-STRENGTH ANALYSIS OF CONCRETE USING DIFFERENT TYPES OF COARSE AGGREGATES
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ni10202411292135
Danilo Teixeira Mascarenhas de Andrade1;
Eduardo Fortes de Aguiar2;
Felipe Luiz Gomes3
RESUMO:
Sendo o concreto o material mais utilizado no mundo atualmente, busca-se sempre melhorar as suas capacidades resistivas. Considerando a resistência à compressão a principal propriedade desse material, diversos fatores podem influenciar nessa característica, dentre eles os diferentes tipos de agregados utilizados na sua produção. Esta pesquisa tem como objetivo analisar a influência do agregado graúdo na resistência a compressão do concreto, para isso foram realizados ensaios de compressão axial em corpos de prova produzidos a partir de diferentes tipos de concreto, foram escolhidos dois tipos de agregados de mesma origem mineralógica, porém de granulometrias diferentes, sendo esses agregados os pedregulhos de basalto com 19 e 12 milímetros. Os tipos concreto do estudo foram feitos utilizando as mesmas medidas de massa, porém com agregados graúdos diferentes, e o mesmo tempo de cura. A análise dos ensaios constatou que há uma influência na resistência devido a dificuldade de adensamento e maior presença de vazios quando o concreto é feito com agregados maiores, e que quando o concreto é produzido com agregados menores apresenta uma melhor resistência devido à uma maior fluidez e melhor adensamento do material gerando menos vazios. A análise produzida nesta pesquisa busca contribuir para o avanço da tecnologia na produção de concreto, para que se possa melhorar ainda mais a capacidade resistiva e a durabilidade desse material.
Palavras-chave: Concreto. Resistência. Compressão. Agregado.
ABSTRACT:
Since concrete is the most widely used material in the world today, there is always a need to improve its resistance capabilities. Considering compressive strength as the main property of this material, several factors can influence this characteristic, including the different types of aggregates used in its production. This research aims to analyze the influence of coarse aggregate on the compressive strength of concrete. For this purpose, axial compression tests Were performed on test specimens produced from different types of concrete. Two types of aggregates of the same mineralogical origin but with different granulometries were chosen, these aggregates being basalt boulders with 19 and 12 millimeters. The types of concrete in the study were made using the same mass measurements, but with different coarse aggregates, and the same curing time. The analysis of the tests found that there is an influence on resistance due to the difficulty of compaction and greater presence of voids when the concrete is made with larger aggregates, and that when the concrete is produced with smaller aggregates, it presents better resistance due to greater fluidity and better compaction of the material, generating fewer voids. The analysis produced in this research seeks to contribute to the advancement of technology in concrete production, so that the resistive capacity and durability of this material can be further improved.
Keywords: Concrete. Resistance. Compression. Aggregate.
1. INTRODUÇÃO
O concreto é um composto obtido a partir da combinação de cimento Portland, agregados miúdos, agregados graúdos, água e aditivos. Possui uma boa resistência à compressão, sendo um dos principais materiais empregados na produção de elementos estruturais. (ESTACECHEN, 2020).
Os agregados representam cerca de 65% a 85% do volume do concreto, sendo as matérias-primas mais utilizadas na construção civil, são classificados de acordo com a origem, tamanho, forma e densidade. As propriedades e características desses agregados possibilitam diferentes tipos de comportamento como elementos do concreto. (ALMEIDA; MELO, 2020).
A resistência é a principal característica do concreto, em especial a compressão, sempre se busca melhorar essa qualidade. Com a utilização de diferentes tipos de agregados obtém-se resistências únicas. Por meios de ensaios de laboratório é possível determinar as resistências para o concreto produzido com agregados diferentes. (COSTA; OLIVEIRA, 2021).
Como o tipo agregado graúdo pode influenciar na resistência do concreto?
H1: A mistura de agregados aumenta a resistência do concreto.
H2: O tamanho do agregado graúdo influência na resistência do concreto.
A segurança das estruturas é um dos principais objetivos a se alcançar quando se analisa materiais. A partir das análises realizadas pode-se compreender como a influência do agregado afeta as resistências do concreto, sendo possível assim por meio desses estudos contribuir na melhora da qualidade da produção e utilização do concreto. (NASSULHA; BARBOZA; SARTORTI, 2019).
