INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO RIO GRANDE DO SUL – CAMPUS RIO GRANDE
Curso Superior de Tecnologia em Construção de Edifícios
Prof. Fábio Costa Magalhães
MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO
– ESPECIFICAÇÕES E ENSAIOS –
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versão 1.0
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
CAPÍTULO 1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
1.1 – INTRODUÇÃO
Esta apostila visa a apresentar sob um aspecto prático as especificações e metodologias de
ensaio dos materiais com os quais é produzido o concreto de cimento Portland. São buscadas as
regulamentações normativas de cada situação, objetivando uma preparação para a aplicação
profissional dos conceitos aqui apresentados. Ao mesmo tempo, são expostas questões de
conceituação teórica com o intuito de permitir o correto entendimento do conteúdo abordado.
1.2 – OBJETIVOS
Com a aquisição do conhecimento contido no presente documento, o aluno deverá ser
capaz de distinguir sobre as especificações e especificidades dos materiais componentes do
concreto, utilizando as normas técnicas respectivas. Deverá possuir competência para a correta
interpretação dos resultados dos ensaios realizados.
1.3 – CONCRETO
Concreto de Cimento Portland é o material mais utilizado na construção civil na
atualidade. É constituído pela mistura de cimento, agregados inertes e água e, de forma eventual,
por aditivos e adições conforme a necessidade.
Este material passou a ser utilizado como é conhecido hoje no fim do século XIX, com uso
intensificado em meados do século XX; quando o concreto se transformou no material mais
utilizado do mundo depois da água.
A mistura de Cimento Portland e água forma uma pasta cuja fluidez varia conforme a
relação água/cimento1 da combinação. Esta pasta envolve os agregados, produzindo um material
que é capaz de se moldar aos mais variados formatos. Nas primeiras horas o concreto apresenta
certa fluidez, dependendo das características da mistura, com o passar do tempo, a mistura
endurece pela reação de caráter irreversível do cimento em contato com a água. Este adquire
resistência mecânica tornando-se um material de grande utilidade estrutural.
1
Razão, em massa, entre a quantidade de água e de cimento adicionada em argamassas ou concretos.
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1.4 – MATERIAIS COMPONENTES DO CONCRETO – MCC’s
Tão fundamental quanto uma boa dosagem do concreto é a correta escolha dos materiais
que o compõe. Neste documento são apresentados os principais materiais utilizados na produção
do concreto e os principais ensaios de caracterização dos mesmos. A norma brasileira NBR
12654 – Controle tecnológico de materiais componentes do concreto – estabelece as condições
exigíveis do controle da qualidade dos materiais com os quais o concreto é produzido.
CAPÍTULO 2 – CIMENTO PORTLAND
2.1 – INTRODUÇÃO
O Cimento Portland é um aglomerante hidráulico2 proveniente da moagem do chamado
Clínquer Portland. O clínquer é obtido pela mistura e moagem de calcário e argila em proporções
adequadas. Esta mistura é aquecida em fornos (em geral rotativos) até temperaturas próximas da
fusão completa do material, sofrendo um rápido resfriamento. O clínquer Portland é moído
juntamente com gesso, resultando no Cimento Portland; um material em pó, fino e de cor
acinzentada.
Figura 2.1 – Clínquer Portland.
A adição do gesso (gipsita) é realizada na moagem final do cimento com o intuito de
regular o tempo de pega, permitindo que o cimento permaneça trabalhável por um período de,
pelo menos, uma hora.
2
Aglomerante hidráulico são os elementos que endurecem pela ação de água, através do processo de
hidratação e depois de endurecido adquire características de rocha artificial, mantendo suas propriedades.
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O cimento produzido desta forma constitui-se de vários óxidos que compõem compostos
complexos que se combinam com a água. Esta combinação entre o cimento e água resulta em um
material cristalino com propriedades de resistência e aderência aos agregados e às armaduras.
Os principais óxidos que compõem o cimento e suas representações de forma simplificada
são apresentados na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Componentes principais do Cimento Portland.
Representação
Representação
Descrição
CaO
Óxido de Cal
C
SiO2
Óxido de Silício
S
Al2O3
Óxido de Alumínio
A
Fe2O3
Óxido de Ferro
F
Simplificada
Figura 2.2 – Jazida de extração mineral e britador (ITAMBÉ, 2008).
O resultado das combinações entre os principais óxidos é a geração de quatro componentes
principais:
- C3S – Silicato tricálcico;
- C2S – Silicato dicálcico;
- C3A – Aluminato tricálcico;
- C4AF – Ferro aluminato tetracálcico.
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Figura 2.3 – Forno de clinquerização (ITAMBÉ, 2008).
As características proporcionadas por estes compostos ao Cimento Portland durante o seu
processo de hidratação estão apresentadas de forma resumida na Tabela 2.2. A Figura 2.4
apresenta o comportamento mecânico dos componentes do concreto com o aumento da idade. As
Figuras 2.5 e 2.6 apresentam um esquema simplificado do processo produtivo do cimento
Portland e a vista aérea de uma fábrica, respectivamente.
Tabela 2.2 – Características principais dos compostos de Cimento Portland.
Composto
C3 S
C2 S
C3 A
C4AF
3
Característica
Endurecimento (reação) rápido, liberação de um moderado
calor de hidratação3, altas resistências iniciais.
Endurecimento lento, baixo calor de hidratação liberado,
altas resistências finais.
Endurecimento muito rápido, muito alto calor de
hidratação, baixa resistência.
Endurecimento rápido, calor de hidratação alto, resistência
desprezível.
Calor desenvolvido no maciço de concreto durante o processo exotérmico de hidratação do cimento.
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Figura 2.4 – Comportamento mecânico dos compostos do cimento Portland (TARTUCE e
GIOVANNETTI, 1990).
Figura 2.5 – Fluxograma de produção do cimento.
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Figura 2.6 – Vista aérea da fábrica de cimento Portland Ash Grove Cement em Oregon-EUA
(MEHTA e MONTEIRO, 2008).
2.1.1 – ADIÇÕES
Em determinadas situações, são adicionados outros materiais ao composto oriundo da
moagem de clínquer e gesso. Quando estas adições participam do processo de hidratação do
cimento são denominadas adições ativas. As adições no cimento melhoram certas características
do concreto, além de preservar o ambiente ao aproveitar resíduos e diminuir a extração de
matéria prima. A introdução destas adições resulta em Cimentos Portland de tipos distintos, cujas
características e propriedades são normatizadas por normas brasileiras (NBR) vigentes.
2.2 – TIPOS DE CIMENTOS PORTLAND
2.2.1 – CIMENTO PORTLAND COMUM (CP I)
Este é um tipo de cimento sem qualquer adição além do gesso, que serve como retardador
de pega. Suas características são estabelecidas através da NBR 5732 – Cimento Portland comum.
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Sua utilização é indicada em construções de concreto nas quais a estrutura não fique exposta a
ambientes agressivos, com presença de sulfatos.
Também se pode encontrar no mercado o Cimento Portland comum com adições (CP I-S),
cuja composição apresenta a adição de material pozolânico4 em massa, ao ter de 5 %.
2.2.2 – CIMENTO PORTLAND COMPOSTO (CP II)
Este tipo de cimento é especificado através da norma brasileira NBR 11578 – Cimento
Portland composto. Tem como característica a liberação de calor numa velocidade menor do que
o gerado pelo CP I. Desta forma, sua utilização é mais recomendada no caso de grandes maciços
de concreto, onde o elevado volume da concretagem e a superfície relativamente pequena
reduzem a capacidade de resfriamento da massa. Este cimento também apresenta melhor
resistência ao ataque dos sulfatos contidos no solo.
Os Cimentos Portland Compostos apresentam-se em três diferentes composições:
a) Cimento Portland composto com fíler (CP II-F):
Este cimento apresenta adição de material carbonático5 (fíler) à mistura clínquer e
gesso. A adição de fíler é estabelecida pela NBR 11578 entre 6 e 10 %, em massa, em
relação ao cimento comum. Sua utilização não é recomendada em ambientes agressivos.
b) Cimento Portland composto com pozolana (CP II-Z):
Este tipo de cimento contém adição de material pozolânico. Apresenta adição de
pozolana no percentual de 6 a 14 %, em massa; admitindo até 10 % de fíler à composição.
A característica de resistência a sulfatos torna o composto pozolânico recomendado à
aplicação em ambiente com sulfatos, tais como obras marítimas, subterrâneas ou
industriais.
c) Cimento Portland composto com escória (CP II-E):
4
Material composto em grande parte por silicatos que reagem com o hidróxido de cálcio liberado na
hidratação do cimento, produzindo uma pasta compacta com resistência a certos agentes agressivos.
5
Materiais carbonáticos são rochas moídas compostas por carbonato de cálcio, como o calcário. Quando
adicionados ao concreto são denominados fíler.
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Este cimento apresenta adição de escória granulada de alto-forno. A escória de altoforno é obtida pelo processo de fusão do subproduto da produção de aço ou ferro,
conhecido como escória de ferro. Esta fusão gera um material vítreo, capaz de ser moído.
Esta escória é composta por silicatos inertes que se comportam como aglomerantes
hidráulicos, auxiliando no endurecimento da pasta. O teor em massa de escória é
estabelecido pela NBR 11578 com valores entre 6 e 34 %; com a possibilidade de adição
de fíler ao teor máximo de 10 %. É recomendado para estruturas com necessidade de calor
de hidratação moderado, tais como grandes maciços de concreto, como obras de barragens.
2.2.3 – CIMENTO PORTLAND DE ALTO-FORNO (CP III)
Este tipo de cimento é especificado pela NBR 5735 – Cimento Portland de alto-forno.
Apresenta adição de escória em um percentual superior ao utilizado no cimento composto CP IIE; fato que proporciona a este cimento características como: baixo calor de hidratação e maior
resistência a agentes agressivos. Sua utilização é indicada para os mesmos casos do cimento
composto por escória, porém com vantagens em relação ao CP II. Os teores de adição de escória
de alto-forno são apresentados na Tabela 2.3.
Tabela 2.3 – Teores dos componentes do CP III segundo a NBR 5735.
