UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E
TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
DIEGO BORJA FERREIRA
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO COM
APLICAÇÃO DE INVÓLUCROS DE PROJÉTEIS.
PUBLICAÇÃO Nº: 152-2011
Anápolis / GO
2011
ii
DIEGO BORJA FERREIRA
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO COM
APLICAÇÃO DE INVÓLUCROS DE PROJÉTEIS.
PUBLICAÇÃO Nº: 152-2011
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CURSO DE
ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE
GOIÁS.
ORIENTADOR: PROFa. Valéria Conceição Mouro Costa, M.Sc
Anápolis/ GO: 2011
iii
DIEGO BORJA FERREIRA
AVALIAÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO COM
APLICAÇÃO DE INVÓLUCROS DE PROJÉTEIS.
PROJETO
FINAL
SUBMETIDO
AO
CURSO
DE
ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE
GOIÁS COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL.
APROVADO POR:
_______________________________________________________
VALÉRIA CONCEIÇÃO MOURO COSTA, M. Sc.
(ORIENTADOR)
_______________________________________________________
ANTONIO LÁZARO FERREIRA SANTOS, D.Sc.
(EXAMINADOR INTERNO)
_______________________________________________________
RODOLFO RODRIGUES DE SOUSA BORGES, Eng. Civil.
(EXAMINADOR INTERNO)
ANÁPOLIS/GO, Novembro de 2011.
FICHA CATALOGRÁFICA
FERREIRA, DIEGO BORJA
AVALIAÇÃO
EXPERIMENTAL
DO
CONCRETO
COM
APLICAÇÃO
DE
INVÓLUCROS DE PROJÉTEIS
XI, 51P. 297 MM (ENC/UEG, BACHAREL, ENGENHARIA CIVIL, 2011)
PROJETO
FINAL
-
UNIVERSIDADE
ESTADUAL
DE
GOIÁS.
UNIDADE
UNIVERSITÁRIA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS.
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
FERREIRA, D. B. Avaliação experimental do concreto com aplicação de invólucros de
projéteis. Projeto Final, Publicação ENC. 152-2011, Curso de Engenharia Civil, Universidade
Estadual de Goiás.
Anápolis, GO, 51p. 2011.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: Diego Borja Ferreira
TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE PROJETO FINAL: Avaliação experimental do concreto
com aplicação de invólucros de projéteis.
GRAU: Bacharel em Engenharia Civil ANO: 2011
É concedida à Universidade Estadual de Goiás a permissão para reproduzir cópias deste
projeto final e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e
científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste projeto final
pode ser reproduzida sem a autorização por escrito do autor.
_________________________
Diego Borja Ferreira
Rua Rio Cristalino Q 03 L 33 L 33- Res. Rio Jordão
Goiânia/Go - Brasil
[email protected]
Dedico este trabalho a minha família que
sempre esteve presente em minha vida.
E em especial a minha esposa, Gabriele
que se tornou o meu refúgio.
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus que sempre me deu força para continuar na árdua
caminhada que foi essa graduação.
A professora Valeria Mouro que acreditou no meu potencial, e aceitou a difícil missão
de orientar essa tese.
Aos demais professores que foram fundamentais na minha formação, aos técnicos dos
laboratórios que me auxiliaram.
Aos professores das escolas que estudei em especial ao professor Dilson de
matemática do CMMF.
Aos colegas de curso, em especial a Fernanda Oliveira, Lucas Fonseca, Arnaldo
Alves, Luciano Machado, Leonardo Oliveira e William Renovato que fizeram destes quatro
anos e meios os mais surpreendentes da minha vida, nunca me esquecerei destes momentos.
Aos companheiros do quartel que me ajudaram de todas as formas possíveis, sejam
com dispensas, trocas de serviço e de outras formas que eu nem me recordo.
A minha esposa Gabriele que me incentivou a embarcar neste curso, e aos meus pais e
irmãs que sempre acreditaram em mim, essa conquista também é de todos vocês.
v
RESUMO
Mesmo com grandes avanços conquistados pela humanidade, muito se perdeu ao longo do
processo de desenvolvimento no que diz respeito aos impactos causados ao meio ambiente.
Os conhecimentos de engenharia civil foram e são um forte aliado para uma sociedade se
desenvolver, estando presentes até mesmo na atividade de guerra. Tanto a atividade de guerra
quanto a engenharia civil causam grandes impactos sobre o meio ambiente, visando
minimizar estes impactos foi realizado este estudo, com aplicação de resíduos de atividade
bélica, invólucros de projéteis, na substituição parcial do agregado graúdo no concreto. Este
trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre aplicação dos conhecimentos de
engenharia na atividade de guerra, classificação de resíduos, desenvolvimento de resíduos
aplicados na construção civil, além das propriedades do concreto e de seus componentes. São
apresentados os procedimentos experimentais realizados, a fim de verificar as propriedades e
aplicações deste novo material. Para tanto foram realizados ensaios para verificar a resistência
a tração e a compressão deste concreto, além de calcular seu modo de elasticidade através das
equações fornecidas pela NBR 6118 (ABNT 2003). Pode-se concluir que com a aplicação
deste resíduo o concreto teve um aumento na resistência a compressão e principalmente a
tração, sendo que foram produzidas quatro dosagens para um traço de 10 MPa aos quatorze
dias, sendo que em uma não foram utilizados invólucros, em outra, foram substituídos 25%
dos agregados graúdos por invólucros de projeteis, outra com 50% de invólucros e uma quarta
com 50% de invólucros variados, das quais obteve-se uma resistência a tração de 1,1 MPa, 5,0
MPa, 4,6 MPa, 5,0 MPa, resistência a compressão de 13,5 MPa, 16,2 MPa, 11,4 MPa, 18,6
MPa e um módulo de elasticidade de 20,6 GPa, 22,5 GPa, 18,9 GPa, 24,2 GPa,
respectivamente.
Palavra-Chave: Resíduos de guerra; Invólucros projéteis; Concreto com resíduos;
Características mecânicas do concreto.
vi
ABSTRACT
Even with great advances made by mankind, much has been lost along the
development process with respect to impacts to the environment. The civil engineering skills
were and are a strong ally for a society to develop, are present even in war activities. Both the
activity of war and civil engineering cause major impacts on the environment in order to
minimize these impacts was conducted this study with application of military activity waste,
casings of projectiles, the partial replacement of coarse aggregate in concrete. This paper
presents a literature review on application of engineering expertise in the activity of war,
waste, development of waste used in construction, as well as properties of concrete and its
components. Presents the experimental procedures performed in order to check the properties
and applications of this new material. For both tests were performed to check the compression
and tensile strength of concrete, and calculate their way through the equations of elasticity
provided by the NBR 6118 (ABNT 2003). It can be concluded that with the application of this
waste concrete had an increase in compressive strength and especially traction, and four doses
were produced for a trace of 10 MPa to fourteen days, and in a no casings were used in
another, have been replaced 25% of coarse aggregate by enclosures of missiles, with another
50% of envelopes and a fourth with 50% of various enclosures, from which we obtained a
tensile strength of 1,1 MPa, 5,0 MPa, 4,6 MPa, 5,0 MPa, compressive strength of 13,5 MPa,
16,2 MPa, 11,4 MPa, 18,6 MPa and a tensile modulus of 20,6 GPa and 22,5 GPa, 18,9 GPa
and 24,2 GPa, respectively.
Keyword: Remnants of war; enclosures projectiles; Concrete waste; mechanical
characteristics of concrete.
vii
LISTAS DE FIGURAS
Figura 2.1: Militares montando ponte de Bailey e ponte de Bailey utilizadas por tropas
brasileiras no Haiti. Fonte: Forças Armadas do Brasil, (2008) ................................................ 5
Figura 2.2: Esquema do cartucho. Fonte: HSW (2001) ........................................................... 9
Figura 2.3: Munições de diversos tipos de materiais. Fonte: CBC armas e munições (2009) . 10
Figura 2.4: Formas de invólucros. Fonte: Revista American Handgunner, adaptada (2009) .. 13
Figura 2.5: Tipos de base. Fonte: Revista American Handgunner, adaptada (2009) .............. 14
Figura 2.6: Macroestrutura do concreto. Fonte: MEHTA E MONTEIRO (1994) .................. 14
Figura 2.7: Microestrutura do concreto. Fonte: GONÇALVES (2000) ................................. 15
Figura 3.1: (a) Aspecto visual, (b) Procedimentos de ensaio para caracterização da areia ... 24
Figura 3.2: (a) Aspecto visual, (b) Ensaios realizados para caracterização da brita ............... 24
Figura 3.3: Invólucros utilizados tipo cilindricos de latão ..................................................... 26
Figura 3.4: Aspecto visual do cimento portland CP II F-32 .................................................. 26
Figura 3.5: (a) Pesagem dos materiais, (b) Apresentação dos materiais, (c) utilização da
betoneira .............................................................................................................................. 29
Figura 3.6: (a) Preparação dos moldes, (b) Moldagem dos corpos-de-prova ......................... 29
Figura 3.7: Aferição do abatimento pelo slumptest ............................................................... 30
Figura 3.8: Preparação dos corpos-de-prova para ensaio....................................................... 30
Figura 3.9: (a) Ensaio de compressão axial, (b) Ensaio de tração ppor compressão diametral 31
Figura 4.1: Verificação da trabalhabilidade .......................................................................... 32
Figura 4.2: Slumptest............................................................................................................ 33
Figura 4.3: (a) Superfície de ruptura à tração, (b) Superfície de ruptura à compressão .......... 33
Figura 4.4: Ruptura na fase pasta endurecida e agregado graúdo, dosagem 1 ........................ 35
Figura 4.5: Ruptura em forma de cunha, dosagem 1 ............................................................. 35
Figura 4.6: Ruptura em forma de cone, dosagem 2 ............................................................... 37
Figura 4.7: Ruptura na fase pasta endurecida e zona de transição, dosagem 3 ....................... 39
Figura 4.8: Ruptura em forma de cone, dosagem 3 ............................................................... 40
Figura 4.9: Ruptura em forma de cone, dosagem 4 ............................................................... 41
Figura 4.10: Tensão de compressão de todas as dosagens ..................................................... 43
Figura 4.11: Tensão de compressão, dosagem 1 e 4 .............................................................. 43
Figura 4.12: Tensão de compressão, dosagem 3 e 4 .............................................................. 44
Figura 4.13: Tensão de tração de todas as dosagens .............................................................. 44
Figura 4.14: Módulo de elasticidade de todas as dosagens .................................................... 45
viii
Figura 4.15: Coeficiente de variação .................................................................................... 46
ix
LISTAS DE TABELAS
Tabela 2.1: Tipos de latão comercial, MSPC (2010) ............................................................. 12
Tabela 2.2: Relação tempo x temperatura de recozimento de latão, MSPC (2010) ................ 12
Tabela 2.3: Terminologia utilizada no comércio para a pedra britada ................................... 16
Tabela 2.4: Propriedades de alguns materiais ....................................................................... 17
Tabela 2.5: Relação volume de poros com fator a/c .............................................................. 19
Tabela 2.6: Coeficiente para alguns tipos de agregados CEB-FIB MC 90 (1999).................. 22
Tabela 3.1: Propriedades da areia utilizada ........................................................................... 23
Tabela 3.2: Granulometria da areia utilizada ........................................................................ 23
Tabela 3.3: Propriedade da brita utilizada ............................................................................. 25
Tabela 3.4: Granulometria da brita utilizada ......................................................................... 25
Tabela 3.5: Propriedades do aditivo...................................................................................... 28
Tabela 3.6: Traço utilizado ................................................................................................... 28
