Métodos de dosagem do concreto armado

Paulo César Correia Gomes Alexandre Rodrigues de Barros

MÉTODOS DE DOSAGEM DE CONCRETO AOTOADENSÁVEL

Paulo César Correia Gomes Alexandre Rodrigues de Barros

Métodos de dosagem de concreto autoadensável © COPYRIGHT EDITORA PINI LTDA.

Todos os direitos de reprodução ou tradução reservados pela Editora PSni Lida.

Dados I n t e r n a c i o n a i s de C a t a l o g a ç ã o na P u b l i c a ç ã o {C IP } (Câmara B t a e l l â i t a dí> L i v r o , SP, B r a e i l )

Gomes, Paulo César Correia Métodos de dosagem de concreto autoadensável /

Paul-o César Correia Gomes, Alexandre Rodrigues de Earros, - - São Paulo : P in i , 2QGS,

B i b l i og ra f i a „ ISEH &7S-S5-7S65-21S-4

1. Concreto autoadensável - Dosagem I - Barros, Alexandre Rodrigues de- I I - t i t u l o .

05-04203 CDD-620.13S

índices para catálogo sistemático;

1, e x c r e t o autoadensável ; Dosagem ; Método : Engenharia c i v i l 620-13 &

Coordenação de Manuais Técnicos: Josiani Souza Projeto Gráfico e Capa: Maurício Luiz Aires Diagramaçâo: Maurício Luiz Aires Revisão: Monica Elaine G. S. da Costa

Editora Pini Ltda. Rua Anhaia, 964 - CEP 01130-900 - São Paulo - SP - Brasil Fone: (011) 2173-2300 - Fax: {011) 2173-2427 www piniweb.com - manuais@píni com.br

edição 1a tiragem, abr/2009

AGRADECIMENTOS

Ao verdadeiro Autor de todas as cosias que existem, especialmente daquelas que contribuíram para existência desta obra: pais, esposa, filhos, família, amigos, colegas, companheiros de trabalho, conhecidos, colaboradores, universidade, orientadores, orientados, editora e autores.

Oconcreto autoadensável (CAA) é reconhecido como uma evolução na tecnologia do concreto, que está associada a vantagens importantes para a indústria da construção civil, dentre as quais destacamos: me-

nor tennpo de concretagem, maior produtividade, menor tempo de execução da obra e ambiente de trabalho mais saudável. Tudo se deve ao alcance de um alto desempenho no estado fresco, que atende a três propriedades carac-terísticas: capacidade de preenchimento, habilidade de passagem por obstá-culos e resistência à segregação. Para isso, novas adaptações e modificações foram necessárias: os procedimentos de métodos de dosagem são, em geral, fundamentalmente experimentais; as misturas apresentam características teo-lógicas diferentes dos concretos usuais; são utilizadas altas dosagens de aditi-vos químicos e minerais e empregados métodos de ensaios incomuns.

O CAA pode ter aplicações em estruturas correntes da engenharia civil, ou seja, as mesmas nas quais se aplica o concreto vibrado, porém seu uso é reco-mendável quando os elementos estruturais apresentam alta taxa de armadura, formas complexas e cantos de difícil acesso, uma vez que essas situações difi-cultam ou impossibilitam o processo de vibração. Entretanto, em elementos com grande inclinação em relação a um plano ou direção, exigem-se alguns cuidados na hora de aplicação do CAA.

A obtenção do CAA não é uma tarefa simples, tendo em vista, principal-mente, a grande variabüidade nas características dos materiais constituintes, sejam estes naturais ou industrializados, Além disso, o controle de qualidade dos materiais componentes e, também, da mistura do CAA deve ser rigoro-so, sendo muitas vezes imprescindível que a dosagem obtida em laboratório seja testada em grande escala, com equipamentos e funcionários da obra ou da fábrica produtora de concreto. Esses fatos tornam difícil a utilização de um método de dosagem-padrão para o alcance de uma mistura de CAA. Segundo a EFNARC (2005), muitas instituições acadêmicas, fabricantes de aditivos, concreteiras, empresas de pré-moldados e companhias contratadas têm desenvolvido seus próprios métodos de dosagem para CAA.