Entender como diferentes tipos de agregado influenciam nas características resistivas é trivial para que se possa determinar o uso adequado dos agregados na produção de concreto de acordo com as propriedades necessárias garantindo uma maior previsibilidade de como os esforços serão distribuídos. Portanto, ajudando diretamente na elaboração de projetos de concreto armado (ALVES, 2014).
Sendo o concreto um dos materiais mais utilizados no mundo os fatores econômicos são determinantes na construção civil, em diversos locais alguns tipos de agregados são mais economicamente viáveis do que outros, seja por fatores de logística ou de extração. A partir de estudos realizados podemos determinar qual a melhor utilização para cada tipo de agregado, otimizando e melhorando a qualidade do concreto (SILVA et al, 2022).
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 CONCRETO ARMADO
Na construção civil, percebemos a evolução e inovação dos materiais e de técnicas para execução de edificações. Com o concreto se desenvolvendo e a metodologia de cálculo, as estruturas passaram a ser projetadas com margens de segurança mais reduzidas, fazendo as estruturas serem mais esbeltas (REIS, 2011).
Como já dito anteriormente, o concreto armado é um material composto. Sendo assim, o processo para obtenção do concreto necessita de cuidados e dosagens balanceadas dos materiais para garantir as melhores características, tanto fresco como endurecido. Na construção de elementos estruturais em Concreto Armado, as armaduras de aço são posicionadas na fôrma e o concreto fresco é lançado para preenchê-la, envolvendo as armaduras. Após a cura e endurecimento do concreto, a fôrma é retirada, resultando na peça de concreto armado (BASTOS, 2023).
O concreto em si é ótimo a compressão, porém deixa a desejar quanto à tração, por isso utiliza-se o aço nas partes tracionadas. É importante que o aço esteja bem integrado ao concreto que o envolve para que o concreto armado tenha maior eficiência. Existem diferentes tipos de aço com rugosidades, evitando superfícies lisas, justamente para proporcionar uma melhor aderência entre o aço e o concreto (BOTELHO; MARCHETTI, 2018).
Concreto Armado é um material extremamente versátil, capaz de se adaptar a diversas formas estruturais, atendendo a inúmeras concepções arquitetônicas, como evidenciado pelas construções existentes em todo o país. No caso de edifícios residenciais ou comerciais, as estruturas em concreto armado são projetadas levando em consideração a finalidade da edificação e sua concepção arquitetônica específica. Em contrapartida, em outras construções, após a conclusão da obra, apenas os detalhes arquitetônicos especificados no projeto são evidentes, uma vez que todos os elementos estruturais ficam incorporados nas paredes de fachadas e divisórias (GIONGO, 2017).
Estudo de estruturas de concreto armado é um conhecimento fundamental para engenheiros civis, uma vez que é amplamente utilizado na construção de edifícios residenciais e comerciais. A elaboração de projetos estruturais permite a aplicação prática dos conceitos aprendidos em disciplinas como mecânica estrutural e sistemas em concreto armado. Um arranjo estrutural adequado deve garantir segurança, economia e durabilidade, atendendo aos Estados Limites para cumprir suas finalidades. O concreto armado oferece vantagens significativas para edificações, com propriedades como resistência à compressão, tração, módulo de elasticidade e requisitos de projeto conforme normas vigentes (COPPETI, 2021).
2.2 ESTRUTURAS DE CONCRETO ARMADO
No concreto armado é crucial garantir que as estruturas sejam capazes de suportar as cargas impostas, permanecer em boas condições de uso e oferecer segurança e conforto aos usuários. A consideração dos estados limites último e de serviço é fundamental para garantir a integridade e durabilidade das estruturas, e evitar futuros reparos desnecessários (CARDOSO et al, 2013).
Sabe-se que o concreto é um material proveniente da mistura em proporção adequada de aglomerantes, agregados e água e também é passível de aditivos e adições. (PINHEIRO et al, 2010), define os agregados como materiais com dimensões variadas que aumentam o volume da mistura reduzindo seu custo e contribuindo para que haja menor variação volumétrica do produto final. Além disso, são os principais responsáveis pela elevação do módulo de elasticidade do concreto.