Tabela 4.1: Resultados de compressão e tração, dosagem 1 .................................................. 34
Tabela 4.2: Propriedades mecânicas, dosagem 1................................................................... 36
Tabela 4.3: Resultados de compressão e tração, dosagem 2 .................................................. 37
Tabela 4.4: Propriedades mecânicas, dosagem 2................................................................... 38
Tabela 4.5: Resultados de compressão e tração, dosagem 3 .................................................. 39
Tabela 4.6: Propriedades mecânicas, dosagem 3.................................................................. 40
Tabela 4.7: Resultados de compressão e tração, dosagem 4 .................................................. 41
Tabela 4.8: Propriedades mecânicas, dosagem 4................................................................... 42
x
LISTA DE SÍMBOLOS, UNIDADES, ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT
ºC
CBC
Cu
dm
Ed
EUA
GPa
Kg
m
MEF
Mm
Mpa
N
NBR
Zn
Φ
Associação Brasileira de Normas Técnicas
Graus Celsius
Companhia Brasileira de Cartuchos
Cobre
Decímetro
Edição
Estados Unidos da América
Giga pascal
Quilograma
Metros
Método dos Elementos Finitos
Milímetros
Mega Pascal
Newton
Norma Brasileira
Zinco
Diâmetro
xi
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 1
1.1 OBJETIVOS .................................................................................................................. 1
1.2 METODOLOGIA .......................................................................................................... 2
1.3 JUSTIFICATIVA........................................................................................................... 2
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO.................................................................................... 3
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................... 4
2.1 CONHECIMENTOS DE ENGENHARIA UTILIZADOS EM GUERRAS .................... 4
2.2 CONSIDERAÇÕES SOBRE RESÍDUOS ...................................................................... 6
2.2.1
Aproveitamento de resíduos na construção civil ....................................................... 6
2.2.2
Classificação de resíduos ......................................................................................... 7
2.2.3
Origem do resíduo estudado ..................................................................................... 9
2.2.4
Composição do mecanismo ...................................................................................... 9
2.2.5
Constituição dos invólucros ................................................................................... 10
2.2.6
Propriedades dos invólucros de projéteis ................................................................ 10
2.3 ESTRUTURA DO CONCRETO .................................................................................. 14
2.3.1
Influência dos agregados nas propriedades do concreto .......................................... 16
2.3.2
Propriedades da fase agregado ............................................................................... 17
2.3.3
Propriedades da fase pasta endurecida .................................................................... 19
xii
2.3.4
Propriedades da fase zona de transição ................................................................... 19
2.3.5
Influência da estrutura do concreto na sua resistência mecânica ............................. 20
2.3.6
Influência da estrutura do concreto no módulo de elasticidade ............................... 21
3
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ........................................................................ 23
3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ................................................................... 23
3.1.1
Agregados miúdos ................................................................................................. 23
3.1.2
Agregados graúdos ................................................................................................ 24
3.1.3
Cimento ................................................................................................................. 26
3.1.4
Aditivo .................................................................................................................. 27
3.2 PRODUÇÃO DO CONCRETO ................................................................................... 28
3.2.1
Definição do traço .................................................................................................. 28
3.2.2
Confecção do concreto ........................................................................................... 28
3.2.3
Moldagem dos corpos-de-prova ............................................................................. 29
3.2.4
Ensaios realizados .................................................................................................. 29
4
APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................... 32
4.1 DOSAGEM 1 ............................................................................................................... 34
4.2 DOSAGEM 2 ............................................................................................................... 36
4.3 DOSAGEM 3 ............................................................................................................... 38
4.4 DOSAGEM 4 ............................................................................................................... 41
4.5 ANÁLISE DOS GRÁFICOS DE COMPORTAMENTO ............................................. 42
xiii
5
CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................................... 48
5.1 CONCLUSÕES ........................................................................................................... 48
5.2 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS ........................................................... 49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................. 50
1
1
INTRODUÇÃO
As atividades humanas produzem impactos sobre o ar, a água de superfície ou
subterrânea, o solo, o subsolo, a paisagem natural, o ambiente construído, o ambiente
socioeconômico e cultural. A ação produtiva por meio da indústria, da mineração ou da
agricultura; a ação individual ou coletiva, pública e privada e a ação militar, causam impactos
no ambiente (RIBEIRO, 2003).
De acordo com o mesmo autor, para muitas das atividades humanas, a consciência
ecológica ajudou a criar práticas de redução ou de minimização desses impactos negativos.
Leis foram aprovadas e instituições, estruturadas. Criaram-se procedimentos e ferramentas
como a avaliação de riscos ambientais e o licenciamento ambiental, que contribuem para
prevenir, reduzir ou mitigar tais efeitos ambientais negativos. Entretanto, esses cuidados ainda
não foram estendidos à atividade humana potencialmente mais degradante e devastadora do
ambiente: a atividade da guerra.
Dentre as inúmeras consequências das guerras, estão os efeitos devastadores sobre o
meio ambiente. Os bombardeios, o intenso movimento de veículos militares e tropas, a grande
concentração de voos de combates, os mísseis jogados sobre territórios ou a destruição de
estruturas militares e industriais durante todos esses conflitos provocou-se a emissão de
metais pesados e outras substâncias que contaminam o solo, a água e o ar. Além da
contaminação ambiental é necessário considerar ainda a modificação das paisagens naturais e
a perda da biodiversidade em longo prazo, seja pela presença de minas terrestres ou agentes
químicos dispersados no ambiente (SANTO, 2004).
Mesmo após o termino das batalhas, quando é declarado o fim da guerra, ainda assim
seus resquícios causam grande impacto no cenário dos embates, rejeitos radioativos
provenientes de armas nucleares, ou até um simples invólucro de munição descartado em
meio a uma intensa troca de tiros, vão afetar a biodiversidade da região.
1.1
OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo geral realizar um estudo sobre a substituição dos
agregados do concreto convencional por invólucros de projéteis, no intuito de minimizar os
impactos ambientais causados pelos resquícios da atividade bélica no confronto armado.
Como objetivos específicos podem-se citar:
2
a. A substituição dos agregados do concreto convencional;
b. A reutilização de invólucros de projéteis;
c. Um novo tipo de composição de concreto com resíduos;
d. A verificação das resistências à compressão e à tração atingidas;
1.2
METODOLOGIA
A metodologia empregada nesta pesquisa é composta das seguintes etapas:
a. Pesquisa bibliográfica;
b. Pesquisa experimental;
c. Análise de resultados;
A pesquisa bibliográfica foi realizada de forma a obter o maior número possível de
informações acerca do tema proposto, principalmente relacionados aos invólucros de projéteis
que será o resíduo utilizado, bem como as propriedades do concreto onde serão aplicados
estes resíduos.
Na pesquisa experimental foram utilizadas frações do resíduo estudado como forma de
agregado graúdo. Também foram feitas quatro dosagens para ter um parâmetro de
comparação de acordo com o comportamento deste novo material.
As dosagens foram as seguintes:
a. Dosagem 1: 100% de agregados britados e 0% de invólucros;
b. Dosagem 2: 75% de agregados britados e 25% de invólucros;
c. Dosagem 3: 50% de agregados britados e 50% de invólucros;
d. Dosagem 4: 50% de agregados britados e 50 % de invólucros variados;
As informações obtidas na etapa de estudo foram analisadas em laboratórios através de
ensaios no intuito de identificar para qual finalidade o material encontrado se enquadra e a
viabilidade do seu uso, além de comparar o novo concreto com o convencional.
1.3
JUSTIFICATIVA
Muito se fala em preservação do meio ambiente, impactos ambientais relacionados à
construção civil, Carneiro (2001), porém nada se faz a respeito dos impactos causados pela
atividade de guerra seja ela declarada, ou de cunho policial como acontece no Brasil, e
pensando nesses impactos causados por esta atividade, será realizado um estudo de aplicação
3
de invólucros de projéteis no concreto, a fim de verificar suas propriedades mecânicas e em
contrapartida contribuir para minimizar os impactos causados pelos resíduos desta atividade.
1.4
ESTRUTURA DO TRABALHO
No capítulo 1 foi feita uma explanação sobre os impactos imediatos e futuros que a
atividade de guerra causa no ambiente cenário das batalhas. Também foram apresentados os
objetivos gerais e específicos, além da justificativa para tal estudo e estrutura do trabalho.
No capítulo 2 foi realizada uma revisão bibliográfica, sobre a aplicação dos
conhecimentos de engenharia em operações de guerra, as características e propriedades dos
resíduos de processos de desenvolvimento, bem como sua utilização na construção civil,
ressaltando o composto presente em capsulas de projéteis, que será utilizado nesta pesquisa.
Descreveu-se ainda a influência dos agregados em diversas propriedades do concreto.
O capítulo 3 apresenta e detalha o processo experimental, com os materiais utilizados,
bem como os ensaios realizados.
O capítulo 4 apresenta os resultados e as análises dos mesmos. As conclusões e
sugestões para possíveis aplicações de acordo com os resultados do procedimento
experimental estão apresentadas no capítulo 5.
4
2
2.1
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
CONHECIMENTOS DE ENGENHARIA UTILIZADOS EM GUERRAS
Segundo Escudero (2001), nas guerras onde a mobilidade é essencial, a engenharia é a
arma de apoio ao combate com a missão básica de facilitar o deslocamento de forças aliadas e
dificultar o de forças inimigas. Durante a Primeira Guerra Mundial, os conhecimentos de
engenharia eram basicamente utilizados para a abertura de trincheiras.
Na Segunda Guerra Mundial, segundo o mesmo autor a engenharia se tornou um apoio
indispensável para o sucesso das missões, garantindo grandes deslocamentos, uso intenso de
veículos motorizados. Toda esta mobilidade era garantida por estradas e pontes construídas
para facilitar a transposição de cursos d’água e grandes distâncias, um bom exemplo são as
invasões alemãs à França e Bélgica, algo possível pelas excelentes condições das estradas
destas regiões, o mesmo não ocorreu ao tentarem invadir a Rússia, devidos a poucas e
precárias estradas ali presentes.
