculada através de uma aproximação (denominada de curva de Walz), cuja fundamentação se dá por meio de uma correlação entre a resistência do concreto, a qual deve estar compreendida na faixa entre 10 e 40 MPa, e a resistência do cimento, aos 28 dias (a relação água/cimento, utilizando essa curva aproximada, compreende-se entre 0,45 e 0,80); d) Os abatimentos preconizados para o cálculo do consumo aproximado de água em l/m³ estão no intervalo de 40 a 100 mm, para agregados graúdos com dimensão máxima característica entre 9,5 a 38 mm; e) O consumo de cimento, em kg/m³, normalmente varia entre 200 e 400 Kg/m³; f) O proporcionamento dos agregados é determinado através do teor ótimo de brita. O teor de areia é determinado através da diferença do volume do concreto e os volumes absolutos de todos os outros materiais constituintes. 2.2.3 Metodologia experimental As etapas de dosagem desse método são: a) Ensaios de caracterização dos materiais; b) Fixação da relação água/cimento (curva de Walz); c) Determinação do consumo de água por metro cúbico, calculado de acordo com a dimensão máxima da brita e o abatimento; d) Determinação do consumo de cimento (razão entre o consumo de água e a relação água/cimento); e) Determinação do consumo de brita, tabelado em função de sua dimensão máxima e do módulo de finura da areia; 21 f) Determinação do consumo de areia, pelo método do volume absoluto; g) Apresentação do traço, que é calculado pela razão da massa dos materiais e a massa de cimento, por metro cúbico; h) Realização da mistura experimental para eventuais correções. 2.2.4 Vantagens do Método a) Como é um método baseado na utilização de tabelas compostas por estudos experimentais pregressos, há uma facilidade no procedimento de dosagem; b) Esse método, desenvolvido para a dosagem de concretos plásticos, com o menor consumo de areia, apresenta como vantagens a diminuição do custo e a facilidade de identificação de misturas inadequadas, seja por falta ou excesso de argamassa (ALVES, 2000). 2.2.5 Desvantagens do Método a) O abatimento máximo a ser considerado é de 100 mm; b) As relações água/cimento preconizadas por esse método são maiores do que 0,45; c) O gráfico que fornece a relação a/c, faz correlação com a resistência do cimento, porém não especifica o tipo de cimento utilizado (ALVES, 2000), sendo mais sensato, portanto, adotar valores de água de amassamento e de resistências médias obtidas de forma experimental, para os agregados e tipos de cimento a serem empregados efetivamente no concreto a ser dosado (BOGGIO, 2000); d) Pela curva de Walz, percebe-se que o método é limitado a concretos cuja resistência à compressão, aos 28 dias, esteja compreendida entre 10 e 40 MPa; e) Uma das maiores desvantagens dessa metodologia é que todas essas tabelas construídas para a dosagem de concretos não abrangem todos os tipos de materiais, muitas vezes não podendo se adequar àqueles disponíveis localmente (BOGGIO, 2000; ALVES, 2000); 24 cubos idênticos (representando, nesse caso, uma única classe granulométrica), quando empilhados um a um, apresentam a compacidade virtual de empacotamento (β) igual a 1, ou seja, ausência de vazios. Figura 3.1 - Empacotamento virtual de partículas cúbicas (Fonte: FORMAGINI, 2005) Outro conceito de muita relevância para esse modelo é o de classe dominante. Se houver, em uma mistura, diferentes classes de grãos, caso não haja segregação, a classe dominante é aquela a qual mantém a continuidade sólida do corpo granular (FORMAGINI, 2005). Nem sempre a classe dominante é a de maior diâmetro. A Figura 3.2 demonstra que a classe dominante de um esqueleto granular pode ser tanto a classe composta por grãos de menor tamanho como pela classe composta pelos grãos de maior tamanho (as classes de maior e menor tamanho foram chamadas por Formagini (2005) de classe 1 e classe 2, respectivamente). Quando a classe dominante é a classe 1, seus grãos bloqueiam o volume e os grãos da classe 2 “chacoalham” nos espaços vazios deixados pela classe 1. Porém, quando a classe dominante é a classe 2, os seus grãos bloqueiam os espaços vazios deixados pelos grãos da outra classe, a qual, por sua vez, “flutua” no interior da massa da classe 2 (SILVA, 2004). 25 Figura 3.2 - Misturas binárias com diferentes dominâncias: classe 1 dominante (a) e classe 2 dominante (b) (Fonte: FORMAGINI, 2005) Partindo-se do pressuposto de que as misturas estão imersas em um meio líquido, quando não se tem uma classe dominante, está ocorrendo uma suspensão, ou seja, é o fluido o responsável pela continuidade da mistura (FORMAGINI, 2005). O máximo empacotamento alcançado por uma mistura seria quando os grãos menores ocupassem todos os vazios deixados pelos grãos maiores. Quando os diâmetros das partículas das classes da mistura não são tão distantes entre si, há dois efeitos que podem causar a diminuição do empacotamento dessa mistura, e devem ser levados em consideração quando for calculado o empacotamento virtual. São eles: o efeito de parede e de afastamento. A ilustração do efeito de afastamento está disposta na Figura 3.3. Se um grão de uma classe de menor diâmetro é inserido em um empacotamento de grãos da classe de maior diâmetro (nesse caso, dominante), o mesmo gera pontualmente um afastamento entre os grãos da classe dominante, pois não é mais tão pequeno que possa ocupar o espaço existente entre os grãos da classe dominante sem provocar uma perturbação (SILVA, 2004). 