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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
BENÍCIO COSTA RIBEIRO
UTILIZAÇÃO DA AREIA ARTIFICIAL (AREIA DE BRITA) NO PREPARO DO CONCRETO
Junho de 2010 Viçosa, MG
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INTRODUÇÃO
1.1 REVISÃO BIBLIOGRAFICA
1.1.1
O CONCRETO O concreto é um material de construção constituído por mistura de um aglomerante com um ou mais
materiais inertes e água. Quando recém misturado, deve oferecer condições tais de plasticidade que facilitem as operações de manuseio indispensáveis ao lançamento nas formas, adquirindo, com o tempo, pelas reações que então se processarem entre aglomerante e água, coesão e resistência. (PETRUCCI, 2005). Como o material composto que é o concreto constitui de cimento Portland como aglomerante além de areia e pedra britada como agregados graúdo e miúdo. Após o endurecimento têm-se um material que pode assumir altos valores de resistência a compressão e ser mais imune à ação da água do que outros materiais também utilizados na construção, como madeira e aço. Desde 1964 sabe-se que o material mais largamente usado em construção é o concreto de cimento. O homem não consome nenhum outro material em tal quantidade, a não ser a água. Esse consumo anual passa de 5,5 bilhões de toneladas (MEHTA et al, 1994). Muitos pesquisadores buscam desenvolver formas de utilizar materiais alternativos bem como a reciclagem de resíduos industriais com o intuito de diminuir o uso de recursos naturais, evitando, assim, a degradação do meio ambiente. Essa também é uma preocupação de diversos estudos relacionados à construção civil. Uma das opções encontradas é a utilização da areia artificial no preparo do concreto.
1.1.2
AREIA ARTIFICIAL Pedrisco, também chamado de areia artificial, é o material obtido do britamento de rochas estáveis
com tamanhos de partículas passante na peneira 4,8 mm. (PETRUCCI, 2005). No processo de britagem para obtenção de agregado graúdo é gerado uma quantidade significativa de um material inicialmente visto como rejeito. Observadas suas características de granulometria e um grande potencial de reaproveitamento, tal material foi então destinado a utilização em forma de agregado miúdo e designado de areia artificial. Também é conhecido pelo nome de areia industrial ou pó de pedra. Esses termos são aplicados de forma óbvia devido à maneira de obtenção do material.
1.1.2.1 ALGUMAS PROPRIEDADES A areia artificial possui uma distribuição granulométrica bem homogênea. Isso se dá pelo processo de britagem que garante uma uniformidade aos grãos e, assim como a brita, possui um formato anguloso e superfície áspera. Apresentados em forma de placas, como as provenientes de basalto, os grãos conferem maior aderência às superfícies de aplicação, no entanto conferem menor trabalhabilidade ao concreto. Já quando em forma de cubos, como as provenientes de granitos e pedras com grande proporção de sílica,
possibilitam uma maior interação com a mistura causando uma diminuição na quantidade de vazios do concreto. Quanto menor a quantidade de vazios maior será sua resistência. A areia artificial se encontra praticamente isenta de impurezas de natureza orgânica e argilosa bem como dos possíveis problemas originados pelas mesmas. Uma forma de verificação é o método de determinação colorimétrica prescrito pela NBR7220.
1.1.2.2 MATERIAL PULVERULENTO A areia artificial é dotada de uma grande quantidade de material pulverulento que confere uma maior trabalhabilidade ao preencher os vazios da pasta de cimento e água. Por outro lado, quando em grandes quantidades, se torna ser prejudicial à qualidade do concreto. Quanto maior a quantidade desse material maior será a superfície a ser umedecida, logo necessitará de uma elevada quantidade de água acarretando uma diminuição da resistência do concreto. Como forma de minimizar ou até mesmo eliminar essa desvantagem a areia pode ser submetida a um processo de lavagem, o que a torna excelente para utilização. O material pulverulento encontrado nas areias naturais tem origem argilosa que prejudica a resistência mecânica, já na areia artificial esse material tem a mesma composição da rocha de onde originou. Assim, segundo a NBR 7211, a quantidade de material pulverulento permitida para areia artificial é maior do que para areia natural, seja em concreto submetido a desgaste superficial ou não.