De acordo com CG (Clube dos Generais, 2011), as unidades de engenharia das forças
armadas recebem treinamento, no intuito de desempenhar missões de caráter específico,
basicamente de construção, obstrução, desobstrução ou destruição de posições organizadas do
inimigo, proporcionando vantagens na batalha. A utilização dessa tropa especializada é
utilizada apenas em missões especiais. A utilização de engenheiros como infantaria regular é
considerada um erro, salvo apenas em ocasiões de extrema necessidade devido à
complexidade de suas funções, não podendo ser exercidas por tropas convencionais.
Segundo a mesma fonte, a engenharia Russa se destacou pela construção de pontes
submersas, com função primordial de não serem detectadas pelo reconhecimento aéreo do
inimigo. Ainda hoje existem vários tipos de pontes, mas durante a Segunda guerra mundial, a
mais comum era a Bailey, bastante utilizada por tropas brasileiras nos dias atuais.
De acordo com as Forças Armadas do Brasil (2008), a Companhia de Engenharia de
Força de Paz Haiti montou uma ponte de equipagem modelo Bailey M2, 300 quilômetros de
Porto Príncipe, no Departamento haitiano de Nord. Um Pelotão de Engenharia da Companhia
com trinta e cinco homens foi mobilizado na cidade de Cap-Haitien, cidade a 250 quilômetros
da capital do país, para ultimar os trabalhos de preparação para o transporte dos componentes
da ponte ao local de montagem. Este pelotão deslocou-se para o local da ponte, distante 50
5
quilômetros de Cap-Haitien, iniciando a montagem no mesmo dia. Foram executados serviços
de nivelamento de margens, montagem e lançamento da estrutura metálica treliçada,
finalizando com a instalação do piso de madeira para passagem dos veículos, como mostra a
Figura 2.1.
(a)
(b)
Figura 2.1: (a) Militares montando ponte de Bailey, (b) Ponte de Bailey utilizada por tropas brasileira no Haiti.
Fonte: Forças Armadas do Brasil, (2008).
Uma das principais contribuições dos conhecimentos de engenharia na atividade de
guerra foi o desenvolvimento de aeronaves pelo Método dos Elementos Finitos (MEF).
Segundo Pina (1995), o MEF foi originalmente concebido pelo matemático Courant à época
da 2ª guerra mundial, através da publicação de um artigo em 1943. Como nessa época ainda
não haviam sido desenvolvidos computadores capazes de realizar uma grande quantidade de
cálculos matemáticos, o método matemático foi ignorado pela academia durante vários anos.
De acordo com o mesmo autor, na década de 1950, engenheiros e pesquisadores
envolvidos no desenvolvimento de aviões a jato, na Boeing, iniciaram os primeiros trabalhos
práticos no estabelecimento do MEF aplicados à indústria aeronáutica. Turner et al apud Pina
(1995), publicaram em 1956, um dos primeiros artigos que delinearam as principais idéias do
MEF, entre elas a formulação matemática dos elementos e, a montagem da matriz de
elementos. Mas, no artigo ainda não se fazia referência ao nome elementos finitos para
designar os elementos de discretização da geometria do problema físico. O segundo co-autor
do artigo, Clough apud Pina (1995), era professor em Berkeley e estava trabalhando na
Boeing durante o período de férias escolares, onde descreveu o método com o nome de
Método dos Elementos Finitos, sendo posteriormente publicado via artigo.
Os seus trabalhos deram início às intensas pesquisas em Berkeley por outros
professores, entre eles Wilson e Taylor, juntamente com os estudantes de pós-graduação
Hughes, Felippa e Bathe. Durante muitos anos, Berkeley foi o principal centro de pesquisa em
6
MEF. Essas pesquisas coincidiram com a rápida disseminação de computadores eletrônicos
nas universidades e institutos de pesquisas, que levaram o método a se tornar amplamente
utilizado em áreas estratégicas à segurança americana durante o período da Guerra Fria, tais
como pesquisa nuclear, defesa, indústria automotiva e aeroespacial (HUTTON, 2004).
2.2
CONSIDERAÇÕES SOBRE RESÍDUOS
A maioria dos processos sejam eles de produção, ou simplesmente de
desenvolvimento, geram resíduos. Quando não se dispõe de tecnologia para o
reaproveitamento destes resíduos, os mesmos certamente serão lançados na natureza,
ocasionando em alguns problemas ambientais. O mesmo acontece com produtos da indústria
bélica.
2.2.1 Aproveitamento de resíduos na construção civil
O consumo de agregados naturais, de acordo com Carneiro (2001), varia entre 1 e 8
toneladas/habitante/ano. No Brasil, esse consumo somente na produção de concreto e
argamassa, é de 220 milhões de toneladas. Ao redor de grandes cidades, a areia e outros
agregados naturais começam a ficar escasso, algo que também é influenciado pelo controle
ambiental da extração que vem se intensificando. Diante dessa difícil realidade, nada mais
vantajoso, tanto para a construção civil, quanto para o meio ambiente,
a utilização de
resíduos de processos industriais para o seu desenvolvimento.
A reciclagem dos rejeitos gerados pelas indústrias para uso como matérias-primas
alternativas não é nova, e tem sido efetuada com sucesso em vários países. A construção civil
é o ramo da atividade tecnológica, que pelo volume de recursos naturais consumidos, pode ser
bastante indicado para absorver rejeitos sólidos, o que já vem sendo feito, como podemos
citar a utilização de resíduos da própria construção civil, o uso de fragmentos de pneus em
pavimentação e uso de escória de aço e cobre na produção do concreto (JOHN, 2000).
Toaldo (1993) apresenta algumas informações sobre a legislação existente em países
do Primeiro Mundo. No Japão, os construtores são obrigados a incluir em seus projetos a
destinação final do resíduo gerado por suas obras. Ao mesmo tempo, o cidadão é impedido de
jogar os rejeitos no primeiro córrego ou terreno baldio que encontrar pela frente, sob risco de
ser autuado, pagando pesadas multas pela infração.
7
2.2.2 Classificação de resíduos
Segundo Hartlén (1996), Hoornweg (2000), Schalch (2002) e Kgathi e Bolaane
(2000), os resíduos sólidos são classificados respectivamente quanto à origem, tipo,
composição química e periculosidade.
Quanto à origem:
a. Resíduo hospitalar ou de serviços de saúde: proveniente de hospitais
enfermarias, pronto-socorro, laboratórios e farmácias, podem provocar algum
tipo de contaminação por agentes patogênicos.
b. Resíduo agrícola: proveniente de atividades agropecuárias, compostos por
embalagens de material orgânico e produtos veterinários.
c. Resíduo domiciliar: gerados nas residências, sua composição é bastante
diversa, vai desde materiais orgânicos até produtos perigosos tais como: pilhas,
baterias e solventes utilizados em materiais de limpeza.
d. Resíduo comercial, produzido pelo comércio composto na sua maioria por
materiais recicláveis, como por exemplo, papelão e plástico.
e. Resíduo industrial: originados dos processos industriais. Possuem composição
bastante diversificada, sendo considerada perigosa uma grande quantidade
desses rejeitos. Podem ser constituídos por escórias (impurezas resultantes da
fundição do ferro), cinzas, lodos, óleos, plásticos, papel e borrachas, por
exemplo.
f. Entulho: resultante da construção civil e reformas, composto na sua maioria
por resto de demolição. Podem ser em grande parte reaproveitado, porém
pouco aplicável por falta de informação.
g. Resíduo de varrição ou público: composto por materiais recolhidos nas vias
públicas, em feiras livres e outros locais públicos, formado principalmente por
materiais orgânicos.
h. Resíduos sólidos urbanos: composto pelo conjunto dos resíduos recolhidos
pelo serviço público, provenientes de comércios, indústrias, residências, e
outros.
i.
Resíduos de portos, aeroportos e terminais rodoviários e ferroviários: o lixo
coletado nesses locais é tratado como resíduo séptico, pois pode conter agentes
causadores de doenças trazidas de outros países. Os resíduos que não
8
apresentam esse risco de contaminação podem ser tratados como lixo
domiciliar.
j.
Resíduo de Mineração: podem ser constituídos de solo removido, metais
pesados, restos e lascas de pedras, etc.
Quanto ao tipo:
a. Resíduo reciclável: papel, plástico, metal, alumínio, vidro, etc.
b. Resíduo não reciclável ou rejeito: resíduos que não são recicláveis, ou resíduos
recicláveis contaminados.
Quanto à composição química:
a. Orgânicos: restos de alimentos, folhas, grama, animais mortos, esterco, papel,
madeira, etc. Alguns compostos orgânicos podem ser tóxicos. São os
chamados poluentes orgânicos persistentes e poluentes orgânicos não
persistentes.
b.
Inorgânicos: vidros, plásticos, borrachas, etc.
De acordo com a NBR 10004 (ABNT 2004), essa classificação é definida de acordo
com a periculosidade:
a. Resíduos Perigosos (Classe I): são aqueles que por suas características podem
apresentar riscos para a sociedade ou para o meio ambiente. São considerados
perigosos
os
que
apresentem
uma
das
seguintes
características:
inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e/ou patogenicidade. Os
critérios que devem ser observados em ensaios de laboratório para a
caracterização destes resíduos estão especificados na referida norma. Os
resíduos que recebem esta classificação requerem cuidados especiais de
destinação.
b. Resíduos Não Perigosos (Classe II): não apresentam nenhuma das
características acima. Podem ainda ser classificados em dois subtipos:
Classe II A – não inertes: são aqueles apresentam alguma das seguintes
características, como biodegradabilidade, combustibilidade e solubilidade em
água e, não se enquadram no item anterior, Classe I, nem no próximo item,
Classe II B.
9
Classe II B – inertes: são aqueles que quando submetidos ao contato com água
destilada ou desionizada, à temperatura ambiente, não possuem nenhum de
seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de
potabilidade da água, com exceção da cor, turbidez, dureza e sabor, conforme
anexo G NBR 10004 (ABNT, 2004).
2.2.3 Origem do resíduo estudado
Neste estudo serão utilizados invólucros de projéteis adicionados ao concreto
provenientes de centros de instrução e clubes de tiro. A seguir teremos uma série de
informações a respeito deste dispositivo.
2.2.4 Composição do mecanismo
Segundo a revista especializada Guns Magazine (2009), o cartucho para arma de
defesa contém um tubo oco, geralmente de metal, com um propelente no seu interior, sendo
que em sua parte aberta fica preso o projétil e, na sua base encontra-se o elemento de
iniciação, como demonstrado na Figura 2.2. Este tubo, chamado estojo ou invólucro, além de
unir mecanicamente as outras partes do cartucho, tem formato externo apropriado para que a
arma possa realizar suas diversas operações, como carregamento e disparo.