26 Figura 3.3 - Efeito do afastamento (Fonte: FORMAGINI, 2005) O efeito de parede é mostrado na Figura 3.4. Ocorre quando um grão de maior diâmetro, isolado, é imerso no empacotamento dos grãos de menor diâmetro (que é a classe dominante), sendo que essa inserção provocará o surgimento de vazios na área de transição entre as duas classes (DE LARRARD, 1999). Figura 3.4 - Efeito de parede (Fonte: FORMAGINI, 2005) 3.1.2 Empacotamento Real Quando se submete uma mistura granular a um procedimento de empacotamento, é praticamente impossível se alcançar a compacidade virtual para aquela determinada classe. Isso significa dizer que, por exemplo, se fosse colocado em um recipiente um material cujas partículas as quais o constituíssem fossem cúbicas, nunca seria alcançada, por um 29 alcançado, não há mais absorção das moléculas do aditivo dispersante, livre na fase líquida, por parte das partículas de cimento. Formagini (2005) também afirma que, quando a duração do fluxo de uma pasta nos diferentes tempos de mistura são próximos, o cimento e o aditivo são compatíveis. 3.2.2 Compacidade experimental do cimento O MEC prevê o ensaio de demanda de água para materiais finos (cujo diâmetro é menor do que 100µm, como cimento e adições minerais). De Larrard (1999) definiu o valor do índice k, para esse procedimento de empacotamento, como sendo igual a 6,7. Silva (2004) define a demanda de água como sendo a massa de água necessária para preencher os vazios entre os grãos, sendo que a água tem, ao mesmo tempo, função de lubrificante entre as partículas e a função de uní-las pelo efeito da tensão superficial. De Larrard (1999) afirma que esse ensaio é realizado com o propósito de encontrar a menor dosagem de água necessária para produzir uma pasta densa (compacta). O ensaio consiste em adicionar água ao material até atingir uma consistência de pasta homogênea. Como esquematizado na Figura 3.5 e na Figura 3.6, à medida que a água vai sendo adicionada, o material passa por quatro fases: seca, pendular, funicular e capilar. FIGURA 3.5 - Fases do empacotamento durante o ensaio de demanda de água (Fonte: Próprio autor) 30 FIGURA 3.6 - Fases do empacotamento (Fonte: SILVA, 2004) A Figura 3.5a e a Figura 3.6a mostram a primeira fase do empacotamento, a qual é denotada pelo material no estado seco, estado marcado por um arranjo desordenado de partículas, gerando no material um elevado índice de vazios (SILVA, 2004; FORMAGINI, 2005). À medida que se adiciona água, dá-se início a fase chamada de pendular (Figura 3.5b e Figura 3.6b). A água vai se condensando por entre os grãos, formando pequenas pontes líquidas, as quais vão aumentando conforme se adiciona mais água. A tensão superficial do líquido tende a unir os grãos, os quais são empacotados de forma aleatória, de acordo com a disponibilidade de água (SILVA, 2004; FORMAGINI, 2005). Essa fase permanece até o instante no qual as superfícies de todos os grãos são completamente molhadas com água, início da fase funicular. Nessa fase dá para notar um brilho maior, porém, a água existente ainda não é suficiente para promover um perfeito empacotamento entre os grãos (Figura 3.5c e Figura 3.6c). A fase capilar é iniciada quando todos os vazios são preenchidos por água, e a partir desse momento, um simples incremento de água provoca um leve afastamento entre os grãos, diminuindo a compacidade e tornando a mistura fluida. O ponto caracterizado como demanda de água acredita-se estar situado no início da fase capilar (SILVA, 2004; FORMAGINI, 2005), pois o material encontra-se homogêneo e aparentemente todos os vazios entre os grãos estão ocupados pela água (Figura 3.5d e Figura 3.6d). 3.2.3 Compacidade experimental de empacotamento dos agregados O MEC prevê, para grãos com dimensões maiores do que 100µm, um protocolo de empacotamento caracterizado por um ensaio de compactação mecânica com vibração (FORMAGINI, 2005). De Larrard (1999) afirma que essa metodologia apresenta o valor de k igual a 9,0. 31 O ensaio consiste em aplicar sobre um volume padrão de material adicionado no interior de um cilindro uma pressão constante somada ao efeito de vibração com freqüência e tempo pré-definidos. Este ensaio foi implementado por Silva (2004) e utilizado por Formagini (2005) na determinação da compacidade experimental dos agregados. Os componentes (cilindro e pistão) estão esquematizados na Figura 3.7. Figura 3.7 - Cilindro e pistão para o ensaio de compactação (Fonte: SILVA, 2004) 3.2.4 Parâmetros “p” e “q” dos agregados Para ser realizada a dosagem do concreto através do Betonlab Pro, faz-se necessário, além de realizar os ensaios para determinação das propriedades dos materiais, a calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados. Esses coeficientes representam a influência dos agregados na resistência à compressão do concreto, através da sua aderência à pasta de cimento (expresso por “p”) e da sua resistência intrínseca (expresso por “q”) (DE LARRARD, 1999). Esses valores são determinados através do próprio programa. Para isso, deve-se realizar a dosagem de dois concretos com resistências à compressão distintas (chamados de traço rico e traço pobre), produzidos com os materiais a serem utilizados na 34 compreendidos em estreitas faixas granulométricas. Ao clicar em “Ok”, é aberta a primeira aba da composição do banco de dados desse material inserido. 