Sigla
Componentes (% em massa)
Classe de
Resistência
Clínquer + sulfato
Escória granulada
Material
de cálcio
de alto-forno
carbonático
65-25
35-70
0-5
25
CP III
32
40
2.2.4 – CIMENTO PORTLAND POZOLÂNICO (CP IV)
Este tipo de cimento é especificado pela NBR 5736 – Cimento Portland pozolânico.
Apresenta adição de material pozolânico na proporção de 15 a 50 % em massa. O alto teor
pozolânico proporciona ao concreto uma maior impermeabilidade e conseqüente durabilidade.
Os materiais pozolânicos são definidos como elementos silicosos ou silicoaluminosos que
por si só possuem pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que, quando finamente
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divididos e na presença de água, reagem com o hidróxido de cálcio formando um composto com
propriedades cimentícias. A origem da pozolana pode ser natural ou artificial. No caso natural
são provenientes regiões vulcânicas6 ou de origem sedimentar. As pozolanas artificiais são
oriundas de tratamentos térmicos ou subprodutos industriais, podendo ser:
- Argilas calcinadas: provenientes da calcinação de algumas argilas que, quando tratadas
com temperaturas entre 500 e 900 °C, passam a reagir com o hidróxido de cálcio;
- Cinzas volantes: resíduos provenientes da combustão de carvão pulverizado ou
granulado.
As cinzas volantes são precipitadas eletrostaticamente dos fumos de exaustão das centrais
termelétricas a carvão e são as pozolanas artificiais mais comuns. No Rio Grande do Sul, o
cimento CP IV é o mais produzido. Este fato decorre da grande oferta de cinzas volantes
oriundas da queima de carvão mineral para a geração de energia elétrica nas usinas
termoelétricas. A região de Candiota e Pinheiro Machado/RS concentra grande parte da
produção de cimento deste estado.
2.2.5 – CIMENTO PORTLAND DE ALTA RESISTÊNCIA INICIAL (CP V-ARI)
Assim como o cimento comum CP I, o cimento CP V não apresenta nenhum tipo de
adição, embora possa ser comercializado com teor de material carbonático de até 5 %. No
entanto sua produção difere da dos demais cimentos em virtude da dosagem diferente entre
calcário e argila utilizada na produção do clínquer e ao processo mais aprimorado de moagem
que proporciona um cimento de grãos mais finos. Estas características fazem com que o CP VARI apresente resistências elevadas com maior rapidez.
Este tipo de cimento é amplamente utilizado em estruturas pré-moldadas de concreto e em
estruturas que exijam resistências iniciais mais elevadas nas primeiras idades.
A norma brasileira NBR 5733 - Cimento Portland de alta resistência inicial - define os
parâmetros de produção deste tipo de cimento.
2.2.6 – CIMENTO PORTLAND RESISTENTE A SULFATOS (CP RS)
6
A origem do termo pozolana é a região do vulcão Vesúvio no território italiano, conhecida como Pozzuoli,
onde são encontradas cinzas vulcânicas com propriedades pozolânicas.
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Este tipo de cimento busca proporcionar resistência a ambientes agressivos sulfatados que
tendem a acarretar manifestações patológicas nas estruturas de concreto. Este tipo de cimento é
indicado para regiões marítimas e industriais. A norma NBR 5737 – Cimentos Portland
resistentes a sulfatos – apresenta as características inerentes ao cimento do tipo RS. Segundo esta
norma, cinco tipos de cimentos podem apresentar resistência a sulfatos (CP I, CP II, CP III, CP
IV e CP V-ARI), desde que satisfaçam as seguintes condições:
- Teor de aluminato tricálcico (C3A) do clínquer e teor de adições carbonáticas de no
máximo 8 % e 5 % em massa, respectivamente;
- Cimentos do tipo alto-forno que contiverem entre 60 % e 70 % de escória granulada de
alto-forno, em massa;
- Cimentos do tipo pozolânico que contiverem entre 25 % e 40 % de material pozolânico,
em massa;
- Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa duração ou de obras
que comprovem resistência aos sulfatos.
2.2.7 – CIMENTO PORTLAND BRANCO (CPB)
O cimento Portland branco é produzido a partir de clínquer Portland branco. Esta cor é
obtida a partir de matérias primas com baixos teores de óxido de ferro e manganês; além do fato
de utilizar caulim7 ao invés de argila. A NBR 12989 – Cimento Portland branco – apresenta as
especificações e exigências para este tipo de cimento.
Figura 2.7 – Extração e pedras de caulim.
7
Minério composto de silicatos hidratados de alumínio, como a caulinita e a haloisita. Apresenta coloração
branca.
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Este tipo de cimento é encontrado para duas distintas aplicações:
- Cimento Portland branco estrutural: é utilizado na execução de concretos estruturais com
finalidades arquitetônicas;
- Cimento Portland branco não-estrutural: Não pode ser utilizado para fins estruturais,
sendo aplicado em acabamentos, tais como o rejuntamento de revestimentos cerâmicos.
2.2.8 – CLASSES DE RESISTÊNCIA DO CIMENTO
Além das especificações e classificações dos cimentos em virtude do tipo e teor de adição
que o mesmo apresenta, têm-se a distinção em classes de resistência. Esta distinção é
estabelecida com base no resultado aos 28 dias de idade da resistência à compressão de uma
pasta do cimento determinada de acordo com a norma brasileira NBR 7215 – Cimento Portland –
Determinação da resistência à compressão. As designações das classes de cimento são 25, 32 e
40; referindo-se as resistências à compressão de 25, 32 e 40 MPa, respectivamente.
Por exemplo, um cimento com a classificação CP IV-32, indica um cimento Portland
pozolânico cuja resistência à compressão conforme a NBR 7215 é de, pelo menos, 32 MPa aos
28 dias de idade.
No Brasil, a produção de cimento apresentou um grande incremento na década de 1970,
através do chamado “Milagre Brasileiro”. Após duas décadas de estagnação, a produção voltou a
crescer, impulsionado, sobretudo, pela criação do Plano Real e pelo Programa de Aceleração do
Crescimento (PAC). A Figura 2.8 apresenta esta evolução.
Figura 2.8 – Consumo brasileiro de cimento (Fonte: SNIC).
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2.3 – ENSAIOS DE CIMENTOS
Existem diversos ensaios utilizados para caracterizar os cimentos. Alguns são comumente
utilizados, outros são realizados em situações específicas, dependendo da necessidade. A seguir
são apresentados alguns destes ensaios, suas características, procedimentos e referências
normativas. Cada tipo de cimento possui suas especificações, sendo estas estabelecidas nas
respectivas normas de referência. A metodologia de ensaio destas especificações, no entanto, é
comum à maioria dos cimentos Portland.
2.3.1 – PASTA DE CONSISTÊNCIA NORMAL
A determinação da pasta de consistência normal faz-se fundamental no estudo das
propriedades dos cimentos Portland. Esta pasta normal é utilizada como forma de padronizar
todos os ensaios de caracterização dos cimentos, tornando uniforme a metodologia de análise e
evitando variações provocadas pelas manipulações de laboratoristas.
A norma brasileira NBR NM 43 – Cimento Portland – Determinação da pasta de
consistência normal – define a pasta normal como a mistura de água destilada e cimento Portland
realizada conforme esta norma, na qual a sonda de Tetmajer8 (Figura 2.10-a), acoplada ao
aparelho de Vicat (Figura 2.9), penetra a uma distância de (6 ± 1) mm da placa da base.
A metodologia de preparação da pasta de consistência normal é padronizada pela NBR
NM 43. Para a mistura, deve ser utilizado um misturador com pás padronizadas (Figura 2.11) e
com duas velocidades de rotação e translação, conforme a Tabela 2.4.
Figura 2.9 – Aparelho de Vicat para determinação do tempo de início e fim de pega no
cimento e pasta de consistência normal.
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Sonda acoplada ao aparelho de Vicat para a determinação da pasta de consistência normal.
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Medidas em milímetros
(a)
(b)
(c)
Figura 2.10 – Sonda de Tetmajer para determinação da consistência normal (a); Agulha para
determinação do tempo de pega inicial (b) e Agulha e acessórios para determinação do fim de
pega (NBR NM 43).
(a)
(b)
Figura 2.11 – (a) Argamassadeira de movimento planetário para mistura de cimentos e
argamassas em ensaios de laboratório; (b) Misturador mecânico com dimensões normatizadas.
Tabela 2.4 – Velocidade da pá do misturador (NBR NM 43).
Velocidade
Rotação
Movimento Planetário
-1
[min ]
[min-1]
Lenta
140 ± 5
62 ± 5
Rápida
285 ± 10
125 ± 10
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IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A pasta é preparada com uma massa de cimento de (500 ± 0,5) gramas, sendo a água
adicionada ao aglomerante por tentativas, com exatidão de 0,5 g. Após a mistura, a pasta deve
ser colocada no molde e posicionada no aparelho de Vicat. Esta é classificada como de
consistência normal quando a pasta faz com que a sonda de Tetmajer se situe a uma distância de
(6 ± 1) mm da placa da base após 30 segundos do instante em que esta foi solta no molde.
Nos resultados do ensaio de determinação da pasta de consistência normal, deve ser
expresso o percentual de água adicionado ao cimento que proporcionou a pasta normal. A
equação (2.1) estabelece a quantidade de água utilizada:
𝑚𝑎
𝐴=
.100
𝑚𝑐
(2.1)
Onde:
- ma é a massa de água utilizada para obtenção da pasta normal, em gramas;
- mc é a massa de cimento utilizada no ensaio, em gramas.
Esta pasta de consistência normal deverá ser utilizada na determinação de outras
propriedades dos cimentos Portland, conforme se pode verificar a seguir.
2.3.2 – PEGA E ENDURECIMENTO
Após um determinado tempo da mistura entre o cimento e a água, a pasta começa a perder
sua plasticidade. Este fato ocorre devido ao início das reações químicas nos compostos do
cimento. Ao tempo transcorrido entre a mistura e o início das reações dá-se o nome de início de
pega. O início de pega pode ser percebido através do aumento repentino da viscosidade da pasta,
bem como pelo aumento de sua temperatura – decorrência das reações exotérmicas da hidratação
do cimento.
