Agregados na Construção Civil Naturais e Artificiais Caracteristicas e Uso

AGREGADOS na construção civil NATURAIS E ARTIFICIAIS Professora MSc Nicole Nascimento AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Termo AGREGADO Por que o uso desse termo agregado para essas matérias primas minerais de uso corrente na construção civil É atribuído ao fato de que a areia e a brita se agregam ao cimento para obtenção do concreto e ao betume piche para preparação do asfalto AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Os agregados são relativamente baratos e não entram em complexas reações químicas com a água Por isso têm sido comumente tratados como material de enchimento inerte do concreto Ocupam cerca de 60 a 80 de volume do concreto Os agregados também têm um papel relevante na determinação do custo e trabalhabilidade das misturas de Concreto AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Os agregados são usados na implantação de infraestrutura de transporte saneamento moradias instalações físicas industriais e de comércio e na construção dos diferentes tipos de edificações AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Gráfico 1 Distribuição da Produção Mineral nos EUA 1998 64 2 8 26 Agregados Carvão Minerais Industriais Metais Fonte USGS Aggregates Industry Atlas Vol 5 n 11 2001 AGREGADOS CARACTERÍSTICAS As características relevantes do agregado para a composição do concreto incluem Porosidade Composição ou distribuição granulométrica Absorção de água Forma e textura superficial Resistência à compressão Módulo de elasticidade Tipo de substâncias deletérias presentes AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Essas características resultam da composição mineralógica da rocha fonte que é afetada pelos processos geológicos de formação da rocha das condições de exposição a que a rocha foi submetida antes de produzir o agregado e do tipo de equipamento utilizado para a produção do agregado AGREGADOS CARACTERÍSTICAS A durabilidade do agregado é afetada por todos os processos que envolvem a alteração das rochas e o ensaio de sanidade tenta imitar as condições encontradas no ambiente externo com relação ao processo de secagem molhagem congelamento expansão dos minerais deletérios alterando o estado de tensões internas da rocha descongelamento aumento do desgaste e da abertura de microfissuras existentes e repetição do ciclo comprometendo assim a durabilidade do material AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Os agregados naturais são produzidos a partir de materiais rochosos consolidados e sedimentares tais como areia e cascalhos As rochas consolidadas são submetidas a processos de britagem e moagem até atingir as especificações granulométricas requeridas pela construção civil AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregados minerais naturais abrangem cerca de 90 do total de agregados para a produção do concreto Agregados oriundos de rejeitos industriais Escória de alto forno cinzas volantes resíduos selecionados de rejeitos urbanos e concreto reciclado tem um maior potencial de uso AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Em virtude das características geológicas do território brasileiro observase uma grande diversidade de rochas utilizadas como agregados O tipo de rocha utilizada depende principalmente da disponibilidade local ou regional AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Exemplos granito e gnaisse são utilizados na maioria dos estados brasileiros basalto regiões sul e sudeste bacia do Paraná calcários e dolomitos Minas Gerais Goiás Bahia e norte fluminense lateritas Região Amazônica e Minas Gerais areiacascalho maioria dos estados AGREGADOS CARACTERÍSTICAS A produção de brita no País apresenta a seguinte distribuição granito e gnaisse 85 calcário e dolomito 10 diabásio e basalto 5 Produção de areia 70 vêm de leito de rios 30 de várzeas terraços aluviais dentre outros AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Os agregados podem ser classificados de acordo com A dimensão das partículas Massa específica ou origem A maioria dos agregados minerais naturais como a areia e pedregulho tem massa unitária de 1520 a 1680 kgm³ e produzem concretos de densidade normal com aproximadamente 2400 kgm³ AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregados leves massa unitária menor do que 1120 kgm³ Agregados pesados pesam mais de 2080 kgm³ Agregados minerais naturais compreendem a areia pedregulho e pedra britada ou brita procedentes de jazidas naturais AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregados artificiais materiais termicamente processados como a argila e o folhelho expandidos que são utilizados para a produção de concreto leve são chamados de Os agregados produzidos a partir