Figura 2.2: Esquema do cartucho
Fonte: HSW (2001)
10
O invólucro é o componente de união mecânica do cartucho, apesar de não ser
essencial ao disparo, sendo que algumas armas de fogo mais antigas dispensavam seu uso,
trata-se de um componente indispensável às armas modernas.
O invólucro possibilita que todos os componentes necessários ao disparo fiquem
unidos em uma peça, facilitando o manejo da arma, acelerando o intervalo em cada disparo.
2.2.5 Constituição dos invólucros
De acordo com CBC (Companhia Brasileira de Cartuchos) (2010), atualmente a
maioria dos invólucros são construídos em metais não ferrosos, principalmente o latão (liga
de cobre e zinco), porém são encontrados estojos construídos com diversos tipos de materiais,
como plásticos (munição de treinamento e de espingardas) e papelão (espingardas). A Figura
2.3 ilustra alguns tipos de invólucros constituídos desses diferentes materiais. A forma do
invólucro é muito importante, pois as armas modernas são construídas de forma a aproveitar
as suas características físicas.
Cartuchos de latão
Cartuchos plásticos
Figura 2.3: Munições de diversos tipos de materiais
Fonte: CBC armas e munições (2009)
Os estojos destinados às munições para pistolas, revólveres, fuzis e metralhadoras
utilizados para o carregamento das munições, são fabricados com liga especial de latão,
dentro dos mais rigorosos controles dimensionais e tratamentos térmicos, proporcionando
segurança e funcionamento no tiro (CBC, 2010).
2.2.6 Propriedades dos invólucros de projéteis
11
Os invólucros de projéteis são constituídos basicamente por metal não ferroso do tipo
latão, a seguir segue uma serie de propriedades deste material.
2.2.6.1 Propriedade química
Segundo as informações técnicas do MSPC (2010), o latão é constituído
principalmente por ligas de cobre e zinco com pelo menos 50% de cobre, sendo que de acordo
com a aplicabilidade é adicionado outros elementos em menor proporção, como por exemplo,
chumbo, níquel e estanho.
Existem dois tipos de latão: o tipo alfa, que contém menos de 37% de zinco. Possui
como principal característica sua alta ductilidade, podendo ser trabalhado a frio. O tipo alfabeta ou beta, que é mais duro, menos dúctil, apresenta menores resistência à corrosão.
O MSPC (2010) cita as principais propriedades do latão quando adicionado com
alguns elementos, como:
a. O alumínio: em proporções usuais variam de 0,5 a 1%, aumenta a dureza e a
resistência à tração, com algum prejuízo para a ductilidade. Algumas ligas
usam teores mais altos, até 6%, para obter elevada resistência à corrosão
marítima.
b. O arsênio: em proporções de 0,03 a 0,25%, reduzem a corrosão do zinco da
liga.
c. O chumbo: usado em proporções de 1,5 a 4,5%. Possui como principal
característica, a insolubilidade na liga e se, distribui em finas partículas,
proporcionando maior velocidade de corte e menor desgaste de ferramentas,
atuando como "quebradores de cavacos" nas operações de usinagem.
d. O ferro: em pequenos teores, até 0,5%, aumentam a resistência à tração. Em
proporções maiores dificultam a usinagem e, aumentam o desgaste de
ferramentas.
e. O estanho: é comum em proporções de até 1%, ocorre um aumento da
resistência à tração, e uma melhora na resistência à corrosão marítima.
f. O manganês: em teores de 0,5 a 2,5%, normalmente em conjunto com ferro,
melhoram a resistência à tração e a dureza, com pequena redução da
ductilidade.
g. O níquel: em proporções de 1 a 2%, aumenta a resistência à tração sem
prejuízo para a ductilidade.
A tabela 2.1 indica alguns tipos de latão comercial, segundo MSPC (2010).
12
Tabela 2.1: Tipos de latão comercial MSPC (2010).
Tipo
Designação comercial
Composição principal
Alfa
C22000 - Latão comercial
90% Cu - 10% Zn
Alfa
C23000 - Latão vermelho
85% Cu - 15% Zn
Alfa
C24000 - Latão baixa liga
80% Cu - 20% Zn
Alfa
C26000 - Latão para munição
70% Cu - 30% Zn
Beta
C27000 - Latão amarelo
65% Cu - 35% Zn
Beta
C28000 - Metal Muntz
60% Cu - 40% Zn
Fontinha e Salta (2007), descrevem a deszincificação como sendo um processo
corrosivo que ocorre em latões e também em outras ligas de zinco. É uma corrosão seletiva,
na qual o metal mais anódico (o zinco) é removido pelo meio corrosivo, restando o cobre e os
produtos da corrosão. O resultado é uma estrutura porosa e frágil, que permite a entrada de
líquidos e gases. Ocorre em geral com o contato prolongado de água com oxigênio e dióxido
de carbono. Pode ser minimizada com o uso de ligas de baixos teores de zinco e/ou adição de
inibidores como arsênio ou antimônio.
A corrosão sob tensão: pode ocorrer devido à ação simultânea de tensões residuais e
meios corrosivos como amônia e seus compostos. Ligas com porcentagem de zinco menores
que 15% são mais resistentes a esse tipo de corrosão. Tensões resultantes de trabalhos a frio
podem ser reduzidas com recozimento. (GRANATO, SANTOS e MIRANDA, 2002).
As temperaturas e tempos de recozimento para alguns tipos de latão usuais estão
especificados na Tabela 2.2.
Tabela 2.2: Relação tempo x temperatura de recozimento de latão MSPC 2010.
Designação comercial
Tempo
Temperatura
C22000
1 hora
205ºC
C26000
1 hora
260ºC
C28000
0,5 hora
190ºC
2.2.6.2 Propriedades físicas
A forma do invólucro é muito importante, pois as armas modernas são construídas de
forma a aproveitar as suas características físicas.
13
Para fins didáticos, a revista American Handgunner, (2009), classifica o invólucro nos
seguintes tipos:
Quanto à forma do corpo, de acordo com figura 2.4.
a. Cilíndrico: o invólucro mantém seu diâmetro por toda sua extensão;
b. Cônico: o invólucro tem diâmetro menor na boca, é pouco comum; e
c. Garrafa: o invólucro tem um estrangulamento (gargalo).
Figura 2.4: Forma dos invólucros
Fonte: Revista American Handgunner, adaptada (2009).
Cabe ressaltar que, na prática, não existe invólucro totalmente cilíndrico, sempre
haverá uma pequena conicidade para facilitar o processo de extração. O invólucro tipo garrafa
foi criado com o objetivo de conter grande quantidade de pólvora, sem ser excessivamente
longo ou ter um diâmetro grande. Esta forma é comumente encontrada em cartuchos de fuzis,
que geram grande quantidade de energia e, muitas vezes, têm projéteis de pequeno calibre
(AMERICAN HANDGUNNER, 2009).
A Figura 2.5 apresenta a classificação quanto aos tipos de base, com as seguintes
características:
a. Com aro: com ressalto na base (aro ou gola);
b. Com semi-aro: com ressalto de pequenas proporções e uma ranhura (virola);
c. Sem aro: tem apenas a virola;
d. Rebatido: A base tem diâmetro menor que o corpo do invólucro.
14
Figura 2.5: Tipos de base
Fonte: Revista American Handgunner, adaptada (2009).
2.3
ESTRUTURA DO CONCRETO
A mistura em proporção adequada de cimento, agregados, água e, em alguns casos,
adições minerais e aditivos químicos, resulta em um material de construção, o concreto, cujas
características diferem substancialmente daquelas apresentadas pelos elementos que o
constituem. O concreto é um material poroso, com uma estrutura heterogênea e complexa.
Analisando a nível macroscópico, identificamos dois principais constituintes ou duas fases:
partículas de agregados e pasta de cimento endurecida como demonstrado na Figura 2.6
(MEHTA e MONTEIRO, 1994).
Figura 2.6: Macroestrutura do concreto
Fonte: MEHTA E MONTEIRO (1994)
15
Segundo os mesmos autores, para um estudo mais aprofundado do concreto é
necessário levar em conta sua microestrutura, uma vez que analisando apenas sua
macroestrutura, muitas propriedades e características desse material deixam de ser analisadas.
Analisando-se o concreto, pode-se identificar uma terceira fase chamada de zona de
transição. De acordo com Gonçalves (2000), apesar de ter uma espessura muito delgada ao
redor do agregado, como indicado na figura 2.7, a zona de transição, é geralmente mais fraca
do que as duas outras fases, o agregado e a argamassa, e consequentemente, exerce uma
influência muito maior nas propriedades do material do que poderia ser esperado pela sua
espessura. Portanto o concreto é um material trifásico, que possui as seguintes fases, agregado
graúdo, pasta endurecida e zona de transição, sendo que estas duas últimas fases possuem
uma distribuição altamente heterogênea, ou seja, suas propriedades variam dentro de uma
mesma massa de material.
Figura 2.7: Microestrutura do concreto
Fonte: GONÇALVES (2000)
Segundo Mehta e Monteiro (1994), cada uma das fases é de natureza multifásica. Toda
partícula de agregado pode conter vários minerais além de micro fissuras e vazios.
Analogamente, tanto a matriz da pasta, como na zona de transição contém uma distribuição
heterogênea de diferentes tipos e quantidades de fases sólidas, poros e microfissuras,
acrescentando-se o fato de estarem sujeitas a modificações com o tempo, umidade ambiente e
16
temperatura, o que torna o concreto diferentemente de outros materiais de engenharia, um
material com características parcialmente intrínsecas ao material.
2.3.1
Influência dos agregados nas propriedades do concreto
Analisando a composição do concreto, observa- se a presença de agregados miúdos e
graúdos, sendo a areia e pedra britada, respectivamente. O agregado miúdo pode ser areia
natural ou artificial. Enquanto as areias naturais possuem grãos lisos e arredondados, os grãos
das areias artificiais são ásperos e pontiagudos. Tendo como consequência a diminuição na
resistência mecânica do concreto que utilizar agregados miúdos artificiais, uma vez que na
produção do concreto uma mistura que contiver areia artificial terá mais atrito interno entre os
grãos, precisando então de mais água para lubrificar a mistura, mais água no concreto
significa menor resistência à compressão, a não ser que se acrescente mais cimento à massa
(AGOSTINI e LONGATI, 2002).
O agregado graúdo também pode ser natural ou artificial. Agregado graúdo natural
(pedregulho) também pode ser obtido em rios ou em jazidas secas, mas são pouco utilizados
devido a facilidade de se obter os agregados artificiais. O agregado graúdo artificial é obtido
através de britagem e moagem de rocha. No comércio o agregado graúdo é classificado em
função da dimensão característica dos grãos conforme a NBR 7217 (ABNT 1987) mostrado
na tabela 2.3.
