ESTUDO GERAL DOS AGREGADOS PARA CONCRETO: CONCEITUAÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E ÍNDICES DE QUALIDADE

Materiais constituintes do concreto

Marco Antônio de Morais Alcantara

Os agregados se constituem em os materiais de enchimento dos concretos e das argamassas. Até certo ponto, são estes considerados como os materiais inertes, que participam das misturas em concreto ou em argamassas. Na apresentação dos agregados, pode-se somar ainda a importância econômica destes, ao proporcionar a diminuição do consumo da pasta de aglomerante. Do ponto de vista técnico, são eles os principais responsáveis pela absorção dos esforços mecânicos, e pode se falar ainda, da atuação particular destes materiais em minimizar os efeitos da retração. Como visto, não existe uma definição precisa para os agregados no meio técnico, sendo eles compreendidos pelos atributos que apresentam. Os agregados são os materiais menos homogêneos utilizados na fabricação dos concretos e das argamassas, requerendo-se, para a utilização, o entendimento destes a partir das suas características advindas da origem, composição, forma, e dimensões. São estabelecidos índices de qualidade e condições limites para utilização dos agregados, sendo este conhecimento relevante para o estudo, o qual se inicia nesta unidade. O objetivo desta unidade é apresentar os agregados em termos de sua conceituação, utilização, e do desempenho necessário. A partir destes assuntos, o conhecimento das suas qualidades essenciais.

Os agregados para concreto e os seus tipos

Em primeiro lugar, os agregados para concreto podem ser dos tipos "naturais" ou "artificiais". Os agregados naturais são aqueles que são obtidos já “prontos” da natureza, a partir dos processos de intemperismo das rochas, transporte e deposição. Dentre estes têm-se os casos do seixo rolado e da areia de rios. Os agregados artificiais, por sua vez, são obtidos por meio do processo de britamento de rochas, de onde se obtém a brita e a areia artificial; ou ainda, eles podem ser obtidos por outros processos tecnológicos, a partir da utilização de materiais diversos como matéria prima.

Existe alguma diferença perceptível entre os agregados naturais e os agregados artificiais?

Sim. Os agregados naturais apresentam as suas superfícies mais lisas e arredondadas do que os agregados artificiais, supostamente em decorrência do processo de transporte fluvial a que eles foram submetidos, até chegarem à deposição final. Já os agregados artificiais, apresentam superfícies rugosas e angulosas, condição produzida pelo britamento.

Continuando com a apresentação dos agregados artificiais provindos de origens diversas, eles podem ser ainda citados como exemplos, como nos casos da argila expandida, do vidro, da cortiça, ou de outros, desde que atendam aos "índices de qualidade" exigidos para os agregados.

A argila expandida é resultante da expansão à quente de argilas, por processo controlado; quando aquecidas até à temperaturas variando entre 1000 a 1200 ⁰C, certas argilas desenvolvem gases que, impedidos de serem libertos da massa viscosa, promovem expansões ao material. A Vermiculita, por sua vez, é um material inorgânico proveniente do cozimento e seguido resfriamento brusco de minerais Vermiculita, a qual adquire também aspectos favoráveis para a utilização como agregado leve. Neste caso, ocorre também a expansão do material. Têm-se ainda o caso da escória de alto forno, que também pode ser sujeita ao processo de expansão, e as cinzas volantes que, quando sujeitas à temperaturas de aproximadamente 1200 ⁰C, sinterizam-se, formando grãos resistentes.

Uma outra questão seria: Existe diferença para o concreto, se for utilizado um ou outro dentre estes tipos de agregados citados?

Sim, os concretos e argamassas podem apresentar diferentes propriedades e desempenho.

O assunto é de suma importância, e devido a isso existem os  “índices de qualidade dos agregados”.

Os agregados podem também ser enquadrados como agregados leves, representados, por exemplo, pelos casos da cortiça, e pesados, como nos casos dos agregados à base de hematita. Nos primeiros, a densidade média é da ordem de 0,3 a 0,7. Nos segundos, a densidade aparente média é de 5,26. Em situação intermediária têm-se os agregados de valores médios, como nos casos do cascalho e do granito, com densidade média situadas em torno de 2,65. A cortiça, ou determinados tipos de cavacos, podem ser utilizados em concretos leves, com fins não estruturais, como os de vedação, dadas as suas propriedades de baixo peso e de bom desempenho térmicos. Para maiores informações sobre as exigências para com os agregados leves deve-se consultar as normas EB-228, EB230, e NBR 7213, referentes à utilização dos agregados leves em concretos para elementos de alvenaria, para fins não estruturais e para isolamento térmico. Os agregados pesados, por sua vez, viabilizam a produção de concretos que impedem a passagem de radiações indesejadas.

Ainda podemos subdividir os agregados em agregados miúdos e agregados graúdos. Os agregados miúdos são os agregados que apresentam o diâmetro médio máximo da ordem 4,8 mm, enquanto que, os agregados graúdos, inclusive os pedregulhos, apresentam o diâmetro médio superior à 4,8 mm.