3.3.2 Composição do banco de dados do cimento A composição do banco de dados do cimento utilizado nesse trabalho está mostrada da Figura 3.10 à Figura 3.12. Figura 3.10 – Formação do banco de dados do cimento: informações (a) e composição (b) (a) (b) (Fonte: Próprio autor) A Figura 3.10a mostra a primeira aba da composição do banco de dados do cimento no Betonlab Pro (“Général”), na qual é feita a identificação do cimento, com a inserção do nome no campo “Nom”, e a data, no campo “Date”. Caso desejado pode-se inserir alguma observação ou comentário (nesse caso foi inserida a identificação do aditivo químico), no campo “Commentaires”. Pode-se também inserir o custo do material (Euro/tonelada), no campo “Coût”. A Figura 3.10b mostra a segunda aba (“Composition”), na qual são inseridos os constituintes do cimento (como teor de clínquer, cinza volante, pozolana), e a composição de Bogue, que variam de acordo com o tipo de cimento a ser utilizado. Para salvar as alterações do banco de dados criados, clica-se em “Enregistrer”. 35 Figura 3.11 - Formação do banco de dados do cimento: resistência à compressão, massa específica e ponto de saturação (a) e granulometria (b) (a) (b) (Fonte: Próprio autor) Na Figura 3.11a é mostrada a aba “Propriétés”, na qual é realizada a inserção dos valores de resistência à compressão do cimento para cada idade (nos campos “Classe vraie à 1 jour”, “Classe vraie à 2 jours” e assim por diante). Há campo para a inserção das resistências à compressão do cimento em diversas idades, porém, nesse trabalho, só foram determinadas as resistências a 1, 3, 7 e 28 dias. São inseridos também valores da massa específica (no campo “Masse volumique”), em kg/m³ e a dosagem de saturação do aditivo químico (“Dosage de saturarion”). A Figura 3.11b mostra aba “Squelette”, na qual é inserida a granulometria do cimento (% passante), no campo “Passant %”. Os valores β e β* são calculados pelo programa, e correspondem, respectivamente, à compacidade virtual sem aditivo químico e com aditivo químico. 36 Figura 3.12 - Formação do banco de dados do cimento: compacidade experimental com o superplastificante e sem o superplastificante (Fonte: Próprio autor) Na última aba do banco de dados do cimento (“Coupure 1”), mostrada na Figura 3.12, são inseridos os resultados do ensaio de compacidade experimental. Como foi marcado que o cimento é composto por uma única classe (procedimento descrito na Figura 3.9), surge apenas o campo “Coupure 1”. Logo, toda a granulometria do cimento está compreendida apenas na classe 1, e por isso, no campo “Coupure”, são inseridos os diâmetros das partículas, correspondentes aos percentuais passantes, de 0% e 100%. A compacidade experimental, o índice K e o tipo de confinamento são inseridos nos campos “Compacitè expérimentale”, “Indice de serrage” e “Confinement”, respectivamente. O tipo de confinamento utilizado para ensaios de demanda d’água é “Aucun”, que significa ausência de confinamento, para esse procedimento de empacoamento. Nos campos “Sans adjuvant” e “A saturation” são inseridos valores de demanda d’água para a pasta sem o aditivo químico e com o aditivo químico, respectivamente. 3.3.3 Composição do banco de dados do agregado miúdo O passo-a-passo da composição do banco de dados da areia utilizada nesse trabalho está mostrada na Figura 3.13 e Figura 3.14. 39 Figura 3.15 - Formação do banco de dados do agregado graúdo: informações do agregado (a); massa específica, absorção de água e parâmetros “p” e “q” (b) (a) (b) (Fonte: Próprio autor) Figura 3.16 - Formação do banco de dados do agregado graúdo:granulometria (a) e compacidade experimental (b) (a) (b) (Fonte: Próprio autor) 40 Observa-se nas Figuras 3.15a, 3.15b, 3.16a e 3.16b, que o procedimento a ser realizado para a composição do banco de dados do agregado graúdo é similar ao já descrito para o agregado miúdo. 3.3.5 Composição do banco de dados do aditivo químico O passo-a-passo da composição do banco de dados do aditivo químico está apresentado na Figura 3.17. Figura 3.17 – Formação do banco de dados do aditivo superplastificante: informações, massa específica e teor de sólidos (Fonte: Próprio autor) A composição do banco de dados do aditivo químico é constituída de apenas uma aba (“Général”), mostrada na Figura 3.17. Nela são inseridos o nome do aditivo (“Nom”), a data (“Date”), o custo do material (“Coût”), concentração de sólidos (“Concentration solide”) e a massa específica (“Masse volumique”). 3.3.6 Calibração dos parâmetros “p” e “q” Para realizar a calibração dos parâmetros “p” e “q” com o Betonlab Pro, é necessário realizar a moldagem de dois concretos: um traço rico e um traço pobre. Em seguida, são 41 inseridos os resultados dessas moldagens no programa, e os parâmetros são calculados. A Figura 3.18 mostra como são calibrados o “p” e o “q” dos agregados. Figura 3.18 – Calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados naturais (Fonte: Próprio autor) Com os resultados da moldagem dos concretos rico e pobre, o Betonlab Pro determina o “p” e “q” dos agregados, utilizando os seguintes passos: primeiro, o usuário escolhe no banco de dados do programa a brita, a areia e o cimento que foram utilizados na moldagem (campos “G1”, “S1” e “C1”, respectivamente), e que devem ser os mesmos a serem utilizados na dosagem. Em seguida, adiciona-se o consumo por metro cúbico de cada material utilizado (para a brita, areia e o cimento os campos “G1 (kg)”, “S1 (kg)” e “C1 (kg)”, respectivamente, sendo o campo “E au (kg)” para inserção do consumo de água), e as resistências atingidas em cada idade de ensaio (campos “fc1”, “fc3”, e assim sucessivamente). Clica-se em “Entrer”, e o Betonlab Pro insere todos esses dados nas colunas “Gâchée”, “1” e “2” (sendo a coluna “1” para o concreto pobre e a coluna “2” para o concreto rico). Após esse procedimento, clica-se em “Calibrer”, e o programa calcula os valores dos parâmetros “p” e “q” para os dois agregados. O Betonlab Pro, ao calibrar esses parâmetros, não necessita da inserção do abatimento do traço rico nem do pobre. 