Tabela 2.3: Terminologia utilizada no comércio para a pedra britada
Terminologia
Dimensões nominais (mm)
brita 0
4,8 < φ ≤ 9,5
brita 1
9,5 < φ ≤ 19,0
brita 2
19,0 < φ ≤ 25,0
brita 3
25,0 < φ ≤ 38,0
brita 4
38,0 < φ ≤ 76,0
Os agregados para produção de concreto devem ser limpos, resistentes, com boa
distribuição de tamanho de grãos e com grãos de forma equilibrada.
Os agregados graúdos por sua vez têm grande influência na resistência à compressão
do concreto, de acordo com as suas propriedades físicas e químicas (ALEXANDER, 1996).
17
2.3.2 Propriedades da fase agregado
A fase agregado graúdo é a que mais influência na massa unitária, no módulo de
elasticidade e, na estabilidade dimensional do concreto. As características físicas dos
agregados são as que mais influenciam estas propriedades do concreto, entre as quais
podemos citar a massa específica, o peso específico, o volume, o tamanho, o coeficiente de
dilatação, sua forma e granulometria e, a distribuição de poros. Por exemplo, a ligação da
pasta de cimento é mais forte em um agregado áspero do tipo britado, do que em um seixo
rolado, em contrapartida existe uma grande quantidade de partículas chatas ou alongadas que
afetam muitas propriedades do concreto, além de necessitar de mais água para uma mesma
trabalhabilidade (MASO, 1980).
A tabela 2.4 apresenta um comparativo de alguns materiais em relação ao peso
específico e ao coeficiente de dilatação.
Tabela 2.4: Propriedades de alguns materiais MSPC (2010)
Material
Peso específico Kg/dm3
Aço
7,85
Coeficiente de
dilatação ºC-1
1,1 x 10-5
Latão
8,55
2,0 x 10-5
Quartzo
2,38
1,75 x 10-5
Granito
2,40
1,80 x 10-5
Segundo Gonçalves (2000), devido ao valor de seu módulo de elasticidade elevado, na
maioria dos casos, é esta fase que condiciona o valor do módulo de elasticidade do concreto,
ou seja, é ela que restringe movimentações da matriz de argamassa.
De acordo com Dal Mollin (1995), a distribuição granulométrica dos agregados
influencia no empacotamento dos grãos, podendo alterar a fração do volume de agregado a ser
incorporado na mistura, sendo esta fração altamente relacionada ao módulo de deformação do
concreto e a demanda de água da mistura.
Quando é analisada a resistência mecânica, segundo o mesmo autor, a influência da
fase agregado para concretos de baixa e média resistência, é menor que das outras duas fases,
exceto para agregados altamente porosos e fracos. Nesta propriedade ela é considerada a fase
mais forte, portanto não condiciona a resistência na maioria dos casos. Mas quando são
analisados os concretos de alta resistência isto pode mudar, pois as características dos
agregados graúdos devem ser levadas em consideração.
18
2.3.2.1 Massa específica
De acordo com Hansen e Narud, (1983), a massa específica do agregado graúdo
influencia diretamente na massa específica final do concreto produzido, além da massa
específica do agregado ser diretamente proporcional a resistência à compressão do concreto,
uma vez que quanto mais poroso, ou seja, quanto maior o índice de vazios desse agregado,
mais leve e uma menor resistência será obtida, se tornando o ponto mais fraco de toda a
mistura.
De acordo com o item 3.3 da NBR 9778 (ABNT, 1987), a massa específica do
concreto é definida pelas seguintes equações:
Massa específica da amostra seca:
Ms
(Equação 2.1)
Msat - Mi
Massa específica da amostra saturada:
Msat
(Equação 2.2)
Msa t - Mi
Onde:
Ms- massa do corpo-de-prova seco em estufa (g)
Msat- massa do corpo-de-prova saturado (g)
Mi- massa do corpo-de-prova saturado, imerso em água (g)
A saturação da amostra ou corpo-de-prova, com a finalidade de se obterem as massas
saturadas dos nomes (Msat), pode ser feita em uma das condições a seguir, em função de
especificação preconizada de acordo com a NBR 9778 (ABNT, 1987),
a) imersão em água à temperatura de (23 ± 2)°C (imersão);
b) imersão em água à temperatura de (23 ± 2)°C, seguida de permanência em água em
ebulição durante 5 h (imersão e fervura).
19
2.3.3 Propriedades da fase pasta endurecida
A pasta de cimento é constituída por diferentes tipos de compostos hidratados de
cimento, dentre os quais se destacam: C-S-H (silicato cálcico hidratado), carbonato de cálcio
Ca(OH)2 cristalizados em grandes placas hexagonais superpostas e a etringita com forma de
agulhas cristalizadas no inicio da pega (MORENVILLE e REGOURD, 1985).
De acordo com Gonçalves (2000), os vazios capilares influenciam as propriedades da
argamassa, sendo os espaços que não são preenchidos pelos componentes sólidos. Suas
propriedades estão relacionadas ao grau de hidratação e à quantidade de água utilizada na
mistura.
2.3.4 Propriedades da fase zona de transição
Zona de transição é a porção da pasta de cimento que está em contato com o agregado
graúdo, suas características podem variar de acordo com a composição do concreto. Pelo fato
dos vazios serem encontrados em maior quantidade, na zona de transição do que na argamassa
endurecida, sua resistência é menor do que nas demais fases, outro fator que diminui sua
resistência é a presença de microfissuras, que depende de vários fatores como, granulometria,
tipo do agregado, teor de cimento, grau de adensamento do concreto fresco e condições de
cura, (GONÇALVES, 2000).
Freire (2005) em seus estudos chegou a uma relação do volume de poros com relação
água/cimento, como demonstrado na Tabela 2.5.
Tabela 2.5: Relação volume de poros com fator a/c
ÁGUA/ CIMENTO
VOLUME DE POROS
0,4
23,3
0,5
34,5
0,6
42,1
0,8
53,4
De acordo com Castro e Pandolfelli, (2009), esse índice de vazios ou porosidade maior
na zona de transição, se dá ao fato da elevação da relação água/cimento em decorrência do
filme de água que se forma em torno do agregado graúdo, permitindo a formação de grandes
cristais de Ca(OH)2 (hidróxido de cálcio), criando planos de ruptura.
20
2.3.5 Influência da estrutura do concreto na sua resistência mecânica
Em todo corpo sólido, há uma relação entre porosidade e resistência, sendo que quanto
mais poroso o sólido menos resistente este será. No concreto, considerado material trifásico,
não é diferente, a porosidade de cada fase influencia a resistência final do material. Uma vez
que os agregados são normalmente densos e resistentes, o maior grau de porosidade fica na
matriz de argamassa e na zona de transição. A resistência do concreto é mais influenciada
pelas características destas últimas fases. (GONÇALVES, 2000).
A relação água/cimento é o principal fator condicionante para a porosidade da matriz
de argamassa e da zona de transição, porém existem outros fatores que também influenciam
esta propriedade, como o grau de adensamento, as condições de cura e as características
físicas do agregado (DE CASTRO e PANDOLFELLI, 2009)
Çeçen e Ozturan (1997) pesquisaram várias dosagens variando o tipo de agregado e a
resistência à compressão aos 28 dias, que foram 30, 60 e 90 MPa. A principio consideraram
que para concretos com resistências até 40 MPa, os fatores condicionantes para a resistência
seriam as propriedades da matriz de argamassa e da zona de transição, sendo que não sabiam
o que ocorreriam em concreto de alta resistência, nem onde as resistências destas duas fases
podem se igualar à do agregado. Assim foram feitas dosagens com vários tipos de agregados
com variação do nível de resistência para cada dosagem, suas principais conclusões foram:
a. Para concretos com resistência normal, o tipo de agregado influenciou pouco no
valor da resistência, sendo considerados com fatores condicionantes, as
propriedades da matriz de argamassa e da zona de transição.
b. Nos concretos de alta resistência, a influência do tipo de agregado é maior que
para concretos de menor resistência. Portanto, ao se fazer uma dosagem para este
tipo de concreto, as propriedades do agregado devem ser consideradas.
Os autores concluíram que, o agregado não condiciona a resistência do concreto,
exceto nos casos de concretos de alta resistência, pois à exceção dos agregados leves, a
partícula do agregado é várias vezes mais resistente que a matriz de argamassa e a zona de
transição, não desprezando as mudanças que algumas propriedades podem causar no
comportamento das outras fases, como granulometria, tamanho e forma, mas não é o fator
principal condicionante para o valor final da resistência no concreto.
21
2.3.6 Influência da estrutura do concreto no módulo de elasticidade
Para Gonçalves, (2000), o módulo de elasticidade do concreto está relacionado ao tipo
e quantidade de agregado graúdo. Um agregado com um valor de módulo de elasticidade alto
têm uma maior capacidade de restringir variações de volume na matriz. Como o módulo de
elasticidade do agregado é diretamente relacionado à sua porosidade, a medida da massa
específica do concreto é a maneira mais fácil de obter-se uma estimativa da porosidade do
agregado no concreto.
O módulo de elasticidade aumenta com a resistência do concreto, mas não existe um
parâmetro sobre a forma exata dessa dependência, pois o módulo de elasticidade do concreto
depende do módulo de elasticidade do agregado e da proporção em volume do agregado no
concreto. Raramente o primeiro é conhecido, de modo que algumas expressões como, por
exemplo, a do ACI 318-89, apud Neville (1992), leva em conta o módulo de elasticidade do
agregado por meio de um coeficiente que é função da massa específica do concreto,
geralmente elevada à potência de 1,5 (NEVILLE, 1997).
Segundo NEVILLE (1997), quando a massa específica do concreto , estiver entre
cerca de 2300 kg/m3 e 2500 kg/m3, o módulo de elasticidade do concreto é dado pelo ACI
318-89 (1992) como mostra na equação 2.3.
EC = 43. 1,5 . ( fc’ )0,5 . 10-6
(Equação 2.3)
Onde:
EC é o módulo de elasticidade do concreto, em GPa;
é a massa específica do concreto, em kg/m3;
fc’ é a resistência característica do concreto em Mpa;
ALEXANDER (1996) pesquisou a influência do tipo de agregado graúdo nas
propriedades do concreto, utilizando para seu estudo 23 tipos diferentes de agregados. O autor
concluiu que os agregados exercem uma importante influência nas propriedades do concreto,
principalmente quando relacionadas com a deformabilidade do material, módulo de
elasticidade, retração e fluência.
