AGREGADOS PARA CONCRETO: ESTUDO DE SUAS CARACTERÍSTICAS E DO COMPORTAMENTO ASSOCIADO

Materiais constituintes do concreto

Marco Antônio de Morais Alcantara

      

   Introdução

   

Os agregados são os materiais mais heterogêneos utilizados na fabricação dos concretos e argamassas. Conforme as características particulares que estes apresentam, podem exercer influências no produto final, resultando em alterações globais em nível técnico, econômico, e de viabilidade de aplicação. Como ilustração, são apresentadas as seguintes coisas: A dimensão máxima do agregado, permitindo ou não a passagem destes pela armação da estrutura em construção; a granulometria e a superfície de contato dos grãos, implicando em maior ou menor consumo de aglomerante para recobrir os grãos; ou a granulometria e a uniformidade de tamanho dos grãos, na condição de empacotamento destes. Dentre os fatores circunstanciais, a umidade pode influenciar na condição de volume do material fino, ou na quantidade extra de água incorporada ao concreto. Para o entendimento geral e controle sobre estas situações, se requer inicialmente o conhecimento básico acerca das principais formas de se caracterizar os agregados, os quais são apresentados nesta unidade de estudo.

Objetivos da unidade: Os objetivos da unidade consistem em apresentar os principais meios de se distinguir os agregados sob o ponto de vista de sua caracterização e estado

A caracterização dos agregados

A caracterização dos agregados pode ser considerada a partir do valor da densidade. Convém considerar que a densidade é definida como a relação entre a massa específica de um determinado material, com relação á massa específica da água.

A “densidade real” é definida tomando-se por base a relação entre a massa dos agregados, e o volume que eles realmente ocupam. Por outro lado, a densidade aparente é a relação entre a massa dos agregados, e o volume total destes, incluindo os vazios. A densidade é um valor adimensional, e é estimada para os agregados em torno dos valores apresentados no Quadro 1:

Quadro 1: Propriedades de alguns agregados com relação ao valor da densidade

Tipo de material	Densidade aparente	Densidade real
Areia	1,60	2,65
Seixo rolado	1,50	2,65
Brita	1,30	2,65

 Agora, vamos passar para as questões sobre o “tamanho” dos agregados. Isto envolve por exemplo a porcentagem dos agregados de determinada amostra que se enquadrem em determinadas dimensões; ou qual é o diâmetro máximo que pode apresentar um elemento de uma amostra; ou ainda quão fino ou grosso é determinado material. Para tanto é realizado o ensaio de granulometria dos agregados.

           

O ensaio com agregados para a avaliação da granulometria é realizado por meio do peneiramento destes. Para tanto, existe um conjunto de peneiras com diferentes valores de abertura de malha, de forma que a disposição destas favoreça a passagem dos agregados por todas elas, desde a de maior abertura até a menor, e, partes diferentes do conjunto de agregados podem ser retidas nas diferentes peneiras.

Professor, as peneiras a serem utilizadas nos ensaios são sempre do mesmo tipo?

Não. Existem algumas séries de peneiras que podem ser utilizadas em ensaios de granulometria. Estas podem variar quanto a definição da abertura ou quanto ao tipo desta, podendo as peneiras apresentar abertura quadrada e definida por “tela”, ou redondas, tipo crivos. Outra diferenciação é quanto à distinção da série. Uma peneira de uma série pode ser distinguida pelo tamanho da abertura, ou pelo número de malhas disponíveis em uma polegada. A ABNT adota a série Normal para a realização de ensaios de granulometria, e esta é caracterizada pelo fato de que cada peneira da série apresenta abertura que corresponde aproximadamente ao dobro da anterior. Deste modo tem-se a sequência. Para fins de refinamento, existe a série denominada por Série Intermediária. Desta última série, são anexadas à série Normal as peneiras como as de 25,00 e 50,00 mm, e outras. A série normal e intermediária são apresentadas a seguir no Quadro 2:

Quadro 2: Aberturas das peneiras utilizadas para os ensaios de granulometria

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	-

Fonte: NBR NM 248 

 

 Agora, vamos atentar para os resultados dos ensaios que são de interesse.

A porcentagem de agregado retida em uma peneira é tomada por base no peso do material retido na determinada peneira, e no peso do material total que foi ensaiado. É evidente que o ensaio é realizado a partir de uma quantidade previamente definida e pesada dos materiais. A porcentagem que passa é a diferença de 100 menos a porcentagem retida na peneira.

As porcentagens retidas em uma determinada peneira não representam o conjunto isoladamente, mas são analisadas em conjunto, definindo-se por exemplo:

a) A porcentagem retida acumulada. Esta é a soma da porcentagem retida em uma peneira, e das retidas nas peneiras que apresentam aberturas nominais maiores do que ela. Por exemplo, se determinado material é retido na peneira de 9,50 mm de abertura, certamente ele será na peneira de 4,80 mm.

b) Diâmetro máximo do agregado. É a abertura da peneira, na qual a porcentagem acumulada é menor do que 5%, ou aproximadamente igual.

c) Módulo de finura do agregado. É a somatória das porcentagens acumuladas nas peneiras, dividido por 100. Para o cálculo do módulo de finura não são consideradas as peneiras de 25,00 mm e 50,00 mm de abertura, visto que elas não pertencem à série Normal.  

 O material que passa na peneira de 0,075 mm é chamado de Fíler.

Professor, como são utilizadas estas informações?

