Ensaios de materiais
Marco Antônio de Morais Alcantara
Os agregados são materiais de enchimento
do concreto. Suas características ou condições de estado podem influenciar nas
propriedades deste, seja como no estado fresco como no endurecido. A seguir são apresentadas considerações sobre as principais práticas de avaliação dos agregados miúdos e graúdos, diante dos contextos particulares em que elas tangem a estes, dos meios e acessórios utilizados, da sistemática, dos critérios e das normas técnicas que as prescrevem.
Água incorporada aos agregados
A água pode estar relacionada aos
materiais de diversas formas. Ela pode fazer parte da estrutura molecular,
estar aderida, ou pode estar livre. Alguns materiais podem ter afinidade com a
água, são os materiais higroscópicos. Por esta razão, os agregados miúdos, de
modo geral, podem conter água incorporada, aderidas às partículas ou livre.
O conhecimento sobre a umidade associada
aos agregados é muito importante, ou preocupante, por algumas 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.
Ainda, a quantidade de água incorporada
ao concreto pode ser importante, tendo em vista o processo tecnológico. Algumas
composições são bastante pontuais, não se tolerando na fabricação grandes
variações nas quantidades de materiais. O
concreto autoadensável, por exemplo, pode sofrer a influência da quantidade de
água, do superplastificante e dos materiais finos. Desvios na quantidade destes
constituintes podem ser somados quanto aos seus efeitos, de modo comprometer as
condições de estabilidade do concreto, ou seja, ele pode segregar, ou exsudar.
A água incorporada aos agregados pode
produzir o inchamento, de modo que o volume de um agregado miúdo, em particular,
possa conter quantidade menor em massa do que o esperado, em decorrência do
aumento do volume para a mesma massa.
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=Mh-Ms/Ms (1)
Onde Mh e Ms
são as massas úmidas e secas respectivamente.
O teor de umidade pode ser apresentado
em porcentagem,
multiplicando-se o valor encontrado por 100.
A avaliação da massa
seca é realizada após a secagem
do material, percebida quando é verificada a constância do valor medido da massa.
Uma vez
conhecido o valor da massa úmida, a massa seca do agregado tomado em uma porção
é dado por:
Ms=Mh/(1+h) (2)
A diferença
dada por Mh -
Ms é a quantidade
de água que deve então ser descontada
da quantidade de água a ser adicionada na preparação do concreto.
Sobre as atitudes que podem ser tomadas
com relação ao teor de umidade, pode-se considerar algumas:
-Estimar: neste caso, em obras de pouca
responsabilidade estrutural, conforme a experiência, pode-se estimar o teor de
umidade do agregado. Por exemplo, por análise táctil, pode-se estimar que uma
determinada areia contenha aproximadamente 1% de umidade (por exemplo), que não
é até muito perceptível pela simples observação visual.
Diante de condições de aparentar maiores
valores de teores de umidade (Figura 1), a avaliação visual ou táctil se torna
difícil, e com riscos para a qualidade do concreto. Recomenda-se realizar a
avaliação do teor de umidade.
Figura 1: Agregado
miúdo úmido
-Avaliação pelo por método prático: com
o auxílio de uma frigideira, um fogareiro, e de uma balança portátil pode-se
realizar uma breve avaliação, ateando fogo com álcool sobre o material,
conduzindo-se então a secagem do material (Figura 2). Com os valores da massa
úmida e da massa seca pode-se calcular o teor de umidade do material.
Figura 2: Teste da
frigideira
-Avaliar com auxílio de estufa de
infravermelho: com o auxílio de um aparato metálico contendo algumas lâmpadas
de infravermelho (Figura 3), pode-se produzir o calor suficiente para promover
a secagem do material em tempo coerente com a urgência, menor do que 12 ou 24
horas da estufa convencional. Curvas de correlação devem ser efetuadas de modo
a buscar a equivalência do tempo entre a o da estufa convencional e a de
infravermelho.
Figura 3: Estufa de
infravermelho
-Avaliar por meio de estufa convencional
(Figura 4), à temperatura interna em torno de 105 oC.
Figura 4: Estufa
convencional
Existe também a avaliação rápida do teor
de umidade através do equipamento denominado por Speedy, onde, o valor desta é
dada por meio de correlação entre a pressão provocada pelo gás gerado da reação
da água com o carbureto de cálcio, contido no aparelho.
As contingências para a avaliação ou
estimativa do teor de umidade dos materiais estão evidentemente associadas com
a importância da dosagem e com o controle de qualidade do concreto.