APRESENTAÇÃO

Nesse sentido, este livro tem como objetivo principal fornecer informações sucintas, em um único documento, de vários métodos de dosagem que têm sido propostos e utilizados por diversos pesquisadores para a obtenção de concreto autoadensável (CAA) e servir como base de consulta e orientação para o desenvolvimento de novos métodos de concreto autoadensável- Além disso, para melhor entendimento dos fundamentos dos métodos apresen-tados, este livro traz um prévio relato da história do surgimento do CAA, do comportamento e das propriedades no estado fresco, dos procedimentos de ensaios específicos para a comprovação de obtenção das propriedades do CAA e dos materiais utilizados em CAA.

Neste livro, procuramos abordar o trabalho de pesquisadores, cujas expe-riências com alguns métodos de dosagem são comprovadas através de estu-dos de mestrado e/ou doutorado. Entendemos que cada método tem sua pe-culiaridade, que servirá para melhor compreensão do comportamento do CAA. Portanto, registramos os agradecimentos ao Professor Dr. Bernardo Fonseca Tutikian pela colaboração sobre o Método Tutikian e Tutikian & Dal Molin; ao Professor Dr. Wellington Longuini Repette e à Professora M. Sc. Karoline Alves de Melo, sobre o Método Repette-Meio, e ao Professor Dr. Sidiclei Formagini, sobre o Modelo do Empacotamento Compressivel.

Este livro está dividido em duas partes. A Parte I abrange os Capítulos de 1 a 3, que tratam, respectivamente, sobre aspectos históricos e principais propriedades do CAA no estado fresco, alguns dos principais ensaios que asseguram o atendimento às características-chave do CAA e as exigências para os materiais constituintes da mistura. A Parte I! abrange os Capítulos de 4 a 12, que trazem os principais métodos de dosagem, pioneiros e atuais, para obtenção do CAA.

PARTE I - CONCRETO AUTOADENSÁVEL 11 CAPÍTULO 1 . 13 1. CONCRETO AUTOADENSÁVEL (CAA) 13

1.1 Histórico e desenvolvimento 13 1.2 Propriedades de autoadensabilidade 16 1.3 Comportamento reológico 18

CAPÍTULO 2 23 2. ENSAIOS DE AUTOADENSABILIDADE 23

2.1 Ensaio de Espalhamento {slump f l o w t e s f ) 23 2 .1 .1 Princípio do ensaio 23 2.1.2 Equipamentos 23 2.1.3 Procedimento . 24

2.2 Ensaio do Funil-V (V-Funnel test) 25 2.2.1 Principio do ensaio 25 2.2.2 Equipamentos 26 2.2.3 Procedimento 26

2.3 Ensaio da Caixa-L (L-Box test) 28 2.3.1 Princípio do ensaio 28 2.3.2 Equipamentos 28 2.3.3 Procedimento 29

2.4 Ensaio da Caixa-U (U-Box tesi) 31 2.4.1 Princípio do ensaio 31 2.4.2 Equipamentos 31 2.4.3 Procedimento 32

2.5 Ensaio do Anel-J (J-Rinp test) 34 2.5.1 Princípio do ensaio 34 2.5.2 Equipamentos 34 2.5.3 Procedimento 34

2.6 Ensaio Orimet (Orimet test) 36 2.6.1 Principio do ensaio .. . .36 2.6.2 Equipamentos 37 2.6.3 Execução . 37

2.7 Ensaio do Tubo-U (U-pipe test) 39 2.7.1 Princípio do ensaio 39

ÍNDICE

2.7.2 Equipamentos . 39 2.7.3 Execução 40

2.8 Ensaio GTM {GTM test) 42 2.8.1 Princípio do ensaio 42 2.8.2 Equipamentos 42 2.8.3 Execução 42

2.9 Coluna de Rooney (Settlement column test) 43 2.9.1 Princípio do ensaio 43 2.9.2 Equipamentos 43 2.9.3 Execução 43

2.10 Resistência à segregação (SEDRAN & DE LARRARD) 45 2.11 Teste de autoadensabilidade {Self-compactability test) 46 2.12 Faixa de valores recomendados 48