"Índices de qualidade" requeridos para os agregados. 

De modo geral, se espera dos concretos que estes apresentem satisfatória resistência mecânica à compressão, impermeabilidade, durabilidade, e ainda, que o processo construtivo seja favorecido economicamente. Os índices de qualidade para os agregados são definidos a partir dos "requisitos de desempenho" exigidos para os concretos e argamassas, e da participação destes, para que os concretos e argamassas atendam aos referidos requisitos desempenho.

Para se atender aos requisitos de resistência mecânica à compressão, assim como de impermeabilidade nos concretos, é importante, em primeiro lugar, que os agregados estejam sadios, pois, de modo geral, para os casos do concretos convencionais, estes agregados devem apresentar resistência mecânica superior àquelas que são apresentadas pela pasta de aglomerante; a permeabilidade depende também de que os agregados estejam íntegros. Pode se falar então do "grau de sanidade dos agregados", que é o primeiro índice de qualidade dos agregados.

Além da questão do estado de alteração do agregado, não se deve negligenciar as possíveis tendências deste agregado ao intemperismo. Para isto pode se recorrer a um especialista, em petrografia. Desta forma, a durabilidade do concreto poderá ser favorecida. 

Um tipo de agregado foi bastante conhecido durante o tempo da construção de barragens pela CESP, quando, na prospecção de materiais na região do oeste paulista, este era conhecido como o "agregado desagregável". Este, apresentava constituição mineralógica tal que, mediante um tipo de ataque químico, se desestabilizava, acelerando o seu intemperismo.  

Somado a estes aspectos, é importante que o material ofereça a máxima compacidade, quando arranjados os agregados envoltos pela pasta.

Dentro de uma condição de "máxima compacidade", a resistência mecânica e as condições de impermeabilidade serão otimizadas, de modo que o intemperismo químico promovido pela percolação de líquidos encontrará a condição mais desfavorável para possível atuação.

 Que diferenças podem ter um determinado tipo de agregado para que esta situação favorável seja atendida?

Quanto aos fatores que favorecem à compacidade, podem ser levantadas coisas simples, como, por exemplo, a "forma dos grãos". Os agregados mais achatados ou angulosos são mais difíceis de se arranjarem em modo compacto, e também, de serem manuseados, requerendo eles mais água e argamassa para que possam estar envolvidos. O custo do concreto nestas condições se tornará mais caro. Deve-se então avaliar a forma dos grãos dos agregados. Esta avaliação é orientada de acordo com a NBR 7809.

Um índice de forma prescrito conforme a NBR 7211 é definido pela relação entre a maior dimensão do agregado (comprimento), e a espessura deste. Quanto mais anguloso ou "placóide" for a agregado, maior será o valor do índice de forma. O limite máximo para o valor do "índice de forma" é definido pela norma em torno de três.

Tem que medir um por um?

Não. Isto é feito por amostragem. A partir de uma amostra representativa do material, composta por pelo menos 200 grãos, é realizada a avaliação do "índice de forma" do agregado. 

Ainda, para se falar nas características dos agregados, importantes para a compacidade tem-se a "granulometria". Os agregados que apresentam granulometria com variados tamanhos de grãos oferecem condições melhores para a formação de um arranjo compacto, do que aqueles que apresentam uniformidade  (na granulometria), pois, no primeiro caso, os espaços vazios situados entre os agregados maiores, podem ser preenchidos pelos agregados de granulometria menor. 

Do ponto de vista da granulometria de um de agregado, ela pode ser contínua, apresentando uma sequência de tamanhos na graduação; ou descontínua, apresentando agregados com tamanhos médios relativamente distantes entre si, e ainda a granulometria pode ser equidimensional, quando os tamanhos dos grãos são uniformes.

De um modo geral os agregados naturais tendem a apresentar granulometria contínua, enquanto que os agregados artificias, britados, tendem a apresentar granulometria descontínua. 

Uma coisa tem unido os tecnologistas, a de que a granulometria contínua é a mais fácil de ser manuseada, quando no preparo do concreto. 

Ainda, com relação à granulometria, tem-se também considerado que, com aumento do diâmetro máximo do agregado, a superfície específica total tende a ser menor.

Os benefícios do ponto de vista técnico que podem ser alcançados pela escolha adequada da granulometria são: (i) o aumento das propriedades desejadas para o concreto endurecido, como o maior valor da resistência mecânica e a diminuição da permeabilidade, (ii) e o melhor manuseio da mistura fresca, (iii) a diminuição do valor da superfície específica dos agregados. Outro reflexo importante da granulometria dos agregados é o aspecto econômico, pois verifica-se que as condições de empacotamento, e a superfície de exposição dos agregados citadas, são muito importantes para poder reduzir o volume e a superfície de pasta requerida. 

Se o agregado tem por função ser o material de enchimento dos concretos e argamassas, quanto menor for o índice de vazios do material, menor será o consumo de aglomerante, o qual apresenta custo maior do que o do agregado, e ainda, quanto menor for a superfície específica do agregado (maior diâmetro máximo deste), menor será também o consumo da pasta ou argamassa envolvente, refletindo-se em economia. 