Os pilares de concreto armado são excelentes elementos estruturais quanto ao desempenho, quando de frente a ações horizontais, como vento e sismo, conseguem ótima adição a estruturas vulneráveis a grandes esforços laterais. Pilares são elementos de superfícies plana ou cilíndrica, o formato influencia no comportamento estrutural do mesmo, como também as propriedades físicas dos materiais concreto e aço que a compõem, assim como suas dimensões (SILVA, 2020).
As vigas em concreto armado são elementos que recebem diretamente o peso das lajes e da alvenaria. Quando projetadas, visão que ao fim, elas fiquem embutidas nas paredes, de tal forma que não sejam vistas. Com isso, a largura das vigas deve ser escolhida em função das espessuras das paredes (BASTOS, 2017).
As lajes são elementos planos bidimensionais, ou seja, duas direções. Elas destinam-se a receber a maior parte das ações aplicadas numa construção, em geral pessoas, móveis, etc. As ações são comumente perpendiculares ao plano da laje, podendo ser divididas em distribuídas na área, distribuídas linearmente ou forças concentradas. Embora menos comuns, também podem ocorrer ações externas na forma de momentos fletores, normalmente aplicados nas bordas das lajes. As ações são normalmente transmitidas para as vigas de apoio nas bordas da laje, mas eventualmente também podem ser transmitidas diretamente aos pilares, quando são chamadas lajes lisas (BASTOS, 2015).
O projeto estrutural de uma escada de concreto armado deve obedecer às normas vigentes, limitando deslocamentos e garantindo durabilidade. O engenheiro deve avaliar com precisão os carregamentos e as opções de apoio da escada, e dimensionar de forma econômica a quantidade de material usado na execução, visando reduzir custos e facilitar o trabalho dos operários (GELAIN,2016).
2.3 DIFERENÇA ENTRE DIFERENTES TIPOS DE AGREGADOS GRAÚDOS NO CONCRETO ARMADO
Os diferentes agregados graúdos na construção civil podem ser estabelecidos como materiais granulosos e inertes. No concreto eles representam cerca de 70% a 80% da sua composição e também influenciam diretamente na sua propriedade, por isso sua importância. Porém, o concreto vem evoluindo para um maior teor de argamassa, consequentemente, diminuição da quantidade de agregados graúdos, de forma a produzir traços mais trabalháveis e melhor bombeáveis. Com isso, o concreto autoadensável tem ganhado mais destaque e colocado os agregados finos em evidência (BASTOS,2006).
Os agregados graúdos além de serem mais baratos, quando comparados aos outros materiais na fabricação do concreto, eles também não apresentam reações químicas com a água, assim sendo materiais de enchimento. Porosidade, distribuição granulométrica, forma e textura superficial, módulo de elasticidade, absorção de água, resistência à compressão e tipos de substâncias deletérias presentes, são algumas das principais características da composição do concreto. Assim, tais podem influenciar diretamente as propriedades do concreto (BARBOSA, 2019).
Os agregados graúdos têm impactos direto nas proporções utilizadas e na economia dos materiais. É essencial que os agregados sejam compostos por partículas duras e resistentes, livres de impurezas prejudiciais. Para determinar a granulometria dos materiais, são feitos ensaios de peneiração padronizados e curvas granulométricas. Ao fim, o concreto tem que resultar no menor volume de vazios possível (ANDOLFATO, 2002).
A escolha do tipo de agregado a ser utilizado na fabricação do concreto, seja convencional ou de alto desempenho, tem relação direta com a resistência desejada. Com isso, pode alterar a fração volumétrica do agregado. A fração volumétrica está relacionada ao módulo de elasticidade do concreto, sendo deformáveis e com menores chances de fissurar (SAVARIS, 2017).
As características do concreto são influenciadas pelo agregado, incluindo porosidade, composição granulométrica, absorção de água, estabilidade, forma e textura dos grãos, resistência mecânica e módulo de deformação. É importante considerar que o agregado possui uma curva granulométrica variável, podendo ser proveniente de diferentes locais de extração, o que pode impactar significativamente a preparação e as propriedades do concreto (VILELA,2019).