Para mostrar a influência de um tipo de agregado no módulo de elasticidade do
concreto, existem fórmulas teóricas para a estimativa de seu valor, uma delas é apresentada no
22
CEB–FIB MC 90 (1999). A norma fornece um coeficiente de correção que é função do tipo
de agregado utilizado.
A estimativa do módulo de elasticidade pelo CEB–FIB (1999) foi realizada utilizandose a seguinte equação:
Eci = E.Eco.( fcm / fcmo )1/3
(Equação 2.4)
Onde:
Eci - Módulo de elasticidade tangente em (MPa).
Eco - 2,15 . 104 (Mpa).
fcm - resistência média à compressão em (MPa).
fcmo – 10 (Mpa).
E. - Coeficiente que depende do tipo de agregado usado, conforme Tabela 2.6.
Tabela 2.6: Coeficiente para alguns tipos de agregados CEB-FIB (1999)
AGREGADOS
E.
Basalto
1,2
Quartzo
1,0
Calcário
0,9
Arenito
0,7
Pelo exposto, Gonçalves (2000), concluiu que a fase que mais influencia o módulo de
elasticidade do concreto, é a dos agregados graúdos, sendo que todas se interagem para
conferir as características desta propriedade, mas é o agregado com sua maior rigidez, que na
maioria dos casos condiciona o comportamento do material.
23
3
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Neste capítulo estão descritos todos os procedimentos experimentais realizados desde
a caracterização dos materiais até a produção do concreto para a realização dos ensaios. Os
ensaios foram realizados nos laboratórios da Universidade Estadual de Goiás.
3.1
CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
Antes da produção de todos os traços de concreto, moldagem e cura dos corpos-deprova, caracterizou-se todos os materiais utilizados, como segue:
3.1.1 Agregados miúdos
O agregado miúdo utilizado foi do tipo areia natural quartzosa proveniente de rios da
região, com as características expressas na Tabela 3.1.
Tabela 3.1: Propriedades da areia utilizada
Propriedade
Massa especifica na condição seca NBR 9937:1987
Massa unitária NBR 7251: 1982
Resultado
2650 kg/m3
1500 kg/m³
As demais características estão descritas na Tabela a 3.2.
Tabela 3.2: Granulometria da areia utilizada
Peneira mm
% Média Acumulada
6,30
0
4,80
0
2,40
5
1,20
17
0,60
41
0,30
83
0,15
99
<0,15
100
Dimensão máxima característica: 2,40 mm
Módulo de finura NBR 7217: 1987: 2,45
Graduação NBR 7217: 1987: média
24
O aspecto visual da areia utilizada e a realização de ensaio no laboratório da
Universidade Estadual de Goiás estão ilustrados na Figura 3.1.
(a)
(b)
Foto 3.1: (a) Aspecto visual, (b) Procedimentos de ensaio para caracterização da areia
3.1.2 Agregados graúdos
Foi utilizado agregado graúdo de rocha britada de origem basáltica, proveniente de
pedreiras da região, como mostra a Figura 3.2.
(a)
(b)
Figura 3.2: (a) Aspecto visual, (b) Ensaios realizados para caracterização da brita
Para os ensaios de caracterização foram seguidas as normas NBR 9937 (ABNT 1987)
e a NBR 7251(ABNT 1982), sendo que os resultados obtidos estão expostos na Tabela 3.3.
Tabela 3.3: Propriedades da brita utilizada.
Propriedade
Massa especifica na condição seca NBR 9937:1987
Massa unitária NBR 7251: 1982
Resultado
2650 kg/m3
1450 kg/m³
25
A análise granulométrica foi realizada de acordo com a NBR 7217 (ABNT 1987),
utilizando-se duas amostras como exposto na Tabela 3.4.
Tabela 3.4: Granulometria da brita utilizada.
1º determinação
2º determinação
Peneiras
Massa
%
%
Massa
%
%
mm
(g)
Retida Acum.
(g)
Retida Acum.
19
124
2,48
2,48
135,60
2,71
2,71
12,5
2905,10 58,13
64,62 2738,20 54,83
57,54
9,5
1519,50 30,41
91,02 1555,60 31,15
88,69
4,75
432
8,64
99,66
531,30
10,64
99,33
2,36
16,70
0,33
100
33,50
0,67
100
1,18
100
0,6
100
0,3
100
0,15
100
Fundo
Total 4997,30 99,99
4994,20
100
Módulo de finura médio (MF): 7,51
Dimensão máxima característica (DMC): 19 mm
Brita 0 Brita 1 Brita 2 Brita 3 Brita 4
DMC
12,3
19
25 a 32 38 a 50 62 a75
% Acum. média
2,59
59,58
89,85
99,49
100
100
100
100
100
751,51
Os resíduos utilizados na produção do concreto, ou seja, invólucros de projéteis
utilizados como agregados graúdos podem ser classificados como, reciclável, inorgânico e
classe II A quanto à periculosidade.
Os invólucros utilizados foram do tipo cilíndricos de base com aro, e tipo garrafa de
base sem aro. Como apresenta a Figura 3.3.
26
Figura 3.3: Invólucros utilizados tipo cilíndricos de latão
3.1.3 Cimento
Utilizou-se o cimento Portland tipo CP II F – 32. O CP II F-32 tem adição de fíler
calcário, em teor entre 6 e 10%, sendo comumente utilizado para diversas aplicações na
construção civil. A resistência normatizada do CP II é de no mínimo 32 MPa aos 28 dias. A
Figura 3.4 mostra o aspecto visual do cimento utilizado.
Figura 3.4: Aspecto visual do cimento Portland CP II F-32
27
3.1.4 Aditivo
O aditivo utilizado foi o Glenium 54, de acordo com o fabricante o Glenium 54 é um
aditivo para concreto, em estado líquido, pronto para o uso e livre de cloretos.
O Glenium 54 é baseado em uma cadeia de éter policarboxílico modificado, que atua
como dispersante do material cimentício, propiciando super plastificação e alta redução de
água, tornado o concreto com maior trabalhabilidade sem alteração do tempo de pega.
Esse aditivo é recomendado para fabricação de todo tipo de concreto onde necessita-se
de baixa relação água/cimento e alta fluidez.
O Glenium 54 apresenta as seguintes propriedades e benefícios nos estados frescos e
endurecidos:

Estado Fresco:
a. Alta taxa de redução de água (40% aproximadamente);
b. Aumenta da coesão e redução da segregação;
c. Aumenta a trabalhabilidade do concreto;
d. Não altera o tempo de pega do cimento portland;
e. Facilita o adensamento e o lançamento;
f. Facilita o bombeamento;
g. Reduz o fator A/C*;
h. Reduz os tempos de cura ambiente ou a vapor.

Estado Endurecido:
a. Aumenta a resistência à compressão;
b. Aumenta a resistência à flexão;
c. Aumenta o modulo de elasticidade;
d. Aumento da durabilidade do concreto;
e. Melhor acabamento do concreto endurecido;
f. Possível redução do consumo de cimento portland para uma dada resistência;
g. Redução de permeabilidade;
h. Redução de fissuras.
Suas principais características são descritas na Tabela 3.5.
28
Tabela 3.5: propriedades do aditivo.
3.2
Propriedades
Valor do Lote
Base química
Policarboxilatos
Densidade (g/cm3)
1,09 ± 0,02
pH
6±1
Teor de sólidos (%)
40 ± 2
Cloretos (%)
Isento
PRODUÇÃO DO CONCRETO
3.2.1 Definição do traço
Após a realização dos ensaios de caracterização dos materiais, iniciou-se a confecção
do concreto e a moldagem dos corpos-de-prova.
Como primeiro passo para a produção do concreto, fez-se a definição do traço a ser
confeccionado utilizando-se tabelas desenvolvidas por Barboza e Bastos como segue na tabela
3.6. Para tanto admite-se uma resistência de10 MPa aos 14 dias.
Tabela 3.6: Traço utilizado
RESISTÊNCIA
14 DIAS
10 Mpa
Cimento
(kg)
225
TRAÇO EM MASSA
Para um metro cúbico
Areia Pedra Água
(kg)
(kg)
(kg)
929
871
203
Aditivo
(kg)
3,4
O traço ficou definido como 1: 4,13: 3,87: 0,90: 0,015.
3.2.2 Confecção do concreto
Definindo-se o traço, observou-se a necessidade de calibrá-lo, reduzindo o índice de
fluidez ajustando-se a quantidade de água e areia, definindo-se o seguinte traço: 1: 4,22: 3,87:
0,84: 0,015. Assim iniciou-se a produção do concreto conforme ilustra a Figura 3.5.
29
(a)
(b)
(c)
Figura 3.5: (a) Pesagem dos materiais (b) Apresentação dos materiais (c) Utilização da betoneira
3.2.3 Moldagem dos corpos-de-prova
Os corpos-de-prova foram moldados de acordo com a NBR 5738 (ABNT 2003),
foram moldados dezoito corpos-de-prova para cada dosagem totalizando em setenta e dois
corpos-de-prova cilíndricos, com dimensões de 100 mm de diâmetro e 200 mm de altura. O
adensamento ocorreu de forma manual como mostra a Figura 3.6.
(a)
(b)
Figura 3.6: (a) Preparação dos moldes (b) Moldagem dos corpos-de-prova.
Desmoldou-se os corpos-de-prova 24 horas após a moldagem. Foi realizada cura deu
por imersão num tanque d’agua.
3.2.4
Ensaios realizados
Foram realizados ensaios para o concreto no estado fresco e endurecido conforme
segue:
a. Concreto fresco
30
Para o concreto fresco utilizou-se a seguinte norma: NBR 7223 (ABNT 1992) de
acordo com, a Figura 3.7.
Figura 3.7: Aferição do abatimento pelo slumptest
b. Concreto endurecido
Para o concreto endurecido realizou-se o ensaio de resistência à tração por compressão
diametral pelo método Lobo Carneiro conforme NBR 7222 (ABNT 1994), e o ensaio de
resistência à compressão axial, os ensaios estão ilustrados nas Figuras 3.8 e 3.9. A prensa
utilizada foi da marca Pavitest das indústrias Cotenco.
Foi calculado o módulo de elasticidade de acordo com a NBR 6118 (ABNT 2003)
utilizando as equações de acordo com o item 8.2.8, no qual estabelece que quando não forem
feitos ensaios e não existirem dados mais precisos sobre o concreto pode-se estimar o valor do
módulo de elasticidade usando a equação:
Eci = 5 600 fck1/2
(Equação 3.1)
Figura 3.8: Preparação dos corpos-de-prova para ensaio.
31
(a)
(b)
Figura 3.9: (a) Ensaio de compressão axial, (b) Ensaio de tração por compressão diametral.