1.1.2.3 MEIO AMBIENTE E ECONOMIA Junto com a grande demanda de produção de concreto está a demanda pelos agregados que o constituem. A areia natural ao ser dragada dos rios faz com que sua calha natural seja modificada, leva a um aumento da vazão de água e acelera assim o ritmo de erosão das margens. Enquanto isso, a areia artificial que fica congestionando o pátio de rejeitos dos britadores altera a paisagem, gera poeira, obstrui canais de drenagem e também causa o assoreamento de rios. Uma alternativa ecológica e econômica para a construção civil é a utilização deste material em substituição a areia natural no preparo do concreto. Outro fator que contribui para uma vantagem econômica é localização dos pontos de beneficiamento de ambas as areias. Em função da grande extração ao longo do tempo as jazidas de areia natural estão cada vez mais afastadas dos centros urbanos, necessitando ser transportada a grandes distancias. Esse processo de transporte gera um custo que reflete no preço final do produto. Em contrapartida, a produção de areia artificial se dá bem próximo do seu consumidor final.
1.2 OBJETIVOS Verificar as propriedades da areia artificial à luz da NBR 7211. Rodar um traço básico de concreto fazendo a substituição total do agregado miúdo pela areia de brita de maneira a obter a mesma a mesma medida de consistência do concreto com areia natural mantendo
fixa a relação água/cimento. Moldar corpos de prova para ensaios de resistência e comparar os valores de resistência obtidos com os valores de resistência do mesmo traço com areia natural.
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DESENVOLVIMENTO
2.1 MATERIAIS Cimento: CP-II-E-32, Tupi Areia artificial granítica da Pedreira MBC Ltda., São Geraldo, MG Pedra britada gnáissica da Pedreira Ervália Ltda., Ervália, MG
2.2 METODOLOGIA Verificaram-se as propriedades da areia artificial através de resultados de ensaios já realizados no Laboratório de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa segundo a normatização da ABNT. Foram determinados os teores de umidade dos agregados. Os mesmos foram amostrados e pesados inicialmente obtendo-se assim a massa com superfície saturada seca ( M SSS ). Pelo método da frigideira que consiste na secagem dos agregados num recipiente metálico sobre uma chama contínua (fogão) foi secado os agregados e novamente pesados obtendo-se assim a massa seca ( M S ). A Figura 1 ilustra as etapas desse método que é bastante utilizado no canteiro de obras devido ao curto tempo demandado. Com o valor do teor de umidade ( U ) foi calculada a quantidade de água a ser adicionada para que não haja um excesso e conseqüentemente um aumento na relação água/cimento no concreto. Através da expressão U (% ) =
M SSS − M S × 100% tem-se U dado em porcentagem. MS
(a)
(b)
(c)
Figura 2 – Secagem de agregados pelo método da frigideira. (a) Agregados úmidos; (b) Agregados em processo de secagem; (c) Agregados secos.
Foi feito um traço reduzido úmido (1,000 : 2,181 : 2,934 : 0,379) para que possa ser aderido à betoneira, previamente úmida, evitando assim com que haja perda de volume de concreto produzido. Como a
quantidade produzida é pequena qualquer perda pode ser significativa. Foi fabricado o traço básico em massa (1,000 : 2,069 : 2,896 : 0,530) com a substituição total da areia natural pela areia artificial numa betoneira de eixo inclinado. Ao passo que se fazia a correção da quantidade de água também era feita a correção da quantidade de cimento para se manter a relação água/cimento bem como obter a medida de consistência, conforme desejados. A Tabela 1 mostra as quantidades, em massa, utilizadas no experimento e a Tabela 2 as correções que foram feitas para se obter o mesmo valor de consistência determinado. A Figura 1 mostra o teste de slump realizado ao final das correções.