de rejeitos industriais como a escória de altoforno e as cinzas volantes também pertencem a essa categoria Resíduos selecionados de rejeitas urbanos e concreto reciclado de demolição de edifícios e pavimentos também têm sido estudados para uso como agregados no concreto fresco AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Fig 1 Folhelho expandido AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregado graúdo partículas maiores do que 475 mm retidas na peneira n 4 contendo partículas que variam entre 475 mm a cerca de 50 mm exceto para o concreto massa que pode conter partículas de até 150 mm Agregado miúdo partículas com menos de 475 mm Em geral os agregados miúdos contêm partículas com tamanhos que variam entre 75 micrômetros peneira n 200 a 475 mm AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Metade do total dos agregados graúdos são provenientes de pedregulhos A outra percentagem é oriunda de rocha britada AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Rochas porosas e fracas quando se formam a uma pressão relativamente baixa Rochas densas e fortes formadas sob alta pressão Calcários e arenitos podem ter resistências menores que 100 MPa o que os torna inadequados para o concreto de alta resistência Rochas sedimentares 5 geralmente contém impurezas que comprometem o seu uso como agregados AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Calcário dolomito e o arenito podem conter opala ou argilominerais que afetam adversamente o comportamento do agregado sob certas condições de exposição Rochas metamórficas 95 são rochas ígneas ou sedimentares que modificaram sua textura original estrutura cristalina ou composição mineralógica devido às condições físicas e químicas Ex quartzito mármore xisto filito e gnaisse São rochas densas e folheadas podendo se apresentar reativas com os álcalis existentes na pasta de cimento Portland AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregados leves massa unitária menor do que 1120 kgm³ Possui microestrutura celular ou altamente porosa Aplicados em concretos leves Muito porosos e frágeis indicados para a produção de concretos isolantes não estruturais Leves naturais produzidos a partir de britagem de rochas ígneas vulcânicas como pedrapomes escória ou tufo Leves sintéticos produzidos pelo tratamento térmico de vários materiais como a argilas folhelho escória de altoforno cinza volante etc AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregados pesados massa unitária de 2080 kgm³ Aplicados em concretos pesados Principalmente usados na blindagem de radiação nuclear Rochas adequadas minerais de bário vários minerais de ferro e um de titânio AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregado de escória de altoforno o resfriamento lento da escória em moldes de ferro oferece um produto que pode ser britado e graduado com partículas densas e resistentes para uso como agregado Escórias ácidas produzem agregado mais denso já as básicas produzem com estrutura celular de massa específica mais leve 2000 a 2800 kgm³ Agregados frequentemente utilizados em elementos prémoldados de concreto como blocos de alvenaria canais e mourões de cerca AGREGADOS CARACTERÍSTICAS MOURÃO PARA CERCA PONTA VIRADA LEVE PONTA VIRADA PESADO PADRÃO SUDECAP PONTA RETA LEVE PONTA RETA PESADO PADRÃO SUDECAP TRIANGULAR COLUNA ALVENARIA CAIXARIA CANALETA BARRAS DE AÇO ESCORA CANALETA ESPALA AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregado de Cinza volante A cinza volante contém partículas esféricas de vidro silicoaluminoso produzido pela combustão do carvão pulverizado em usinas termoelétricas Utilizada em agregados leves Problemas variação na finura e no teor de carbono da cinza dificultam o controle de qualidade desse agregado AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Agregados de concreto reciclado Proveniente de resíduo de construção e demolição RCD RCD composto por concreto argamassa material cerâmico e rochas pode estar contaminado de gesso asfalto metal madeira papel e plástico sendo necessária a redução ou eliminação dessa contaminação Obtido através da britagem e do peneiramento da fração mineral do RCD Para concreto estrutural devese utilizar agregado proveniente de resíduos de concreto AGREGADOS CARACTERÍSTICAS e sua importância AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Existem três tipos de agregados 1 Artificiais são encontrados em pedra britada e pedriscos obtidos das rochas 2 Naturais provêm da natureza tais como pedregulhos cascalhos seixos rolados e areia dos rios 3 Industrializados São o resultado de processos da indústria escória britada cinza volante argila expandida etc AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Cada agregado é ideal para uma finalidade apesar de serem classificados