32
4
APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos por meio de tabelas, nas idades
de três, sete e quatorze dias, sendo três corpos-de-prova para cada idade. Utilizou-se, nove
corpos-de-prova para cada variável (0%, 25%, 50% e 50% de invólucros variados), sendo três
corpos-de-prova para ensaio de compressão axial e três para o ensaio de tração por
compressão diametral.
A análise dos resultados baseou-se na observação da superfície de ruptura dos corposde-prova, e na comparação em forma de gráficos dos resultados obtidos. Em relação ao
concreto no estado fresco, o material se comportou de maneira satisfatória, com boa
trabalhabilidade e consistência, a análise foi realizada como mostra a Figura 4.1.
Figura 4.1: Verificação da trabalhabilidade
Vale ressaltar que à medida que se inseria maior porcentagem de invólucros no traço a
mistura aumentava seu grau de fluidez, o que é explicado, uma vez que a absorção de água era
prejudicada pelo fato dos invólucros serem constituídos de material ferroso, o que refletiu no
ensaio de abatimento, como mostra a Figura 4.2.
33
Slumptest
Abatimento (mm)
70
60
50
0%
40
25%
30
50%
20
50% var
10
0
Dosagens
Figura 4.2: Slumptest
Como resultado do abatimento observou-se que na dosagem 4 (50% de cápsulas
variadas) o ensaio de abatimento foi de 56 mm, enquanto que na dosagem 3 (50% de capsulas
iguais) o abatimento foi de 58 mm, essa diferença pode ser explicada pela granulometria dos
invólucros, interferindo na adesão do material.
A análise do concreto endurecido foi realizada observando-se as superfícies de ruptura
dos corpos-de-prova, tanto no ensaio de resistência a compressão axial, quanto no ensaio de
resistência a tração por compressão diametral, expostos na Figura 4.3.
(a)
(b)
Figura 4.3: (a) Superfície de ruptura à tração, (b) Superfície de ruptura à compressão
Analisando no que diz respeito à segregação, que foi uma das preocupações iniciais
devido ao peso específico do latão ser na casa de 8,55 kg/dm³, bem maior que a dos agregados
graúdos convencionais, que são de aproximadamente 2,4 kg/dm³, o aditivo utilizado
correspondeu às expectativas, evitando que ocorresse tal fato. Outra preocupação foi no
34
sentido do preenchimento das cápsulas (tubos cilíndricos) pela pasta, o que também ocorreu
sem nenhum problema, evitando um vazio que poderia tornar-se o elo fraco da mistura.
Analisando-se os resultados do ensaio de resistência à tração por compressão
diametral e, da resistência à compressão axial, Observou-se que:
4.1
DOSAGEM 1
A dosagem 1 foi definida utilizando-se 100% dos agregados graúdos naturais
basálticos do tipo britado.
Para o concreto fresco foi medido o abatimento (slumptest) obtendo 38 mm. Para o
concreto endurecido, os resultados estão expressos nas Tabelas 4.1 e 4.2.
Tabela 4.1: Resultados de compressão e tração dosagem 1
Idade
(dias)
3
7
14
Compressão
MPa
8,8
8,4
8,6
11,4
11,8
12,2
13,4
13,8
13,2
Média
8,6
11,8
13,5
Tração
MPa
0,8
0,8
0,8
1,0
1
1
1,1
1,1
1,1
Média
0,8
1,0
1,1
Nessa dosagem, os corpos-de-prova submetidos ao ensaio de resistência à tração por
compressão diametral, romperam principalmente na fase pasta endurecida e em menor
porcentagem na fase agregado graúdo como indicado na Figura 4.4.
35
Figura 4.4: Ruptura na fase pasta endurecida e agregado graúdo dosagem 1
Os corpos de prova que foram submetidos aos esforços de compressão romperam em
sua maioria de forma cisalhada, de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994), conforme
apresenta a Figura 4.5.
Figura 4.5: Ruptura em forma de cunha dosagem 1
36
Tabela 4.2: Propriedades mecânicas dosagem 1
Dosagem sem Agregado Reciclado
Idade
(dias)
3
fc
fct,sp
fct,inf
fct,sup
fct,m
fct,sp(NBR
Ec(NBR
6118/03)
6118/03)
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)
(MPa)
8,6
0,8
1,0
1,8
1,3
1<fct,sp<1,8
(GPa)
16,4
7
11,8
1,0
1,2
2,2
1,6
1,2<fct,sp<2,2
19,2
14
13,5
1,1
1,3
2,5
1,7
1,3<fct,sp<2,5
20,6
Média
Desvio Padrão
11,3
2,5
1,0
0,2
1,2
0,2
2,2
0,3
1,5
0,2
1,2<fct,sp<2,2
-
18,7
2,1
Coeficiente de
variação (%)
22,0
15,8
14,9
14,9
14,9
-
11,3
Sendo: fc - Resistência à compressão do concreto; fct,sp - Resistência do concreto à tração indireta;
fct,m - Resistência média à tração do concreto; Ec - Módulo de elasticidade do concreto
Verifica-se que a resistência do concreto à tração indireta está abaixo do limite inferior
(fct,inf ) estabelecidos pela NBR 6118 (ABNT, 2003). A resistência a compressão do concreto
esta acima da prevista na definição do traço que seria de 10 MPa aos 14 dias e obteve um
coeficiente de variação de 22,0% entre as amostras ensaiadas nas datas estipuladas. O modulo
de elasticidade obtido através da NBR (ABNT, 2003) teve um coeficiente de variação de
11,3%.
4.2
DOSAGEM 2
A dosagem 2 foi definida utilizando 75% dos agregados graúdos do tipo natural
britado, e 25% de invólucros de projéteis.
Para o concreto fresco foi medido o abatimento (slumptest) obtendo 44 mm. Para o
concreto endurecido os resultados estão expressos nas tabelas 4.3 e 4.4.
37
Tabela 4.3: Resultados de compressão e tração dosagem 2
Idade
(dias)
3
7
14
Compressão
MPa
11,6
11,5
11,2
14,8
14,3
14,5
16,4
16,1
16,2
Média
11,4
14,5
16,2
Tração
MPa
2,8
3,1
2,9
3,9
3,8
3,7
5,0
5,0
5,1
Média
2,9
3,8
5,0
Nessa dosagem a ruptura ocorreu apenas na fase pasta endurecida. Os corpos de prova
que foram submetidos aos esforços de compressão romperam em sua maioria em forma de
cone, de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994), conforme apresenta a figura 4.6.
Figura 4.6: Ruptura em forma de cone dosagem 2
38
Tabela 4.4: Propriedades mecânicas dosagem 2
25% de Agregado Reciclado
Idade
(dias)
3
fc
fct,sp
fct,inf
fct,sup
fct,m
fct,sp(NBR
Ec(NBR
6118/03)
6118/03)
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)
(MPa)
11,4
2,9
1,2
2,2
1,5 1,2<fct,sp<2,2
(GPa)
18,9
7
14,5
3,8
1,4
2,6
1,8
1,4<fct,sp<2,6
21,3
14
16,2
5,0
1,5
2,8
1,9
1,5<fct,sp<2,8
22,5
Média
Desvio Padrão
Coeficiente de
variação (%)
14,0
2,4
3,9
1,1
1,4
0,2
2,5
0,3
1,7
0,2
1,4<fct,sp<2,5
-
20,9
1,8
17,3
27,0
11,7
11,7
11,7
-
8,8
Sendo: fc - Resistência à compressão do concreto; fct,sp - Resistência do concreto à tração indireta;
fct,m - Resistência média à tração do concreto; Ec - Módulo de elasticidade do concreto
Verifica-se que a resistência do concreto à tração indireta está acima do limite superior
(fct,sup) estabelecidos pela NBR 6118 (ABNT, 2003). A resistência a compressão do concreto
esta acima da prevista na definição do traço que seria de 10 MPa aos 14 dias e obteve um
coeficiente de variação de 17,3% entre as amostras ensaiadas nas datas estipuladas. O modulo
de elasticidade obtido através da NBR (ABNT, 2003) teve um coeficiente de variação de
8,8%.
4.3
DOSAGEM 3
A dosagem 3 foi definida utilizando 50% de agregados graúdos naturais tipo britado, e
50% de invólucros de projéteis do tipo 1.
Para o concreto fresco foi medido o abatimento (slumptest) obtendo 58 mm.
Para o concreto endurecido os resultados estão expressos nas Tabelas 4.5 e 4.6.
39
Tabela 4.5: Resistência a compressão e a tração dosagem 3
Idade
(dias)
3
7
14
Compressão
MPa
9,7
9,5
9,1
10,5
10,8
10,6
11,3
11,5
11,4
Média
9,4
10,6
11,4
Tração
MPa
3,6
3,1
3,3
4,0
3,9
4,1
4,5
4,6
4,8
Média
3,3
4,0
4,6
A ruptura ocorreu tanto na fase pasta endurecida quanto na fase zona de transição,
como mostra a Figura 4.7.
Figura 4.7: Ruptura na fase pasta endurecida e zona de transição dosagem 3
Os corpos de prova que foram submetidos aos esforços de compressão romperam em
sua maioria em forma de cone, de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994), conforme
apresenta a figura 4.8.
40
Figura 4.8: Ruptura em forma de cone dosagem 3
Tabela 4.6: Propriedades mecânicas dosagem 3
50% de Agregado Reciclado
Idade
(dias)
3
fc
fct,sp
fct,inf
fct,sup
fct,m
fct,sp(NBR
Ec(NBR
6118/03)
6118/03)
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)
(MPa)
9,4
3,3
1,0
1,9
1,3 1,0<fct,sp<1,9
(GPa)
17,2
7
10,6
4,0
1,1
2,1
1,4
1,1<fct,sp<2,1
18,2
14
11,4
4,6
1,2
2,2
1,5
1,2<fct,sp<2,2
18,9
Média
Desvio Padrão
Coeficiente de
variação (%)
10,5
1,0
4,0
0,7
1,1
0,1
2,1
0,1
1,4
0,1
1,1<fct,sp<2,1
-
18,1
0,9
9,6
16,4
6,4
6,4
6,4
-
4,8
Sendo: fc - Resistência à compressão do concreto; fct,sp - Resistência do concreto à tração indireta;
fct,m - Resistência média à tração do concreto; Ec - Módulo de elasticidade do concreto
Verifica-se que a resistência do concreto à tração indireta está bem acima (quase o
dobro) do limite superior (fct,sup) estabelecidos pela NBR 6118 (ABNT, 2003). A resistência a
compressão do concreto esta acima da prevista na definição do traço que seria de 10 MPa aos
14 dias e obteve um coeficiente de variação de 9,6% entre as amostras ensaiadas nas datas
estipuladas. O módulo de elasticidade obtido através da NBR 6118 (ABNT, 2003) teve um
coeficiente de variação de 4,8%.