Agregados úmidos (kg)
MATERIAL
M SSS (kg)
Cimento
7,000
Areia
14,483
5,4
15,265
15,265
Brita
20,272
1,3
20,536
20,536
Água
3,710
Slump (cm)
Determinado: 6±1
U (%)
TOTAL 7,000
Água nos agregados: 1,06
2,650 3,5
Tabela 1 – Quantidades em massa dos materiais.
MATERIAL
1ª correção
2ª correção
TOTAL
OBS:
Cimento
1,13
0,57
8,700
Areia
–
–
15,27
Brita
–
–
20,54
TRAÇO FINAL SECO
Água
0,600
0,300
3,55
(1,000 : 1,665 : 2,330 : 0,530)
Slump (cm)
5,0
6,0
TRAÇO FINAL ÚMIDO (1,000 : 1,755 : 2,361 : 0,408 )
Tabela 2 – Correções no traço e respectivos “slumps”.
Figura 1 – Teste de slump.
Em seguida, foram montados oito corpos de prova cilíndricos de 10x20cm com uma única camada e adensados com mangueira vibratória. Para ruptura à compressão axial às idades de 3, 7 e 28 dias foram preparados dois corpos de prova cada e para o ensaio de resistência a tração por compressão diametral à idade de 28 dias mais dois corpos de prova.
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RESULTADOS
3.1 AVALIAÇÃO DOS RESULTADOS DO ENSAIO FÍSICO NO AGREGADO MIÚDO SEGUNDO A NBR 7211 No que diz respeito à distribuição granulométrica temos que das quantidades retidas nas 8 peneiras 4 se encontram na zona ótima, 3 na utilizável e apenas 1 abaixo do valor desejável conforme o gráfico da Figura 2. A quantidade retida na peneira 0,15 está 5% abaixo do determinado.
Figura 2 – Granulometria da areia artificial. Quanto ao módulo de finura, o valor encontrado (2,71) está dentro dos limites ótimos (2,2 a 2,90). As impurezas encontradas foram: argila em torrões num valor de 0,1% que é bem inferior aos 3% permitidos pela norma; e material pulverulento que tem como limites máximos os valores de 10% para
concretos submetidos a desgaste superficial e de 12% para concretos protegidos desse tipo de desgaste. A areia ensaiada tem um teor de 14,2% desse material.
3.2 ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL E TRAÇÃO POR COMPRESSÃO DIAMETRAL As tabelas 3 e 4 mostram os resultados obtidos dos ensaios de compressão axial nos corpos de prova às idades de 3, 7 e 28 dias e de tração por compressão diametral para a idade de 28 dias. CORPO DE PROVA
ENSAIO DE COMPRESSÃO AXIAL
Nº
DIÂMETRO MÉDIO (cm)
ÁREA (cm²)
IDADE (dias)
DATA
FORÇA (kgf)
TENSÃO (MPa)
590
10,01
78,70
3
30/05/10
11780
15,0
591
9,96
77,91
3
30/05/10
11820
15,2
592
9,94
77,60
7
03/06/10
17270
22,3
593
9,98
78,23
7
03/06/10
16970
21,7
594
9,98
78,23
28
24/06/10
23680
30,3
595
10,00
78,54
28
24/06/10
23450
29,9
TENSÃO MÉDIA (MPa) 15,1
22,0
30,1
Tabela 3 – Resultados obtidos dos ensaios de compressão axial.
CORPO DE PROVA
ENSAIO DE COMPRESSÃO DIAMETRAL
Nº
DIÂMETRO MÉDIO (cm)
ALTURA (cm)
IDADE (dias)
DATA
FORÇA (kgf)
TENSÃO (MPa)
590
9,98
20,20
28
24/06/10
9770
3,1
591
10,00
20,20
28
24/06/10
9300
2,9
TENSÃO MÉDIA (MPa) 3,0
Tabela 4 – Resultados obtidos dos ensaios de compressão diametral.