Por convenção, dá-se o nome de fim de pega ao ponto em que a pasta de cimento atinge
um estágio de indeformabilidade ao sofrer pequenas solicitações de cargas. Após o fim de pega,
a pasta de cimento continua o processo de incremento de resistência mecânica e coesão; etapa
conhecida como endurecimento.
Determinar o início e o fim de pega do cimento é importante para se ter uma noção do
período em que o concreto irá apresentar plasticidade, permitindo o transporte, lançamento e
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adensamento; bem como o instante a partir do qual se poderá transitar sobre ele e iniciar o
procedimento de cura9.
Diversos são os fatores que influenciam nos tempos de início e fim de pega:
- Composição de cimento rica em aluminato tricálcico (C3A) acarreta períodos curtos de
início de pega, pois provoca um rápido endurecimento da pasta. A adição de gesso ao composto
corrige este tempo;
- Quanto mais aprimorada for a moagem do clínquer, ou seja, mais fino forem os grãos do
cimento, mais rápido o início de pega. Isto ocorre devido a maior área de hidratação dos grãos no
caso de moagem mais fina;
- O aumento da temperatura culmina em redução do início de pega pela aceleração das
reações químicas;
A medição do tempo de pega do cimento é feita com a utilização de uma agulha (Figura
2.10-b e 2.10-c), acoplada ao Aparelho de Vicat (Figura 2.9). A norma NBR NM 65 – Cimento
Portland – Determinação do tempo de pega, estabelece as condições e metodologias de ensaio.
O ensaio consiste em produzir uma pasta de cimento de consistência normal e penetrar
uma agulha de forma padronizada à mesma.
O tempo de início de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo decorrido
desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra na pasta até
uma distância de (4 ± 1) mm da placa base.
O tempo de fim de pega é, em condições normalizadas, o intervalo de tempo decorrido
desde a adição de água ao cimento até o momento em que a agulha de Vicat penetra 0,5 mm na
pasta.
2.3.3 – EXPANSIBILIDADE (ESTABILIDADE DE VOLUME)
Faz-se fundamental que uma estrutura executada a partir de uma pasta de cimento
(argamassa ou concreto), não sofra grandes variações volumétricas desde a hidratação até o
endurecimento. Mais precisamente, não pode haver uma expansão prejudicial na pasta, fato que,
sob condições de contenção, tende a provocar desagregações e deformações.
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Conjunto de procedimentos realizados para evitar a perda acelerada de água do maciço de concreto nos
primeiros dias após o lançamento.
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IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Cimentos com excesso de óxido de cálcio (CaO) apresentam maior tendência de
expansibilidade, visto que a hidratação deste composto ocorre mais lentamente e o hidróxido de
cálcio (Ca(OH)2) ocupa um volume muito maior quando comparado ao CaO.
Devido ao fato da expansão do cimento dar-se de forma bastante lenta, muitas vezes
tornando-se aparente apenas após alguns meses, são utilizados ensaios acelerados para a
determinação desta propriedade.
A norma NBR 11582 – Cimento Portland – Determinação da expansibilidade de Le
Chatelier, normatiza a metodologia para determinar a expansibilidade da pasta de cimento. O
método consiste em medir o distanciamento de duas hastes provocado pela expansão da pasta de
cimento de consistência normal moldada no interior de um cilindro fendido segundo uma
diretriz, em um aparelho denominado Agulha de Le Chatelier (ver Figura 2.12).
(a)
(b)
Figura 2.12 – Especificações da Agulha de Le Chatelier (a); Agulha de Chatelier (b).
Este documento apresenta duas análises distintas: Expansibilidade a frio e a quente. Estas
se diferem em função das condições de cura e ensaio a que a pasta é submetida.
2.3.4 – CALOR DE HIDRATAÇÃO
As reações que ocorrem na pasta de cimento durante o período de pega e endurecimento
são exotérmicas; ou seja, acarretam elevação da temperatura do concreto ou argamassa,
principalmente nas reações rápidas.
Os efeitos do calor da hidratação do cimento são mais sensíveis nos concretos-massa10,
uma vez que a dissipação térmica ocorre pela superfície da peça e este calor é proporcional ao
volume, provocando efeitos desfavoráveis. Os efeitos da elevação da temperatura dos concretos
10
Estruturas que exigem grandes volumes de concreto como, por exemplo, as obras de barragens.
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IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
e argamassas em decorrência da energia térmica liberada durante a hidratação do cimento podem
ser muito nocivos às estruturas.
No entanto, em outras situações o calor de hidratação pode ser favorável, como por
exemplo, nas concretagens que são realizadas em situações de baixa temperatura, uma vez que
este calor tende a oferecer energia de ativação para as reações de hidratação.
O calor de hidratação é a quantidade de calor liberada pela unidade de massa de cimento
durante sua reação de hidratação. É expresso em calorias por grama (cal/g) ou joule por grama
(J/g).
Figura 2.13 – Taxa de liberação de calor de uma pasta de cimento Portland durante a pega e o
período de endurecimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A norma brasileira NBR 12006 – Cimento – Determinação do calor de hidratação pelo
método da garrafa de Langavant, descreve a metodologia de determinação do calor de hidratação
dos cimentos por meio de um calorímetro semi-adiabático11.
Figura 2.14 – Garrafa de Langavant para determinação do calor de hidratação do cimento.
2.3.5 – RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO
11
Uma fronteira adiabática isola completamente o sistema de sua vizinhança no que tange a troca de matéria
ou ao calor.
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IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A determinação da resistência do cimento faz-se necessária à qualificação dos distintos
cimentos quanto aos esforços mecânicos que o mesmo é capaz de suportar.
O conceito de resistência do cimento visa determinar o comportamento do cimento nas
argamassas e concretos; sendo assim, os ensaios deveriam ser realizados com base em pastas de
argamassas e em concretos. Na prática esta metodologia não é adotada por obrigar a trabalhar
com grandes quantidades de materiais e pelo fato de ampliar a possibilidade de dispersão nos
resultados devido à dificuldade de normatizar todos os agregados utilizados. O ensaio da pasta de
cimento e água – sem agregados – também não é representativo devido à diferença na quantidade
de água para amassamento e devido à variação do incremento de resistência com o tempo
quando comparada ao ensaio com a utilização de agregados.
A Figura 2.15 apresenta uma relação entre as resistências de concreto e de argamassa para
uma mesma relação água/cimento.
Figura 2.15 – Relação entre as resistências de concreto e de argamassas com igual relação
água/cimento (NEVILLE, 2007).
Como forma de uniformizar o método de qualificação do cimento quanto aos esforços
mecânicos, foi determinado o ensaio do cimento sob a forma de argamassa composta por
agregado miúdo. A NBR 7215 – Cimento Portland – Determinação da resistência à compressão,
especifica o método de determinação da resistência à compressão do cimento Portland.
A argamassa a ser ensaiada deve ser produzida com uma areia normal, cujas especificações
atendam a NBR 7214 – Areia normal para ensaio de cimento – Especificação.
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19
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A NBR 7215 especifica todas as condições de ensaio, desde a temperatura ambiente do
laboratório (24 ± 4 °C) até os métodos de cura dos corpos de prova; passando pela dosagem dos
materiais. Este documento define a relação água/cimento da argamassa em 0,48. A mistura dos
materiais deve ser realizada com equipamento mecanizado e padronizado, conforme a Figura
2.11. Os corpos de prova de argamassa são moldados em formas cilíndricas com dimensões 5 x
10 cm (Figura 2.16) e rompidos sob compressão para determinação da carga de ruptura12. Antes
do rompimento os exemplares devem ser capeados com um mistura de enxofre a quente,
conforme a Figura 2.17.
Figura 2.16 – Formas metálicas para corpos de prova de argamassa com dimensões 5 x 10 cm.
Para cada idade, devem ser rompidos quatro CP’s; sendo a resistência à compressão igual à
média dos resultados, em megapascals, dos rompimentos individuais.
Figura 2.17 – Capeamento de corpos de prova de argamassa com
enxofre.
12
Carga máxima indicada no equipamento de ensaio.
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20
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Os quatro resultados individuais de resistência, bem como a média destes resultados e o
desvio padrão máximo13 deverão compor o certificado de ensaio.
Quando o desvio padrão máximo for superior a 6 %, deve ser calculada uma nova média,
desconsiderando o valor discrepante. Este valor descartado deve ser identificado no certificado
de ensaio por um asterisco.
A Figura 2.18 mostra um exemplo de prensa hidráulica utilizada no rompimento dos
corpos de prova e na determinação da resistência à compressão do cimento. A Tabela 2.5 (pág.
27) apresenta os valores mínimos exigidos de resistência à compressão para cada idade de
rompimento de todos os tipos de cimento comercializados no Brasil.
Figura 2.18 – Modelo de prensa hidráulica com acionamento elétrico para rompimento dos
corpos de prova (Catálogo EMIC).
A Figura 2.19 apresenta a evolução média da resistência à compressão dos tipos de
cimento Portland brasileiros.
13
Desvio padrão máximo é a diferença entre a resistência média dos rompimentos e a resistência individual
que mais se afasta desta média. Deve ser expresso em percentual.
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21
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 2.19 – Evolução média da resistência à compressão dos cimentos brasileiros (ABCP).
2.3.6 – FINURA
A medida da finura do cimento Portland busca verificar a granulometria dos grãos deste
material. A definição da finura é importante, pois muitas propriedades dos concretos e
argamassas variam em função deste valor. Como a hidratação do cimento se dá através da
superfície dos grãos, a finura (grau de moagem) irá influenciar na rapidez da hidratação e em
propriedades como calor de hidratação, retração, incremento de resistência com a idade, entre
outras. Cimentos mais finos terão maiores resistências nas primeiras idades, bem como, tenderão
a ser mais homogêneos (resistentes à penetração de água). Esta finura, no entanto, aumenta a
possibilidade de fissuramento e retração, através da quantidade de calor liberada.