3. METODOLOGIA
Os ensaios realizados neste trabalho foram obtidos a partir da coleta e processamento de agregados graúdos de brita, esses agregados foram obtidos por meio de compra em lojas de materiais de construção de Teresina-PI, limpeza e separação por diâmetro, produziu-se o concreto com cada agregado, realizou-se o ensaio de abatimento de tronco de cone, moldou-se de 4 corpos de prova para cada tipo de concreto, realizou-se a análise mecânica após a cura dos corpos de prova utilizando ensaio de compressão. A partir dos dados obtidos foram elaborados gráficos de resistência comparando os corpos de prova que foram feitos utilizando a brita 12 e os corpos produzidos utilizando a brita 19.
Com esse trabalho pretende-se apresentar de forma gráfica como a resistência do concreto é influenciada de acordo com a forma e origem mineral. Com isso pode-se comparar e definir qual a melhor utilização para cada tipo de agregado na construção civil. Também será possível a partir dos dados obtidos definir qual o agregado mais economicamente viável, pois os agregados utilizados possuem valores de compra distintos e o preço influencia na hora que o consumidor vai realizar a compra dos insumos para sua obra.
Para a pesquisa do trabalho pretende-se analisar os dados obtidos a partir dos ensaios em laboratório, os ensaios serão realizados em todos os corpos de provas. Todos os testes foram realizados seguindo a norma NBR 5739 Concreto- Ensaio de compressão de corpos-de- prova cilíndricos 2018. Os resultados e análises foram devidamente documentados e anexados ao trabalho para fim de cálculo e análise gráfica.
Os corpos de prova serão produzidos em laboratório seguindo os procedimentos de separação por granulometria dos agregados para produção do concreto e medidas de parâmetros estabelecidos pela norma NBR 5739 Concreto – Ensaio de compressão de corpos-de-prova cilíndricos. Todos os corpos de prova serão numerados de acordo com o tipo de agregado utilizado na produção, e data para identificação do tempo de cura do concreto.
Os dados dessa pesquisa serão obtidos a partir do tamanho e forma e tipo de agregados utilizados na produção do concreto dos corpos de prova, e nos ensaios de compressão realizados seguindo a norma NBR 5739. Durante os ensaios será analisado o tempo de ruptura dos corpos de prova, carga máxima suportada, tipos de fissuras identificáveis, também será realizado registro fotográfico após a ruptura.
Após os ensaios os dados obtidos serão utilizados para criação de gráficos e tabelas onde será analisado em cada corpo de prova a carga máxima de resistência do concreto, tempo de ruptura, tipos de rupturas identificados nos corpos de prova e tipo de agregado utilizados, e análise da influência do agregado no custo de produção do concreto. Por meio da análise dos gráficos e das tabelas será possível identificar qual agregado possui o melhor desempenho e resistência e economia.
4. MATERIAIS
O aglomerante utilizado para a pesquisa foi o cimento Portland CP II com escória de alto-forno e resistência mecânica de 32 Mpa. Esse aglomerante foi escolhido pois apresenta uma boa resistência e é o cimento mais encontrado no mercado e mais utilizado.
Figura 1- Cimento Portland utilizado nos ensaios
Para o agregado miúdo foi utilizada areia média com granulometria variando entre 0,42 e 2 mm, esse tipo de areia é comumente utilizada para produção de concreto em obras na região de Teresina-PI devido a sua versatilidade para utilização no canteiro de obras e também apresenta um custo razoável.
Figura 2- Areia utilizada nos ensaios
Já para o agregado graúdo foram utilizados dois tipos de brita com mesma origem mineralógica (Basalto), mas com granulometrias diferentes, os tamanhos escolhidos foram 12 mm e 19 mm. Essas granulometrias foram adotadas devido a serem comumente utilizadas na produção de concreto e são granulometrias comumente encontradas no mercado.
Figura 3- Brita 12 mm utilizada nos ensaios
Figura 04- Brita 19mm utilizada nos ensaios
5. TRAÇO
Para essa pesquisa foi adotado para produção do concreto o traço 1:2:3 (Aglomerante, agregado miúdo, agregado graúdo) e com fator água/cimento de 0,5. Foram feitas a medidas do traço em massa seguindo o padrão de 6 Kg de aglomerante, 12 Kg de agregado miúdo, 18 Kg de agregado graúdo, e 3 Litros de água. Esse traço foi escolhido devido a sua utilização para concreto com fins estruturais.