44 A última etapa (Figura 3.21) é caracterizada pela simulação da mistura. Define-se o traço inicial através do qual são inseridos parâmetros como, consumo de água e de cimento (kg/m3) e a proporção de agregados, no campo “Composition”. Em seguida, clica-se em “Gâchée” e a dosagem da mistura é inserida na coluna nº 1 (“Gâchée nº”). Após essa etapa, os dados obtidos devem ser avaliados de modo a verificar a necessidade de ajuste em algum parâmetro. Caso seja necessário, pode-se modificar os consumos (“Eau eff”, “C1” e a relação entre os agregados), ou fixar parâmetros de modo a melhorar a otimização da mistura como, por exemplo, fixar a resistência à compressão e o abatimento, clicando-se em “optimiser”. Neste trabalho, optou-se por modificar os consumos dos materiais, pois, na segunda tentativa, foi alcançada a resistência desejada (30 MPa, aos 28 dias), não sendo necessário assim, fixar esse parâmetro na opção “optimiser”. 45 4 MATERIAIS E MÉTODOS A descrição de alguns procedimentos para a determinação de algumas propriedades dos materiais, os resultados de todos os ensaios de caracterização do aditivo químico, cimento e dos agregados utilizados nessa pesquisa, bem como os ensaios de caracterização do concreto dosado, são apresentados a seguir. 4.1 MATERIAIS 4.1.1 Procedimentos para determinação das propriedades dos materiais A seguir são descritos os procedimentos de determinação da compatibilidade entre o cimento e o aditivo químico, ponto de saturação do aditivo químico, compacidade do cimento (demanda d’água) e dos agregados (compressão + vibração). 4.1.1.1 Ponto de saturação e compatibilidade entre cimento e aditivo Os ensaios de ponto de saturação e compatibilidade foram realizados através do método do funil de Marsh, cujo procedimento foi: a) Pesar 1,8 kg de cimento (para a produção de 1,2 litros de pasta, pois foi utilizada uma proveta de 1 litro); b) Pesar a água e o aditivo, colocando-os no recipiente onde a mistura será realizada (a relação água/cimento adotada foi de 0,40, pois uma relação água/cimento de 0,35, segundo Aïtcin (2000), é necessária apenas quando se deseja produzir um concreto de alto desempenho, o que não é o caso desse trabalho); c) Introduzir gradativamente a massa de cimento, no período de 1 minuto e 30 segundos, com o misturador ligado; d) Limpar o material aderido às paredes do misturador com espátula, por um período de 15 segundos (misturador desligado); e) Misturar por 60 segundos; f) Medir o tempo necessário para a pasta ocupar o volume de 1 litro; 46 g) Medir o tempo de escoamento da pasta nos intervalos de tempo de 5, 15, 30 e 60 minutos. A configuração do ensaio está apresentada na Figura 4.1. Figura 4.1 – Configuração do ensaio do Funil de Marsh (Fonte: Próprio autor) 4.1.1.2 Compacidade experimental do cimento Para a realização do ensaio de demanda de água, são necessários alguns equipamentos: misturador de bancada (argamassadeira), balança com precisão 0,01g, pissete com capacidade para 500 ml de água e duas espátulas. O procedimento utilizado para a realização do ensaio foi: a) Pesar uma amostra com 350g de material seco; b) Caso haja mais de um material (não é o caso desse estudo), realizar a homogeneização prévia destes; c) Colocar o material seco na argamassadeira e adicionar água em pequenas quantidades; 49 ∁ = 4 ×  × ℎ ×  × ! 4.3 onde: MS é a massa do material seco; DC é o diâmetro interno do cilindro, h é a altura final da camada do material compactado, ρS é a massa específica do material e C é a compacidade experimental de empacotamento. 4.1.2 Resultados dos ensaios de caracterização Os resultados dos ensaios de caracterização dos materiais utilizados neste trabalho são apresentados a seguir. 4.1.2.1 Aditivo químico O aditivo químico utilizado nesse trabalho foi o aditivo superplastificante Muraplast FK 25. Os valores do teor de sólidos e da massa específica do aditivo foram fornecidos pelo fabricante, e estão apresentados na Tabela 4.1. Tabela 4.1 – Teor de sólidos e massa específica do aditivo Aditivo Teor de sólidos (%) Massa específica (g/cm³) Muraplast FK 25 40,9 1,21 O resultado do ensaio de ponto de saturação está disposto na Figura 4.3. 50 Figura 4.3 – Resultado do ensaio de ponto de saturação (Fonte: Próprio autor) Analisando a Figura 4.1, observa-se que os tempos dos fluxos da mistura aos 5, 15, 30 e 60 minutos, para cada teor de dispersante, permaneceram bastante próximos, indicando, nesse caso, compatibilidade entre os dois materiais (cimento e aditivo dispersante). Verifica-se que, entre os teores de 3% e 3,4%, à medida que o teor de aditivo aumenta, ocorre uma redução do tempo de escoamento, significando o aumento da fluidez da mistura. Porém, após 3,4% de aditivo, há um aumento do tempo de escoamento, provocado pela perda de fluidez da mistura. Portanto, a dosagem de saturação do aditivo superplastificante em relação ao cimento é de 3,40%. 4.1.2.2 Cimento O cimento utilizado neste trabalho foi o CPV ARI. O ensaio de composição granulométrica do cimento foi realizado através do método da granulometria a laser com o granulômetro MasterSizer 2000, no Laboratório de Estruturas (LabEst) da COPPE/UFRJ. O resultado do ensaio de composição granulométrica do cimento CPV ARI está apresentado na Figura 4.4. 0 10 20 30 40 50 60 70 2,90% 3,00% 3,10% 3,20% 3,30% 3,40% 3,50% 3,60% Te m p o d e e sc o am e n to ( se gu n d o s) Teor de superplastificante (% da massa se sólidos do aditivo em relação à massa de cimento) 5 min 15 min 30 min 60 min 51 Figura 4.4 – Curva granulométrica do cimento (Fonte: Próprio autor) O cimento apresentou diâmetros de 2,88µm, 13,18µm e 36,53µm para d10, d50 e d90, respectivamente. O ensaio de composição química foi realizado no Laboratório de Estruturas (LabEst) da COPPE/UFRJ, através do método espectroscopia por fluorescência de energia dispersiva de raios-x. O equipamento utilizado foi o EDX 720 (Shimadzu) com tubo de ródio e detector de Si (Li), resfriado com nitrogênio líquido. As amostras foram prensadas com substrato de ácido bórico para formar uma pastilha. A Tabela 4.2 apresenta os resultados da caracterização físico-química e mecânica do cimento, bem como, da compacidade experimental. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 P as sa n te A cu m u la d o ( % ) Tamanho dos Grãos (μm) 54 Tabela 4.4 – Caracterização física do agregado graúdo e compacidade experimental Características físicas e compacidade experimental Resultado Módulo de finura (mm) 7,16 Dimensão máxima característica (mm) 25,00 Massa específica (g/cm³) 2,78 Absorção de água (%) 0,35 Compacidade experimental 0,56 Figura 4.6 - Curva granulométrica do agregado graúdo (Fonte: Próprio autor) 4.1.2.5 Água Foi utilizada água proveniente da rede de abastecimento da Universidade Estadual de Feira de Santana, por poço artesiano. 4.2 MÉTODOS Os procedimentos experimentais para realização da mistura, da moldagem e dos ensaios de caracterização do concreto produzido neste trabalho estão descritos abaixo. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 1,00 10,00 100,00 P as sa n te a cu m u la d o ( % ) Peneira (mm) 55 4.2.1 Procedimento de mistura do concreto A mistura do concreto seguiu o seguinte procedimento: realização da imprimação da betoneira com uma mistura de concreto, cujo traço, em massa, foi de 1:2:3 (cimento:agregado miúdo:agregado graúdo). Em seguida, foi inserido o agregado graúdo, o cimento, e parte da água. Por fim, foi inserido o restante da água e o agregado miúdo. Vale ressaltar que foi realizada a raspagem da betoneira, com o auxilio de uma colher de pedreiro, para retirar o material aderido. O tempo aproximado de realização da mistura do concreto foi de 10 minutos. No caso da utilização do aditivo químico, ele é inserido após o agregado graúdo e o cimento. 4.2.2 Ensaio de abatimento do tronco de cone A consistência do concreto foi determinada pelo ensaio de abatimento por tronco de cone, segundo a NBR NM 67 (ABNT, 1998). A Figura 4.7 mostra o ensaio de abatimento do tronco de cone. Figura 4.7 – Leitura do abatimento do tronco de cone (Fonte: Próprio autor) 56 4.2.3 Moldagem, adensamento e cura dos corpos-de-prova Os corpos-de-prova foram moldados, conforme a NBR 5738 (ABNT, 2003), e curados imersos em água e cal, até a idade do ensaio. As amostras foram adensadas por meio de vibração. A Figura 4.8 mostra o procedimento de moldagem dos corpos-de-prova. Figura 4.8 – Adensamento dos corpos-de-prova (Fonte: Próprio autor) 4.2.4 Ensaio de resistência à compressão O ensaio de compressão axial foi realizado de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 2007). As amostras foram rompidas em uma prensa hidráulica (HD – 200T), servo controlada. Foram utilizados três corpos-de-prova (CP’s) cilíndricos para cada idade de ensaio, com dimensões de 100mm de diâmetro e 200mm de altura, moldados, adensados e curados conforme descrito anteriormente. A regularização das faces inferior e superior dos CP’s para a aplicação da carga axial de maneira uniforme foi realizada através do capeamento com a utilização de enxofre. O ensaio foi realizado aos 7 e 28 dias de idade. A Figura 4.9 e Figura 4.10 mostram os corpos-de-prova capeados e a configuração do ensaio, respectivamente. 59 5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS Foi dosado, através do BetonLab Pro, um concreto convencional, visando resistência à compressão, aos 28 dias, de 30 MPa. A partir do traço inicial (“Composition” e “Gâchée nº1”) fez-se a otimização da mistura modificando o consumo de cimento. Na Figura 5.1 encontra-se a proporção final por metro cúbico dos materiais constituintes do concreto convencional, bem como os valores teóricos previstos para as duas propriedades (abatimento e resistência à compressão), que se pretende validar no presente estudo. Figura 5.1 – Proporção final (em kg/m³) dos materiais constituintes do concreto (Fonte: Próprio autor) O traço unitário, em massa foi 1:1,48:2,47:0,51 (cimento:areia:brita:relação água/cimento). O teor de argamassa da mistura foi de 50%. Neste trabalho não foram realizados ajustes experimentais, pois a intenção era justamente validar a dosagem de concretos utilizando Betonlab Pro, sem a necessidade de ajustes. Proporção final dos materiais constituintes Propriedades do concreto: Abatimento e resistência à compressão 60 5.1 ABATIMENTO A Tabela 5.1 mostra o resultado teórico e experimental do ensaio do abatimento do tronco de cone. A Figura 5.2 mostra a granulometria do concreto dosado, gerada no Betonlab Pro. Tabela 5.1 – Valores de abatimento Ensaio Valor teórico (mm) Valor experimental (mm) Abatimento tronco de cone 66 203 Figura 5.2 – Comparação entre a granulometria do concreto dosado e uma granulometria contínua (Fonte: Próprio autor) Os resultados mostraram um aumento de 68% entre os valores teórico e experimental, referentes ao abatimento por tronco de cone. Observa-se que na granulometria do concreto dosado nesse trabalho há duas descontinuidades (destacadas em vermelho). Portanto, esse aumento no abatimento pode estar associado à falta de grãos intermediários entre as granulometrias do agregado graúdo e miúdo, e entre as granulometrias do agregado miúdo e 61 do cimento, proporcionando assim, uma mistura com pouca coesão, propiciando o seu desmoronamento (ver Figura 5.3). Este comportamento pode ser corroborado com o descrito por Neville (1997), que afirma