Existem duas metodologias normatizadas para a definição da finura do cimento:
a) NBR 11579 – Cimento Portland - Determinação da finura por meio da peneira 75
µm (n° 200)
Consiste em determinar a percentagem retida de uma amostra de cimento em uma peneira
com abertura de malha de 0,075 mm (peneira de n° 200). Utiliza-se uma amostra de cimento de
20 gramas, coloca-se esta sobre a peneira n° 200 e se inicia peneiramento mecanizado por um
período de 3 minutos.
O índice de finura do cimento é definido através da equação (2.2):
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22
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
𝐹=
𝑅. 𝐶
.100
𝑀
(2.2)
Onde:
F é o índice de finura (%);
R é o resíduo de cimento retido na peneira n° 200 (g);
M é a massa da amostra inicial de cimento (g);
C é um fator de correção estabelecido em norma, referente à peneira utilizada no ensaio.
Exemplo: Cimentos portland comum da classe CP I – 32 apresentam resíduo retido na
peneira de n° 200 inferior a 12 %.
b) NBR NM 76 – Cimento Portland – Determinação da finura pelo método de
permeabilidade ao ar (Método de Blaine)
Consiste em determinar a área específica pelo tempo de passagem de certa quantidade de
ar através de uma porção de cimento. A determinação da superfície serve, principalmente, para
checar a uniformidade da moagem de uma fábrica de cimento.
Este método baseia-se no tempo que determinada quantidade de ar necessita para
atravessar uma camada de cimento compactada, de dimensões e porosidade especificadas. Em
condições normatizadas, a superfície específica do cimento é proporcional a t, onde t é o tempo
necessário para a quantidade de ar atravessar a camada de cimento.
A superfície específica do cimento é expressa em centímetros quadrados por grama (cm²/g)
ou metro quadrado por quilograma (m²/kg) e é determinada através da equação (2.3):
𝑆=
𝐾
𝜀3
𝑡
.
.
𝜌 (1 − 𝜀) 0,1. ƞ
(2.3)
Onde:
S é a superfície específica do cimento (cm²/g);
ɛ é a porosidade da camada (ɛ = 0,5 para as condições prescritas na NBR NM 76);
t é o tempo medido (s);
ρ é a massa específica do cimento (g/cm³);
K é a uma constante que depende do aparelho utilizado no ensaio;
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23
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
ƞ é a viscosidade do ar à temperatura de ensaio (Pa.s).
Figura 2.20 – Conjunto para determinação da superfície específica do cimento (Aparelho de
Blaine).
Como exemplo: um cimento portland comum, da classe CP I – 32, apresenta uma área
específica, determinada através do Método de Blaine, igual ou superior a 240 m²/kg.
2.3.7 – PERDA AO FOGO E RESÍDUO SOLÚVEL
O ensaio de perda ao fogo é determinado com base na norma brasileira NBR NM 18 –
Análise química – Determinação de perda ao fogo - Consiste, basicamente, na pesagem de
amostras de cimento Portland a uma temperatura entre 900 e 1000 °C. Este ensaio estabelece a
perda de massa do cimento após o aquecimento. Esta perda refere-se, em grande parte, ao
dióxido de carbono presente no fíler calcário, sendo que este ensaio serve como parâmetro de
estimativa do teor desta adição. Outra parcela da perda ao fogo refere-se à perda de água do
gesso através do processo de evaporação. Um valor elevado de perda ao fogo caracteriza
hidratação avançada do cimento e desaconselha sua utilização. O percentual de perda ao fogo é
determinado pela equação (2.4):
𝑃𝐹 =
𝑀𝑄 − 𝑀𝑆
𝑥 100
𝑀𝑆
(2.4)
Onde:
MS é a massa do cimento seca a 100 °C (g);
MQ é a massa do cimento submetida à temperatura superior a 900 °C (g);
PF é a perda ao fogo (%).
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24
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
O resíduo insolúvel é estabelecido conforme as recomendações da NBR NM 15 – Análise
química – Determinação do resíduo insolúvel, indica a quantidade de elementos não hidráulicos
no cimento. A determinação do resíduo insolúvel é realizada mediante o ataque por ácido
clorídrico diluído. Este ensaio permite estabelecer o teor de cinzas na massa do cimento.
Os limites de perda ao fogo e resíduo insolúvel estabelecidos para cada tipo de cimento
estão apresentados na Tabela 2.5 da página 27.
2.3.8 – MASSA ESPECÍFICA
A massa específica do cimento caracteriza-se pela razão entre a massa do sólido e o
volume ocupado pelo mesmo. A determinação da massa específica do cimento é realizada com
base na norma NBR NM 23 – Cimento Portland e outros materiais em pó – Determinação da
massa específica. Este documento define as condições de ensaio e os equipamentos utilizados. O
Frasco de Le Chatelier é utilizado para a determinação desta propriedade através da diferença de
volume. Um determinado líquido (em geral querosene) é introduzido no frasco e tem seu volume
medido. Após, uma massa previamente conhecida de cimento é colocada neste frasco e a
variação de volume da mistura é determinada. A massa específica é determinada pela razão entre
a massa de cimento e a variação de volume proporcionada pela introdução do material sólido.
Figura 2.21 – Frasco de Le Chatelier para determinação da massa específica do cimento.
2.4 – ESPECIFICAÇÕES E EXIGÊNCIAS DOS CIMENTOS
Os cimentos Portland possuem características estabelecidas para cada um dos tipos
produzidos. São partes destas características normatizadas as exigências químicas, físicas e
mecânicas. A Tabela 2.5 apresenta as especificações estabelecidas em cada uma das normas
técnicas de referência para os distintos cimentos comercializados no Brasil.
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25
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Tabela 2.5 – Especificações e exigências técnicas dos tipos de cimento Portland brasileiros.
Tipo de Cimento
Especificações
Unid
Norma do
CP I
ensaio
CP I-S
CP II-E
NBR 5732
CP III
CP IV
CP V
NBR 5735
NBR 5736
NBR 5733
≤ 1,5
-
≤ 1,0
≤ 6,5
≤ 4,5
≤ 4,5
≤ 4,5
CP II-Z
CP II-F
NBR 11578
Resíduo insolúvel (RI)
%
NBR NM 15
≤ 1,0
≤ 5,0
Perda ao fogo (PF)
%
NBR NM 18
≤ 2,0
≤ 4,5
Óxido de magnésio (MgO)
%
NBR NM 14
≤ 6,5
≤ 6,5
-
≤ 6,5
≤ 6,5
Trióxido de enxofre (SO3)
%
NBR NM 16
≤ 4,0
≤ 4,0
≤ 4,0
≤ 4,0
≤3,5
Anidrido carbônico (CO2)
%
NBR NM 20
≤ 5,0
≤ 3,0
≤ 3,0
≤ 3,0
Limites de Classe
Início (h)
Pega
Fim (h)
Expansibilidade a
quente
25
h
Área específica
m²/kg
NBR NM 76
3 dias
7 dias
28 dias
91 dias
14
MPa
NBR 7215
25
32
≤ 2,5
40
25
32
40
25
32
≥1
≥1
≥1
≥1
≤ 10
≤ 10,0
≤ 12,0
≤ 12,0
≤ 10,0
≤5
≤ 5,0
≤ 5,0
≤ 5,0
≤ 5,0
≤5
≤ 5,0
≤ 5,0
≤ 5,0
≤ 5,0
≤ 10,0
≤ 8,0
≤ 8,0
≤ 6,0
-
-
≥ 300
mm
NBR 11579
40
≤ 16,0
≥1
mm
%
compressão
32
NBR NM 65
Peneira 75 µm
Resistência à
≤ 3,0
NBR 11582
frio
Finura
≤ 1,0
≤ 2,5
≤ 12,0
≤ 10,0
≤ 12,0
≥ 240
≥ 260
≥ 280
≥ 240
≥ 260
≥ 280
≥ 8,0
≥ 10,0
≥ 15,0
≥ 8,0
≥ 10,0
≥ 15,0
≥ 8,0
≥ 10,0
≥ 12,0
≥ 8,0
≥ 10,0
≥ 24,014
≥ 15,0
≥ 20,0
≥ 25,0
≥ 15,0
≥ 20,0
≥ 25,0
≥ 15,0
≥ 20,0
≥ 23,0
≥ 15,0
≥ 20,0
≥ 34,0
≥ 25,0
≥ 32,0
≥ 40,0
≥ 25,0
≥ 32,0
≥ 40,0
≥ 25,0
≥ 32,0
≥ 40,0
≥ 25,0
≥ 32,0
-
-
-
-
-
-
-
≥ 32,0
≥ 40,0
≥ 48,0
≥ 32,0
≥ 40,0
-
Exigível a resistência de 14,0 MPa com 1 dia de idade.
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26
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
CAPÍTULO 3 – AGREGADOS
3.1 – INTRODUÇÃO
O agregado caracteriza-se como um componente geralmente inerte, desempenhando um
papel de enchimento; acrescentando volume à pasta de cimento. No aspecto de enchimento, os
agregados apresentam vantagens econômicas, reduzindo custos de produção do concreto. No
caráter técnico, os agregados melhoram algumas características importantes do concreto, tais
como redução da retração15, da fluência16, abrasão, entre outros.
A pasta de cimento tem como função envolver as partículas de agregados, preenchendo os
vazios entre os grãos destes. Os agregados ocupam percentuais entre 60 e 80 % do volume total
do concreto, variando de acordo com o tipo de traço.
Existem diversas origens para os agregados; podendo-se destacar as rochas britadas,
materiais de leitos de rios ou em cavas de resíduos da degradação natural de rochas.
A classificação dos agregados pode ser realizada segundo distintas características. Entre
estas se podem destacar:
a) Natureza ou Origem:
- Natural: encontrados diretamente na natureza no formato em que serão utilizados
(ex.: areia de rios e cavas, seixos,...).
- Artificial: necessitam de beneficiamento para serem utilizados como agregado
(ex.: rochas britadas, areias artificiais, pó de pedra,...).
b) Dimensões:
- Agregado Graúdo: são os agregados cujos grãos passam pela peneira com
abertura de 75 mm e são retidos na peneira com abertura de 4,75 mm.
- Agregado Miúdo: são aqueles cujos grãos são passantes na peneira # 4,75 mm e
ficam retidos na peneira # 150 µm, em ensaio realizado segundo a norma NBR NM
248.
