CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, DA TERRA E
ENGENHARIAS
ENGENHARIA CIVIL
AREIA ARTIFICIAL NO RIO DE JANEIRO: CARACTERÍSTICAS,
APLICABILIDADE EM CONCRETOS E ARGAMASSA DE
REVESTIMENTO
Bruno Villas Boas da Silva
Nova Iguaçu/RJ
2013
CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE
FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS, DA TERRA E
ENGENHARIAS
ENGENHARIA CIVIL
AREIA ARTIFICIAL NO RIO DE JANEIRO: CARACTERÍSTICAS,
APLICABILIDADE EM CONCRETOS E ARGAMASSA DE
REVESTIMENTO
Trabalho de Conclusão de Curso
elaborado pelo Bruno Villas Boas da Silva
Submetido ao Centro Universitário
Geraldo Di Biase Fundação Educacional
Rosemar Pimentel como parte dos
requisitos necessários para obtenção do
grau de Engenheira Civil, sob orientação
da Professora Palmira Maria Faria de
oliveira
Nova Iguaçu/RJ
2013
AREIA ARTIFICIAL NO RIO DE JANEIRO: CARACTERÍSTICAS,
APLICABILIDADE EM CONCRETOS E ARGAMASSA DE
REVESTIMENTO
Autor: Bruno Villas Boas da Silva
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de engenharia civil como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título de bacharel em Engenharia Civil, sob a
orientação da prof ª Palmira Maria Faria de Oliveira.
Aprovado por:
_______________________________________
Profª Msc Palmira Maria Faria de Oliveira
CREA-RJ – nº 1987107504
Presidente
_______________________________________
Profº Paulo Cesar de Araujo Santos
CREA-RJ – nº 54079-D
Membro
________________________________________
Engº Leandro Meira da Silva
CREA-RJ – nº 200519277-5
Convidado externo
Nova Iguaçu/RJ
2013
Dedico este trabalho a Deus acima de tudo
por ter me dado forças e dedicação para
com meus estudos.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por me transmitir forças e ânimo nos momentos difíceis
da minha vida e me proporcionar momentos muito felizes.
A minha mãe Sonia Regina Villas Boas, que me apoiou nos momentos mais difíceis,
sempre me aconselhando a seguir o caminho certo e me incentivando para não desistir.
Agradeço a meus irmãos, Núbia Villas Boas de Miranda, Carlos Renato Villas Boas de
Miranda e Monique Hanna Braga da Silva, ao meu padastro Ubiratan Pinho de Miranda e
ao meu pai Cristiano Soares da Silva que esteve sempre ao meu lado em todos os
momentos, dando total apoio e segurança.
A minha orientadora profª. Palmira Maria Faria de Oliveira, que me ajudou até aqui,
compartilhando seus conhecimentos na produção deste trabalho.
A todos os professores do curso que foram tão importantes na minha vida passando seus
conhecimentos e enriquecendo minha vida acadêmica.
Aos meus amigos que durante 05 anos me acompanharam e me apoiaram em especial o
Marcelo Ribeiro, Sandra Helena, Renato, Carlos Felipe, Helen, Renam, Rodrigo, Wesley,
Reginaldo, Sérgio, Wallace.
O meu convidado Eng. Leandro Meira da Silva, pelo apoio e por participar deste
momento tão importante em minha vida.
Agradeço a Deus pela vida de todos que tiveram paciência comigo, pelo incentivo, pela
força e principalmente pelo carinho.
Valeu a pena toda distância, todo sofrimento, todas as renúncias... Valeu a pena esperar...
Hoje estamos colhendo, juntos, os frutos do nosso empenho!
Esta vitória é muito mais vossa do que minha!
Obrigado!
´´ Cada dia que amanhece assemelha-se a uma página em
branco, na qual gravamos os nossos pensamentos, ações e
atitudes. Na essência, cada dia é a preparação de nosso
próprio amanhã. ``
Chico Chavier.
Silva, Bruno / Villas Boas. Areia Artificial No Rio De Janeiro: Características,
Aplicabilidade Em Concretos E Argamassa De Revestimento. Trabalho de Conclusão
de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Instituto de Ciências Exatas e da Terra.
Centro Universitário Geraldo Di Biase, Nova Iguaçu/RJ, 2013.
RESUMO
O presente trabalho consiste da caracterização e do estudo de aplicabilidade na
construção civil do Rio de Janeiro de areia artificial produzida por pedreira. Com base
nos estudos, o trabalho visar apresentar uma opção tecnológica para construção civil,
podendo proporcionar a diminuição da degradação do meio ambiente. Portanto devem ser
encontradas alternativas para extração de agregado miúdo de cava dos rios, que provocam
diversos impactos negativos ao meio. Além das exigências ambientais existe outro
problema a ser abordado, os finos oriundos do processo de britagem de agregados, e até
mesmo considerado descarte da mineração. Os finos de pedreira, utilizados somente para
aplicações específicas na construção civil, contribuem somente para grandes estocagens,
resultando em capital parado o que não é bom para o desenvolvimento da empresa e
rentabilidade. A areia artificial entra nesse contexto como solução tecnológica, prática e
sustentável com crescente tendência de utilização pelo motivo na qual, o estado, estão se
extinguindo reservas minerais naturais de extração e problemas na aquisição de
licenciamento ambiental. Este trabalho acadêmico objetiva em determinar a
aplicabilidade da areia artificial produzida por pedreira no estado do Rio de Janeiro em
argamassas de revestimentos e concretos estruturais. Para as determinações foram
planejados experimentos baseados em ensaios normatizados em agregados miúdos,
argamassas e concreto. Conclui- se, após a realização e análise dos resultados dos ensaios
de caracterização física e determinação de propriedades físicas e mecânicas, pela
viabilidade técnica e econômica dos materiais estudados.
Palavras-chave: Areia artificial, caracterização, aplicabilidade, sustentabilidade, meio
ambiente.
Silva, Bruno / Villas Boas. Areia Artificial No Rio De Janeiro: Características,
Aplicabilidade Em Concretos E Argamassa De Revestimento. Trabalho de Conclusão
de Curso (Bacharelado em Engenharia Civil) - Instituto de Ciências Exatas e da Terra.
Centro Universitário Geraldo Di Biase, Nova Iguaçu/RJ, 2013.
ABSTRACT
The present work is the characterization and study of applicability in construction of the
Rio de Janeiro produced by artificial sand quarry. Based on studies, the work aimed to
present a technological option for construction and may provide decreased degradation of
the environment. Therefore alternatives for extracting aggregate of cava rivers, causing
several negative impacts to the environment are to be found. In addition to the
environmental requirements there is another problem to be addressed, the fine arising
from the crushing process aggregates, and even deemed disposal of mining. The fine
quarry, used only for specific applications in construction, contributing only for large
storages, resulting in stalled capital which is not good for the company's development and
profitability. The artificial sand gets in this context as a sustainable technological
solution, practical and with increasing tendency to use the ground on which the state are
dying natural mineral reserves and extraction problems in acquiring environmental
permits. This objective academic work in determining the applicability of artificial sand
produced by quarry in the state of Rio de Janeiro in mortar coatings and structural
concrete. For determinations based experiments on standardized tests kids, mortars and
concrete aggregates have been planned. In conclusion, after performing and analyzing the
test results of physical characterization and determination of physical and mechanical
properties, the technical and economic viability of the studied materials.
Keywords: artificial sand, characterization, feasibility, sustainability, environment.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Evolução da produção de agregados no Brasil................................................. 21
Figura 2- Representações granulométricas da areia artificial fina.................................... 30
Figura 3- Representações granulométricas da areia artificial média................................ 32
Figura 4- Aparelho de emissão de ondas ultrassônicas e demonstrações......................... 37
Figura 5- Ensaio para determinação do módulo de elasticidade dinâmico....................... 38
Figura 6- Ensaio para determinação da absorção de água por capilaridade..................... 39
Figura 7- Absorção de água por capilaridade................................................................... 39
Figura 8- Demonstração do efeito de capilaridade em corpo e prova.............................. 40
Figura 9- Concreto sendo traçado em betoneira............................................................... 41
Figura 10- Vista dos painéis prontos para o revestimento................................................ 41
Figura 11- Execução de corte no revestimento................................................................. 42
Figura 12- Corte no revestimento para colagem de pastilha............................................ 43
Figura 13- Colagem da pastilha........................................................................................ 44
Figura 14- Equipamento de tração.................................................................................... 44
Figura 15- Equipamento de tração na posição para acoplamento.................................... 45
Figura 16- Esquema para realização do ensaio................................................................. 45
Figura 17 - (a) – Ruptura na interface do revestimento com o substrato.......................... 46
Figura 18 - (b) – Ruptura da argamassa de revestimento................................................. 47
Figura 19 - (c) – Ruptura do substrato..............................................................................47
Figura 20 - (d) – Ruptura na interface do revestimento com a cola................................. 48
Figura 21- (e) – Ruptura na interface da cola com a pastilha........................................... 48
Figura 22- Ensaio de tração na flexão em argamassa....................................................... 50
Figura 23- Ensaio de compressão em argamassa.............................................................. 51
Figura 24- Ensaio de compressão em corpo-de-prova cilíndrico de concreto.................. 52
Figura 25- Rompimento do corpo-de-prova (resistência à compressão aos 28 dias)....... 53
Figura 26- Módulo de elasticidade dinâmico Ed.............................................................. 55
Figura 27- Médias dos coeficientes de capilaridade......................................................... 58
Figura 28- Média das resistências a aderência à tração.................................................... 62
Figura 29- Resistência mecânica da argamassa................................................................ 64
Figura 30- Gráfico fator água/cimento x resistência à compressão.................................. 66
Figura 31- Gráfico fator água/cimento x total de agregados em massa............................ 66
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Granulometria da areia artificial fina produzida na pedreira Petra agregados no
Rio de Janeiro................................................................................................................... 30
Tabela 2- Ensaios de acordo com as normas regulamentadoras....................................... 31
Tabela 3- Granulometria da areia artificial média produzida na pedreira Petra agregados
no Rio de Janeiro.............................................................................................................. 32
Tabela 4- Ensaios de acordo com as normas regulamentadoras....................................... 33
Tabela 5- Características da argamassa em traços............................................................ 34
Tabela 6- Dosagem experimental de traços de concreto.................................................. 35
Tabela 7- Resultados do ensaio de módulo de elasticidade dinâmico.............................. 54
Tabela 8- Resultados dos ensaios de capilaridade............................................................ 57
Tabela 9- Resultados dos ensaios de aderência à tração................................................... 59
Tabela 10- Resultados dos ensaios de resistência mecânica............................................. 63
Tabela 11- Resultados dos ensaios de compressão com corpos-de-prova........................ 65
Tabela 12- Proporções de materiais para um concreto de ƒck = 20 Mpa......................... 67
Tabela 13- Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento........ 69
Tabela 14- Custo da argamassa produzida com areia natural.......................................... 70
Tabela 15- Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento........ 71
Tabela 16- Custo da argamassa produzida com areia artificial....................................... 72
Tabela17 - Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento........ 72
Tabela 18- Custo da argamassa produzida com areia artificial....................................... 73
Tabela19 - Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento........ 73
Tabela 20- Custo da argamassa produzida com areia artificial....................................... 74
Tabela 21 - Especificações de materiais e volume de argamassa por kg de cimento....... 74
Tabela 22- Custo da argamassa produzida com areia artificial ...................................... 75
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
µm- Mícrons
a/c- Água/ cimento
ABCP- Associação Brasileira de Cimento Portland
ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEPAC- Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados para a
Construção Civil
A - Área
CETEM- Centro de Tecnologia Mineral
COPPE- Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós- Graduação e Pesquisa de Engenharia
CP- Cimento Portland
CP- Corpo de Prova
d- altura do corpo de prova
dm- Decímetro
DNPM- Departamento Nacional de Produção Mineral
Ed- Módulo de Elasticidade dinâmico
ENTAC- Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído
Fc- Carga máxima aplicada
ƒc28- Tensão de ruptura aos 28 dias
ƒc7- Tensão de ruptura aos 7 dias
ƒck- Fator de Resistência do concreto
Ff- Carga aplicada no centro do prisma
g- Gramas
IBAMA- Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
INEA- Instituto Estadual do Ambiente
Kg- Kilograma
Kg/l- Kilograma por litro
khz- Kilo hertz
L – Distância
m- Massa
MG- Minas Gerais
mm- Milímetros
Mpa- Mega Pascal
N- Newton
NBR- Normas Brasileiras de Regulamentação
P- Carga
PIB- Produto Interno Bruto
Ra- Resistência de aderência à tração
Rc- resistência à compressão
Rf- Resistência à tração na flexão
RS- Resistente à Sulfatos
t- tempo
t/hab/ano- Tonelada habitande por ano
UFJF- Universidade Federal de Juiz de Fora
UFRJ- Universidade Federal do Rio de Janeiro
USGS- United States Geological Survey
ρ- Massa específica
υ - Coeficiente de Poisson
SUMÁRIO
1 - INTRODUÇÃO.........................................................................................................
16
1.1 - OBJETIVO GERAL.................................................................................................
17
1.2 - OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................
17
1.3 – JUSTIFICATIVA....................................................................................................
17
2 - VOLUME CONSUMIDO DE AGREGADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL.......
19
3 - AREIA ARTIFICIAL- TENDENCIA E ALTERNATIVA TECNOLÓGICA...
22
4 - CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA BENEFICIADORA DE AREIA
ARTIFICIAL.................................................................................................................
27
4 - A PETRA AGREGADOS...........................................................................................
27
5 - PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL..................................................................
29
5.1- MATERIAIS.............................................................................................................
29
5.2- ARGAMASSAS........................................................................................................
34
5.3 – CONCRETOS..........................................................................................................
34
5.4 - METODOLOGIA DE EXECUÇÃO DE ENSAIOS...............................................
36
5.4.1 - Ensaios em argamassa de cimento e areia artificial.........................................
36
5.4.1.1- Determinação do módulo de elasticidade dinâmico com uso de areia artificial.
36
5.4.1.2 - Determinação da absorção de água por capilaridade.........................................
38
5.4.1.3 - Determinação da resistência de aderência a tração nos corpos de prova
(paredes)............................................................................................................................
41
5.4.1.4 - Determinação da resistência à tração na flexão e a compressão........................
50
5.4.2 – Ensaio em concreto de cimento Portland coma reia artificial........................
52
5.4.2.1 Determinação a resistência a compressão mediante a ser um concreto estrutural
52
6 - ANÁLISES E RESULTADOS.................................................................................
55
6.1 - ARGAMASSA.........................................................................................................
55
6.1.1 - Módulo de elasticidade dinâmico..........................................................................
55
6.1.2 Absorção de água por efeito de capilaridade...........................................................
57
6.1.3 Resistência de aderência à tração............................................................................
60
6.1.4 Resistência à tração na flexão e à compressão........................................................
64
6.2 CONCRETO...............................................................................................................
66
6.2.1- Resistência à compressão.....................................................................................
66