Com relação ao diâmetro máximo do agregado, para alguns tipos de concretos de nova geração o diâmetro máximo pode ser limitado por razões técnicas, de modo a se evitar concentrações de tensões internas nas interfaces agregado-argamassa, ou também de se evitar bloqueios em peças fortemente aramadas. 

Quanto ao tipo de superfície do grão, a qual foi mencionado como uma característica do agregado, tem qual importância?

O tipo de superfície do agregado tem muita importância, pois, interfere no manuseio do concreto. Concreto produzido com agregado de superfície mais rugosa requer mais água para o amassamento do que aquele com superfície lisa. O concreto deve apresentar a quantidade de água compatível com a sua condição de manuseio, de modo que este possa ser perfeitamente adensado e preencha as formas sem deixar vazios, e esta quantidade deve ser a mínima possível, para que o concreto seja mais resistente.

Outra importância no tipo de superfície do agregado está na aderência que pode ser proporcionada entre este e a pasta. Agregados lisos podem apresentar menor condição de aderência à pasta.

Além do aspecto do tipo de superfície, a ausência de impurezas no agregado é importante também para a condição de aderência do agregado à pasta. A argila é um tipo de impureza. 

É bastante discutida a atuação da argila nos concretos e argamassas. Quando ela está em forma de um filme sobre o agregado, torna-se prejudicial à condição de aderência do agregado com a pasta; mas, por outro lado, quando ela está “diluída” de forma homogênea na massa, pode contribuir para o aumento da plasticidade desta (embora também possa favorecer a retração do concreto). Quando ela está na forma de torrões quebradiços, sua presença nos agregados graúdos está limitada, pela NBR 7211, em até 1% para os casos de utilização em concreto aparente, e em 2% para utilização em concreto sujeito ao desgaste, e ainda em 3% para os demais casos de aplicação. Quanto aos casos de agregado miúdo, o limite comum para a presença de argila sob a forma apresentada é definido em 1,5%.

Nos casos em que a argila está diluída na “massa”, teores maiores dela tem sido acatados pela NBR 7211, podendo ser os limites estendidos em até 7%.

Outro tipo comum de impureza é a matéria orgânica, a qual pode prejudicar as reações de hidratação do cimento. De acordo com a NBR 7220, pode ser constatado o comprometimento da areia pela presença da matéria orgânica, a partir de um ensaio colorimétrico, e, caso a areia esteja “suspeita”, deve-se fazer um ensaio de qualidade com a referida areia, obedecendo-se à NBR 7221. Para o ensaio de qualidade preparam-se argamassas com a utilização da areia suspeita e com a utilização de uma areia já qualificada, e, a partir da moldagem de 6 corpos de prova para cada caso, avalia-se a resistência à compressão simples das argamassas nas idades de 3, 7, e 28 dias. Os resultados são então comparados.

Finalmente, pode-se falar dos “finos”, conhecidos genericamente como material pulverulento. Estes são representados pela fração silte e argila que podem estar presentes no material, e podem ser também resultantes do britamento. Além dos inconvenientes já citados, os finos contribuem para o aumento da água necessária para se manusear a massa de concreto. A NBR 7211 estabelece como limite de “finos” presentes nos agregados graúdos o valor de 1% para os casos gerais, e para o caso dos agregados miúdos, 3% para o caso de aplicação em concretos sujeitos ao desgaste superficial, e 5,0% para os casos demais de aplicação em concretos.

As  reações álcali-agregado. O que elas são?

 As reações álcali-agregado são reações entre a sílica hidratada finamente dividida proveniente do agregado, e os álcalis do cimento. Normalmente elas são expansivas, com aumento de volume, e provocam fissuração na massa do concreto. Dentre outras coisas, as reações álcali-agregado dependem do tipo de cimento empregado, do enriquecimento do traço, e, sobretudo, da facilidade de liberação do componente para o meio. Estes fatores estão relacionados com a quantidade de reagentes presentes no meio, de modo que o processo possa ser mais ou menos intenso, porém, a experiência tem mostrado que existe um teor ótimo de álcali na mistura, de modo que as reações sejam máximas.

Uma forma de atuação no sentido de se minimizar as reações álcali-agregado é a utilização do cimento Pozolânico.. Devem ser conhecidas as potencialidades de ocorrência das reações entre o cimento e os agregados, e a avaliação para este conhecimento é prescrita conforme a NBR 9773.

As areias da praia, podem ser utilizadas como agregados?

Uma das preocupações quanto a este tipo de material é que ele contém sais, os quais podem ser perniciosos ao concreto ou argamassa futuramente. Também tornarão o material mais higroscópico, isto é, mais amigo da água, e consequentemente, mais absorventes. Para a avaliação dos sais, cloretos, e sulfatos solúveis recorre-se à NBR 9917.Os cloretos devem ser evitados no concreto também porque eles podem contribuir para a formação de um ambiente que favoreça a corrosão de armaduras do concreto armado.

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.