15
16
Redução do volume do maciço do concreto, sobretudo devido à perda de água da pasta de cimento.
Deformação lenta do concreto quando o mesmo é submetido a um carregamento permanente.
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27
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 3.1 – Peneiras para determinação da composição granulométrica de agregados.
A norma NBR 7211 – Agregados para concreto – Especificação – estabelece os requisitos
exigíveis para o recebimento e a produção dos agregados miúdos e graúdos destinados a
produção de concreto de cimento Portland. Este documento define os ensaios de caracterização
necessários aos dois tipos de agregado, bem como os valores aceitáveis para cada análise.
Todos os ensaios realizados com os agregados para concreto devem ter as amostras do
material compostas segundo a norma NBR NM 26 – Agregados – Amostragem. Este documento
define os procedimentos de formação das amostras desde a extração, passando pela redução,
armazenamento e transporte.
3.2 – AGREGADO MIÚDO
A NBR NM 52 – Agregado miúdo – Determinação da massa específica e massa específica
aparente – define agregado miúdo o agregado que passa quase totalmente na peneira 4,75 mm e
fica retida quase totalmente na peneira de 75 µm.
Diversos são os ensaios realizados com os agregados miúdos a fim de caracterizá-lo e
permitir seu uso de forma racional. Dentre estes ensaios de caracterização destacam-se:
3.2.1 – MASSA ESPECÍFICA
Na caracterização do agregado miúdo devem ser considerados distintos tipos de massa
específica: massa específica real, massa específica aparente e massa específica relativa.
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28
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
a) Massa específica (real):
- É a massa do agregado seco por unidade de volume excluindo deste os vazios
permeáveis e os vazios entre os grãos. Sua determinação é realizada através do
picnômetro ou do frasco de Chapman (Figura 3.2) em uma metodologia similar à
realizada com o frasco de Le Chatelier.
Excetuando-se os agregados leves, a massa específica real dos agregados miúdos
fica em torno de 2,65 kg/dm³.
(a)
(b)
Figura 3.2 – Frasco de Chapman (a); Picnômetro (b).
b) Massa específica aparente:
- É a massa por unidade de volume incluindo neste os vazios permeáveis ou
impermeáveis contidos nos grãos.
c) Massa específica relativa:
- É a relação entre a massa da unidade de volume de um material, incluindo os
poros, a uma dada temperatura, e a massa de um volume igual de água destilada,
livre de ar, a uma temperatura estabelecida.
A norma NBR NM 52 apresenta as especificações de ensaio da massa específica dos
agregados miúdos, estabelecendo as equações e procedimentos a serem utilizados em cada etapa
da análise.
A massa específica aparente do agregado miúdo no estado seco é determinada segundo a
equação (3.1):
𝑑1 =
𝑚
𝑉 − 𝑉𝑎
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(3.1)
29
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Onde:
- d1 é a massa específica aparente do agregado seco (g/cm³);
- m é a massa da amostra seca (g);
- V é o volume do frasco de ensaio (cm³);
- Va é o volume de água adicionada ao frasco (cm³), de acordo com a equação (3.2);
𝑉𝑎 =
𝑚2 − 𝑚1
𝜌𝑎
(3.2)
Onde:
- m1 é a massa do conjunto frasco + agregado (g);
- m2 é a massa total, frasco + agregado + água complementando o volume total (g);
- ρa é a massa específica da água (g/cm³).
A massa específica do agregado no estado saturado com superfície seca, por sua vez, é
determinada segundo a equação (3.3):
𝑑2 =
𝑚𝑠
𝑉 − 𝑉𝑎
(3.3)
Onde:
- d2 é a massa específica do agregado saturado com superfície seca (g/cm³);
- ms é a massa da amostra na condição saturada com superfície seca (g).
A massa específica do agregado na condição seca é determinada pela equação (3.4):
𝑑3 =
𝑚
𝑉 − 𝑉𝑎 −
𝑚𝑠 − 𝑚
𝜌𝑎
(3.4)
Onde:
- d3 é a massa específica do agregado (g/cm³);
- m é a massa da amostra seca em estufa a temperatura (105 ± 5) °C (g).
Os resultados dos ensaios realizados com a mesma amostra não devem diferir em mais de
0,02 g/cm³ para a massa específica. Os resultados devem ser apresentados com precisão de 0,01
g/cm³
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30
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
3.2.2 – TEOR DE UMIDADE E ABSORÇÃO
O conhecimento da umidade de determinada amostra de areia e sua capacidade de
absorção são fundamentais para a correta dosagem de concretos e argamassas. Na grande
maioria das vezes, os agregados miúdos são utilizados nas usinas dosadoras e nas obras na
condição úmida; desta forma faz-se necessária a determinação deste teor de umidade como
forma de corrigir distorções de peso e da quantidade de água no momento da dosagem.
Quanto às condições de umidade que podem existir em uma determinada amostra de
agregado, podem-se classificar quatro distintas, conforme apresentado na Figura 3.3.
Figura 3.3 – Esquema de diferentes graus de umidade de agregados:
Seco em estufa (a); Seco ao ar (b); Saturado com superfície seca (c) e Saturado (d).
(adaptado de PETRUCCI, 1978).
O teor de umidade é definido como a relação entre a massa de água contida no agregado e
sua massa seca. O teor que faz com que o agregado apresente-se no estado saturado com
superfície seca – SSS (Figura 3.3-c) é denominado de absorção; sendo este o ponto que
culminam as possibilidades de o agregado absorver água e manter a superfície seca. Absorção é
o processo pelo qual um liquido é conduzido e tende a ocupar os poros permeáveis de um corpo
sólido poroso. No efeito sobre o agregado miúdo, considera-se nesta definição o incremento de
massa de um corpo sólido poroso devido à penetração de água em seus poros permeáveis. Em
geral, esta absorção apresenta valores inferiores a 2 %. A capacidade de o agregado miúdo
absorver água é determinada através da norma NBR NM 30 – Agregado miúdo – Determinação
da absorção de água.
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31
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A quantidade de água que vai além da necessária para levar o grão à condição SSS é
denominada umidade superficial (Figura 3.3-d).
A Figura 3.4 apresenta o aumento do volume de uma determinada amostra de agregado
miúdo em relação ao teor de umidade adicionado à areia com granulometrias fina, média e
grossa.
Figura 3.4 – Inchamento17 devido à umidade no agregado miúdo (MEHTA e MONTEIRO,
2008).
A determinação da unidade é realizada segundo distintos métodos, sendo os principais
citados a seguir:
a) Secagem por aquecimento ao fogo – Método da Frigideira:
Consiste em retirar do monte de areia a ser utilizado uma amostra do material, realizar a
pesagem de 500 g deste material e colocá-lo em uma frigideira, realizando a secagem do
mesmo. Após a completa secagem, a umidade do material é determinada através da
equação (3.5).
𝑈𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 % =
500 − 𝑃𝑆 𝑥 100
𝑃𝑆
(3.5)
Onde:
- PS é a massa agregado seco (g).
17
Ver item 3.2.3 - INCHAMENTO
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32
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A Tabela 3.1 apresenta a conversão do valor da massa do agregado seco no teor de
umidade para uma amostra de 500 g.
Tabela 3.1 – Determinação da umidade da areia por meio do método da frigideira para uma
amostra de 500 gramas.
b) Secagem por aquecimento em estufa:
A metodologia de secagem por estufa é similar ao método da frigideira, consiste em
realizar a retirada da água presente nos grãos do agregado através de uma secagem em
estufa à temperatura de 105 ± 5 °C.
c)
Frasco de Chapman:
A norma brasileira NBR 9775- Agregados – Determinação da umidade superficial em
agregados miúdos por meio do frasco de Chapman – especifica a metodologia de
determinação do teor de umidade dos agregados miúdos através do frasco de Chapman.
A operação consiste encher o frasco de Chapman (Figura 3.5) até a marca de 200 cm³,
colocando os 500 gramas de areia pesados previamente no interior do mesmo. Após, devese proceder a leitura no frasco (areia + água). A equação (3.6) determina o teor de umidade
da areia:
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33
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 3.5 – Escala normatizada do
frasco de Chapman (NBR 9775).
𝑈𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 % =
500 − 𝐿 − 200 𝑥 𝛾
𝑥100
𝛾 𝑥 (𝐿 − 700)
(3.6)
Onde:
L é a leitura final no frasco (areia + água);
γ é a massa específica real da areia.
d) Speed Test:
O speed test apresenta-se como um procedimento de determinação rápida da umidade. Esta
metodologia utiliza um recipiente vedado, no interior do qual se introduz certa quantidade
de material (areia) e carbureto de cálcio (CaC2) em pó. O carbureto reage com a água
presente nos grãos do agregado, produzindo um gás, que exerce pressão no interior do
recipiente. Um manômetro ligado ao aparelho indica a pressão no interior; esta pressão é
correlacionada com o teor de umidade.
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34
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 3.6 – Conjunto para a determinação rápida do teor de umidade de areias e solos – Speed
Test.
O valor do teor de umidade através do Speed test é determinado através da equação (3.7):
ℎ % =
ℎ1
𝑥 100
100 − ℎ1
(3.7)
Onde:
h é o teor de umidade em relação à massa seca (%);
h1 é a umidade determinada pelo aparelho em relação à amostra úmida (%).
3.2.3 – INCHAMENTO
A água livre que se adere aos grãos de areia provoca afastamento entre estes. Este
afastamento resulta em um inchamento do conjunto.
A determinação do inchamento de determinada areia é de fundamental importância, visto
que tende a acarretar grandes variações na massa unitária da mesma; fato que pode tornar
errônea a dosagem dos concretos e argamassas.
O inchamento depende da granulometria e do teor de umidade do agregado miúdo, sendo
que as areias finas apresentam maior grau de inchamento devido à maior superfície específica.
As areias ainda possuem outros índices de caracterização: umidade crítica e coeficiente
médio de inchamento.
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35
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A umidade crítica é definida como o teor de umidade acima do qual o inchamento
permanece praticamente constante. Este valor crítico é determinado conforme apresentado na
Figura 3.7.