7- CUSTO/BENEFÍCIO DA AREIA ARTIFICIAL EM RELAÇÃO A AREIA
NATURAL.....................................................................................................................
69
7.1 ARGAMASSA...........................................................................................................
69
7.1.1 Comparativo de custo/benefício de traço de areia natural................................
69
7.1.2 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:4............
72
7.1.3 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:5............
73
7.1.4 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:6............
74
7.1.5 Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:7............
75
7.2- CONCRETO ESTRUTURAL...................................................................................
77
8 - CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................
78
9 - CONCLUSÕES..........................................................................................................
80
10 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................
81
1- INTRODUÇÃO
A humanidade é dependente dos recursos minerais para a sua sobrevivência. Com o
passar do tempo às técnicas de extração, modificação e utilização de minerais extraídos da
natureza foram se aperfeiçoando, sendo mais útil para as necessidades construtivas. Porém,
com sua evolução, foi necessária a busca de novas técnicas de construção e de materiais
capazes de impor mais qualidade e resistência à construção civil, possibilitando a redução dos
efeitos da degradação ao meio ambiente.
A produção de agregados é a atividade fundamental para a indústria da construção
civil. Os materiais minerais disponíveis hoje na natureza, como brita e areia, são os grandes
responsáveis pelas construções de empreendimentos, modificando e alterando as paisagens,
aumentando a sua qualidade de vida.
Atualmente, grande parte dos processos de industrialização com atividade econômica é
fonte geradora de resíduos, causando considerável degradação ambiental, desconsiderando
muitas vezes, o desenvolvimento sustentável do ambiente construído. Portanto há um esforço
por parte de órgãos regulatórios e de fiscalização em coibir a exploração das cavas de rios
para produção de areia, isso porque, a atividade provoca diversos impactos negativos ao meio
ambiente. Sendo assim, se observa uma migração dos mineradores para locais cada vez mais
distantes dos grandes centros urbanos consumidores.
17
Com isso a pedreira trata de centrar- se num desafio atual, o aproveitamento racional
dos resíduos provenientes dos processos de britagem, os finos. Além de diminuir o preço de
transporte por estar próximo aos grandes centros, esse produto apresenta outras vantagens,
tais como: redução no impacto ambiental, redução do estoque de finos nas pedreiras e redução
do custo na construção civil.
O presente trabalho trata da areia artificial sendo introduzida no mercado do Rio de
Janeiro pela pedreira da região metropolitana.
1.1- OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem como objetivo determinar as características físicas, aplicabilidade,
viabilidade técnica e econômica de argamassas de revestimento e concretos confeccionados
com areia artificial com substituição total de areia natural.
1.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Transmitir o conceito e descrever o avanço da areia artificial em relação a mitigação
dos impactos ambientais como solução economicamente viável para construção civil no Rio
de Janeiro.
•
Apresentar ensaios de caracterização normatizados em relação a areia artificial
produzida por pedreira no estado do Rio de Janeiro.
•
Obter concretos com resistência média a compressão de 20 Mpa, com substituição
total da areia natural por areia artificial, a partir de um método de dosagem racional.
•
Analisar os resultados obtidos nos ensaios e determinar a aplicabilidade do agregado
em argamassas de revestimento e concreto, ressaltando a substituição e resistência do
concreto estrutural.
18
1.3- JUSTIFICATIVA
O estudo da areia artificial em substituição da areia natural suscita reflexões em
relação aos impactos ambientais e econômicos. A retirada de agregado miúdo (natural) agride
a natureza, principalmente no que se refere aos rios, modificando em muitas vezes sua calha
natural provocando um aumento de vazão de água e/ou acelerando a erosão, afetando a
cobertura vegetal pertinentes as margens. Quando a extração é feita em solo arenoso com a
criação de cavas, estas podem se transformar em lagos propícios a grandes depósitos de
insetos transmissores de doenças, modificando a paisagem natural do meio ambiente.
Órgãos de defesa e fiscalização do meio ambiente como o Instituto Brasileiro do Meio
Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA) e o Instituto Estadual do Ambiente
(INEA), vêm coibindo a prática desordenada de extração de recursos minerais principalmente
de agregado miúdo (natural). Dentro desse contexto, os mineradores estão sendo forçados a se
afastar cada vez mais do mercado consumidor, aumentando o preço final do produto mais
transporte.
Neste cenário o setor de agregados enfrenta ainda a questão de estocagem dos finos
oriundos do processo de britagem. O pó de pedra, utilizado apenas em trabalhos específicos
contribui com o aumento das pilhas de estocagem nas áreas de pedreiras, impactando
diretamente em geração de poeira e estagnação de geração a rentabilidade e retorno do capital
investido.
A areia artificial foi desenvolvida para se tornar viável economicamente e
proporcionar menos impactos negativos ao meio ambiente.
19
20
2- VOLUME CONSUMIDO DE AGREGADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
No Brasil o segmento econômico da construção civil é responsável por 14,8% do PIB,
representando um importante setor da economia no país. Entretanto, a indústria da construção
civil é a responsável por 14 a 50% do consumo dos recursos naturais consumidos pela
sociedade em todo planeta (SILVA FILHO et al., 2002).
A construção de moradias, saneamento básico, ferrovias, rodovias, hidrovias, portos,
aeroportos, viadutos, pontes e outros são exemplo de aplicações dos agregados na construção
civil ligadas ao conceito de geração de valor e qualidade de vida da população.
O consumo de agregados pode ser considerado como um bom indicador do nível de
desenvolvimento econômico e social de um povo. Os Estados Unidos consomem anualmente
7,5 toneladas de agregado por habitante para uso da construção civil, a União Europeia, de 5 a
8 t/hab/ano, enquanto que no Brasil, o consumo está pouco acima de 2t/hab/ano
(VALVERDE, 2001).
21
Segundo o Serviço Geológico Americano (USGS – United States Geological Survey),
o consumo anual de bens minerais por habitante nos EUA, em 2000, foi da ordem de 10.000
kg.
Deste total, 5.700 kg foram de rocha britada e 4.300 kg de areia e cascalho.
Considerando-se que parte da rocha britada foi usada com fins industriais – cimento, cal,
indústria química e metalurgia. Ou seja, 75% do consumo médio americano de bens minerais
foram de agregados para a construção civil.
A produção nacional registrada em 2006 correspondeu a 358 milhões de toneladas,
dos quais, 146,0 milhões de toneladas correspondem a pedras britadas e 212,0 milhões de
toneladas a areia (VALVERDE, 2007). A produção nacional de agregados em 2004
correspondeu a 226,4 milhões de toneladas, sendo 135 milhões de toneladas de pedras
britadas e 128,7 milhões de toneladas de areia (DNPM, 2005).
Em 2005 a produção nacional de agregados atingiu 331 milhões de toneladas (VALVERDE
2006).
A produção brasileira mostra que entre 2001 e 2007 o consumo de brita cresceu
13,85% e a de areia 14,85%. Em escala monetária, o consumo foi estimado em praticamente
dois bilhões de reais anuais no ano de 2007.
A grande quantidade de ocorrências e empreendimentos, bem como o fato de os
produtos serem homogêneos, satisfaz algumas das condições para a existência de mercados
perfeitamente concorrenciais (exceto pelo fato de existirem barreiras a entrada). A implicação
disso é que as forças que mais atuam para a formação dos preços é o estado da demanda e a
capacidade do parque produtor em atendê-la num dado período. Além do transporte, outro
item importante de custo são os equipamentos e peças de reposição, fato normal ao setor
mineral, que geralmente é intensivo em tecnologia. Entretanto, para agregados da construção
22
civil, a tecnologia não representa um custo mais significativo do que o transporte devido à
relativa baixa intensidade tecnológica da mineração de agregados, em comparação aos demais
produtos da indústria mineral. No preço final, o transporte responde por cerca de 1/3 do custo
final da areia, e 2/3 do preço final da brita (DNPM, 2009, p. 8). Este setor é o segmento da
indústria mineral que comporta o maior número de empresas e trabalhadores e o único a
existir em todos os estados brasileiros. As reservas podem ser consideradas abundantes, mas o
acesso a elas depende de fatores como legislação ambiental restritiva, da expansão urbana,
que esteriliza áreas para aproveitamento, e a distância, pois nada adianta uma jazida de boa
qualidade, mas localizada distante demais dos grandes centros consumidores (DNPM, 2009).
No Rio de Janeiro com o aumento da construção civil na região metropolitana, o
distrito areeiro de Seropédica- Itaguaí tornou– se o principal provedor de areia para a
construção civil do estado, produzindo cerca de 6.000.000 m³ de areia (~ 10.000.000
toneladas- mais da metade de toda a produção do estado em 2005) e suprindo cerca de 70% da
areia da região metropolitana, o que significou uma geração de mais de 300 empregos diretos
e dezenas de indiretos.
Atualmente são mais de 80 cavas de extração de areia em atividade, compreendendo
uma área total de 40 km² e a reserva estimada de 540m³ ( todo distrito areeiro).
Portanto há a necessidade de substituição de areia natural por outro agregado que
tenha as mesmas finalidades, além da informalidade prejudicando muito o desenvolvimento
de uma região, não há areia suficiente para o volume atual de construções e a natureza sofre
consequências como agressão à calha dos rios e suas margens. A substituição deste agregado
é uma necessidade ecológica e uma tendência tecnológica (ENTAC, 2006).
Segundo Pereira (2004),a extração da areia natural em leito de rios chega a cerca de
90% os restantes 10% são de outras fontes. Os órgãos de fiscalização ambiental, como o
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente - IBAMA têm restringido essa atividade extrativa.
23
Desta forma, há necessidade de buscar novas localidades, fazendo com que cada vez mais
aumente a distância entre o consumidor e o produtor, sendo em média de 200 km, aumentado
assim cerca de 70% o valor do produto final (PEREIRA, 2004):
FIGURA 1- Evolução da produção de agregados no Brasil
500
450
400
Areia
350
300
Brita
250
Agregados
200
150
100
50
0
9
1
0
2
0
0
8
Fonte: DNPM, (VALVERDE e TS UCHIYA, 2011)
2
0
2
0
0
6
0
5
0
4
0
7
2
0
2
0
2
0
2
0
0
2
0
1
0
0
9
9
0
3
2
0
2
0
2
0
2
0
1
9
9
8
1
9
1
9
9
7
0
24
3- AREIA ARTIFICIAL- TENDENCIA E ALTERNATIVA TECNOLÓGICA
Devido ao grande avanço, a construção civil é a única consumidora de areia,
aumentando a cada ano o volume a ser consumido. Contudo, tendo em vista as eleições de
2014, planos habitacionais, obras contratadas do governo federal e obras visando o
Campeonato Mundial de 2014, a demanda deve aumentar em todo o país e os preços devem
crescer pelo menos até 2014. Particularmente seu uso encontra-se em setores repartidos no
mercado como revendedores (lojistas), fábrica de artefatos de concreto, empresas de prémoldados de concreto, usinas de concreto asfáltico, empresas de concreto usinado e material
para compor terraplenagem (sub-base e base) de rodovias e ferrovias. Estas divisões de
setores são responsáveis pela infraestrutura, construção pesada e moradias contemplando as
edificações em nosso país.
No Rio de Janeiro os principais polos produtores são: Seropédica/Itaguaí, Barra de São João/
Silva Jardim, Cabo Frio e Rio Paraíba do Sul.
Segundo o site da Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados
para Construção Civil (ANEPAC), o consumo de areia está dividido em 35% para argamassa,
20% concreteiras, 15% construtoras, 10% pré-fabricados, 10% revendedores/lojas, 5%
pavimentadoras/ usinas de asfalto, 3% órgãos públicos e 2% outros.
25
Em 2011, o cenário econômico da indústria de construção mostrou que, apesar de terse registrado uma desaceleração das vendas no mercado imobiliário, o crescimento da
construção foi superior ao PIB, com o crédito para habitação em contínua expansão,
manutenção do pleno emprego e elevação dos custos da mão-de-obra (DNPM, 2012).
Na Região Metropolitana do Rio de Janeiro, a situação é uma incerteza, já que há
grandes reservas em exploração dentro da região, principalmente em Piranema, nos
municípios de Itaguaí e Seropédica, fornecedor de 80% da demanda do Grande Rio.
Entretanto, a região já importa areia da região de Campos (250 km do Rio de Janeiro) e do
Vale do Rio Paraíba do Sul (120 km), devido a restrições de órgãos ambientais que proíbem
as extrações em regiões mais próximas dos grandes centros. A situação do Rio de Janeiro
pode se tornar bastante crítica, caso seja proibida a extração de areia em Piranema, ameaça
que constantemente ronda os mineradores. Há que se resolver definitivamente a situação no
local, dando garantias de que a mineração será permitida enquanto houver reservas, sabendo
que diversas formas de vegetação e florestas situadas às margens dos cursos d`água são
consideradas como área de preservação permanentes.
As maiores distâncias de transporte e o maior custo final do produto em grandes
centros urbanos, como Rio de Janeiro, têm criado importantes desafios e oportunidades para
a indústria de agregado no Brasil no sentido de buscar materiais alternativos à areia
natural( ALMEIDA, 2005). No que se refere agregados miúdos para poder fazer as séries
históricas de produção e consumo, foi usada a relação que existe entre o consumo da areia
com o consumo do cimento e informações parciais.
Assim, a produção de 2007 foi estimada em 250 milhões de toneladas, a de 2008 em
279 milhões de toneladas.
26
Para estimativa do consumo histórico da areia, a correlação foi feita com o consumo
do cimento. Em 2005, foram 223 milhões de toneladas; em 2006, 244 milhões; em 2007, 268
milhões. Para 2008, estimou-se um consumo de 301 milhões de toneladas de areia.
Na projeção para 2030, prevê-se que o consumo atinja 524 milhões de toneladas no
“cenário frágil”, 827milhões de toneladas no “cenário vigoroso” e 1.276 milhões de toneladas
no “cenário inovador”, segundo critérios do RT 01 de Calaes.
Segundo Almeida (2005) cerca de 90% da areia consumida é extraída do leito de rios,
sendo responsável pela degradação das matas ciliares e assoreamento dos cursos d`água.
Um material que pode atender essas especificações é a areia produzida a partir de processos
de cominuição de rocha sã, também chamada de areia de brita, areia artificial ou areia
manufaturada (ALMEIDA, 2005).
Segundo Tiecher (2003), ´´ a areia artificial é um produto alternativo, que causa menor
degradação ao meio ambiente. Se utilizada para produção de argamassas denota maior
aderência que a areia natural, pois possui grãos mais angulosos e ásperos ``.
De acordo com Petrucci, (1998), ”as melhores areias artificiais são as que provêm de
granitos e pedras com grande proporção de sílica`”.
São várias as vantagens técnicas obtidas dessa real substituição, dentre as quais são
temos as características e controles constantes realizados nas areias artificiais, com um alto
investimento em mão de obra especializada para tal controle. Mas também existem diferenças
entre esses dois tipos de agregados e, portanto, é necessário adequar este novo produto no que
se refere à distribuição granulométrica (caracterização), (GUACELLI, 2010).
27
De acordo com a ABNT- NBR 9935:2011, define agregado como: ´´Material
granular, geralmente inerte, com dimensões e propriedades adequadas para a preparação de
argamassa ou concreto``.
•
Agregado natural é o material pétreo granular que pode ser utilizado tal e qual
encontrado na natureza, podendo ser submetido a lavagem, classificação ou britagem.
•
Agregado artificial é granular resultante de processo industrial envolvendo alteração
mineralógica, química ou físico- química da matéria-prima original, para uso como agregado
em concreto e argamassa.
•
Agregado miúdo é o agregado cujos os grãos passam na peneira com abertura de
malha 4,75 mm e ficam retidos na peneira com abertura de malha 150 µm, atendidos os
requisitos da ABNT – NBR 7211:2009.
•
Areia é o agregado miúdo originado através de processos naturais ou artificiais de
desintegração de rochas ou provenientes de outros processos industriais.
•
Pó de pedra é o material granular proveniente da britagem de rocha, que passa na
peneira de malha 6,3 mm.
•
Finos são o material granular que passa na peneira com abertura de malha de 150 µm.
•
Materiais pulverulentos são as partículas com dimensão inferior a 75 µm, inclusive os
materiais solúveis em água, presentes nos agregados.
28
A norma ABNT – NBR 9935:1987 classificava como agregado natural aquele que pode ser
utilizado tal e qual encontrado na natureza, a menos de lavagem e seleção; e agregado
artificial como o ´´ resultante de processo industrial , incluindo britagem de rocha ou
pedregulho``.
A norma em vigência NBR 9935:2011, por outro lado, classifica os agregados obtidos
através de processo de britagem como naturais, visto que leva em conta a origem do material,
enquanto a anterior considerava o processo de obtenção (GUACELLI, 2010).
A utilização de agregados miúdos derivados do processo de britagem de rochas já são
utilizados a mais de 30 anos em países desenvolvidos, já notando a importância da
substituição de areia extraídas de leitos de rios.
Dependendo da sua granulometria a areia artificial possui diversas aplicações, quais sejam:

Areia fina (0,075 – 2,00)mm: Argamassa para levantamento de alvenarias e reboco e
serviços em que são utilizadas as argamassas em geral;

Areia média (0,075 – 6,3)mm: Concretos estruturais confeccionados em obras e pré –
fabricados e serviços em que são utilizados os concretos em geral.
Segundo Almeida (2005), são várias as vantagens dessa substituição, e dentre elas
destacam- se as seguintes:

Obtenção de areia com características constantes;
29

Redução dos custos da construção civil;

Baixo teor de umidade;

Proximidade entre produção e consumidor final dos agregados miúdos;

Redução do impacto ambiental decorrente da extração de areia de rio.
Desta forma existem diferenças importantes nas características destes agregados, ou seja:

Na produção de areia artificial, apresenta elevada proporção de partículas menores que
0,075 mm (tipicamente entre 10 e 25 %)- (ALMEIDA 2004). A fim de atender à
especificação granulométrica imposta pela NBR 7211:2009 (agregados para concreto) impõe
um limite de no máximo 10% para concreto submetido a desgaste superficial.

CAMARINI e ISHIKAWA (2004) também chegaram à mesma conclusão em seus
estudos, salientando, ainda, que o teor de material pulverulento não contribui para aumentar a
retenção de água, e que a argamassa produzida com esse agregado melhora a plasticidade,
diminui o teor de ar aprisionado e contribui para o aumento da massa específica.

Segundo SILVA e CAMPITELLI (2005) conclui-se que as partículas da areia britada
são angulosas, portanto menos esféricas, influindo negativamente na trabalhabilidade da
argamassa, sendo esta uma das dificuldades na sua utilização, enquanto que as partículas da
areia natural são sub arredondadas.
30
4- CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA BENEFICIADORA DE AREIA ARTIFICIAL
4.1- A PETRA AGREGADOS
A empresa por atuar no estado de Minas Gerais e na região serrana do Rio de Janeiro,
levou os sócios a despertaram interesses no estado.
Através de uma consultoria bem elaborada conseguiram um terreno próximo à rodovia
presidente Dutra que era uma antiga pedreira desativada, inicialmente pensou-se em um
projeto com capacidade produtiva de 30.000 m³/mês, porém os sócios da Petra concluíram
que o projeto era inviável, por possuir uma área pequena, com o inconveniente adicional de
apresentar vários vizinhos, como por exemplo, pequenas indústrias e moradores localizados
muito próximos à futura instalação.
Em 2010, a empresa voltou a se interessar pelo mercado do Rio de Janeiro, iniciando
buscas por novos terrenos, realizando sobrevoos e prospecções. Mais uma vez não conseguiu
encontrar nenhuma área que fosse vantajosa, pois a região metropolitana do Rio já estava toda
mapeada e as concessões dos morros já se achavam nas mãos de terceiros.
31
A solução encontrada foi viabilizar o terreno no município de Queimados. A área tinha
como maior diferencial o fator logístico por estar localizado próxima a importantes rodovias,
o que facilitaria o escoamento da produção. Assim nasceu a Petra agregados no Rio de
Janeiro, o novo nome engloba a unidade de Minas Gerais e Rio. Iniciou- se o processo de
aquisição de áreas ao entorno de um tamanho de 170.000 m² para 1.200.000 m² de área. A
estimativa de produção de 200.000 m³/mês, assim atendendo as grandes obras do estado e
desenvolvendo sustentabilidade e tecnologia.
O ano de 2011 marcou o começo da prospecção do subsolo através de estudos feitos
por geólogos, que detectaram a presença de rocha entre seis e dez metros de profundidade.
Iniciou – se então a etapa de cotação de preços e subsequente compras de máquinas e
equipamentos de terraplenagem. A escavação do terreno teve início com o trabalho de decape,
e logo percebeu- se que a rocha estava a uma profundidade muito maior do que o esperado. A
empresa contratou novos serviços de sondagem que mostraram que o material de transição
acima da rocha tinha na verdade, aproximadamente 40 metros de espessura, o que gerou
grande preocupação relativa aos custos de decape. Uma solução para este problema foi
buscada e observando- se a composição granulométrica da camada de transição, que era de
85% areia, 7% argila e 8 % pedregulho, aventou- se a possibilidade de beneficiar esse
material em areia artificial sendo hoje a pioneira no mercado do Rio de Janeiro.
32
5- PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
O planejamento experimental deste trabalho foi desenvolvido de modo a conferir as
características da areia artificial produzida pela pedreira Petra Agregados sendo verificado
que até os dias atuais é a única a beneficiar o agregado miúdo no estado do Rio de Janeiro e
determinar sua aplicabilidade em concretos e argamassas de revestimento, verificando
também a parte econômica e financeira em comparação com areia natural. O apêndice A
ilustra um esquema dos ensaios realizados.
5.1- MATERIAIS