Para o caso de avaliação do teor de
umidade por meio de aquecimento da amostra em estufa a NBR 99391:1987
prescreve que esta atue em intervalo de temperatura entre 100-110 o
C. As amostras devem ser representativas, envolvendo vários pontos de coleta.
Para os casos de avaliação com agregados miúdos os valores mínimos de são de
100 g, enquanto que para os casos de agregados graúdos, os valores de massa são
tomados conforme a Tabela 1:
Tabela 1: Massa mínima
de amostra para o ensaio em função da dimensão máxima característica do
agregado
Dimensão máxima
característica do agregado (mm)
|
Massa mínima de
amostra para o ensaio (g)
|
9,5
|
1500
|
12,5
|
2000
|
19
|
3000
|
25
|
4000
|
38
|
6000
|
50
|
8000
|
76
|
13000
|
Fonte: NBR 99391:1987
Para a execução do ensaio se deve
primeiro pesar a massa úmida em recipiente apropriado, conduzi-lo à estufa por
um tempo mínimo de aquecimento por aproximadamente 12 horas, podendo este
variar conforme a amostra. Uma vez dada a constância nos valores das pesagens,
considera-se então alcançada a massa seca, podendo ser efetuados os cálculos.
Dimensão média dos grãos do agregado e os
valores máximos
As dimensões dos grãos do agregado podem
ser importantes na tecnologia do concreto, por diversas razões, tanto em termos
dos valores médios como dos individuais, que sejam representativos. Em
primeiro, tem-se o aspecto de uma composição ser contínua ou descontínua, ou
ainda equidimensional: também, podemos perguntar: qual é o valor máximo do
diâmetro de grão que pode ser esperado em uma composição? E ainda, como pode
ser qualificado o agregado quanto ao seu caráter de ser fino ou grosso?
Estes aspectos vêm a tocar os agregados
de modo diferenciado, conforme o requisito, em termos tecnológicos da produção
do concreto, ou das suas propriedades finais; aspectos como a trabalhabilidade
vem a definir valores para o diâmetro máximo, ou faixas granulométricas, de
modo a favorecer o melhor manuseio, a menor quantidade de água de amassamento,
a menor condição imposta de inércia e a ausência de bloqueios em peças
densamente armadas.
No estado endurecido, a condição de
compacidade permitida pelo arranjo dos agregados pode contribuir para uma
melhor condição de resistência mecânica e de impermeabilidade; os vazios
deixados pelos agregados influenciam na quantidade de argamassa, e a superfície
específica influencia no maior contato entre o agregado e a pasta.
Estes diferentes aspectos podem tocar os
agregados graúdos ou agregados miúdos de modo diferenciado.
Para a avaliação da granulometria é realizado ensaio de peneiramento. Para tanto, existem conjuntos
de peneiras com diferentes valores de abertura
de malha, de forma que a disposição destas favoreça a passagem dos agregados por
todas elas, e partes diferentes do conjunto de agregados podem ser retidas nas diferentes peneiras
(Figuras 5 e 6).
Figura 5: Conjunto de
peneiras e acessórios para a avaliação do agregado
miúdo
Figura 6: Conjunto de peneiras para ensaios com agregados graúdos
Existem algumas séries bem definidas de
peneiras que podem ser utilizadas em ensaios de granulometria. Estas podem variar
quanto a definição da abertura
ou o tipo desta, podendo elas apresentar
abertura quadrada definida por
“tela”, ou redondas, tipo crivos. Outra diferenciação é quanto à
distinção da série. Uma determinada
peneira de uma série pode ser distinguida pelo tamanho da abertura, ou pelo número de malhas
disponíveis em uma polegada.
A norma que orienta a série no Brasil, e
os procedimentos dos ensaios, é a NBR NM 248:2003. Também NBR 7211:2005 traz
orientações sobre o assunto. A série é dita “Normal”, para a realização de ensaios de granulometria. Esta é caracterizada pelo fato de que
cada peneira da série apresenta abertura que corresponde aproximadamente ao dobro da anterior, a partir de 0,15 mm. Deste modo têm-se a
sequência que é apresentada na Tabela 2:
Tabela 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 248:2003
Para fins de refinamento, existe a série
denominada por “Série Intermediária”.
Pode também ser levada em consideração a inclusão da peneira de 0,075 mm, a qual retém materiais
finíssimos.
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 valor da massa do material retido em uma
determinada peneira, com relação ao valor da massa do material total que foi
ensaiado. O ensaio é realizado a partir de uma quantidade previamente definida
e pesada dos materiais.