O coeficiente médio de inchamento apresenta-se como a média dos coeficientes de
inchamento nos pontos de umidade crítica e máxima.
1,4
inchamento (%)
1,3
umidade máxima
1,2
1,1
umidade crítica
1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
umidade (%)
9
Figura 3.7 – Exemplo de gráfico de inchamento em relação ao teor de umidade e determinação
das umidades crítica e máxima de areia.
3.2.4 – GRANULOMETRIA
A composição granulométrica ou granulometria de um agregado miúdo é a proporção
relativa, expressa de forma percentual, dos diferentes tamanhos dos grãos que constituem uma
determinada amostra.
A norma brasileira NBR NM 248 – Agregados – Determinação da composição
granulométrica – estabelece a metodologia de estudo da granulometria dos agregados.
A NBR NM-ISSO 3310-1 e 3310-2 – Peneiras de ensaio – Requisitos, define um conjunto
de peneiras sucessivas denominadas série normal e intermediária, com aberturas de malhas
conforme a Tabela 3.2.
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36
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Tabela 3.2 – Séries de peneiras, normal e intermediária (NBR NM 248).
Agregado
graúdo
Agregado
miúdo
Série Normal
Série Intermediária
75 mm
-
-
63 mm
-
50 mm
37,5 mm
-
-
31,5 mm
-
25 mm
19 mm
-
-
12,5 mm
9,5 mm
-
-
6,3 mm
4,75 mm
-
2,36 mm
-
1,18 mm
-
600 µm
-
300 µm
-
150 µm
-
A análise granulométrica é realizada conforme as seguintes etapas:
- Coleta-se uma amostra de areia conforme as recomendações da NBR NM 26 –
Agregados – Amostragem e, em laboratório, dividi-se o material em duas amostras, conforme a
NBR NM 27 - Agregados – Redução da amostra de campo para ensaios de laboratório. No caso
dos agregados miúdos, com dimensão máxima característica (DMC)18 (ou dos grãos) igual a
4,75 mm a massa mínima é de 300 gramas;
- As duas amostras de ensaio deverão ser secas em estufa e após, determinadas as massas
m1 e m2;
- As peneiras normatizadas, previamente limpas, deverão ser colocadas em ordem
crescente de abertura da malha da base para o topo, conforme Figura 3.8;
18
A abertura da peneira que retém, de forma acumulada, um percentual igual ou imediatamente inferior a 5
% da amostra ensaiada.
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IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
- Colocar o material de massa m1 a ser ensaiado no conjunto e proceder a agitação,
mecânica (Figura 3.8) ou manual;
Figura 3.8 – Peneiras redondas normalizadas e mesa vibratória para determinação da
composição granulométrica.
- Proceder a verificação da quantidade de massa retida em cada uma das peneiras;
- Repetir o peneiramento para a amostra de massa m2;
- Calcular os percentuais médios, retidos e acumulados, em cada peneira, com
aproximação de 1 %.
A granulometria pode ser expressa pelo material que passa (passante) ou pelo material
retido; podendo ser por peneira ou de forma acumulada. A Figura 3.9 apresenta um exemplo de
curva granulométrica expressa em função da porcentagem que passa nas peneiras de forma
acumulada. Estas curvas são representações gráficas das porcentagens retidas (ou passantes)
acumuladas em cada peneira em relação à dimensão da abertura da malha. Convenciona-se
representar a abertura das peneiras (abscissas) em escala logarítmica, enquanto que a
percentagem de material (ordenadas) é expressa em escala normal.
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38
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 3.9 – Exemplo de curva granulométrica de areia em relação ao percentual passante.
Outro conceito de fundamental importância na caracterização dos agregados miúdos é o
módulo de finura, obtido através da razão da soma das porcentagens retidas acumuladas nas
peneiras da série normal por 100.
A norma NBR 7211 especifica os limites de distribuição granulométrica do agregado
miúdo considerados, ótimo ou utilizável. A Tabela 3.3 apresenta estes valores. Uma areia é
considerada bem graduada quando estiver contida entre os limites estabelecidos nesta tabela,
expressos de forma gráfica na Figura 3.10. A Figura 3.11 apresenta as possibilidades de
composição granulométrica: bem graduada (ideal para o concreto), descontínua ou uniforme.
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39
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Tabela 3.3 – Limites de distribuição granulométrica do agregado miúdo (adaptado NBR 7211).
Porcentagem, em massa, retida acumulada
Peneira
Limites inferiores
Limites superiores
Zona ótima
Zona utilizável
Zona ótima
Zona utilizável
9,5 mm
0
0
0
0
6,3 mm
0
0
0
7
4,75 mm
0
0
5
10
2,36 mm
0
10
20
25
1,18 mm
5
20
30
50
600 µm
15
35
55
70
300 µm
50
65
85
95
150 µm
85
90
95
100
Notas:
O módulo de finura da zona ótima varia de 2,20 a 2,90;
O módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,20;
O módulo de finura da zona utilizável superior varia de 2,90 a 3,50.
Percentual retido acumulado (%)
100
90
80
Zona utilizável
70
Zona ótima
60
50
40
Areia Grossa
Areia Média
30
Areia Fina
20
10
0
Peneiras
Figura 3.10 – Representação gráfica dos limites de distribuição granulométrica do agregado
miúdo.
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40
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 3.11 – Tipos de composições granulométricas dos agregados (CABRAL, 2008).
3.2.5 – SUBSTÂNCIAS NOCIVAS
Existem determinados materiais encontrados nos agregados miúdos que prejudicam a
qualidade dos concretos e argamassas produzidos com estes. Dentre as impurezas que,
porventura, constituem amostras das areias, podem-se destacar os materiais pulverulentos, os
torrões de argila e materiais friáveis19 e as impurezas orgânicas.
Os materiais pulverulentos são classificados como o material fino que passa através da
peneira de abertura de malha de 75 µm por meio de lavagem. A norma NBR NM 46 –
Agregados – Determinação do material fino que passa através da peneira 75 µm, por lavagem –
especifica as condições de ensaio para a determinação da quantidade de material fino relativa à
massa do agregado.
Os materiais finos presentes nas areias são constituídos de partículas de argila (< 0,002
mm) e silte (0,002 a 0,06 mm). Normalmente as argilas apresentam-se na forma de torrões de
argila, cuja determinação é realizada por meio de ensaios de peneiramento, através das
especificações da NBR 7218 – Agregados – Determinação do teor de argila em torrões e
materiais friáveis.
A Tabela 3.4 apresenta os limites máximos admissíveis de impurezas nos agregados
miúdos.
Os finos formam uma película ao redor dos grãos de areia que, quando não se separam no
momento da mistura prejudicam a qualidade da argamassa. A necessidade de aumento da água
19
Materiais friáveis são aqueles que podem ser quebrados ou reduzidos a pó com facilidade.
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41
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
de amassamento – e conseqüente redução da resistência mecânica pelo aumento da relação a/c –
também é relacionada ao teor de material pulverulento.
Por outro lado, a argila contribui para o preenchimento dos vazios entre os grãos da areia,
permitindo que o cimento envolva melhor as partículas do agregado, proporcionando uma
ligação mais forte entre si.
A lavagem da areia pode eliminar a existência de argilas e siltes. Porém, esta deve ser
realizada de forma muito cuidadosa para que os grãos mais finos do agregado não sejam
arrastados; fato que acarreta aumento no índice de vazios do material.
Tabela 3.4 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas no agregado miúdo com
relação à massa do material (adaptado NBR 7211).
Determinação
Método de ensaio
Quantidade máxima relativa à
massa do agregado miúdo (%)
Torrões de argila
e materiais
NBR 7218
3,0
friáveis
Concreto submetido a
Material
pulverulento
NBR NM 46
3,0
desgaste superficial
Concretos protegidos de
5,0
desgaste superficial
A solução obtida no ensaio deve
NBR NM 49
ser mais clara do que a soluçãopadrão
Impurezas
Diferença máxima
orgânicas¹
NBR 7221
aceitável entre os
resultados de resistência à
10
compressão comparativos
¹Quando a coloração da solução obtida no ensaio for mais escura do que a solução-padrão, a utilização do
agregado miúdo deve ser estabelecida pelo ensaio previsto na NBR 7221
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42
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
As impurezas orgânicas são outros elementos que reduzem a qualidade dos agregados
miúdos. São normalmente formadas por partículas de húmus 20 e exercem uma ação prejudicial
sobre as reações de endurecimento das argamassas e concretos.
A existência de impurezas orgânicas em teores prejudiciais é verificada através das
especificações da NBR NM 49 – Agregado miúdo – Determinação de impurezas orgânicas.
Trata-se de um ensaio com a utilização de soluções químicas misturadas à amostra do agregado e
cuja tonalidade (cor) é posteriormente comparada com uma tabela de cores padrão. Quanto mais
escura for a mistura, maior é a quantidade de impurezas da amostra. Este ensaio é realizado com
um conjunto de aparelhos denominado colorímetro (Figura 3.12).
Figura 3.12 – Conjunto colorímetro para determinação da existência de impurezas orgânicas
nos agregados.
Caso a mistura apresente uma cor de intensidade diferente do padrão, este agregado deve
ser ensaiado conforme especificações da NBR 7221 – Agregados – Ensaio de qualidade de
agregado miúdo.
3.3 – AGREGADO GRAÚDO
3.3.1 – MASSA ESPECÍFICA E ABSORÇÃO DE ÁGUA
As definições de massa específica real e massa específica aparente foram apresentadas na
seção 3.2.1 deste documento. As especificações para a determinação destas propriedades do
agregado graúdo são feitas pela norma NBR NM 53 – Agregado graúdo – Determinação de
massa específica, massa específica aparente e absorção de água.
20
Húmus é a matéria orgânica depositada no solo, resultante da decomposição de vegetais e animais.
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43
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A absorção de água dos agregados graúdos é determinada por esta mesma norma, através
da equação (3.8)
𝐴 % =
𝑚𝑠 − 𝑚
𝑥 100
𝑚
(3.8)
Onde:
A é a absorção de água (%);
ms é a massa ao ar da amostra na condição saturada superfície seca (g);
m é a massa ao ar da amostra seca (g).