Cimento: CP III 32 RS (Resistente a sulfatos)

Areias:
Para produzir e confeccionar argamassas de revestimento e concretos foram utilizados
dois tipos de areias respectivamente, areia fina e areia média produzidos pela pedreira Petra
Agregados. A seguir encontram- se algumas características desses materiais citados:
33
34
1.
Ensaio granulométrico:
TABELA 1- Granulometria da areia artificial fina produzida na pedreira Petra agregados no
Rio de Janeiro.
GRANULOMETRIA
PENEIR
PESO
PORCENTAGEM
A
( mm ) RETIDO RETIDA
ACUMUL.
76
64
50
38
32
25
19
12,5
9,5
6,3
%
4,8
%
2,4
%
2,0
%
1,2
45,3
4,53
%
4,53
0,6
223,7
22,37 %
26,90
0,3
366,4
36,64 %
63,54
0,15
252,5
25,26 %
88,79
0,075
79,1
7,91
%
96,70
FUNDO
33,0
3,30
%
100
TOTAL
1000,0
100,00 %
FIGURA 2- Representações granulométricas da areia artificial fina
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
35
Fonte: Autor
36
TABELA 2- Ensaios de acordo com as normas regulamentadoras
ENSAIOS
DESCRIÇÃO
RESULTADOS
MASSA UNITÁRIA
1,372
NBR NM 52
MASSA ESPECÍFICA
2,674
NBR NM 52
TEOR DE ARGILA
NBR 7218
MATERIAIS PULVERULENTOS 12,79
kg/dm3
kg/dm3
%
%
NBR NM 46
IMPUREZAS ORGÂNICAS
NBR NM 49
MÓDULO DE FINURA
NBR NM 248
DIÂMETRO MÁXIMO
NBR NM 248
< 300
ppm
1,838
2,0
mm
37
TABELA 3- Granulometria da areia artificial média produzida na pedreira Petra agregados no
Rio de Janeiro
GRANULOMETRIA
PENEIRA PESO
PORCENTAGEM
( mm ) RETIDO RETIDA
ACUMUL.
76
64
50
38
32
25
19
12,5
9,5
6,3
%
4,8
30,8
3,07 %
3,07
2,4
226,3
22,63 %
25,70
2,0
62,4
6,24 %
31,95
1,2
107,5
10,75 %
42,70
0,6
170,5
17,05 %
59,75
0,3
174,9
17,49 %
77,25
0,15
130,3
13,03 %
90,27
0,075
65,6
6,56 %
96,84
FUNDO
31,6
3,16 %
100%
TOTAL
1000,1
100 %
FIGURA 3- Representações granulométricas da areia artificial média
Fonte: Autor
%
%
%
%
%
%
%
%
%
38
TABELA 4- Ensaios de acordo com as normas regulamentadoras
ENSAIOS
DESCRIÇÃO
RESULTADOS
MASSA UNITÁRIA
1,422 kg/dm3
NBR NM 52
MASSA ESPECÍFICA
2,660 kg/dm3
NBR NM 52
TEOR DE ARGILA
- %
NBR 7218
MATERIAIS PULVERULENTOS 7,50 %
NBR NM 46
IMPUREZAS ORGÂNICAS
NBR NM 49
MÓDULO DE FINURA
NBR NM 248
DIÂMETRO MÁXIMO
NBR NM 248
< 300 ppm
3,050
6,3 mm
De acordo com a norma ABNT- NBR 7211:2009, Estabelece limites para as faixas
granulométricas (distribuição) do agregado miúdo que podem ser observados nas figuras 2 e
3. Observa- se que tanto a areia artificial fina, utilizada para confecção de argamassa neste
trabalho, quanto a areia artificial média, utilizada na confecção de concretos, estão dentro da
zona utilizável, portanto, segundo a referida norma, poderiam ser utilizadas na confecção de
concretos.
39
5.2- ARGAMASSAS
Para este estudo foram utilizadas quatro proporções de argamassa de cimento e areia
artificial fina variando a quantidade do agregado miúdo de acordo com a tabela 5. O estudo
busca faixas que provavelmente resultaria em argamassas com boa trabalhabilidade e bom
desempenho do revestimento. Portanto, não foram confeccionadas argamassas na proporção
1:3, por resultar em um revestimento muito rígido podendo ter uma probabilidade alta de
retração devido a proporção de cimento no traço e cura acelerada, nem 1:8, por resultar em
uma argamassa de resistência baixa, podendo haver desagregação por não homogenizar a
argamassa.
Os ensaios em laboratório, foram convertidos os traços em volume para traços em massa:
TABELA 5- Características da argamassa em traços
Propriedades
Areia
Areia
Areia
Areia
Cimento
Cimento
Cimento
artifical
artifical
artifical
artifical
1
4
1
5
1
6
1
7
1
4,59
1
5,75
1
6,89
1
8,04
1,14
1,44
1,65
1,89
Cimento
Volume
Massa
Fator a/c
Densidade de
massa no estado
fresco (kg/m³)
Teor de ar
incorporado (%)
Traço
2031,72
1589,17
1585,83
1583,14
4,24
24,17
24,45
24,45
5.3- CONCRETOS
Para o estudo da areia artificial média na aplicação em concreto estrutural como
proposto, foi feito estudo de dosagem racional. Foram utilizadas três composições de traços
específicos, assim denominados traço Rico, Médio e Pobre, nas proporções convertidas em
massa, 1:3,5; 1:5,0 e 1:6,5, respectivamente. Para traçar curvas de referências é utilizado este
método, obtendo valores de resistência `a compressão aos 28 dias, de acordo com diversas
obras e necessidades. Para a confecção dos traços Rico, Médio e Pobre foi utilizada a tabela 6,
em que foi fixado o teor de argamassa em 50%.
40
Pela tabela 6 podemos observar que foram moldados 24 corpos de prova para verificação de
resistência, sendo 8 para cada tipo de traço. Metade foram rompidos aos 7 dias de idade e a
outra metade em 28 dias de idade.
TABELA 6- Dosagem experimental de traços de concreto
PETRA
Referências: Estudo de dosagem
I-R
I-M
Número
Traço Rico
Traço Médio
Traço em
1: m
1 : 3,5
1 : 5,0
Massa
1:areia:brita 1 1,250 2,250 1 2,000 3,000
Teor de argamassa
%
50
50
Cimento
Kg
8,89
6,67
Agregado Miúdo 1
Kg
11,11
13,33
Agregado Miúdo 2
Kg
Brita 1
Kg
20,00
20,00
Água (Kg) para slump
4,64
4,06
8±1
Concreto + tara
Kg
6,72
6,70
Tara
kg
2,98
2,98
Concreto
kg
3,74
3,72
3
Massa Específica
Kg/m
2378,98
2368,37
Consumo por m3
Cimento (Kg)
de concreto
Água ( l )
Relação Água/cimento
Abatimento (mm)
Número de corpos-de-prova
Data de moldagem
462,92
241,64
0,52
7,50
8
31/01/2013
5.4- METODOLOGIA DE EXECUÇÃO DE ENSAIOS
355,46
216,48
0,61
7,00
8
31/01/2013
I-P
Traço Pobre
1 : 6,5
1 2,750 3,750
50
5,33
14,67
20,00
3,88
6,69
2,98
3,71
2362,00
285,89
207,99
0,73
7,50
8
31/01/2013
41
5.4.1- Ensaios em argamassa de cimento e areia artificial
Com os ensaios normatizados abaixo foram realizados em corpos de prova prismáticos
de dimensões 40 x 40 x 160 mm, excluindo se o ensaio de determinação da resistência por
aderência à tração, cujos os corpos de prova são específicos no item correspondente que foi
representado adiante.
5.4.1.1- Determinação do módulo de elasticidade dinâmico com uso de areia artificial
O módulo de elasticidade dinâmico (Ed) foi determinado utilizando-se a Equação 1, de
acordo com a norma NBR 15630:2008, que prescreve o ensaio utilizando-se a seguinte
fórmula:
Ed= ρ.v²
(1) Equação
onde:
Ed= módulo de elasticidade dinâmico;
v= velocidade que a onda ultrassônica leva para percorrer o corpo-de-prova no sentido
longitudinal (em km/s);
ρ = densidade de massa no estado endurecido (em kg/m3);
= coeficiente de Poisson, é a razão entre a deformação transversal e longitudinal quando um
corpo-de-prova é submetido a uma carga de compressão axial. Para argamassas varia de 0,10
a 0,20, sendo tanto menor quanto menor for a capacidade de deformação da argamassa. Foi
adotado para esta pesquisa o valor de 0,20 na norma brasileira.
A velocidade da onda ultrassônica foi obtida utilizando-se a Equação 2:
v
(2) Equação
d = altura do corpo-de-prova (em km); e
42
t = tempo (em segundos) que a onda ultrassônica leva para percorrer a distância d.
Os procedimentos foram utilizados nos corpos de prova de argamassa por ensaio de
emissão de pulso elétrico de baixa frequência ultrassônica (NBR 15630:2008), usando-se
aparelho modelo ´´Tico``, da marca Proceq (figura 4), com transdutores de 54 kHz e forma
direta de leitura (figura 5). Foram utilizados 12 corpos de prova, sendo três para cada traço
especificado, na idade de 40 dias.
Foram utilizadas as seguintes etapas:

Inicialmente regular o equipamento utilizando a barra de referência;

Verificar se as superfícies dos corpos de prova (topo e base) estão limpas e livres de
impurezas e grãos soltos;

Determinar a densidade de massa aparente dos corpos de prova (NBR 13280:2005);