de acordo com as suas dimensões composição mineralógica e massa unitária As areias são usadas para fazer concretos argamassas colantes contrapiso e reboco Os agregados graúdos como a brita 0 e 1 são úteis para fabricar concretos A partir da brita 2 o uso é para contenção e para pavimentação A qualidade dos agregados depende de eles estarem limpos sem material pulverulento ou orgânico AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Areias A areia é originada de diferentes fontes naturais como leitos de rios bancos cavas depósitos eólios ou de processos artificiais como a britagem Pode ser usada na preparação de argamassa concreto cimento Portland betuminoso base de paralelepípedos confecção de filtros para tratar água e demais efluentes e outras aplicações Ela é dividida em três faixas conforme o tamanho dos grãos fina com grãos de 015 a 06 milímetro média com grãos de 06 a 24 milímetros grossa com grãos de 24 a 48 milímetros AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Areias A areia média é apropriada para ser aplicada em concretos em geral ou especiais massa asfáltica revestimentos assentamentos alvenarias chapiscos artefatos de concreto etc A areia de brita tipo I e areia de brita tipo II com 48 mm podem ser usadas em concretos asfaltos chapiscos artefatos de concreto e lajes prémoldadas ou estruturas de ferragem densa AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Britas Pó de brita malha de até 48 mm Brita 0 ou pedrisco malha entre 48 mm e 95 mm Brita 1 malha entre 95 mm e 19 mm Brita 2 malha entre 19 mm e 25 mm Brita 3 malha entre 25 mm e 50 mm Brita 4 malha entre 50 mm e 76 mm Brita 5 malha entre 76 mm e 100 mm AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Britas A brita 5 serve para obras com exigências específicas pavimentações asfálticas e concretos especiais Brita 4 38 a76 mm é utilizada em sumidouros fossas sépticas gabião lastros de ferrovias e concretos ciclópicos Brita 3 25 a 38 mm é aplicada em lastros de ferrovias e usada como reforço de subleito para pistas de tráfego pesado A brita 2 19 a 25 mm tem utilidade para a confecção de concretos e drenagens Brita 0 48 a 95 mm e 1 95 a 19 mm para brita graduada para base de pistas confecção de massa asfáltica lajes prémoldadas concretos em geral estruturas de ferragem densa prémoldados etc Brita graduada tratada com cimento somente é útil em subleitos para pistas de tráfego pesado AGREGADOS CLASSIFICAÇÃO Rachão e pó de pedra O rachão é aplicado em drenagens gabião calçamentos de ruas e concretos ciclópicos O pó de pedra normalmente é requisitado para a execução de terraplenagens pois serve como estabilizador do solo e material para subbase concreto betuminoso usinado a quente calçamento de pisos prémoldados e paralelos recapeamento de avenidas e estradas AGREGADOS ENSAIOS ABNT NBR NM 26 realização de coletas de amostragens a partir da extração até o transporte das amostras de agregados de concretos ABNT NBR NM 45 dispõe sobre o ensaio utilizado para determinar a relação entre o volume do agregado e a massa ABNT NBR NM 248 Estabelece a análise granulométrica e trata das dimensões das partículas dos agregados e as porcentagens de ocorrência que influenciam nas argamassas e nos concretos AGREGADOS ENSAIOS ABNT NBR 7218 avaliase a qualidade do agregado conforme a contaminação por torrões e resistência dos grãos que interferem no concreto ABNT NBR NM 49 detecta as impurezas orgânicas e serve para a determinação colorimétrica em agregados miúdos usados em concretos e argamassas ABNT NBR NM 46 estabelece a lavagem que revela materiais finos ou pulverulentos capazes de passar pela malha da peneira AGREGADOS fatores influentes da raa A partir dos movimentos tectônicos surgem as falhas geológicas onde o quartzo tensionado é largamente encontrado O estado de Pernambuco tem uma grande falha conhecida como Zona de Cisalhamento Pernambuco Leste ZCPE Esse fator geológico somado ao alto nível do lençol freático faz de Recife uma cidade muito propícia a sofrer com a RAS AGREGADOS zonas de Figura 4 Representação das principais zonas de falhas de Pernambuco LEGENDA FALHA DE REJEITO DIRECIONAL FALHA DE EMPURRÃO FALHA INDISCRIMINADA Mineral Composição Química Característica Física Opala SiO2nH2O Formado por um arranjo de esferas de sílica com estrutura cristalina pouco definida Calcedônia SiO2 Criptocristalina com expressivo número de poros submicroscópicos preenchidos por água e ar Quartzo deformado SiO2 Quartzo que apresenta deformações intracristalinas decorrentes de processos tectônicos Quartzo microgranular SiO2 Quartzo microcristalino Tridimita e Cristobalita SiO2 Polimorfos de alta temperatura do quartzo Vidro ou produtos de devitrificação Argilominerais e feldspato alcalino Vidro ou material criptocristalino