A porcentagem passante é a diferença de
100 menos a porcentagem retida na peneira.
As porcentagens retidas individualmente em
uma determinada peneira não representam o conjunto isoladamente, mas são consideradas
em conjunto. Em acordo com a NBR NM 248:2003, têm-se que:
a) A porcentagem retida acumulada. Esta é a soma que representa a
porcentagem retida em uma
peneira, e as retidas nas
peneiras que apresentam aberturas nominais maiores do que ela (Por exemplo, se um 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 retida acumulada é
menor ou aproximadamente igual do que 5%.
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 série intermediária, somente
as que pertencem à série Normal.
O valor em massa do agregado a ser
tomado para a realização do experimento pode ser conforme orientação fornecida
pela norma NBR NM 248:2003, apresentada na Tabela 3; esta fornece os valores em
função da expectativa da dimensão máxima do agregado. O material é referido ao
material seco em estufa.
Tabela 3: Dimensão
máxima do agregado e a quantidade mínima do material para o ensaio de
granulometria.
Dimensão máxima
nominal do agregado (mm)
|
Massa mínima da
amostra para o ensaio (kg)
|
< 4,75
|
0,3
|
9,5
|
1
|
12,5
|
2
|
19,0
|
5
|
25
|
10
|
37,5
|
15
|
50
|
20
|
63
|
35
|
75
|
60
|
90
|
100
|
100
|
150
|
125
|
300
|
Fonte: NBR NM 248:2003
Dos valores apresentados na Tabela,
podem ser tomadas as quantidades iguais a m1 e m2 (a qual
deve ser reservada).
Algumas orientações, em termos de
cuidados, podem ser feitas para a realização dos ensaios, conforme a NBR NM
248:2003:
A quantidade de material sobre as
peneiras deve ser disposta de modo a promover a melhor condição de igualdade de
acesso a todos os grãos com relação às aberturas das peneiras, e também, de não
danifica-las por deformação permanente da tela. As camadas de material não
podem ser muito espessas. Segundo a NBR NM 248:2003, para os casos de abertura
de malha até 4,75 mm, recomenda-se a carga máxima de 7 kg/m2,
enquanto que, para aberturas de malha de peneira maior do que 4,75 mm a carga
de materiais distribuídos deve ser de acordo com a seguinte expressão:
M=2,5 x a x s (3)
Onde
“m” é a quantidade máxima de material
que pode ser disposta sobre a peneira, em quilogramas.
“a” é a abertura da malha, em
milímetros;
“s” é a superfície efetiva de
peneiramento, dado em metros quadrados.
O tempo de agitação mecânica deve ser
tal que se promova a separação e a classificação dos diferentes tamanhos dos
grãos do agregado (Figura 7).
Figura 7: Ensaio de granulometria,
conjunto de peneiras e agitador mecânico
Uma vez terminada a agitação dentro de
um tempo previsto, a peneira superior é destacada para uma verificação com o
auxílio de agitação manual com o fundo falso encaixado em baixo; é verificado
se, após um minuto de agitação contínuo, a massa passante pela peneira é
inferior a 1% do material nela já retido.
Uma confirmado o término da agitação
mecânica, o material retido é removido por meio de escovação, e encaminhado para
uma bandeja especificada; o material retido no lado interno é considerado como “retido”
e conduzido à bandeja (Figura 8), enquanto que o material desprendido da
peneira na parte inferior é dado como “material passante”. O material passante
deve ser conduzido à peneira superior.
Figura 8: Peneira e
material nela retido
O procedimento é repetido para todas as
peneiras da série, quando então é determinada a massa total do material retido.
A soma das massas deve ser inferior à 0,3% de m1. O procedimento
total apresentado pode ser então repetido para a amostra m2.
O material que passa na peneira de 0,075 mm é chamado de “Fíler”, e fica retido no recipiente
denominado por “fundo”, e este não deve entrar no cálculo do módulo de finura.
Se o material apresentar uma grande
quantidade de material pulverulento, este deve ser ensaiado previamente
conforme a NBR NM 46:2003. O teor de materiais pulverulentos deve ser
considerado no cálculo da composição granulométrica.
A Tabela 4 apresenta os limites estabelecidos
pela NBR NM 248:2003 para os agregados miúdos, de modo que eles sejam utilizados
de modo a se promover o melhor benefício na mistura.