Aplicar o gel em camadas de contato na superfície dos transdutores, de forma que
ocorra extra-razamento ao comprimi-los contra as faces dos corpos de prova. O gel utilizado
para a realização dos ensaios foi a vaselina; e
Fazer a leitura no equipamento especificado anteriormente no tempo t (s) que a onda
ultrassônica que parte da sonda de emissão, demora para percorrer o corpo de prova e
alcançar a sonda de recepção.
FIGURA 4- Aparelho de emissão de ondas ultrassônicas e demonstrações.
Fonte : Autor, 2013.
43
FIGURA 5- Ensaio para determinação do módulo de elasticidade dinâmico
Fonte : Autor, 2013.
5.4.1.2- Determinação da absorção de água por capilaridade
A absorção de água representa a capacidade que a argamassa possui de reter a água de
amassamento contra a sucção da base ou a evaporação. Essa característica é importante, pois
permite a adequada hidratação do cimento, o endurecimento da argamassa de forma gradativa,
garantindo o desempenho esperado no revestimento ou no assentamento.
Este ensaio tem como objetivo determinar a absorção de água por capilaridade da
argamassa endurecida. A absorção é geralmente expressa pela diferença entre a massa do
corpo de prova seco e a massa do corpo de prova de argamassa endurecido, por unidade de
superfície, que se coloca com uma das faces em contato com água durante um tempo de
10min a 90min. A massa de água absorvida é dividida pela área da superfície de contato com
a água.
44
O ensaio de absorção de água pode ser realizado pela NBR 9779 (2012). Como pode
ser observado na figura 6, foram utilizados nesse ensaio de 12 corpos de prova, sendo (três
para cada traço), são parcialmente imersos em água (lâmina d`água igual a 5 +/- 1 mm) `a
temperatura em torno de 20 a 24°C, apoiados sobre uma base de aço. Para a medição da
massa dos corpos de prova utilizou-se um pano úmido para eliminar o excesso de água livre.
Foi dada toda atenção para manter o nível de água durante os procedimentos de
ensaio, adicionando água com uma pipeta.
FIGURA 6- Ensaio para determinação da absorção de água por capilaridade
Fonte: Autor, 2013.
FIGURA 7- Absorção de água por capilaridade
45
Fonte: Autor, 2013.
Capilaridade corpo-de-prova 4 x 4 x 16.
FIGURA 8- demonstração do efeito de capilaridade em corpo e prova
Fonte: Autor, 2013.
46
5.4.1.3- Determinação da resistência de aderência a tração nos corpos de prova
(paredes)
A resistência de aderência à tração é uma das propriedades fundamentais das
argamassas de revestimento de paredes e tetos e entre os fatores que influenciam este
requisito podem-se citar: a condição superficial do substrato e a proporção das matériasprimas como a areia artificial. O objetivo deste trabalho foi analisar a resistência de aderência
à tração de revestimento de argamassa para parede. Este estudo justificou-se pela necessidade
de iniciar análise desta natureza no Rio de Janeiro devido a substituição da areia natural. Para
realizar o referido experimento, as marcações dos corpos de prova, os cortes do revestimento,
as colagens das pastilhas no substrato e o ensaio de resistência de aderência foram efetuados
em consonância com a ABNT NBR 13528:2010, determinação da resistência de aderência à
tração de revestimento de paredes e tetos de argamassas inorgânicas.
a)
Experimento (ensaio)
a.1) Estrutura dos corpos de prova
A argamassa de revestimento do substrato foi preparada em betoneira no laboratório
(figura 9) e foi constituída de cimento e agregado miúdo (areia artificial), aplicada nos painéis
de alvenaria nos quatro traços 1:4,1:5, 1:6 e 1:7 (figura 10).
FIGURA 9- Concreto sendo traçado em betoneira
47
Fonte: Autor, 2013.
FIGURA 10- Vista dos painéis prontos para o revestimento
Fonte: Autor
48
a.2) Definição e disposição da amostragem
Após estar definida a área de revestimento necessária para o ensaio dos 12 corpos de
prova nos painéis, também foram definidos as disposições, sendo quatro localizados na junta
horizontal da alvenaria, quatro na junta vertical e quatro no bloco cerâmico.
a.3) Retirada das amostras com cortes no revestimento aplicado
Os cortes foram realizados antes da colagem das pastilhas (figura 11) com seção circular
e lâmina cerra copo. Conforme na figura abaixo pode- se observar que o corte foi feito a seco
para não comprometer as características da argamassa de revestimento e até a 5 mm dentro do
substrato.
FIGURA 11- Execução de corte no revestimento
Fonte: Autor, 2013.
49
a)
Determinação dos pontos e fixação das pastilhas para os ensaios
b.1) Preparo e limpeza da superfície
Foi utilizado uma fita crepe para remover todas as partículas soltas, complementando
com as demais partículas descartáveis que não foi possível ser retiradas inicialmente, assim
deixando a superfície limpa e já delimitada para próxima etapa (figura 12).
FIGURA 12 – Corte no revestimento para colagem de pastilha
Fonte: Autor, 2013.
50
b.1) Aplicação com colagem das pastilhas a serem utilizadas no ensaio
A superfície da pastilha deve estar isenta de quaisquer resíduos. Para a colagem de
pastilhas de seção circular em superfície vertical é necessário o auxilio de uma chapa ou
papelão para impedir o escorrimento da cola e o deslizamento da pastilha. Aplicando a cola
com uma espátula sobre o revestimento durante 30 segundos e observando a fixação da
mesma, assim estará iniciando todo o processo de colagem, o excesso de cola foi removido
com um auxílio de uma lâmina.
Colar a pastilha no centro do CP delimitado pelo corte para evitar a aplicação do esforço de
tração excêntrico.
51
FIGURA 13- Colagem da pastilha
Fonte: Autor
b) Ensaio e etapas
c.1) Taxa de carregamento aplicada
A taxa de carregamento é em função da resistência de aderência à tração provável de
tal modo que o ensaio dure entre 10 e 80 segundos, aplicados.
c.1) Equipamento de tração (acoplamento)
O acoplamento do equipamento de tração à pastilha conforme ilustram as figuras 14 e
15 de acordo com a norma NBR 13528 (ABNT, 1995),
52
FIGURA 14- Equipamento de tração
Fonte: Autor, 2013.
FIGURA 15- Equipamento de tração na posição para acoplamento
53
Fonte: Autor, 2013.
FIGURA 16- Esquema para realização do ensaio
Fonte: Santos, 2008.
c.3) Esforço de tração
O esforço de tração foi aplicado perpendicularmente ao corpo de prova com taxa de
carregamento do equipamento, até a ruptura do mesmo, verificando a calibração do
equipamento, garantindo a correta velocidade de carregamento e garantir a perfeita
perpendicularidade entre o esforço exercido pelo equipamento e o revestimento.
54
c.4) Registro de cargas fornecidas
O registro de carga de ruptura do corpo de prova foi anotada, em N;
c.5) Possíveis falhas de colagem das pastilhas para o ensaio
Deve-se examinar todas as pastilhas de corpo de prova ensaidos (arrancados) quanto a
eventuais falhas de colagem ou procedimentos. Em caso de falhas dessas naturezas as
determinações devem ser repetidas.
c.6) Formas e demonstrações de rupturas de corpos de prova
Examinadas e registradas a forma de ruptura do corpo-de-prova conforme as situações das
figuras abaixo:
FIGURA 17 (a) – Ruptura na interface do revestimento com o substrato
Fonte: Santos, 2008.
55
FIGURA 18 (b) – Ruptura da argamassa de revestimento
Fonte: Santos, 2008.
FIGURA 19 (c) – Ruptura do substrato
Fonte: Santos, 2008.
56
FIGURA 20 (d) – Ruptura na interface do revestimento com a cola
Fonte: Santos, 2008.
FIGURA 21 (e) – Ruptura na interface da cola com a pastilha
Fonte: Santos, 2013.
c.7) Informações sobre o revestimento ensaiado
A espessura do revestimento e de suas camadas constituintes foram medidas e registradas.
57
d) Cálculo da resistência de aderência à tração
A resistência de aderência à tração é calculada pela seguinte fórmula:
Ra =
Onde:
(Equação 3)
Ra = resistência de aderência à tração (MPa);
P = carga de ruptura (N); e
A = área da pastilha (mm2);
Nota:
•
A carga (P) e a área (A) devem ser registradas na fórmula em números
Inteiras, enquanto que os valores de resistência de aderência à tração devem ser expressos
com duas casas decimais;
•
O cálculo da média e do coeficiente de variação da resistência de aderência à tração
somente pode ser feito para as pastilhas que apresentarem a mesma forma de ruptura.
5.4.1.4- Determinação da resistência à tração na flexão e a compressão
O ensaio de resistência à tração na flexão e resistência à compressão foi realizado conforme
prescreve a norma ABNT- NBR 13279:2005 no laboratório da associação Brasileira de
Cimento Portland (ABCP) no estado de São Paulo, (figura 22)
a) Calculo da resistência à tração na flexão, (fórmula matemática)
A resistência à tração na flexão é calculada pela seguinte fórmula:
Rf
(Equação 4)
58
Onde:
Rf = resistência à tração na flexão (MPa);
Ff= carga aplicada no centro do prisma (N);
L = distância entre os suportes (mm); e
D = altura do corpo de prova (mm).
FIGURA 22- Ensaio de tração na flexão em argamassa
Fonte: Autor, 2013.
b) Calculo da resistência à compressão, (fórmula matemática)
O ensaio para determinação da resistência à compressão é realizado utilizando- se as duas
partes dos corpos- de- prova obtidas após o ensaio de flexão (figura 23). A resistência à
compressão é calculada pela seguinte fórmula matemática:
(Equação 5)
Rc
Onde:
Rc = resistência à compressão (MPa);
Fc= carga máxima aplicada (N); e
59
D = altura do corpo de prova (mm).
FIGURA 23- Ensaio de compressão em argamassa
Fonte: Autor, 2013.
5.4.2 Ensaio em concreto de cimento Portland com areia artificial
5.4.2.1 Determinação a resistência a compressão mediante a ser um concreto estrutural
Para realizar os ensaios de rompimento foram feitos os procedimentos para moldagem
e cura de corpos-de-prova conforme segundo as prescrições da norma ABNT- NBR
5738:2003.
O ensaio de resistência a compressão de corpos de prova cilíndricos de concreto foi
realizado como prescreve a norma ABNT – NBR 5739:2007.Para a execução deste ensaio
utilizamos a prensa do laboratório da UFJF/ MG.
Foram moldados oito corpos-de-prova cilíndricos de dimensões 100 x 200 mm para
cada traço (Rico, Médio e Pobre), segundo as prescrições da norma ABNT- NBR 5738; 2003.
Para a determinação da resistência à compressão axial metade dos corpos-de-prova foram
rompidos aos 7 dias de idade e a outra metade aos 28 dias de idade.
60
O carregamento exercido foi aplicado continuamente e sem choques (que poderiam
comprometer os ensaios), com a velocidade de carregamento de (0,45+/- 0,15) Mpa/s. A
velocidade de carregamento foi mantida constante durante todo o ensaio.
Neste procedimento o carregamento exercido sobre o corpo- de-prova só cessou quando