3.3.2 – GRANULOMETRIA
A composição granulométrica do agregado graúdo, à exemplo do que ocorre no agregados
miúdo, é determinada conforme especificações da NBR NM 248 – Agregados – Determinação
da composição granulométrica. A NBR 7211 estabelece os limites da granulometria do agregado
graúdo para cada uma das zonas granulométricas21, conforme a Tabela 3.5.
Tabela 3.5 – Limite da composição granulométrica do agregado graúdo (adaptado NBR 7211).
Peneiras com
Percentagem, em massa, retida acumulada
abertura de malha
Zona granulométrica d
21
[mm]
4,75 / 12,5
9,5 / 25
19 / 31,5
25 / 50
37,5 / 75
75
-
-
-
-
0–5
63
-
-
-
-
5 – 30
50
-
-
-
0–5
75 – 100
37,5
-
-
-
5 – 30
90 – 100
31,5
-
-
0–5
75 – 100
95 – 100
25
-
0–5
5 – 25
87 – 100
-
19
-
2 – 15
65 - 95
95 – 100
-
12,5
0-5
40 - 65
92 - 100
-
-
9,5
2 – 15
80 – 100
95 – 100
-
-
6,3
40 – 65
92 – 100
-
-
-
4,75
80 – 100
95 – 100
-
-
-
2,36
95 - 100
-
-
-
-
Zonas granulométricas correspondem à menor e à maior dimensão do agregado graúdo.
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44
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
A Tabela 3.6 e a Figura 3.13 apresentam um exemplo de determinação da composição
granulométrica de uma brita classificada comercialmente como Brita 01, extraída da região de
Capão do Leão – RS e amplamente utilizada nas obras portuárias da região de Rio Grande – RS.
A Tabela 3.6 apresenta os percentuais de material retidos nas peneiras das séries, normal e
intermediária, conforme especificações da NBR NM 248. A Figura 3.12 mostra a representação
gráfica da curva granulométrica, com a zona granulométrica na qual a amostra está inserida.
Tabela 3.6 – Exemplo de determinação da composição granulométrica.
Média retida
Peneiras
Média retida
(mm)
(%)
75*
0
0
63
0
0
50
0
0
37,5*
0
0
31,5
0
0
25
0
0
19*
4
4
12,5
59
63
9,5*
22
85
6,3
14
99
4,75*
1
100
2,36*
0
100
1,18*
0
100
0,6*
0
100
0,3*
0
100
0,15*
0
100
Resíduo
0
100
Totais
100
-
Soma para o cálculo do módulo de finura
acumulada
(%)
Módulo de
Finura
6,89
Dimensão máxima
característica
(mm)
19,0
689
* Conjunto de peneiras da série normal
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45
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Percentual retido acumulado [%]
100
90
Limites Especificados (NBR 7211)
80
Dados Amostrais
70
60
50
40
30
20
10
0
75
63
50
37,5
31,5
25
19
12,5
9,5
6,3
4,75
2,36
Peneiras
Figura 3.13 – Exemplo de composição granulométrica e zona de classificação.
Comercialmente, os agregados graúdos são nomeados como brita 0, 1, 2, e assim por
diante. Esta denominação permite uma maior facilidade de diferenciação entre os mesmos por
parte dos usuários. Como exemplo, as britas 0, 1 e 2 apresentam dimensão máxima característica
igual a 9,5; 19,0 e 25,0 mm, respectivamente.
(a)
(b)
(c)
Figura 3.14 – Classificação comercial de agregados graúdos: brita 0 (a); brita 1 (b) e brita 2 (c).
3.3.3 – FORMA DOS GRÃOS
O formato dos grãos que compõem determinado lote de agregado influencia de forma
bastante acentuada nas propriedades do concreto, sobretudo na trabalhabilidade22.
Para o estudo das formas dos grãos de um agregado graúdo convenciona-se:
22
Termo classificado pela maioria dos pesquisadores como a facilidade com que o concreto flui sem perda de
homogeneidade por segregações.
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46
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
- comprimento de um grão (c): maior dimensão possível de ser medida em qualquer
direção do grão;
- espessura de um grão (e): menor distância possível entre planos paralelos entre si em
qualquer direção do grão;
- índice de forma do agregado: média da relação entre o comprimento e a espessura dos
grãos do agregado, ponderada pela quantidade de grãos de cada fração granulométrica o compõe.
A determinação do índice de forma dos agregados é determinada segundo a norma
brasileira NBR 7809 – Agregado graúdo – Determinação do índice de forma pelo método do
paquímetro – Método de ensaio. Este documento especifica a realização de ensaio de
granulometria com as peneiras das séries, normal e intermediária. Cada fração obtida na análise
granulométrica deve ser quarteada segundo a NBR NM 27 – Agregados – Redução da amostra
de campo para ensaios em laboratório – até a obtenção de um número de grãos obtidos através da
equação (3.9):
𝑁𝑖 =
200
𝑛
𝑖=1 𝐹𝑖
(3.9)
Onde:
200 é o número de grãos necessários para a realização do ensaio;
Ni é o número de grãos a serem medidos na fração i;
Fi é a porcentagem de massa retida individual da fração i.
O número de grãos determinado pela equação (3.9) deve ser medido com auxílio de um
paquímetro. O índice de forma de cada uma das frações ensaiadas é determinado pela média
ponderada – de acordo com o resultado da equação (3.9) – das relações entre o comprimento e a
espessura (c/e) de todos os grãos medidos.
Por experiência, pode se dizer que a forma do grão que melhor se adapta à produção do
concreto é a forma cúbica, quando se trata de britas e, esférica, quando se refere a seixos. O
formato lamelar23 tende a provocar problemas, tais como, segregações devidas às armaduras,
bolhas por aprisionamento de ar e menor resistência sob cargas em algumas direções.
3.3.4 – SUBSTÂNCIAS NOCIVAS
23
Sólido de espacial no qual uma das dimensões apresenta maior ordem de grandeza em relação às demais.
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47
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Os agregados não devem conter substâncias nocivas ou impurezas que prejudiquem as
reações químicas dos aglomerantes e a qualidade dos concretos. Os torrões de argila presentes
nos agregados geralmente são encontrados em agregados naturais de mineração. São prejudiciais
à qualidade do material visto que apresentam resistência mecânica reduzida, absorvem água
demasiadamente e originam vazios com sua desagregação.
Os limites máximos aceitáveis são expostos na Tabela 3.7 para cada condição de utilização.
Um dos prejuízos causados pelos materiais pulverulentos é a perda de aderência do
agregado, causada pelo recobrimento feito por estes aos grãos. Como estes materiais
pulverulentos apresentam grande área específica, exigem uma maior quantidade de água de
amassamento; fato que acarreta elevação da relação água/cimento e conseqüente redução da
resistência mecânica do concreto
Tabela 3.7 – Limites máximos aceitáveis de substâncias nocivas no agregado graúdo com
relação à massa do material (adaptado NBR 7211).
Determinação
Método de ensaio
Quantidade máxima relativa à
massa do agregado graúdo [%]
Concreto aparente
Torrões de
argila e
NBR 7218
materiais
friáveis
1,0
Concreto sujeito a
desgaste superficial
2,0
Outros concretos
Material
pulverulento1
NBR NM 46
1,0
1
Para agregados produzidos a partir de rochas com absorção de água inferior a 1 %, determinados conforme a
ABNT NBR NM 53, o limite de material fino pode ser alterado de 1 para 2 %
3.3.5 – RESISTÊNCIA AO DESGASTE POR ABRASÃO
A determinação do índice de desgaste por abrasão dos agregados possui grande
importância na qualificação de determinado lote deste material. Este ensaio é especificado
segundo a norma NBR NM 51 – Agregado graúdo – Ensaio de abrasão “Los Angeles”,
apresentando os requisitos de equipamentos para a análise que prevê o comportamento do
agregado quando submetido à abrasão; como por exemplo, a proporcionada pelo tráfego de
veículos pesados em pisos ou pavimentos de concreto.
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48
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 3.14 – Máquina para ensaio de agregados por abrasão “Los Angeles”.
O ensaio consiste basicamente em adicionar uma amostra de agregado juntamente com um
material abrasivo24 em um tambor que propicie o tombamento dos materiais à medida que este
gira e uma velocidade entre 30 e 33 rpm. Após, deve-se retirar o material do tambor e peneirá-lo
na peneira com abertura de malha de 1,70 mm. A parcela de material retida na peneira deve ser
seca em estufa e ter sua massa verificada. O percentual de perda por abrasão é dada pela equação
(3.10):
𝑃=
𝑚 − 𝑚1
𝑥 100
𝑚
(3.10)
Onde:
m é a massa da amostra seca antes do início do ensaio (g);
m1 é a massa do material retido na peneira com abertura de malha de 1,70 mm (g);
P é a perda por abrasão (%).
A norma brasileira NBR 7211 especifica em 50 %, em massa, o índice de desgaste por
abrasão “Los Angeles” máximo para os agregados graúdos a serem utilizado no concreto.
CAPÍTULO 4 – ÁGUA DE AMASSAMENTO
A água de amassamento utilizada na produção do concreto não deve conter substâncias
nocivas que possam prejudicar sua qualidade. A norma NBR 15900 – Água para amassamento
do concreto – estabelece os requisitos necessários para a água utilizada nas dosagens.
24
A NBR NM 51 especifica este material abrasivo como esferas de fundição, de ferro ou de aço, com
aproximadamente 48 mm de diâmetro e massa entre 390 e 445 g.
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49
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 4.1 – A água própria para o consumo humano pode ser utilizada sem problemas na
dosagem do concreto; embora a recíproca não seja verdadeira.
Na prática, o efeito mais nocivo da água de amassamento ao concreto é a sua adição em
excesso durante a mistura. Este fato acarreta uma redução da resistência mecânica do concreto,
aumenta o índice de vazios do material e, consequentemente, reduz a durabilidade do elemento
concretado.
CAPÍTULO 5 – ADIÇÕES
Com o intuito de aprimorar as propriedades do concreto para determinada aplicação,
diversos tipos de adições são acrescentadas ao mesmo. Em geral, todos os materiais adicionados
ao concreto que não o cimento, os agregados, a água e os aditivos são denominados adições.