Os dados de granulometria são úteis por exemplo para se traçar a curva granulométrica. Esta tem por finalidade caracterizar o agregado quanto à distribuição de granulometria, como, por exemplo, diferenciando se o conjunto é muito uniforme quanto ao tamanho dos grãos, ou apresenta granulometria com distribuição mais contínua. Na Figura 1, percebe-se que para o caso do agregado miúdo representado pela curva C₁ , a distribuição granulométrica se apresenta com variação menos brusca do o que é representado pela curva C₄ , assim como, o agregado graúdo representado pela curva C₂ apresenta a distribuição menos uniforme. Na Figura 2, as mesmas curvas C₁ e C₂ estão ilustradas como agregado miúdo e agregado graúdo, e a curva C₃ é uma possível curva granulométrica ideal, com distribuição granulométrica contínua, que deve ser imitada em um caso de produção de concreto a partir de uma manipulação tomando-se partes adequadas do agregado graúdo e do agregado miúdo. O módulo de finura expressa o quão fino é o material, porém este é menor quanto mais fino for o material.

A granulometria e o diâmetro máximo do agregado definem qualidades permanentes ao conjunto de agregados, como por exemplo as facilidades que eles apresentam para serem manuseados, ou as facilidades que eles apresentam para serem “empacotados” . A propósito, o coeficiente de vazios é definido como a relação entre o volume de vazios formado pelo conjunto dos agregados, e o volume total do material. 

C_v = V_v/V_t

Figura 1: Curvas granulométricas apresentando casos de agregados miúdos e graúdos com diferentes condições de uniformidade

Figura 2: Curvas granulométricas de agregado miúdo, agregado graúdo, e de agregado com granulometria ideal

As condições em que podem se apresentar os agregados

Quanto à variações circunstanciais nas condições apresentadas pelos agregados, pode-se apresentar a água como grande contribuinte para tais variações.

O teor de umidade é definido como a relação entre a diferença entre a massa úmida de um agregado e a massa seca, com relação à massa seca ou seja:

h =  (M_h - M_o)/M₀

O teor de umidade pode ser apresentado em porcentagem, multiplicando-se o valor encontrado por 100.

Professor, como é realizada a avaliação da massa seca do agregado?

A avaliação da massa seca é realizada após a secagem do material em estufa, a aproximadamente 105 ⁰C, quando é verificada a constância na avaliação.

Professor, qual é a importância da umidade para o agregado?

A umidade é muito importante, ou preocupante para os agregados por duas razões:

Quando é realizado um estudo de dosagem do concreto, a quantidade de água a ser adicionada normalmente é previamente estabelecida, em função da resistência mecânica requerida, e do manuseio do material. 

De modo geral, a massa real do agregado tomado em uma porção é dado por:

M_s = M_h/(1+h)

onde:

M_h - M_s é a quantidade de água que deve então ser descontada da quantidade de água a ser adicionada na preparação do concreto.

Outro aspecto importante quanto á umidade é a influência da umidade do agregado na variação de volume deste; é o inchamento. Conforme a variação do teor de umidade, o agregado miúdo pode apresentar também  variação de volume, até certo limite, denominado por umidade crítica.  A partir deste valor a variação de volume tende a diminuir. O valor do inchamento em porcentagem é definido por:

onde:

V_h  representa o volume do material no estado úmido;

V_o representa o volume do material no estado seco em estufa.

Professor, o que faz com que o inchamento tenha um valor limitado?

Isto se deve ao modo pelo qual o processo de inchamento é conduzido. No início, a água é adsorvida à superfície das partículas, se interpondo entre elas, promovendo o distanciamento entre elas. Com o aumento do teor de umidade, a quantidade de água incorporada ao material se torna maior, alcançando-se o estágio onde a água passa a preencher os vazios do agregado, não trazendo então mais contribuição para o efeito do inchamento. Em situação extrema tem-se a presença de areia na água, ao invés de se ter água na areia.

 O coeficiente de inchamento é dado por:

V_h /V_o = d₀/d_h.[(100 + h)/100]

onde:

d_h representa a densidade aparente do agregado no estado úmido;

d_o representa a densidade aparente do agregado no estado seco;

Uma questão que se levanta é:

Os agregados apresentam a mesma tendência para o inchamento?

O inchamento é uma característica dos agregados miúdos. Em face da menor dimensão e do aumento da superfície específica, estes apresentam maior interação com o meio e com a água. Quanto mais fina for a areia, maior será a sua tendência para o inchamento.Os coeficientes médios de inchamento são dados de forma aproximada por 1,30 para a areia fina, 1,25 para a areia média, e 1,20 para a areia grossa.

Mestre, quais são os valores usuais em que o agregado miúdo pode se encontrar?

Uma areia que não apresenta estar úmida, pode apresentar umidade em valor aproximado de 3% . Os valores de umidade das areias em obras se situam em torno de 4%, e este valor já é bastante próximo dos valores onde os valores do inchamento já são máximos, 5 a 6%. Uma areia é bastante úmida quando apresenta umidade em torno de 7%.   

Bibliografia

BAUER, L.A.F. Materiais de Construção. vol. 1. Rio de Janeiro: LCT. 1994. 531p.

NEVILLE, A. M. Propriedades do Concreto. São Paulo: Pini, 1997, 828p.

PETRUCCI, E. Concreto de Cimento Portland, São Paulo, Globo, 1980,   

Sobre o autor:

Marco Antônio de Morais Alcantara é Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal de São Carlos-BR, com ênfase em Engenharia Urbana (1986); Mestre em Engenharia Civil, área de concentração em Geotecnia, pela Universidade Federal de Viçosa-BR (1995); Master Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2001); Docteur Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2004);  e tem pós-doutorado em Estruturas pela Universidade do Porto-PT (2012). É docente da FEIS/UNESP desde 1987.