houve uma queda de força, que indicou a sua ruptura. A resistência à compressão foi
calculada através da seguinte expressão matemática:
(Equação 6)
Onde:
= resistência à compressão (MPa);
F = força máxima alcançada (N); e
D = diâmetro do corpo de prova (mm).
FIGURA 24- Ensaio de compressão em corpo-de-prova cilíndrico de concreto
Fonte: Autor, 2013.
61
FIGURA 25- Rompimento do corpo-de-prova (resistência à compressão aos 28 dias)
Fonte: Autor, 2013.
62
6- ANÁLISES E RESULTADOS
6.1- ARGAMASSA
6.1.1- Módulo de elasticidade dinâmico
TABELA 7- Resultados do ensaio de módulo de elasticidade dinâmico
ARGAMASSA 1:4
IDADE: 40 DIAS
4 X 4 X 16
CP
MASSA
(G)
LEITURA
(µs)
DISTÂNCIA VELOC.
(mm)
(km/s)
DENS.
(kg/m³)
COEF.
POISSON
Ed
(Gpa)
1
479,83
59,4
160
2,69
1.874,34
0,2
12,24
2
475,49
61,4
160
2,61
1.857,38
0,2
11,35
3
485,55
56
160
2,86
1.896,68
0,2
13,93
DENS.
(kg/m³)
COEF.
POISSON
Ed
(Gpa)
ARGAMASSA 1:5
IDADE: 40 DIAS
4 X 4 X 16
CP
MASSA
(G)
LEITURA
(µs)
DISTÂNCIA VELOC.
(mm)
(km/s)
1
475,26
65,3
160
2,45
1.856,48
0,2
10,03
2
471,1
67,4
160
2,37
1.840,23
0,2
9,33
3
470,83
65,9
160
2,43
1.839,18
0,2
9,76
DENS.
(kg/m³)
COEF.
POISSON
Ed
(Gpa)
ARGAMASSA 1:6
IDADE: 40 DIAS
4 X 4 X 16
CP
MASSA
(G)
LEITURA
(µs)
DISTÂNCIA VELOC.
(mm)
(km/s)
1
470,44
71,2
160
2,25
1.837,66
0,2
8,35
2
472,21
69,3
160
2,31
1.844,57
0,2
8,85
3
470,77
72,6
160
2,2
1.838,95
0,2
8,04
DENS.
(kg/m³)
COEF.
POISSON
Ed
(Gpa)
ARGAMASSA 1:7
IDADE: 40 DIAS
4 X 4 X 16
CP
MASSA
(G)
LEITURA
(µs)
DISTÂNCIA VELOC.
(mm)
(km/s)
1
459,72
79,7
160
2,01
1.795,78
0,2
6,51
2
458,72
82,5
160
1,94
1.791,88
0,2
6,07
3
463,95
84,9
160
1,88
1.812,30
0,2
5,79
63
FIGURA 26 – Módulo de elasticidade dinâmico Ed.
14,00
12,51
12,00
9,71
10,00
)a
p 8,00
M
( 6,00
d
E
8,41
6,12
4,00
2,00
0,00
1:4
1:5
1:6
1:7
Fonte: Autor
É notório a diminuição do módulo de elasticidade dinâmico com a diminuição da
relação aglomerante /agregado.
A elasticidade é a capacidade que a argamassa apresenta em se deformar sem que
ocorra ruptura, retornando às suas dimensões inicias quando cessam as solicitações que lhes
são impostas (CINCOTO; SILVA; CARASEK, 1995).
Segundo Silva (2006) existe uma correlação linear entre o módulo de elasticidade e a
resistência a tração m flexão. Ainda segundo Silva (2006) há também uma correlação
logarítmica entre módulo de elasticidade e a resistência de aderência a tração. A realidade é
que essas grandezas estão intimamente relacionadas e quanto maior o tempo necessário para a
onda percorrer o corpo de prova (CP) maior é a sua resistência mecânica, seja à tração na
flexão, à compressão ou na aderência à tração.
De acordo com Sabbatini (1994), a capacidade de absorver deformações é uma
propriedade equacionada pela resistência à tração e módulo de elasticidade do revestimento.
Esta propriedade permite ao revestimento deformar-se sem ruptura ou através de
64
microfissuras imperceptíveis, quando os esforços atuantes ultrapassam o limite de resistência
à tração do material.
Pode- aferir com base nos resultados dos ensaios que a argamassa 1:4 possui menor
elasticidade, porém com a diminuição da relação aglomerante/agregado essa característica
aumenta, sendo que a argamassa 1:7 é a mais elástica dentre as analisadas acima.
6.1.2 Absorção de água por efeito de capilaridade
TABELA 8- Resultados dos ensaios de capilaridade
1:4
cp 4
cp 5
cp 6
Média
1:5
cp 4
cp 5
cp 6
Média
1:6
Massa
Massa
Massa
inicial
do cp
do cp
do cp
aos 10
aos 90
min (g) min (g)
(g)
471,90 479,62 490,66
482,73 488,78 497,48
471,62 479,89 492,22
475,42 482,76 493,45
Massa
Massa
Massa
inicial
do cp
do cp
do cp
aos 10
aos 90
min (g) min (g)
(g)
469,04 476,92 491,25
467,32 476,25 492,46
458,36 467,72 483,59
464,91 473,63 489,10
Massa
Massa
Massa
inicial
do cp
do cp
do cp
aos 10
aos 90
(g)
min (g)
min (g)
Coef de
Capilaridade
(g/dm². min1/2)
11,04
8,70
12,33
10,69
Coef de
Capilaridade
(g/dm². min1/2)
14,33
16,21
15,87
15,47
Coef de
Capilaridade
(g/dm². min1/2)
Absorção de
Absorção de
água por
água por
capilaridade aos capilaridade aos
10 min (g/cm²)
0,48
0,38
0,52
0,46
90 min (g/cm²)
1,17
0,92
1,29
1,13
Absorção de
Absorção de
água por
água por
capilaridade aos capilaridade aos
10 min (g/cm²)
0,49
0,56
0,59
0,55
90 min (g/cm²)
1,39
1,57
1,58
1,51
Absorção de
Absorção de
água por
água por
capilaridade aos capilaridade aos
10 min (g/cm²)
90 min (g/cm²)
65
cp 4
cp 5
cp 6
Média
1:7
cp 4
cp 5
cp 6
Média
469,45
464,12
464,58
462,72
471,10
490,33
477,85
479,76
489,45
498,16
498,70
495,44
Massa
Massa
Massa
inicial
do cp
do cp
do cp
aos 10
aos 90
(g)
min (g) min (g)
465,80 480,69 504,40
464,87 478,68 502,20
461,96 477,29 500,30
464,21 478,89 502,30
18,35
7,83
20,85
15,68
Coef de
Capilaridade
(g/dm². min1/2)
23,71
23,52
23,01
23,41
FIGURA 27- Médias dos coeficientes de capilaridade
Fonte: Autor
0,73
1,64
0,83
1,07
1,88
2,13
2,13
2,05
Absorção de
Absorção de
água por
água por
capilaridade aos capilaridade aos
10 min (g/cm²)
0,93
0,86
0,96
0,92
90 min (g/cm²)
2,41
2,33
2,40
2,38
66
Os revestimentos de argamassa tem por finalidade em edificações, a impermeabilidade
à água e proteger contra as intempéries, principalmente ser for na parte externa. Este
fenômeno pode ser compreendido através da movimentação da água pelos capilares do
revestimento de argamassa utilizando o coeficiente de capilaridade (SILVA, 2006).
Pode-se observar na figura 27 um aumento do coeficiente de capilaridade com a
diminuição da relação aglomerante/agregado. Argamassas mais porosas (menos cimento e
finos) são mais vulneráveis ao fenômeno de capilaridade, pois segundo Silva(2006) a altura
da penetração da água é inversamente proporcional ao raio dos capilares, que tende ser maior
nos traços com menos percentuais de cimento.
67
6.1.3- Resistência de aderência à tração
Local de
1:4
1:5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
ruptura(N)
(Mpa)
Bloco
H V
Argamassa Cola
(mm²)
Argamassa
d3
Tensão Ra
Chapisco. Argamassa
d2
Carga de
Chapisco
d1
Área
Substrato
Traço CP
Forma de ruptura (%)
ensaio
Junta
Substrato. Chapisco
Diametro (mm)
Profundidade de ruptura (mm)
TABELA 9- Resultados dos ensaios de aderência à tração
50,0 50,0 50,0 1963,50
460
=
0,23
50,0 50,0 50,0 1963,50
50,0 50,0 50,0 1963,50
333
852
=
=
0,17
0,43
29,1
50,7 50,0 50,4 1991,08
323
=
0,16
26,1
OBS.
32,0
*
*
*
50,7 50,7 50,7 2018,86
50,4 50,6 50,5 2002,96
50,5 50,5 50,5 2002,96
303
891
254
>
=
=
Média
0,15
0,44
0,13
0,24
28,6
28,6
26,3
50,5 50,1 50,3 1987,13
50,6 50,9 50,8 2022,84
911
833
=
=
0,46
0,41
27,0
29,0
*
68
4
5
6
7
1:6
1:7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
51,0
50,5
50,5
50,5
50,5
51,0
51,0
51,0
50,8
50,8
50,8
50,8
2022,84
2022,84
2022,84
2022,84
803
431
852
392
=
>
>
>
Média
0,40
0,21
0,42
0,19
0,35
33,5
50,0
50,0
50,7
50,5
50,1
50,0
50,8
50,3
50,1
50,0
50,8
50,4
1967,42
1963,50
2022,84
1995,04
715
332
715
539
=
=
=
=
0,36
0,17
0,35
0,27
28,2
26,3
24,1
30,7
26,7
32,5
*
50,0 50,0 50,0 1963,50
50,4 50,2 50,3 1987,13
50,4 50,2 50,3 1987,13
745
705
401
50,3 50,4 50,4 1991,08
50,6 50,5 50,6 2006,93
49,1 50,0 49,6 1928,31
225
322
354
50,5 50,6 50,6 2006,93
284
0,38
=
0,35
=
0,20
Média 0,30
>
0,11
>
0,16
>
0,18
*
**
24,2
26,1
19,0
27,3
27,0
*
=
0,14
27,2
*
*
50,4 50,3 50,4 1991,08
50,4 50,3 50,4 1991,08
558
646
=
0,28
=
0,32
Média 0,20
Observação:
*rompimento na montagem do aparelho para ensaio
**´´fim de curso`` (passou varias vezes de 700 N e não rompeu. Máx. 745 N)
20,9
20,1
69
70
FIGURA 28 – Média das resistências a aderência à tração
Fonte; Autor
Segundo Selmo (1986) em estudos experimentais realizados constatou que a relação
água/cimento (a/c) das argamassas no estado fresco, em massa, pode ser tomada como
variável determinante na resistência de aderência à tração. Foi constatado pela autora que
ocorre decréscimo da resistência de aderência à tração com o aumento da relação
água/cimento. Conforme mostra a figura 28, este fato também ocorreu neste estudo
experimental.
Segundo a norma ABNT – NBR 13749:1996, que estabelece os limites mínimos de
resistência de aderência à tração para argamassas, revestimentos externos devem possuir essa
resistência maior ou igual a 0,3 Mpa e revestimentos internos, maior ou igual a 0,20 Mpa.
Assim, os traços 1:5 e 1:6 atendem às exigências normativas para revestimento externo e
interno e os traços 1:4 e 1:7 para revestimento interno.
71
6.1.4- Resistência à tração na flexão e à compressão
TABELA 10 - Resultados dos ensaios de resistência mecânica
Traço 1:4
Traço 1:5
Cps nº FLEXÃO MPa CAPS nº FLEXÃO MPa
1
1136
2,66
1
1018
2,39
2
1024
2,40
2
720
1,69
3
1360
3,19
3
1084
2,54
4
1002
1,88
4
654
1,53
Média
1131
2,53 Média
869
2,04
COMPRESSÃO MPa
COMPRESSÃO
MPa
1
2
3
4
5
6
7
8
Média
1
2
3
4
5
6
7
8
Média
8,99
8,41
6,87
6,72
7,88
7,43
6,77
5,44
7,31
19510
18780
17020
16610
20320
20170
16200
15900
18064
12,19
11,74
10,64
10,38
12,7
12,61
10,13
9,94
11,29
Traço 1:6
14380
13450
10990
10750
12600
11880
10830
8710
11699
Traço 1:7
Cps nº FLEXÃO MPa
1
590
1,38
2
748
1,75
3
704
1,65
4
533
1,25
Média
644
1,51
Cps nº
1
2
3
4
Média
COMPRESSÃO MPa
COMPRESSÃO
1
2
3
4
5
6
7
8
7500
8120
9270
9160
10950
9810
8640
8950
4,69
5,08
5,79
5,73
6,84
6,13
5,40
5,59
1
2
3
4
5
6
7
8
FLEXÃO
478
517
548
448
4978
5780
5910
6590
6440
6620
6390
6460
6240
MPa
1,12
1,21
1,28
1,05
1,17
MPa
3,61
3,69
4,12
4,03
4,14
3,99
4,04
3,90
72
Média
9050
5,66
Média
6304
3,94
FIGURA 29- Resistência mecânica da argamassa
Fonte: Autor
Pode- se observar com a diminuição da relação agregado/aglomerante houve uma
diminuição da resistência mecânica. Segundo Silva (2006) os revestimentos de argamassa
estão mais ligados à resistência à tração na flexão do que propriamente na resistência à
compressão e, muitas vezes, a baixa resistência à tração na flexão não permite ao
revestimento suportar tensões, provocando assim as patologias nos revestimentos.
73
6.2- CONCRETO
6.2.1- Resistência à compressão
TABELA 11- Resultados dos ensaios de compressão com corpos de prova
Traços
Rico
Médio
Pobre
CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
CP 1
CP 2
CP 3
CP 4
Rompimentos 07 dias
Fc7 (MPa)
Média
23,94
20,63
20,12
17,57
18,33
17,57
15,53
16,30
15,79
16,3
8,91
9,42
9,68
10,44
9,93
Rompimentos 28 dias
Fc28 (MPa) Média
29,5
28,52
29,02
30,05
28,01
27,25
24,19
24,57
24,95
25,72
16,81
16,55
16,43
16,04
16,30
Esses resultados de compressão possibilitaram traçar os gráficos do fator água/cimento
x resistência à compressão e fator água/cimento x total de agregados em massa. Os valores
foram encontrados através de uma média tirada do quantitativo de corpos de prova moldados