Foram produzidos três tipos de concreto utilizando o mesmo traço 1:2:3, mudando somente o agregado graúdo. O primeiro traço (Traço 01) foi feito utilizando somente a brita 19 mm, o segundo traço (Traço 02) foi feito utilizando somente a brita 12 mm, o terceiro traço (Traço 03) foi feito utilizando 50% de brita 19 mm e 50% de brita 12 mm. Todos os traços foram produzidos com a utilização de betoneira.
6. ENSAIOS
6.1. ABATIMENTO DE TRONCO DE CONE
O ensaio de abatimento ou também conhecido como Slump Test é um ensaio realizado no concreto fresco para medir a consistência, a partir dele é possível determinar se o concreto terá a trabalhabilidade desejada. Esse ensaio é realizado tanto para concreto produzido in loco quanto para concreto usinado.
Após a produção dos três tipos de concreto da pesquisa foi realizado o teste de abatimento de tronco de cone para determinar a fluidez de cada traço, foi seguido o padrão exigido pela norma ABNT NBR NM 67/1998 utilizando 3 camadas de concreto e aplicados 25 golpes de adensamento em cada camada e em seguida foi medido o abatimento. O primeiro traço (Traço 01) feito utilizando a brita de 19 mm apresentou um abatimento de 20 mm, o segundo traço (Traço 02) feito com brita 12 mm apresentou um abatimento de 30 mm, e o
terceiro traço (Traço 03) feito utilizando 50% de brita 19mm e 50% de brita apresentou um abatimento de 25 mm.
Figura 5- Ensaio de abatimento de tronco de cone do concreto produzido com brita 12mm.
6.2. MOLDAGEM E CURA
Para essa pesquisa seguindo a Norma ABNT NBR 5738: 2015 foi utilizado para moldagem o molde de corpo de prova cilíndrico de 100 mm de dimensão básica. Para cada tipo de concreto produzido (Traço 01, Traço 02, e Traço 03) foram feitos 4 corpos de prova, cada corpo de prova foi preenchido por duas camadas de concreto sendo aplicados 12 golpes de adensamento em cada camada.
O concreto é um material que necessita ser curado utilizando água para que possa ser hidratado e adquirir a sua resistência final, o tempo ideal para a cura do concreto é de 28 dias. Entretanto grande parte dos construtores não realiza uma cura precisa do concreto diminuindo a resistência do material. Levando em conta essa imprecisão no tempo de cura úmida do concreto, foi adotado para essa pesquisa o tempo de 21 dias de cura. Sendo essa cura úmida realizada em um tanque de água a 25ºC de temperatura.
Figura 6- Cura úmida dos corpos de prova
6.3. COMPRESSÃO AXIAL DOS CORPOS DE PROVA
A principal característica do concreto é a sua resistência a compressão, essa característica permite esse material resistir a cargas elevadas. Uma das formas de determinar a capacidade resistiva é realizando o ensaio de compressão axial utilizando uma prensa hidráulica seguindo a Norma NBR-7680-1, esse ensaio de compressão pode ser realizado utilizando corpos de prova e testemunhos de concreto.
Para essa pesquisa o ensaio de compressão axial foi realizado após a cura de 21 dias dos três tipos de concreto. Foram divididos três lotes, realizada a compressão e anotada a carga de ruptura de cada corpo de prova, o primeiro lote (Lote 01) contém os 4 corpos de prova produzidos com o traço 01 feito com brita 19 mm, o segundo lote (Lote 02) contém os 4 corpos de prova produzidos com o traço 02 feito com brita 12 mm, e o terceiro lote (Lote 03) contém os 4 corpos de prova produzidos com 50% de brita 19 mm e 50% de brita 12 mm.
7. TENSÃO MÁXIMA:
Para se calcular uma estrutura de concreto é necessário conhecer qual a capacidade máxima que esse material suporta, isso é obtido a partir do fck que é a resistência característica do concreto à compressão, esse parâmetro é medido utilizando corpos de prova onde é medida a tensão em megapascals (MPa).