que, misturas pobres, com tendência a ásperas, podem apresentar abatimento por desmoronamento, ou seja, uma granulometria descontínua pode provocar a tendência de separação dos grãos maiores por efeito da gravidade, devido a se apresentar pouco coesa e facilmente segregável (SOBRAL, 1990, citado por BOGGIO, 2000). Com isso, pode-se inferir que nesta situação, a discrepância entre os dois resultados (teórico e experimental) pode não estar associada ao programa Betonlab Pro e sim à mistura, ou seja, em função da ausência de grãos intermediários, o concreto não se apresentava plástico ou coeso o bastante para a realização do ensaio de abatimento (NBR NM 67, ABNT, 1998). A Figura 5.3 mostra o abatimento da mistura. Figura 5.3 – Ensaio de abatimento realizado na mistura: vista frontal (a) e vista superior (b) (Fonte: Próprio autor) 5.2 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO Na Tabela 5.2 estão apresentados os resultados experimental e teórico (calculado no Betonlab Pro) referentes ao ensaio de resistência à compressão, aos 7 e 28 dias. 64 6 ESTUDO DE CASO: RCD Nessa pesquisa foi verificada, também, a potencialidade do Betonlab Pro para a dosagem de concretos reciclados (com agregados de RCD). Para essa finalidade foi dosado um concreto com 100% de seus agregados sendo agregados de RCD. Os agregados de RCD foram os mesmos utilizados por Carneiro (2011). Segundo o autor, são provenientes da cidade de Feira de Santana (Bahia), e foram coletados em pontos de geração (obras de construção, reforma e demolição) e de descarte clandestino. 6.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS Para esse estudo de caso, foi utilizado o mesmo cimento do concreto moldado com os agregados naturais, e o aditivo superplastificante Muraplast FK 25, caracterizado anteriormente. 6.1.1 Agregado miúdo As propriedades necessárias desse agregado para a alimentação do banco de dados do programa são as mesmas propriedades dos agregados naturais. 6.1.1.1 Distribuição granulométrica A distribuição granulométrica desse agregado foi determinada através do ensaio de peneiramento, preconizado na NBR NM 248 (ABNT, 2003). O módulo de finura e dimensão máxima estão apresentados na Tabela 6.1. A distribuição da granulometria desse agregado está apresentada na Figura 6.1. Tabela 6.1 - Módulo de finura e dimensão máxima do agregado miúdo de RCD Agregado Dimensão máxima característica (mm) Módulo de finura Miúdo RCD 4,80 2,34 65 Figura 6.1 – Curva granulométrica do agregado miúdo RCD (Fonte: Próprio autor) 6.1.1.2 Massa específica A massa específica foi determinada através do ensaio da NBR NM 52 (ABNT, 2003), mesmo procedimento utilizado para os agregados miúdos naturais. O resultado deste ensaio encontra-se apresentado na Tabela 6.2. Tabela 6.2 – Massa específica do agregado miúdo RCD Agregado Massa específica(g/cm³) Miúdo RCD 2,19 6.1.1.3 Absorção de água A absorção de agregados miúdos reciclados não deve ser determinada da mesma forma da realizada para os agregados naturais, pois segundo Leite (2001), é bastante difícil alcançar a condição saturada superfície seca do agregado miúdo RCD, devido a alta coesão entre os grãos, gerada pelo seu elevado teor de finos. Por isso, o ensaio de absorção foi determinado através do procedimento proposto por Leite (2001). Para a realização do ensaio, foram utilizados os seguintes equipamentos: 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,1 1 10 P as sa n te a cu m u la d o ( % ) Peneira (mm) 66 a) Balança digital com resolução mínima de 0,01 g, com capacidade compatível com a massa a determinar. A balança deve conter um dispositivo para manter suspenso na água, pelo centro do prato da balança, o recipiente o qual contém a amostra; b) O recipiente para a amostra do agregado é composto por uma peneira, de abertura nominal de 0,044 mm. A peneira também deve possuir suportes laterais que permitam sua fixação ao dispositivo de pesagem o qual se situa sobre o prato da balança, permitindo que o mesmo fique suspenso em água. A Figura 6.2 mostra a configuração do ensaio. Figura 6.2 – Configuração do ensaio de absorção de água para os agregados de RCD (Fonte: Próprio autor) O ensaio deve ser executado da seguinte forma: a) Determinar a massa do recipiente para a amostra seco e a massa do recipiente submerso; b) Secar a amostra em estufa, à temperatura de (105 - 110)ºC, por um período de 24 horas; c) Deixar a amostra esfriar ao ar à temperatura ambiente. Pesar uma quantidade de material seco e frio entre 1000 e 1500 g. Determinar a massa da amostra seca em estufa (Mseca); d) Colocar a massa seca no recipiente para a amostra; e) Submergir o conjunto (recipiente com a amostra) cuidadosamente em água à temperatura ambiente. Executar a primeira leitura entre 30 e 60 segundos após a imersão do conjunto em água; 69 nesse ensaio foi de 2,88 kg. O resultado do ensaio de compactação mais vibração está apresentado na Tabela 6.4. Tabela 6.4 –Compacidade experimental do agregado miúdo RCD Agregado Compacidade experimental Miúdo RCD 0,77 6.1.2 Agregado graúdo As propriedades necessárias desse agregado para a alimentação do banco de dados do programa são as mesmas das propriedades dos agregados naturais. 