41
4.4
DOSAGEM 4
A dosagem 4 foi definida utilizando 50% de agregado graúdo do tipo natural britado e
50% de invólucros de projéteis do tipo 2.
Para o concreto fresco foi medido o abatimento (slumptest) obtendo 56 mm. Para o
concreto endurecido os resultados estão expressos nas tabelas 4.7 e 4.8.
Tabela 4.7: Resultados compressão e tração dosagem 4
Idade
(dias)
3
7
14
Compressão
MPa
15,8
15,6
15,7
16,9
17,1
16,8
18,4
18,6
18,8
Média
15,7
16,9
18,6
Tração
MPa
3,8
3,9
4,1
4,6
4,7
4,9
5,7
5,5
5,7
Média
3,9
4,7
5,6
A exemplo da dosagem 2 esta dosagem também teve ruptura apenas na fase pasta
endurecida. Os corpos de prova que foram submetidos aos esforços de compressão romperam
em sua maioria em forma de cone, de acordo com a NBR 5739 (ABNT, 1994), conforme
apresenta a figura 4.9.
Figura 4.9: Ruptura em forma de cone, dosagem 4
42
Tabela 4.8: Propriedades mecânicas dosagem 4
50% de Agregado Reciclado Misto
Idade
(dias)
3
fc
fct,sp
fct,inf
fct,sup
fct,m
fct,sp(NBR
Ec(NBR
6118/03)
6118/03)
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)
(MPa)
15,7
3,9
1,5
2,7
1,9 1,5<fct,sp<2,7
(GPa)
22,2
7
16,9
4,7
1,5
2,9
2,0
1,5<fct,sp<2,9
23,0
14
18,6
5,0
1,6
3,0
2,1
1,6<fct,sp<3,0
24,2
Média
Desvio Padrão
Coeficiente de
variação (%)
17,1
1,5
4,5
0,6
1,5
0,1
2,9
0,2
2,0
0,1
1,5<fct,sp<2,9
-
16,1
1,0
8,5
12,5
5,7
5,7
5,7
-
6,1
Sendo: fc - Resistência à compressão do concreto; fct,sp - Resistência do concreto à tração indireta;
fct,m - Resistência média à tração do concreto; Ec - Módulo de elasticidade do concreto
Verifica-se que a resistência do concreto à tração indireta está acima do limite superior
(fct,sup) estabelecidos pela NBR 6118 (ABNT, 2003). A resistência a compressão do concreto,
está acima da prevista na definição do traço que seria de 10 MPa aos 14 dias e obteve um
coeficiente de variação de 8,5% entre as amostras ensaiadas nas datas estipuladas, . O módulo
de elasticidade obtido através da NBR 6118 (ABNT, 2003) teve um coeficiente de variação de
6,1%.
4.5
ANÁLISE DOS GRÁFICOS DE COMPORTAMENTO
A evolução da resistência à compressão, resistência à tração e módulo de elasticidade
para as idades dos ensaios são ilustras na figura 4.10.
43
Tensão de Compressão
fc (MPa)
20
15
0%
10
25%
50%
5
50% var.
0
0
7
14
Dias
Figura 4.10: Tensão de compressão de todas as dosagens
Observa-se que o traço contendo 50% de cápsulas variadas se comportou melhor que
os demais, inclusive do traço convencional no que se diz respeito a compressão, como
apresentado na figura 4.11.
Tensão de Compressão
20
fc (MPa)
15
10
0%
50% var.
5
0
0
7
14
Dias
Figura 4.11: Tensão de compressão, dosagem 1 e 4
Outro dado importante é que o traço com 50% de capsulas iguais foi o que pior se
comportou com relação a compressão podendo ser provocado pela falta de aderência entre a
pasta e os invólucros o que pode ser observado na superfície de ruptura, em que nesta
dosagem o corpo-de-prova rompeu na zona de transição, porém a mesma dosagem com
capsulas variadas se comportou de maneira excelente fato este garantida pela granulometria
do agregado, esses dados são apresentados na figura 4.12.
44
Tensão de Compressão
20
fc (MPa)
15
10
50%
50% var.
5
0
0
7
14
Dias
Figura 4.12: Tensão de compressão, dosagem 3 e 4
Analisando o gráfico de tensão de tração observou-se que a dosagem 1 (0% de
capsulas) se comportou de maneira convencional o que já era esperado, sendo que a
resistencia a tração esteve na ordem de 8% da resistencia a compressão. Já os traços em que
foram inseridas capsulas ou invólucros, todos se comportaram melhor sendo que a dosagem 2
(25% de capsulas) e a dosagem 4 (50% de capsulas variadas) foram as que melhores se
comportaram em valor absoluto com uma resistencia de 5Mpa, entretando em proporção a
resistencia a compressão, das dosagens com residuo a dosagem 4 foi a que pior se comportou
com 27%. A dosagem 3 (50% de capsulas variadas) mesmo sendo em valor absoluto a pior
das dosagens com residuos, apresentou uma resistencia a tração maior em proporção a de
compressão, cerca de 40% . A figura 4.13 apresenta esses dados.
Tensão de Tração
fct (MPa)
20
15
0%
10
25%
50%
5
50% var.
0
0
7
Dias
Figura 4.13: Tensão de tração de todas as dosagens
14
45
O modulo de elasticidade se comportou de maneira semelhante a tensão de
compressão de acordo com a figura 4.14.
Módulo de Elasticidade - NBR 6118 (2003)
25
Ec (GPa)
20
15
0%
25%
10
50%
5
50% var.
0
0
7
14
Dias
Figura 4.14: Módulo de elasticidade de todas as dosagens
O coeficiente de variação fornece a variação dos dados obtidos em relação à média.
Quanto menor for o seu valor, mais homogêneos serão os dados. O coeficiente de variação é
considerado baixo (apontando um conjunto de dados bem homogêneos) quando for menor ou
igual a 25%. O fato de o coeficiente de variação ser dado em valor relativo permite-se
comparar séries de valores que apresentam unidades de medida distintas, de forma que,
analisando a Figura 4.15 observa-se que apenas na resistência a tração da dosagem de 25% de
invólucros, o coeficiente de variação obtido foi maior que 25%, as demais propriedades do
concreto tiveram um coeficiente de variação baixo, se destacando o módulo de elasticidade da
dosagem de 50% de invólucros que apontou 4,8%, demonstrando mais homogeneidade nesse
conjunto de dados.
46
30
25
20
fc
15
fct sp
Ec
10
5
0
0%
25%
50%
50% var
Figura 4.15: Coeficiente de variação
Observando-se cada propriedade constata-se que a resistência à compressão e o
módulo de elasticidade se comportaram de maneira semelhante nas dosagens de 0%, 25% e
50% de invólucros, o coeficiente de variação do módulo de elasticidade foi de
aproximadamente 50% do coeficiente de variação da resistência à compressão, e apenas na
dosagem de 50% de invólucros variados essa proporção não foi obtida. Outro dado a ser
observado foi que tanto na resistência a compressão quanto no módulo de elasticidade o
coeficiente de variação teve uma queda à medida que se adicionava invólucros do mesmo
tipo, demonstrado consistência nos dados obtidos, ao analisar a resistência à tração o mesmo
não pode ser dito, uma vez que entre a dosagem de 0% e 25% de invólucros o coeficiente de
variação teve um notório aumento.
Analisando o presente estudo e relacionando-o com outro estudo no qual aplicou-se
outro tipo de resíduo, pôde-se constatar que este material se comportou de maneira distinta.
Analisando o estudo de Gonçalves (2000) que utilizou de resíduos provenientes do corte de
granito observou-se que, quanto a resistência à compressão, o concreto utilizando 20% deste
resíduo teve um aumento de 19,6% com relação ao concreto convencional enquanto neste
estudo com uma dosagem de 25% de invólucros, obteve-se uma resistência 12% maior em
relação ao concreto convencional, porém analisando a resistência a tração, no estudo de
Gonçalves (2000), a dosagem que melhor se comportou foi a que utilizou 10% de resíduo de
granito, alcançando uma resistência 7,2% maior que a do concreto convencional, já no
presente estudo o melhor resultado com relação a essa resistência foi com a dosagem
47
utilizando 25% e 50% de invólucros variados com as quais se alcançou uma resistência 455%
maior que a do concreto convencional.
48
5
5.1
CONSIDERAÇÕES FINAIS
CONCLUSÕES
O presente estudo teve por finalidade avaliar a aplicação de invólucros de projeteis no
concreto em substituição dos agregados graúdos convencionais.
Os resultados obtidos demonstraram ser possível a utilização deste material,
mostrando um grande potencial, dado o fato do aumento nas resistências características do
concreto com este resíduo.
A resistência à tração se comportou melhor no concreto com resíduos, enquanto no
concreto convencional seria na ordem de 10% da resistência a compressão, com a utilização
dos invólucros obteve-se uma resistência com 40% de proporção.
Quanto à resistência a compressão, conclui-se que o concreto em que utilizou-se
invólucros obteve-se um melhor desempenho, destacando a dosagem em que utilizou-se 50%
de invólucros variados com a qual obteve-se uma resistência a compressão de 18 Mpa. Com a
dosagem em que se utilizou 25% de invólucros o resultado também foi expressivo, obteve-se
uma resistência de 16 Mpa.
Com o aumento da resistência à tração, sendo que com pequena dosagem, com 25% de
invólucros aumentou em 450% em relação à dosagem convencional, conclui-se que existe a
possibilidade da utilização desse concreto em regiões onde há a necessidade de absorver os
esforços de tração, como por exemplo, para aumentar a resistência ao puncionamento em lajes
lisas, na ligação laje pilar, na confecção de pisos sem juntas, apresentando como principal
vantagem o menor surgimento de trincas.
Constatou-se que a utilização de invólucro de projéteis se torna mais eficiente se
utilizados diferentes tipos de invólucros como demostrados nos resultados da dosagem 4 com
a qual se obteve os melhores resultados, cerca de 140% da resistência a compressão e assim
como a dosagem de 25% de invólucros cerca de 450% da resistência a tração com relação a
dosagem do concreto convencional.
Além da viabilidade técnica da aplicação deste resíduo na construção civil a
contribuição para o meio ambiente evita os impactos causados pela atividade do combate
armado.
49
5.2
SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS
Sugere-se como trabalhos futuros um estudo mais aprofundado desse novo material,
avaliando-se:

Sua durabilidade, por meio de ensaios de corrosão;

A capacidade portante, ensaiando-se elementos de concreto armado, como
vigas, por exemplo;

Sua aderência, utilizando os ensaios de arrancamento padrão, que avalia
melhor o estado do material utilizado. Para verificar a resposta da aderência
nos elementos estruturais, sugere-se a utilização de ensaios de tirantes.

Verificar a possibilidade da diminuição da área de aço em elementos de
concreto armado.
50
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