Vidro vulcânico Composição silicatica Sem estrutura cristalina definida ou seja cristalograficamente amorfo Fonte Adaptado da NBR 155772018 AGREGADOS fatores influentes Os álcalis sódio e potássio encontramse no cimento na forma de sulfatos solúveis ou incorporados nas fases silicatos e aluminatos do clínquer insolúveis mas também podem ser fornecidos por fontes externas como soluções de sulfato de sódio Na2SO4 cloreto de sódio NaCl adições minerais ou mesmo agregados A RAA só se processa em presença de água sendo que no caso das estruturas de concreto a fonte de água pode ser externa meio ambiente ou interna excesso de água de amassamento que não participou da hidratação do cimento AGREGADOS fatores influentes A umidade necessária para ocorrência da reação é superior a 80 Sabese que para a ocorrência da RAA é preciso presença simultânea de agregado reativo umidade suficiente e uma quantidade mínima de álcalis podendo ser provenientes do cimento ou de outras fontes AGREGADOS CARACTERÍSTICAS A umidade é responsável pelo carregamento dos cátions de sódio e potássio e dos íons hidroxila para as partículas de sílica reativa existentes no agregado O mecanismo da Reação Álcali sílica RAS ocorre assim AGREGADOS CARACTERÍSTICAS Uma vez que o gel é formado este preenche os vazios que existem no concreto A água presente no sistema alimenta esse gel que se torna um material expansivo e passa a exercer pressão no corpo ao seu redor gerando tensões de tração no concreto Esse processo pode durar vários anos e se não for tratado pode de forma progressiva gerar deterioração grave nas estruturas acometidas AGREGADOS CARACTERização Ensaios normatizados para caracterização do agregado quanto a Reação Álcali Sílica De acordo com a NBR 155772018 RILEM AAR0 2016 e a maioria das normas em vigor o primeiro procedimento a ser realizado é a análise petrográfica do agregado se nessa fase for encontrado minerais que caracterizam o agregado como potencialmente reativo o próximo passo é a realização do ensaio pelo método acelerado das barras de argamassa Para uma melhor análise do potencial reativo é sugerida a realização do ensaio pelo método acelerado dos prismas de concretos Havendo agregado reativo é indicado realizar alguma medida de mitigação como a troca do cimento ou realizar adição mineral de sílica ativa também é considerado trocar o agregado mas antes de optar pela troca do agregado pode ser realizado o ensaio pelo método de longa duração dos prismas de concreto As normas indicam que os ensaios devem seguir uma ordem de realização para uma caracterização adequada do agregado Tipo do método Duração do ensaio Análise Petrográfica ASTM C2952019 RILEM AAR11 e 122016 NBR 1557732018 1 dia Métodos das barras de argamassa ASTM C2272010 este método de teste foi retirado em outubro de 2018 devido ao seu uso limitado pela indústria 6 meses 1 ano AFNOR P 185942015 2 a 4 semanas RILEM AAR22016 4 semanas ASTM 12602014 4 semanas NBR1557742018 4 semanas Métodos de Prismas de Concreto ASTM 12932020 1 ano RILEM AAR32016 1 ano AFNOR P 18587 8 meses RILEM AAR412016 5 meses ASTM 1293 3 meses NBR 155776 2018 1 ano NBR 155777 2018 5 meses Análise petrográfica do agregado Ensaio pelo método acelerado das barras de argamassa Sim Expansão em 30 dias 019 Não Ensaio pelo método acelerado a 80C dos prismas de concreto Sim Expansão em 20 semanas 003 Não Ensaio pelo método de longa duração dos prismas de concreto Sim Expansão em 1 ano 004 Não Agregado potencialmente inocuo Agregado potencialmente reativo AGREGADOS ANÁLISE PETROGRÁFICA Brita de PE Análise Petrográfica do agregado Foi realizada uma análise mesoscópica da rocha constatando a presença de manchas cinza claro a brancas representadas por fenocristais prismáticos eou eventualmente arredondados de feldspato Os fenocristais de feldspato juntamente com lamelas de micas escuras em sua maioria estão alinhados com a estrutura foliada da rocha Localização da pedreira em zona de cisalhamento Pernambuco leste Aspectos observados no agregado formação de fenocristais de feldspato indicam que houve uma aparente recristalização sofrida pela rocha sugerindo um processo de blastese que consiste na germinação e no crescimento de minerais da rocha quando atingida determinadas condições termodinâmicas desenvolvendo texturas complexas e apagando as anteriores AGREGADOS ANÁLISE PETROGRÁFICA Brita de PE Análise Petrográfica do agregado AGREGADOS importância do agregado Finalidades do uso do Agregado no concreto Diminuir o efeito das mudanças volumétricas resultantes da retração quanto maior a quantidade de agregados em relação à pasta de cimento menor será a retração Transmitir as tensões que incidem sobre o concreto por meio dos grânulos os agregados tendem a resistir melhor à compressão que o concreto