6.1.2.1 Distribuição granulométrica A distribuição granulométrica desse agregado foi determinada através do ensaio de peneiramento, preconizado pela NBR NM 248 (ABNT, 2003), mesmo procedimento realizado para todos os outros agregados. O módulo de finura e dimensão máxima estão apresentados na Tabela 6.5. A curva granulométrica desse agregado é apresentada na Figura 6.4. Tabela 6.5 - Módulo de finura e dimensão máxima do agregado graúdo RCD Agregado Dimensão máxima característica (mm) Módulo de finura Graúdo RCD 19,00 6,54 70 Figura 6.4 – Curva granulométrica do agregado graúdo RCD (Fonte: Próprio autor) 6.1.2.2 Massa específica Leite (2001) afirma que, devido ao RCD ser bastante poroso e frágil, seria complicado utilizar o mesmo procedimento usado para a determinação da massa específica de agregados naturais, pois é bastante difícil realizar a secagem superficial desse agregado sem desagregá- lo, e tão pouco afirmar que a água existente nos poros mais superficiais não estaria sendo retirada durante esse processo de secagem, podendo, portanto, mascarar os resultados. Logo, a massa específica do agregado graúdo RCD foi determinada através do ensaio proposto por Leite (2001). Para a realização do ensaio, são necessários os seguintes equipamentos: a) Balança com resolução mínima de 0,1g e capacidade compatível com a massa a determinar; b) Bomba de vácuo capaz de aplicar um vácuo de 88 KPa (66 cm de Hg a 0ºC), com o propósito de remover as bolhas de ar presentes nas partículas do RCD; c) Picnômetro ou balão volumétrico de vidro, com capacidade mínima de 1000 ml, cujo gargalo seja maior do que a dimensão máxima do agregado no mínimo 5 mm), e devendo o recipiente possuir algum dispositivo capaz de ajustar a conexão com a bomba de vácuo; 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 10 100 P as sa n te a cu m u la d o ( % ) Peneira (mm) 71 d) Placa de vidro de seção quadrada, cuja aresta seja maior 2 vezes o diâmetro da abertura do recipiente para a amostra, e espessura de 2mm, no mínimo. O método de ensaio determina também que todo o material passante na peneira de abertura de 4,8 mm deve ser descartado, através de peneiramento a seco, seguido de lavagem cuidadosa dos grãos, em água corrente, com o objetivo de retirar o material pulverulento aderido. O ensaio deve ser executado da seguinte forma: a) Secar a amostra em estufa, à temperatura de (105 - 110)ºC, por um período de 24 horas; b) Deixar a amostra resfriar à temperatura ambiente, pesando, após o resfriamento, uma quantidade de material seca e fria de 800 a 1000g. Determinar a massa da amostra seca em estufa (C); c) Adicionar água à temperatura ambiente no recipiente de vidro, em quantidade suficiente para que a amostra fique submersa, sem preenchê-lo completamente; d) Colocar a amostra no recipiente de vidro contendo a água, mantendo o conjunto tampado com a placa de vidro e em repouso por um período de 24 horas; e) Aplicar o vácuo, durante pelo menos 15 minutos, agitando cuidadosamente o recipiente em intervalos regulares, para promover a saída das bolhas de ar entre os grãos do agregado; f) Completar o recipiente com água, à temperatura ambiente; g) Cobrir o recipiente o qual contém a amostra e a água com a placa de vidro, de modo que não haja nenhuma bolha de ar aprisionada; h) Secar cuidadosamente o conjunto externamente, não permitindo a incorporação de ar ao conjunto; i) Determinar a massa do conjunto amostra+recipiente+água+placa de vidro (A). j) Retirar a amostra do recipiente, lavando-o e em seguida preenchendo-o com água. Colocar a placa de vidro sobre o recipiente de forma que não haja nenhuma bolha de ar aprisionada no conjunto. Secar externamente o conjunto. Determinar a massa do conjunto recipiente+água+placa de vidro (B). A massa específica do agregado graúdo é calculada através da seguinte equação: 74 6.1.2.4 Compacidade experimental O procedimento para a determinação da compacidade experimental é o mesmo para os agregados naturais (compactação mecânica com vibração, cujo protocolo de empacotamento é k = 9,0). A massa de agregado graúdo utilizado foi 5,64 kg. O resultado do ensaio de compactação mais vibração está apresentado na Tabela 6.8. Tabela 6.8 – Compacidade experimental do agregado graúdo RCD Agregado Compacidade experimental Graúdo RCD 0,53 6.1.3 Determinação dos parâmetros “p” e “q” dos agregados de RCD A calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados reciclados foi realizada como descrito para os agregados naturais. Os concretos foram moldados com substituição de 100% do volume dos agregados dos traços REF TR e REF TP, de referência. O resultado da moldagem dos concretos rico e pobre de RCD (MVA TR e MVA TP, respectivamente), está apresentado na Tabela 6.9. A Figura 6.7 ilustra a calibração desses parâmetros dos agregados reciclados no Betonlab Pro. Na Tabela 6.10 estão apresentados os valores do “p” e do “q”. Tabela 6.9 – Consumo (kg/m³) dos materiais constituintes dos concretos e resistência à compressão para a calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados reciclados Consumo e Resistência MVA TP REF TR Consumo de cimento (kg/m³) 229,31 467,53 Consumo de agregado miúdo (kg/m³) 759,71 551,69 Consumo de agregado graúdo (kg/m³) 825,52 897,66 Consumo de água (kg/m³) 291,23 285,19 Consumo de aditivo químico (kg/m³) 3,35 6,08 Resistência à compressão a 1 dia (MPa) 2,96 12,30 Resistência à compressão aos 3 dias (MPa) 5,94 19,70 Resistência à compressão aos 7 dias (MPa) 9,66 24,90 Resistência à compressão aos 28 dias (MPa) 14,92 28,10 75 Figura 6.7 - Calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados reciclados (Fonte: Próprio autor) Tabela 6.10 – Resultado da calibração dos parâmetros “p” e “q” dos agregados reciclados Agregado Parâmetro “p” Parâmetro “q” Miúdo RCD 0,8822 0,02274 Graúdo RCD 0,8822 0,02274 6.2 DOSAGEM DOS CONCRETOS RECICLADOS Foi dosado, através do BetonLab Pro, um concreto reciclado, visando resistência à compressão, aos 28 dias, de 27 MPa. A partir do traço inicial (“Composition” e “Gâchée nº1”) fez-se a primeira otimização da mistura, modificando o consumo de água. Como a resistência à compressão desejada não foi alcançada, realizou-se a segunda otimização, aumentando o consumo de cimento, e reduzindo ainda mais o consumo de água. Na Figura 6.8 encontra-se a proporção final por m3 dos materiais constituintes do concreto convencional, bem como os valores teóricos previstos para as duas propriedades (abatimento e resistência à compressão) que se pretende validar no presente estudo. 