3.3 DADOS COMPARATIVOS Resultados obtidos de ensaios feitos em corpos de prova do concreto fabricado a partir do traço básico seco (1,000 : 2,069 : 2,896 : 0,530) com a utilização de areia natural de procedência do Rio Piranga, Porto Firme, MG.. Slump de 7 cm: f c 3 = 12,3 MPa , f c 7 = 19,1 MPa , f c 28 = 26,1 MPa e f t 28 = 2,27 MPa 1
1
Valor estimado segundo a equação proposta pela NB-1/77 citada por Petrucci (2005): f tk = 0,06 f ck + 0,7 MPa para
f ck maior que 18 MPa.
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CONCLUSÃO Apesar de, no geral, o agregado utilizado ter uma boa granulometria um estudo de dosagem se faz
bastante útil pra verificar a eficiência do uso do agregado em concreto de cimento Portland. Como se encontra com uma quantidade de material pulverulento acima do normatizado seria ideal que a tal fosse submetida a um processo de lavagem para retirada do excesso. Com essas medidas a areia artificial utilizada passaria de uma qualidade Muito Boa para Excelente. Para uma mesma medida de consistência nota-se que as resistências a compressão foram superiores ao traço básico com areia natural. A presença de material pulverulento proporciona melhores resistências mecânicas aos concretos com areia artificial. No entanto devido à alta concentração de finos tem-se uma maior superfície a ser molhada necessitando de uma maior quantidade de água para se obter uma boa trabalhabilidade. O material pulverulento influencia na consistência do concreto. Aumentando a quantidade de água aumenta-se a quantidade de cimento a ser adicionada para que não haja perda na resistência. Através dos ensaios mecânicos observou-se que o concreto composto de areia artificial possui maior resistência à tração do que o contendo areia natural. Fica assim comprovado que os concretos com maior quantidade de material pulverulento e com consumos mais elevados de cimento influenciam nestes resultados, juntamente com o melhor travamento do proporcionado pela angulosidade dos grãos de areia artificial. Economicamente falando, apesar de ter um custo menor do que a areia natural, a areia artificial demanda uma quantidade maior de cimento que é o componente mais caro do concreto. No entanto pode-se obter a mesma resistência com um gasto menor de concreto fazendo com que a balança de preços cimento x areia artificial volte a se equilibrar de maneira rentável. A utilização da areia artificial no preparo do concreto é uma forma de se obter uma obra de qualidade e garante uma produção sustentável utilizando o que antes era considerado rejeito como um material em potencial.
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BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211: Agregados para concreto – Especificação. Rio de Janeiro, 2005.
Britador São Geraldo, Areia Industrial – Uso em Concretos e argamassas, disponível em , acessado em: 31/03/2010
BUEST NETO, Guilherme Teodoro, Estudo da substituição de agregados miúdos naturais por agregados miúdos britados em concretos de cimento portland – Curitiba; UFPR, 2006. 149 p. Dissertação (mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Construção Civil, Deptº de Eng Civil, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005.
COSTA, Marlo Jorge da, Avaliação do uso da areia artificial em concreto de cimento portland: aplicabilidade de um método de dosagem – Ijuí; UNIJUÍ, 2005. 46 p. Trabalho de conclusão de curso, Deptº de Eng Civil, Universidade Regional do Nordeste do Estado do Rio Grande do Sul, Ijuí, 2005.
MEHTA, Kumar P., MONTEIRO, PAULO J.M., Concreto: Estrutura, Propriedades e Materiais. Editora Pini Ltda, 1ª Edição. São Paulo, 1994.
PETRUCCI, Eladio G. R., Concreto de cimento Portland / Eladio G. R. Petrucci. – 14ª ed. rev. por Vladimir Antonio Paulon – São Paulo: Globo, 2005.