Com a realização dos ensaios de compressão axial foi possível determinar a tensão máxima que cada corpo de prova suportou, essa tensão foi obtida a partir de divisão da carga de ruptura e da área de base do corpo de prova.
Figura 7 – Corpo de prova rompido após ensaio de compressão axial
8. RESULTADOS E DISCUSSÕES:
O concreto produzido com a brita 12 mm obteve uma resistência média de 21,86 MPa sendo a maior resistência média, em comparação aos outros tipos de concreto produzidos, isso pode ter ocorrido devido ao fato desse tipo de concreto apresentar um melhor adensamento para a produção dos corpos de prova, gerando menos vazios, e sendo isso uma consequência da melhor fluidez do concreto apresentada pelo ensaio de abatimento de tronco de cone, no qual apresentou um abatimento de 30 mm.
Tabela 1- Tensão máxima dos corpos de prova produzidos com brita 12 mm.
Já o concreto feito com a brita 19 mm obteve uma resistência média de 21,58 Mpa e apresentou um desempenho um pouco abaixo do concreto produzido com brita 12 mm, isso deve ter acontecido devido a uma baixa fluidez, gerando maior dificuldade na moldagem e no adensamento dos corpos de prova. É perceptível que a dificuldade na moldagem pode ter gerado vazios e diminuído a resistência, o abatimento desse concreto foi de 20mm, sendo o menor dos três tipos produzidos.
Tabela 2 – Tensão máxima dos corpos de prova produzidos com brita 19 mm.
O concreto produzido utilizando 50% de brita 19 mm e 50% de brita 12 mm obteve a resistência média de 19,29 MPa, apresentando o desempenho mais baixo em comparação aos outros dois tipos. Esperava-se que esse concreto apresentasse a maior resistência média, entretanto, houve uma baixa fluidez dificultando a moldagem e o adensamento dos corpos de prova, podendo ter gerado vazios entre os dois tipos de agregados utilizados, e por consequência ter diminuído a resistência do concreto, esse concreto teve um abatimento de 25 mm.
Tabela 3 – Tensão máxima dos corpos de prova produzidos com as britas de 12mm e 19 mm
Figura 8 – Lotes de corpos de prova estudados:
9. CONCLUSÃO:
Com os dados de resistência obtidos através dos ensaios de compressão axial é possível entender como o tamanho do agregado influência na resistência do concreto, agregados menores como a brita de 12 mm possibilitam um melhor adensamento, gerando menos vazios e consequentemente melhorando a capacidade de distribuição dos esforços no concreto. Já quando o concreto é feito utilizando agregados maiores como a brita 19 mm ocorre uma dificuldade no adensamento podendo ocorrer mais vazios, diminuindo um pouco a resistência, nesses casos é necessária uma atenção especial no adensamento desse tipo de concreto para que não haja perdas resistivas.
Essa pesquisa encontrou algumas limitações devido a quantidade de corpos de prova disponíveis no laboratório onde foi executada, o que ocasionou uma menor população de corpos de prova para serem estudados. Também houve um menor tempo para a cura do concreto sendo necessário romper os corpos de prova com 21 dias.
Entender como os agregados que compõem o concreto podem influenciar na sua resistência é suma importância para garantir a segurança, a durabilidade, e qualidade desse material que é o mais utilizado no mundo. Esse tipo de estudo também contribui para a evolução da engenharia civil, e da construção civil como um todo.
Em estudos futuros pretende-se analisar a influência de aditivos impermeabilizantes no concreto e como afetam a percolação da umidade do solo. Essas pesquisas terrão um espaço te tempo maior para uma cura completa dos corpos de prova, e também uma quantidade maior de corpos de prova para estudos.
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1Docente do Curso Superior de Engenharia Civil do Instituto Centro Universitário Santo Agostinho – UNIFSA Campus Anexo II. Mestre em Ciência e Engenharia dos Materiais (UFPI). E-mail: danilotma@msn.com
2Discente do Curso Superior de Engenharia Civil do Instituto Centro Universitário Santo Agostinho-UNIFSA Campus Anexo II. E-mail: forteseduardo219@gmail.com
3Discente do Curso Superior de Engenharia Civil do Instituto Centro Universitário Santo Agostinho-UNIFSA Campus Anexo II. E-mail: gomesluizfelipe123@gmail.com