76 Figura 6.8 - Proporção final (em kg/m³) dos materiais constituintes do concreto reciclado (Fonte: Próprio autor) O traço unitário, em massa foi 1:1,32:2,27:0,52 (cimento:areia:brita:relação água/cimento). O teor de argamassa da mistura foi de 51%. Assim como no concreto convencional, não foram realizados ajustes experimentais, para poder ser analisada a potencialidade desta ferramenta computacional na dosagem de concretos reciclados, sem a necessidade de ajustes. 6.3 RESULTADOS Os resultados dos ensaios realizados na mistura dosada estão apresentados abaixo. 6.3.1 Abatimento do tronco de cone A Tabela 6.11 mostra o resultado teórico e experimental do ensaio do abatimento do tronco de cone. A Figura 6.9 mostra a granulometria do concreto reciclado dosado, gerada no Betonlab Pro. Proporção final dos materiais constituintes Propriedades do concreto: Abatimento e resistência à compressão 79 Figura 6.11 mostram essa faixa de segurança admitida pelo programa, para os valores de resistência à compressão aos 7 e 28 dias respectivamente, do concreto reciclado estudado. Figura 6.11 – Limites de resistência à compressão aos 07 dias (Fonte: Próprio autor) Figura 6.12 – Limites de resistência à compressão aos 28 dias (Fonte: Próprio autor) 20,24 25,30 30,36 23,94 19 21 23 25 27 29 31 0 1 2 3 4 5 R e si st ê n ci a à co m p re ss ão a o s 0 7 d ia s LIMITES DE RESISTÊNCIA AOS 7 DIAS RCD - BETONLAB PRO Limite Inferior - 20% VALOR TEÓRICO Limite Superior - 20% CP MÉDIO 21,68 27,10 32,52 27,68 20 22 24 26 28 30 32 34 0 1 2 3 4 R e si st ê n ci a à co m p re ss ão a o s 2 8 d ia s LIMITES DE RESISTÊNCIA AOS 28 DIAS RCD - BETONLAB PRO Limite Inferior - 20% VALOR TEÓRICO Limite Superior - 20% CP MÉDIO 80 Observou-se que o valor médio da resistência à compressão, tanto aos 7 quanto aos 28 dias, se encontram dentro da faixa de segurança admitida pelo programa, demonstrando a aplicabilidade do Betonlab Pro, também para a dosagem de concretos com agregados de RCD. 81 7 CONCLUSÕES O programa Betonlab Pro viabiliza a dosagem de concretos, utilizando para tal o método do empacotamento compressível (MEC), que realiza tão somente o empacotamento granular, associado a modelos de comportamento que determinam as propriedades físicas e mecânicas. Algumas das constantes desses modelos são determinadas através de caracterização experimental, sendo necessária a realização de alguns ensaios, a exemplo de compacidade, além dos comumente realizados. Isso é preciso para a composição do banco de dados do programa. A utilização do programa é bastante facilitada pela usabilidade apresentada na interface gráfica do Betonlab Pro. Ao ser realizada a mistura experimental do concreto convencional, ocorreu, para o abatimento do tronco de cone, uma aumento do valor experimental em relação ao teórico. Todavia, essa diferença pode não estar associada ao programa Betonlab Pro, e sim descontinuidade da curva granulométrica deste concreto, ocasionada pela falta de grãos intermediários entre as granulometrias do agregado graúdo e miúdo, e entre as granulometrias do agregado miúdo e do cimento. Isso proporciona uma mistura com pouca coesão, propiciando o seu desmoronamento, o que inviabiliza a análise do abatimento do tronco de cone. Para as resistências à compressão, houve uma queda dos resultados experimentais, quando comparados com os valores teóricos, porém, os resultados experimentais se enquadram na faixa de segurança admitida pelo Betonlab Pro, validando assim a dosagem. Para os concretos reciclados, os valores experimentais do abatimento do tronco de cone foram consideravelmente menores do que os valores teóricos, sendo que esse fato pode estar associado ao maior travamento entre as partículas dos agregados reciclados, função da sua forma e textura superficial, visto que o Betonlab Pro, ao calcular o parâmetro “p”, determina a influência da aderência do agregado à pasta na resistência à compressão, não utilizando esse parâmetro para a determinação do abatimento. A curva granulométrica deste concreto se apresenta contínua, com a presença de finos. A presença de finos aliada ao atrito entre as partículas proporcionam elevada coesão do material, reduzindo o abatimento. Outro fator que pode ter ocasionado essa diferença entre os valores do abatimento é a elevada absorção de água dos agregados reciclados, que acarreta uma rápida perda de trabalhabilidade. No que tange a resistência à compressão axial, os resultados teóricos e experimentais foram bastante próximos, sendo que os valores experimentais se enquadraram 84 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT, NBR 5733, 1991, Cimento Portland de alta resistência inicial. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. ABNT, NBR 5738, 2003, Concreto – procedimento para moldagem e cura de corpos-de- prova. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. ABNT, NBR 7215, 1996. Cimento Portland – determinação da resistência à compressão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. ABNT, NBR NM 23, 2001, Cimento Portland e outros materiais em pó – determinação da massa específica. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro. 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