Estas adições têm por objetivo melhorar o desempenho em alguma situação específica, como por
exemplo: aumentar a resistência mecânica, modificar a coloração da massa, impedir a
propagação de fissuras, reduzir os vazios e a permeabilidade, entre outros.
Dentre as adições que tem seu uso mais difundido comercialmente, podem ser citados: a
sílica-ativa (microssílica), o metacaulim, as fibras (aço, polipropileno, nylon, etc.), pigmentos
corantes e o isopor ou outros materiais com o intuito de preenchimento.
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50
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
(a)
(b)
Figura 5.1 – Fibras metálicas (a) e fibras de polipropileno para adição no concreto (b)
(MAGALHÃES, 2009).
Sílica-ativa: “A sílica ativa, ou microssílica, é um resíduo oriundo das indústrias de ferroligas e silício metálico. Pelas suas propriedades químicas (teor de SiO2 > 85%) e físicas
(superfície específica média de 20 m²/kg) este material é considerado uma excelente pozolana
que, quando usado no concreto, além de atuar quimicamente também atua de forma física,
através do efeito microfíler. Desta forma, a sílica ativa é proposta como um material alternativo
para melhorar as características de concretos e argamassas de revestimento superficial. O
emprego deste material melhora as condições de porosidade, melhora a aderência pasta/agregado
e a reação com os produtos de hidratação do cimento resulta em compostos mais resistentes,
diminuindo a lixiviação e aumentando a resistência à abrasão.” (DAL MOLIN)
Metacaulim: Ao contrário do que ocorre com a sílica-ativa, o metacaulim não é um
subproduto de algum tipo de atividade de siderurgia. É um material primário, produzido a partir
da calcinação de argilas especiais, resultando em um material com alta atividade pozolânica.
As fibras adicionadas ao concreto apresentam-se das mais diversas formas: as fibras
metálicas são normalmente utilizadas na execução de pavimento industriais de concreto,
apresentam um módulo de elasticidade elevado, dificultando a propagação de fissuras no
compósito. Exercem uma atividade de redistribuição dos esforços no concreto, mesmo quando
utilizadas em baixos teores.
As fibras de polipropileno são compostas por filamentos extremamente finos, produzidos
através de extrusão. A utilização deste tipo de fibra justifica-se à medida que minimiza a
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51
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
fissuração do concreto quando o mesmo está no estado plástico e nas primeiras etapas do
endurecimento. É importante considerar que, à medida que o módulo de elasticidade do concreto
se eleva, tornando-se maior do que o módulo das fibras, estas tendem a apresentar uma atuação
bastante limitada.
Figura 5.2 – Concreto com adição de fibras (MAGALHÃES, 2009).
O concreto colorido é obtido através da adição de pigmentos durante a dosagem. Este
concreto é mais utilizado para fins arquitetônicos, embora algumas grandes obras possam utilizálo com colorações diferentes para cada peça a ser executada (pilares, vigas, lajes, etc.), com o
objetivo de evitar aplicações errôneas do material oriundo da central dosadora.
A aplicação deste concreto requer maior cuidado no acabamento das formas e no
adensamento, de modo a obter estruturas de melhor qualidade visual. A Tabela 5.1 apresenta
uma série de pigmentos inorgânicos utilizados na elaboração de concretos coloridos.
Tabela 5.1 – Pigmentos inorgânicos a base de óxido (ISAIA, 2005).
Cor desejada do concreto
Especificação do pigmento
Composição química
Vermelho
Óxido de ferro vermelho
α – Fe2O3
Amarelo
Óxido de ferro amarelo
α – FeOOH
Preto
Óxido de ferro preto
Fe2O4
Marrom
Óxido de ferro marrom
Verde
Óxido de cromo
Cr2O3
Azul
Óxido de cobalto
Co(Al,Cr)2O4
Mistura de pigmentos amarelo +
vermelho + preto
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52
IFRS – Materiais Componentes do Concreto – Especificações e ensaios
Figura 5.3 – Exemplo de aplicações de concreto colorido (ACPO – Artefatos de Concreto
Pedro Osório).
CAPÍTULO 6 – ADITIVOS
A introdução de aditivos ao concreto vem sendo realizada cada vez de forma mais ampla.
Este acréscimo no consumo e utilização de aditivos é motivado pela capacidade que estes
possuem de proporcionar ao concreto consideráveis melhorias nas suas propriedades e, por
vezes, sob o aspecto econômico.
A seção deste documento busca estabelecer uma visão geral dos diversos tipos de aditivos
utilizados na dosagem do concreto; sem a estabelecer as formações e interações químicas
característicos de cada componente. Para tal, sugere-se a utilização da bibliografia apresentada
ao final deste trabalho.
A norma NBR 11768 – Aditivos para concreto de cimento Portland – Especificação –
classifica os aditivos para concretos e argamassas e estabelece os requisitos mínimos necessários
para o desempenho destes componentes. Segundo este documento, os aditivos são classificados
em cinco grandes grupos:
- A – aceleradores;
- R – retardadores;
- P – Plastificantes;
- SP – superplastificantes;
- IAR – incorporadores de ar.
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Os compostos aditivos que apresentam efeito combinado de dois ou mais destes grupos
recebem designações por combinação destas cinco siglas (Ex.: PR – Plastificante retardador).
Os aditivos têm seu desempenho verificado conforme as especificações da norma NBR
12317 – Verificação do uso de aditivos para concreto – Especificações.
Os limites de variação de composição para o controle da uniformidade dos aditivos são
estabelecidos pela norma brasileira NBR 10908 – Aditivos para argamassa e concreto – Ensaios
de caracterização.
Os aditivos do tipo P aumentam o índice de consistência do concreto (melhoram a
trabalhabilidade), mantendo a quantidade de água utilizada para o amassamento. Os do tipo R
aumentam os tempos de início e fim de pega, permitindo que o concreto mantenha-se em
condições de trabalho por um maior período. São muito utilizados em obras que encontram longe
do local da produção do concreto, ou em situações de concretagens demoradas. Os aditivos do
tipo A, por sua vez, apresentam capacidade de acelerar os tempos de início e fim de pega, bem
como aceleram o ganho de resistência do concreto nas primeiras idades. É muito utilizado na
indústria de elementos pré-moldados, onde a velocidade de desforma representa competitividade
operacional.
Os aditivos SP possuem a mesma finalidade dos aditivos plastificantes, porém, com um
efeito mais intenso. Permite ao concreto uma maior fluidez sem perda da coesão entre os
componentes. São muito utilizados em situações de grande concentração de armaduras, na
execução de estacas e na produção de concretos do tipo alto adensável (Figura 6.1), sendo capaz
de envolver as armaduras e outros obstáculos mantendo a homogeneidade da mistura.
Figura 6.1 – Concreto com elevada plasticidade, facilitando o preenchimento das formas
(Revista Téchne).
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Os aditivos incorporadores de ar (IAR) incorporam ao maciço do concreto pequenas
bolhas de ar que são homogeneamente distribuídas. Esta introdução de ar garante ao concreto
uma maior trabalhabilidade, facilitando a utilização do mesmo. O aditivo IAR é amplamente
utilizado na produção de concretos leves25, em situações que não existam a necessidade ou a
possibilidade de utilização do concreto comum.
Outra utilização dos aditivos IAR é em locais em de baixa temperatura ambiente, visto que,
a introdução de ar em forma de pequenas bolhas impede que a água ao congelar (e se dilatar)
rompa as estruturas do concreto.
Figura 6.2 – Conjunto habitacional construído com uso de concreto leve com introdução de
aditivo incorporador de ar (Terra Nova – Pelotas/RS).
O crescimento acelerado na utilização dos aditivos ocorrida nas últimas décadas fez com
que os trabalhos de pesquisas sobre o tema ganhassem um grande incremento. No princípio,
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São concreto cuja massa específica é inferior a 2.000 kg/m³.
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muitos aditivos possuíam cloretos em sua formulação; fato que depois de várias experiências
mostrou-se extremamente nocivo às estruturas de concreto, sobretudo as armadas ou protendidas.
Atualmente existem diversos produtos disponíveis no mercado que utilizam bases químicas que
não apresentam efeitos nocivos às armaduras.
A introdução dos aditivos à dosagem do concreto permite uma produção com menores
custos. A adição de aditivos plastificantes, por exemplo, melhora propriedades do concreto,
permitindo a redução de água para amassamento e, por conseqüência o consumo de cimento.
Centrais dosadoras de concreto utilizam aditivos plastificantes redutores de água em
praticamente todos os seus traços básicos. Na atualidade, não se pode falar em tecnologia do
concreto sem que o uso dos aditivos seja mencionado.
Os aditivos podem ser encontrados na forma líquida ou em pó. Na maioria dos casos, são
adicionados ao concreto imediatamente ao final da dosagem dos demais MCC’s. Em certos
casos, no entanto, os aditivos são dosados na obra, próximo ao momento do lançamento. Esta
prática é utilizada devido ao fato de alguns aditivos possuírem grandes efeitos ao concreto
(sobretudo a trabalhabilidade), porém por períodos curtos de tempo. Esta característica é muito
comum aos aditivos superplastificantes, cujo período de atuação é, em média, de 40 a 50
minutos.
Outros tipos de aditivos podem ser introduzidos ao concreto objetivando melhorar alguma
característica específica, fora as propriedades classificadas pela NBR 11768. Como exemplo os
aditivos impermeabilizantes são muito utilizados visando proporcionar uma estrutura cristalina
mais compacta, reduzindo a permeabilidade do concreto e ampliando sua vida útil. Estes
compostos, normalmente são dotados de algum efeito dentre os citados anteriormente. Tanques
de contenção, lajes de cobertura e reservatórios de água são exemplos de aplicação deste tipo de
aditivo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Todas as normas técnicas referidas no texto fizeram parte das referências bibliográficas do
presente trabalho.
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CABRAL, Eduardo. Tecnologia do Concreto, módulo IV, Fortaleza, 1998.
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Materiais. 2ª ed. Vol. 1 e 2. São Paulo, IBRACON, 2010.
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Itambé, 2008.
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