Tabela 4: Limites estabelecidos
pela NBR NM 248:2003 para os agregados miúdos
Peneira com abertura
de malha (ABNT NM ISSO 3310-1)
|
Porcentagem, em
massa, retida acumulada
|
|||
Limites inferiores
|
Limites superiores
|
|||
Zona utilizável
|
Zona ótima
|
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 2,2 a 2,9
O
módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 1,55 a 2,2
O
módulo de finura da zona utilizável inferior varia de 2,90 a 3,5
|
||||
Fonte: NBR NM 248:2003
A avaliação da massa específica absoluta e
aparente dos agregados miúdos
A
avaliação da massa específica aparente é muito importante para os materiais
dentro de circunstâncias particulares.
No caso
de se considerar a massa particular de um constituinte ou do total de uma composição
de concreto, não se considera os vazios existentes nos materiais. Por outro
lado, quando se quer tomar uma determinada quantidade em massa por meio do
volume, devemos conhecer a relação da massa por volume de um determinado
constituinte.
A Figura
9 apresenta os acessórios utilizados para a avaliação da massa específica
absoluta e a aparente, sejam: balança, recipiente de volume conhecido, água e o
frasco de Chapmam.
Figura 9: Conjunto para a avaliação da massa específica absoluta e
aparente
Avaliação da massa específica absoluta dos
agregados miúdos
De acordo
com a NBR NM 52:2009, para a avaliação da massa específica absoluta do agregado
miúdo, utiliza-se do frasco de Chapman (Figura 10)
Figura 10: Frasco de Chapman
(i) Adiciona-se
água no frasco até a marca de 200 cm3; (ii) adiciona-se areis seca
em estufa à temperatura aproximada de 105 0C, no valor em massa de
500 g; (iii) faz-se a leitura do novo volume na graduação do frasco;
D = 500/
(L -200) (4)
Figura 10: Frasco de Chapman e o novo valor da leitura
Determinação da densidade aparente dos
agregados graúdos
Ainda,
com o auxílio do frasco de Chapman, para a avaliação da massa específica
aparente dos agregados miúdos adota-se os seguintes procedimentos:
(i)Tara-se
o frasco de Chapman. A massa é “m”; (ii) introduz-se areia seca em estufa, até
a marca de 200 cm3.; (iii) pesa-se o conjunto “frasco+areia seca”. O
total é “M”; (iv) a massa dos 200 cm3
de areia seca é dado por “M - m”.
E o
volume já é definido; então:
d = (M - m)/200 (5)
Outra
forma de avaliar a massa específica aparente de um agregado miúdo consiste em:
(i) Tomar
um recipiente de volume conhecido e massa conhecida (Figura 11); (ii) verter o
agregado miúdo dentro do recipiente, sem promover compactação (Figura 12);
(iii) rasar tornando a superfície plana (Figura 13); (iv) pesar o conjunto (Figura
14); (v) descontar do valor da massa a tara do recipiente; (vi) efetuar o
cálculo da massa do agregado miúdo pelo volume do recipiente.
Figura 13: Regularizando Figura 14: Avaliação da massa do conjunto
Determinação
do teor de umidade pelo método do frasco de Chapman:
Sabe-se
que
Ps
= Ph(1+h) (6)
Para se
determinar o teor de umidade da areia pelo método do frasco de Chapman adota-se
o seguinte procedimento:
(i) Coloca-se
água no frasco até a marca de 200 cm3.; (ii) introduz-se, depois,
500 g de areia úmida, a ensaiar; (iii) faz-se a leitura do nível L alcançado.
O volume que
é ocupado pelo agregado somente é dado por Ps/D, e o volume de água
que estava incorporada ao agregado é dado por hPs. Então:
L = 200 +
Ps/D + hPs = 200 + [500/(1+h)]/D + 500h/ (1+h)
Desenvolvendo,
tem-se que:
h = (L -
500/D - 200)/ (700 - L) (7)
Determinação da curva do inchamento da areia
A
avaliação do inchamento da areia é prescrita conforme a NBR 06467:1987. Tomando-se
como ponto de partida o caso de uma areia seca, pode-se provocar a variação no
teor de umidade para valores de 1, 2, 3, 4% e outros valores, e verificar os
volumes úmidos, a partir da comparação entre L e o valor inicial dado por 200
cm3. Obtém-se assim, desta forma, a curva do inchamento da areia (Figura
15).
Da curva
do inchamento da areia pode extrair valores importantes. Observe a Figura 15.