para cada traço especificado.
Usualmente para encontrar um valor de resistência à compressão no concreto
estrutural, é necessário o auxílio da curva a/c da figura 30 que é a relação água/cimento
correspondente, com esse valor achado na curva obtém–se a quantidade total de agregados
(m), em massa, através da figura 31. Dar- se prosseguimento ao cálculo da quantidade de
agregado miúdo (a) com auxílio da equação 6 :
(Equação 7)
74
A quantidade total de agregados (m) é a soma da quantidade de agregado miúdo (a)
com a quantidade de agregado graúdo (b), assim sendo possível calcular este último voltando
na equação 6.
Nossa referência neste trabalho é um concreto estrutural de resistência `a compressão
igual a 20 Mpa possibilitando demonstrar as proporções de cada material bem próximos às
usualmente empregadas.
FIGURA 30 – Gráfico fator água/cimento x resistência à compressão
FIGURA 31- Gráfico fator água/cimento x total de agregados em massa
TABELA 12- Proporções de materiais para um concreto de ƒck = 20 Mpa
Fck (MPa)
Traço em MASSA
cimento
Areia
Brita
Traço em VOLUME
cimento
Areia
Brita
75
20
1
2,38
3,38
1
1,68
2,82
76
7- CUSTO/BENEFÍCIO DA AREIA ARTIFICIAL EM RELAÇÃO A AREIA
NATURAL
7.1- ARGAMASSA
7.1.1- Comparativo de custo/benefício de traço de areia natural
Para estabelecer o traço de argamassa de revestimento com areia natural com a
finalidade de comparar com a argamassa de revestimento feita com areia artificial, foi
realizada uma pesquisa em diversas obras do estado do Rio de Janeiro, a fim de encontrar um
traço mais usual entre as obras por profissionais do setor.
O traço encontrado foi o 1:2:3, respectivamente, sendo (cimento, areola e areia
natural). Areola é o nome dado no Rio de Janeiro quando extraída de cava, pois possui grande
quantidade de finos (argila) e auxilia na deficiência da areia natural em não ter finos em
proporções suficientes para produzir uma argamassa de revestimento com facilidade em ter
aderência em aplicações.
Para determinar o volume de argamassa para cada kg de cimento, foi achada a massa
unitária em (kg/l) e a massa específica real (kg/l) de cada material conforme a tabela 13.
77
TABELA 13- Especificações de matérias e volume de argamassa por kg de cimento
TRAÇO
Massa
Material
Cimento
Cal
Areia Ind.
Areia Nat.
Areola
Clarofilito
Água
Volume de argamassa com 1 Kg de
cimento:
unit.
M. E.
Traço
(Kg/l)
Volume
1,17
0,52
1,34
1,45
1,30
1,20
1
0
0
3
2
0
Material
Mas
sa
1,00
0,00
0,00
3,72
2,22
0,00
1,64
Real
(Kg/l)
Cimento
Cal
Areia Ind.
Areia Nat.
Areola
Clarofilito
3,10
2,20
2,67
2,63
2,57
2,70
4,24 litros
Na Tabela 14 é possível analisar o custo do traço em m³, o custo do profissional ao
realizar o peneiramento, pois a areia natural a granulometria não é padronizada obrigando-se
efetuar o peneiramento em toda aquisição do agregado chegando nas obras.
78
TABELA 14- Custo da argamassa produzida com areia natural
Consumo de materiais/m³ de
PREÇOS
argamassa:
Kg
saco 50
m³
Kg
Cimento
Cimento
235,80
Cal
R$ 18,00
saco 20
0,00
Cal
Areia Ind.
0,00
Areia Nat.
Areola
Clarofilito
876,68
523,99
0,00
Água
386,71
Custo servente (areia no traço)
Custo servente (areola no traço)
0,00
0,60
0,40
R$ 5,35
Areia Ind.
Areia Nat.
Areia Nat. + perda
Clarofilito
R$ 7,92
R$ 5,28
Kg
Areola
Areola + perda
Custo servente/m³
Kg
R$
0,36
Kg
R$
0,27
m³
R$ 0,00
R$ 48,00
R$ 57,60
saco 18
Kg
Kg
R$
R$ 5,50
0,31
R$ 48,00
R$ 57,60
R$ 13,10
Custo total do m³ de argamassa da obra:
R$ 156,13
Através da tabela 14 é possível observar o quantitativo dos materiais, consumo de
água por cada traço em relação ao fator água/cimento, o custo individual da areia natural
vendida nos areais da região metropolitana do Rio de Janeiro com a logística do transporte.
Assim possibilitou chegar a um valor por m³ de argamassa, geralmente usados nas obras.
7.1.2- Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:4
TABELA 15 - Especificações de matérias e volume de argamassa por kg de cimento
TRAÇO
Material
Massa unit.
Traço
(Kg/l)
Volume Massa
79
Cimento
Areia Ind.
Água
1,17
1,34
1
4
1,00
4,58
1,64
Volume de argamassa com 1 Kg de cimento:
3,68 litros
Podemos observar que com a areia artificial os materiais se resumem em cimento,
agregado miúdo (areia artificial) e água. Isso porque como explicitado anteriormente ela passa
por um processo de controle de granulométrico que contém um percentual de 11 a 16% de
pulverulento passante na peneira de 0,075 mm e granulometria máxima de 2 mm.
Com esse percentual de pulverulento ela inibe qualquer adição de outro agregado ou
produto para facilitar na aderência da argamassa de revestimento, contudo este traço o
rendimento em volume para cada kg de cimento é ligeiramente inferior.
80
TABELA 16- Custo da argamassa produzida com areia artificial
PREÇOS
Consumo de materiais/m³ de argamassa:
Kg
Cimento
Areia Ind.
Água
m³
271,86
1.245,44
0,93
Cimento
Areia Ind.
saco 50 Kg
Kg
R$ 18,00
R$ 0,36
m³
R$ 55,00
445,85
Custo total do m³ de argamassa Petra:
R$ 148,99
A tabela 16 é possível observar que apesar do rendimento por kg de cimento ter sido
ligeiramente inferior o custo da argamassa por m³ ficou mais barata, tendo em vista que o
preço praticado no Rio de Janeiro da areia artificial, segundo a pedreira Petra agregados.
7.1.3- Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:5
TABELA17 - Especificações de matérias e volume de argamassa por kg de cimento
TRAÇO
Massa unit.
Traço
Material
(Kg/l)
Volume Massa
Cimento
1,17
1
1,00
Areia Ind.
1,34
5
5,73
Água
1,64
Volume de argamassa com 1 Kg de cimento:
4,11 litros
No traço experimental de 1:5 podemos observar o aumento do rendimento em volume
por cada kg de cimento.
81
TABELA 18- Custo da argamassa produzida com areia artificial
PREÇOS
Consumo de materiais/m³ de
Cimento
argamassa:
m³
Cimento
Kg
243,47
Areia Ind.
1.394,21
1,04
Água
saco 50 Kg
Kg
R$ 18,00 R$ 0,36
m³
Areia
Ind.
R$ 55,00
399,29
Custo total do m³ de argamassa Petra:
R$ 144,87
A medida que é inserida uma proporção de areia artificial aumentando o volume do
traço, é possível observar que a proporção de cimento decresce, diminuindo o custo final do
traço em argamassa.
7.1.4- Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:6
TABELA19 - Especificações de matérias e volume de argamassa por kg de cimento
TRAÇO
Material
Cimento
Areia Ind.
Água
Massa unit.
Traço
(Kg/l)
Volume Massa
1,17
1
1,00
1,34
6
6,87
1,64
Volume de argamassa com 1 Kg de cimento:
4,54 litros
Com este traço conforme mostra na tabela 19 o rendimento de argamassa por kg de
cimento já superou o traço experimental com areia natural.
82
TABELA 20- Custo da argamassa produzida com areia artificial
PREÇOS
Consumo de materiais/m³ de
Cimento
argamassa:
m³
Cimento
Kg
220,44
Areia Ind.
1.514,85
1,13
Água
saco 50 Kg
Kg
R$ 18,00 R$ 0,36
m³
Areia
Ind.
R$ 55,00
361,53
Custo total do m³ de argamassa Petra:
R$ 141,54
A redução do custo da argamassa é significante e a o aumento do volume se diz por
aumentar a quantidade de agregado miúdo e reduzir a quantidade de cimento, pois uma
parcela do fino que contem a areia artificial começa a auxiliar o efeito do aglomerante.
7.1.5- Comparativo de custo/benefício de traços de areia artificial traço 1:7
TABELA 21 - Especificações de matérias e volume de argamassa por kg de cimento
TRAÇO
Material
Cimento
Areia Ind.
Água
Volume de argamassa com 1
Kg de cimento:
Massa
unit.
(Kg/l)
1,17
1,34
Traço
Volume
1
7
Massa
1,00
8,02
1,64
4,97
litros
A ascendência do rendimento está ligada ao aumento da proporção da areia artificial
usada nessa experiência sendo este o ultimo traço a ser avaliado em relação ao
custo/benefício.
83
TABELA 22- Custo da argamassa produzida com areia artificial
PREÇOS
Consumo de materiais/m³ de
Cimento
argamassa:
m³
Cimento
Kg
201,40
Areia Ind.
1.614,64
1,20
Água
saco 50 Kg
Kg
R$ 18,00 R$ 0,36
m³
Areia
Ind.
R$ 55,00
330,30
Custo total do m³ de argamassa Petra:
R$ 138,78
Diferença significante com um rendimento muito superior ao traço com argamassa
com areia natural e custo em torno de R$ 17,35 mais baixo com o traço inserindo areia
artificial na proporção mostrado na tabela 22.
7.2- CONCRETO ESTRUTURAL
Neste estudo, além da mistura de referência, verificou o custo individual da areia
artificial média que custa em torno de R$ 35,00 já incluso o transporte. A dosagem do
concreto de referência baseou-se no método desenvolvido pelo laboratório da empresa Petra
84
Agregados, sendo fixado um teor de argamassa seca de 50% e um abatimento do tronco de
cone de aproximadamente (70+/- 10) mm. Sendo assim, o traço adotado neste estudo é igual a
1:2,83:3,38:0,67 (cimento: agregado miúdo: agregado graúdo: fator água/cimento) .
Para o m³ do concreto de Fck de 20 Mpa em média foram gastos 315 Kg de cimento e
210 L de água, ressaltando que não foi utilizado nenhum tipo de aditivo no auxílio da
fabricação do concreto. Considerando que o cimento corresponde ao percentual mais caro no
traço de concreto, foi gasto para um m³ o equivalente em valor R$ 113,40 de cimento.
Portanto a areia artificial média reduz o custo do concreto final, pois apresentam maior
densidade de massa devido aos finos (pulverulentos) em relação ao concreto produzido com
areia natural, demonstrando que, possuem maior massa específica do que os da areia natural,
possivelmente, o acréscimo no teor de finos aumenta o grau de empacotamento do conjunto
agregado aglomerante, conforme foi constatado por Silva et al. (2005). Salienta-se que o
empacotamento está relacionado com a correta seleção da proporção e do tamanho adequado
dos materiais, de forma que os vazios maiores sejam preenchidos com partícula menores,
cujos vazios serão novamente preenchidos com partículas ainda menores e assim
sucessivamente. Assim reduz a proporção do consumo de cimento, pois o agregado artificial
miúdo atinge maior resistência a compressão axial pelo fato de ter baixa porosidade (absorção
de água baixa).
O custo da areia natural está em torno de R$ 45,00 sendo ainda mais cara do que a
areia artificial média, impactando no custo final do m³ do concreto, pelo fato de cada vez mais
os areais se afastarem dos grandes centros consumidores.
Sabendo ainda que existe uma deficiência da areia natural em fechar os poros de um
concreto em preparo por ter em torno de até 1,5% de pulverulento por ser lavada, com este
fato demanda uma quantidade a mais de cimento em relação a areia artificial média.
85
8- CONSIRERAÇÕES FINAIS
A partir das análises feitas, conclui- se:
De acordo com os ensaios granulométricos realizados podemos destacar dois tipos de
agregados miúdos artificiais:

Areia artificial fina (granulometria máxima 2,0mm);

Areia artificial média (granulometria máxima 6,3mm).

Ambos o teor de pulverulento e módulo de finura, são controlados por ensaios
laboratoriais.
Foram realizados estudos utilizando quatro proporções de argamassa de cimento e
areia artificial fina variando a quantidade do agregado miúdo, obtendo os traços 1:4, 1:5,1:6 e
1:7, respectivamente.
Também foi utilizada a areia artificial média na confecção de concreto estrutural como
proposto, realizando o estudo de dosagem racional com os traços denominados Rico, Médio e
Pobre, nas proporções convertidas em massa 1:3,5, 1:5,0 e 1:6,5 e com um teor de argamassa
fixado em 50%.
Para determinar o desempenho da areia artificial fina em argamassa para revestimentos
e assentamentos foram realizados ensaios com o objetivo de verificar se há possibilidade e
qual traço substituiria melhor a areia natural, avaliando a eficácia e viabilidade econômica.
O módulo de elasticidade dinâmico ocorreu pela diminuição da relação
aglomerante/agregado.
86
Portanto a argamassa com o traço 1:4 possui menor elasticidade, porém com a
diminuição da relação aglomerante/ agregado essa característica aumenta, sendo a argamassa
com o traço 1:7 mais elástica dentre as analisadas.
A absorção de água por efeito de capilaridade acontece em maior demanda com a
diminuição da relação aglomerante/agregado, portanto a argamassa de traço 1:7 é mais
vulnerável ao fenômeno de capilaridade, pois a altura da penetração da água é inversamente
proporcional ao raio dos capilares, que tendem ser maior nos traços com menos percentuais de
cimento.
Segundo a norma ABNT- NBR 13749; 1996, que estabelece os limites mínimos de
resistência a aderência à tração para argamassas, revestimentos externos devem possuir
resistência maior ou igual a 0,30 Mpa e internos maior ou igual a 0,20 Mpa. Assim os traços
1:5 e 1:6 foram os únicos que atenderam as exigências normativas tanto para revestimentos
internos e externos.
A resistência mecânica está ligada diretamente a relação agregado/aglomerante
portanto, quanto maior a relação menor a resistência, por esse fato o traço 1:7 é o de menor
resistência.
Os resultados dos ensaios de módulo de elasticidade dinâmico, absorção de água por
efeito de capilaridade, resistência de aderência à tração e resistência à tração na flexão e a
compressão, foram comparados e verificados, determinando que os traços de 1:5 e 1:6
respectivamente atendem
todos os parâmetros normativos, sendo também
viáveis
economicamente, comparando com a areia natural para a execução de argamassa.
As misturas de concreto somente com adição de areia artificial média em traços nas
proporções convertidas em massa 1:3,5, 1:5,0 e 1:6,5 e com um teor de argamassa fixado em
50% e sem utilização de aditivos, assim possibilitou estabelecer um traço em massa, sendo
igual à 1:2,38:3,38 atingindo uma resistência de 20 Mpa comprovando a eficácia do agregado
artificial, mostrando também, a viabilidade econômica por ser um agregado com custo
inferior ao da areia natural e possuir um teor de finos controlados proporcionando maior
densidade.
87
9- CONCLUSÕES
Este trabalho teve a finalidade de avaliar dois de tipos de areia artificiais no estado do
Rio de Janeiro: fina e média, para argamassa de revestimento e concreto estrutural,
respectivamente, sendo avaliados a real possibilidade e resultados da substituição da areia
natural pela areia artificial.
Foram obtidos resultados para as propriedades estudadas em argamassa de
revestimento (módulo de elasticidade dinâmico, absorção de água por capilaridade, resistência
de aderência à tração e resistência à tração na flexão e à compressão), possibilitando com
clareza a viabilidade técnica desses agregados na construção civil do estado do Rio de Janeiro,
dando mais uma alternativa tecnológica para diminuição dos custos e tempo de execução das
obras.
Os estudos realizados para o concreto também foram satisfatórios tendo em vista o
menor consumo de cimento por m³ de concreto e atingindo resistências similares a areia
natural, ou seja, obtém-se desempenho estrutural do concreto com mistura técnica e
economicamente viáveis para as obras que necessitam de otimização de tempo e custo
reduzido.
Portanto, para confirmar a utilização irrestrita deste material, sugere-se que este tema
seja aprofundado em novos estudos, analisando- se outras propriedades que não foram
contempladas nesse trabalho, dando continuidade para que possam avaliar melhor essa
tecnologia e possibilitar a evolução deste agregado.
88
10- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOSSIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMA TÉCNICAS- ABNT: NBR 5738:2003:
Concreto- procedimento para moldagem e cura de corpos-de-prova cilíndricos ou prismáticos
de concreto - método de ensaio. Rio de Janeiro, 2003.
NBR 5739:2007: Concreto – ensaios de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de
Janeiro,2007.
NBR 7211:2009: Agregados para concreto – especificação. Rio de Janeiro, 2009.
NBR 9779:2012: Argamassa e concreto endurecidos – determinação da absorção de água por
capilaridade. Rio de Janeiro, 2012.
NBR 9935:1987: Agregados – terminologia. Rio de Janeiro, 1987.
NBR 9935:2011: Agregados – terminologia. Rio de Janeiro, 2011.
NBR 13279:2005: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos –
determinação da resistência à tração na flexão e à compressão. Rio de Janeiro, 2005.
89
NBR 13280:2005: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos –
determinação da densidade de massa aparente no estado endurecido. Rio de Janeiro, 2005.
NBR 13528:2010: Revestimento de paredes e tetos de argamassas inorgânicas –
especificação . Rio de Janeiro, 1996
NBR 15630:2008: Argamassa para assentamento e revestimento de paredes e tetos –
determinação do módulo de elasticidade dinâmico através da propagação de onda
ultrassônica. Rio de Janeiro, 2008.
NBR 12665:1996: Preparo, controle e recebimento. Rio de Janeiro, 1996.
ANTAC-
ASSOCIAÇÃO
NACIONAL
DE
TECNOLOGIA
DO
AMBIENTE
CONSTRUTIVO. GTA- Grupo de trabalho em argamassa: Simpósio brasileiro de
tecnologia de argamassas. Belo Horizonte; 2011.
DNPM- DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL. Sumário Mineral
Brasileiro: Agregados para Construção Civil. Brasília: DNPM, 2010. Volume 29.
CETEM- CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL. Manual de Agregados para
Construção Civil. Rio de Janeiro: CETEM, 2009
TERRA, L.E.M Finos de pedreira para execução de concreto estrutural: práticas
recomendadas. Associação Brasileira das Empresas de Serviço de Concretagem, 2003.
A.F., SILVA FILHO; W.A., MOURA; R.S., LEITE. Caracterização de escória de ferrocromo como agregado graúdo para produção de concreto. Sitientibus, n. 26, p. 95-110,
2002.
90
SILVA, N. G. Argamassa de revestimento de cimento, cal e areia britada
de rocha calcária. Dissertação (Mestrado) – Curitiba: UFPR, 2006.
VALVERDE, F.M. Balanço mineral brasileiro 2001: Agregados para a construção civil.
Brasília. Departamento Nacional de Produção Mineral, 2001.
SANTOS, H. B. Ensaio de aderência das argamassas de revestimento. Monografia
(Especialização) – UFMG, 2008.
GUACELLI, P. A. G. Substituição da areia natural por areia de britagem de rochas
basálticas para argamassas de revestimento. Dissertação (Mestrado) – UEL, 2010.
SILVA, N. G.; BUEST, G.T.; CAMPITELLI, V.C. Argamassas com areia britada:
Influência dos finos e da forma das partículas. Florianópolis: ANTAC, 2005.
ALMEIDA, S. L. M. Produção de areia manufaturada em usina piloto. Rio de Janeiro:
Centro de Tecnologia Mineral – Ministério da Ciência e Tecnologia, 2005.
INTITUTO BRASILEIRO DO CONCRETO – IBRACON. Materiais de construção civil.
Argamassas – Cap. 26, 2003.
COSTA, J. C., Avaliação do uso da areia artificial em concreto de cimento portland:
aplicabilidade de um método de dosagem. TCC – UNIJUÍ, 2005.
ALMEIDA, S. L. M.; CUNHA, E. R.; TAVARES, L. M. M. Desempenho do classificador
pneumático sturtevant na produção de areia artificial. Rio de Janeiro: Centro de
Tecnologia Mineral – Ministério da Ciência e Tecnologia, 2004. Boletim Técnico.
VALVERDE, F.M. Sumário Mineral Brasileiro 2003 - Agregados para a Construção Civil.
DNPM/MME.
91
VALVERDE, F. M. Sumário Mineral Brasileiro 2006 - Agregados para a Construção Civil.
DNPM/MME, p17-18. Arquivo digital.
VALVERDE, F. M. Sumário Mineral Brasileiro 2007 - Agregados para a Construção Civil.
DNPM/MME.
VALVERDE, F.M.; TSUCHIYA, O. Y. Visão da Mineração de Agregados no Brasil:
Diagnóstico, Tendências e Desafios. São Paulo: Associação Nacional das Entidades de
Produtores de Agregados para a Construção, 2011.
VALVERDE, F. M. Agregados para a construção civil: Balanço Mineral Brasileiro. São
Paulo: Associação Nacional das Entidades de Produtores de Agregados para a Construção,
2001.
DNPM- DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL. Anuário Mineral
Brasileiro: Agregados para Construção Civil. Brasília: DNPM, 2005.
DNPM- DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL. Sumário Mineral
Brasileiro: Agregados para Construção Civil. Brasília: DNPM, 2010.
CARASEK, H. Aderência de argamassa à base de cimento Portland a substratos
porosos: avaliação dos fatores intervenientes e contribuição ao estudo do mecanismo da
ligação. Tese (Doutorado) – São Paulo: USP, 1996.
PEREIRA, R. F. A.; ALMEIDA, S. L. M. Obtenção de areia artificial da pedreira Vugné.
Rio de Janeiro: Centro de Tecnologia Mineral – Ministério da Ciência e tecnologia, 2004.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA - MME SECRETARIA DE GEOLOGIA,
MINERAÇÃO E TRANSFORMAÇÃO MINERAL-SGM. BANCO INTERNACIONAL
92
PARA A RECONSTRUÇÃO E DESENVOLVIMENTO – BIRD. Desenvolvimento de
estudos para elaboração do plano duodecenal (2010 - 2030) de geologia, mineração e
transformação mineral.
CALAES, D. G. Projeto de assistência técnica ao setor de energia. Relatório Técnico 01
histórico e perspectivas de evolução macroeconômica setorial da economia brasileira a longo
prazo, 2009.
TIECHER, Francieli. Comparação de concreto dosado com areia natural e artificial.
IBRACON- Instituto Brasileiro do Concreto – 45° Congresso Brasileiro do Concreto. Vitória
– Espirito Santo, 2003.
PETRUCCI, ELADIO G. R,; Concreto de cimento Portland/ Eladio G. R. Petrucci.- 13. Ed.
rev. Por Vladimir Antonio Paulon – São Paulo: Globo, 1998.
CAMARINI, Gladis; ISHIKAWA, Paulo Hidemitsu. Propriedade de argamassas de
assentamento produzidas com areia artificial para alvenaria estrutural. In: ENCONTRO
NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO, X., 2004, São Paulo.
Anais. São Paulo: ENTAC, 2004.
CINCOTTO, M. A.; SILVA M. A. C.; CARASEK H. Argamassas de revestimento:
características, propriedades e métodos de ensaio. IPT, n. 2378, 1995.
93
SABBATINI, F. H. Argamassas de assentamento para paredes de alvenaria resistente.
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Construção Civil, Boletim
Técnico, São Paulo, v.2, 1994.
SELMO, S. M. S. Dosagem de argamassa de cimento Portland e cal para revestimento
externo de fachadas dos edifícios. Dissertação (Mestrado)- São Paulo : USP, 1989.
MARQUES, G. L. O. Notas de aula da disciplina pavimentação. Juiz de Fora: UFJF, 2012.
APÊNDICES
94
APÊNDICE A
- Diagrama de
ensaios
realizados