Ao se traçar uma reta paralela (2) ao eixo das umidades tangenciando o ponto de
máximo valor na curva de variação relativa de volume (1), e, traçando-se uma
corda que une o ponto da origem a este ponto de tangencia (3), pode-se traçar
uma outra reta paralela a esta corda (4) que, o ponto de intersecção desta (4)
com a primeira paralela (2), projetado no eixo das umidades, define o ponto de
umidade crítica. Como se pode observar, o ponto de umidade crítica não é
necessariamente o ponto de maior variação volumétrica da areia. A média dos
coeficientes de inchamento nos valores de umidade crítica e nos valores máximos
de inchamento, é conhecida como o coeficiente médio de inchamento da areia.
Figura 15: Curva de inchamento da areia e procedimento gráfico para a determinação
da umidade crítica
A avaliação do teor de materiais pulverulentos
dos agregados
A
avaliação do teor de materiais pulverulentos dos agregados é prescrita pela NBR
7218:1987.
Para
tanto, realiza-se a separação entre o agregado miúdo e o agregado graúdo,
peneira-se as porções obtidas por meio das peneiras de 1,2 mm para o agregado
miúdo, e de 76, 38, 19, e 4,8 mm para o agregado graúdo, e pesa-se e separa-se
em bandejas as porções retidas, e promove-se posteriormente o destorroamento
dos materiais friáveis perceptíveis nos agregados para cada caso de peneira. O
material é novamente peneirado, e compara-se o peso dos materiais retidos em
cada caso de peneira antes e depois do destorroamento. O resultado é expresso
em termos percentuais, com relação ao material antes e depois do destorroamento.
Determinação de impurezas orgânicas húmicas do
agregado miúdo
É prescrito
pela NBR NM 49:2001. O agregado é misturado com solução de hidróxido de sódio à
3%, o conjunto é agitado e mantido em repouso por aproximadamente 24 h. A
solução é filtrada e recolhida. A presença da matéria orgânica é constatada por
comparação com uma solução padrão de ácido tânico à 2%. Se a cor da solução for
mais intensa do que a da solução padrão, a areia é suspeita.
Determinação da massa unitária para agregados
graúdos
A massa
unitária do agregado é definida pela relação entre a massa do agregado e o seu
volume, incluindo os vazios. Ela pode ser determinada de modo espontâneo, por
meio do acondicionamento do agregado em um recipiente sem que haja a
compactação ou adensamento, procurando-se reproduzir as condições que podem
existir na obra, ou com compactação, de modo a se conhecer o valor da massa
unitária quando o agregado está na condição de compactado seco.
A
determinação da massa unitária no estado solto é prescrita conforme a NBR 7251:1982,
enquanto que no estado compactado é definida pela NBR NM 45:2006.
Determinação da massa específica real para
agregados graúdos
No
Brasil, a avaliação é prescrita conforme a NBR 9937:1987.
A
avaliação da massa específica real pressupõe a realização de uma experiência
que envolva o peso do material seco em estufa, e o volume do material,
desprezando-se os vazios deste. Uma forma de se realizar a experiência pode ser
com a utilização de uma balança hidrostática. O volume do material pode ser
compreendido como o volume do líquido deslocado, sendo este conhecido por meio
da diferença entre o peso do material saturado e seco com pano úmido (Pa), e o
peso do material submerso (Pa’). A densidade é então dada por:
D=
P/(Pa-Pa’) (8)
Bibliografia
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR 7218 Agregados-Determinação do teor de
argila em torrões e materiais friáveis. Rio de Janeira, 1987, 2p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR 7218 Agregados-Determinação do inchamento de
agregado miúdo. Rio de Janeira, 1987, 5p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR 7218 Agregado miúdo-Determinação de
impurezas orgânicas. Rio de Janeira, 2001, 3p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR 7251 Agregado em estado solto- Determinação
da massa unitária. Rio de Janeira, 1982, 3p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR NM 45 Agregados-Determinação da massa
unitária e do volume de vazios. Rio de Janeira, 2006, 18p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR 9937 Agregados-Determinação da absorção e da
massa específica do agregado graúdo. Rio de Janeira, 1987, 6p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR NM 52 Agregado miúdo-Determinação da massa
específica e massa específica aparente. Rio de Janeira, 2009, 12p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR NM 46 Agregados-Determinação do material
fino que passa através da peneira de 75 μm, por lavagem. Rio de Janeira, 2003,
6p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR 7211 Agregados para concreto-especificação.
Rio de Janeira, 2005, 11p.
Associação
Brasileira de Normas técnicas. NBR NM 52 Agregado miúdo-Determinação da massa
específica e massa específica aparente. Rio de Janeira, 2009, 12p.
Associação Brasileira de Normas técnicas. NBR NM 248 Agregados
miúdo-Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeira, 2009, 13