CAPÍTULO 3 51 3. MATERIAIS COMPONENTES - 51

3.1 Cimento 51 3.2 Agregados 52 3.3 Aditivos 52

3.3.1 Aditivo superplastiíicante 53 3.3.2 Aditivo modificador de viscosidade 55

3.4 Adições . 5 7 3.5 Água - 63

PARTE II - MÉTODOS DE DOSAGEM DE CONCRETOS AUTOADENSÁVEIS . . . . 67 CAPÍTULO 4 69 4. MÉTODO DE OKAMURA, OZAWA, MAEKAWA E OUCHI 69

CAPÍTULOS 73 5. MÉTODO DE PETERSSON, BILL8ERG E VAN 73

5.1 Critérios de construção , 74 5.2 Quantidade mínima de pasta 75 5.3 Critérios de bloqueio 75 5.4 Volume de pasta 77

5.5 Argamassa 77 5.6 Concreto .. 78

CAPÍTULO 6 79 6. MODELO DE EMPACOTAMENTO COMPRESStVEL 79

6.1 Conceituação inicial 80 6.2 Formulação do modelo 83 6.3 Determinação das propriedades do concreto no estado fresco 86 6.4 Determinação das propriedades do concreto no estado endurecido 88 6.5 Reometro BTRHEOM™ 91 6.6 Aplicação do MEC na dosagem de CAA 95

6.6.1 Banco de dados com os materiais constituintes 95 6.6.2 Formulação da mistura granular 97 6.6.3 Correlação da mistura empacotada com as propriedades do concreto fresco e endurecido 97

CAPÍTULO 7 99 7. MÉTODO DE SU ET AL 99

Passo 1: Cálculo das quantidades de agregados miúdo e graúdo 99 Passo 2: Cálculo da quantidade de cimento 100 Passo 3: Cálculo da quantidade de água exigida pelo cimento 100 Passo 4: Cálculo das quantidades de cinza volante e escúria de alto-forno 101 Passo 5: Cálculo da quantidade de água necessária no CAA 103 Passo 6: Cálculo da dosagem de superplastificante 103 Passo 7: Ajuste da quantidade de água necessária no CAA 103 Passo 8: Tentativas de misturas e ensaios das propriedades do CAA 104 Passo 9: Ajuste da proporção de mistura 104

CAPÍTULO 8 105 8. MÉTODO DE SAAK ET AL 105

8.1 Teoria do controle da segregação 105 8.2 Controle da segregação estática 105 8.3 Controle da segregação dinâmica 108 8.4 Zona de autofluxo (ZAF) 109

ÍNDICE

CAPÍTULO 9 . 111 9. MÉTODO DE REPETTE-MELO 111

9.1 Aplicação do método 113 9.1.1 Escolha dos materiais 113 9.1.2 Composição da pasta 115 9.1.3 Composição da argamassa 116 9.1.4 Composição do concreto 119

9.2 Avaliação das propriedades mecânicas 121

CAPÍTUL010 123 10. MÉTODO DE TUTIKIAN 123

10.1 Método de dosagem de Tutikian 123 10.2 Método de dosagem de Tutikian & Dal Molin 126

CAPÍTUL011 135 11. MÉTODO DA EFNARC 135

11.1 Materiais constituintes 135 11.2 Classificação consistente 136

11.2.1 Slumpflow 136 11.2.2 Viscosidade 137 11.2.3 Habilidade de passagem 137 11.2.4 Resistência à segregação 138

11.3 Princípios do projeto de mistura 138 11.4 Aproximação do projeto de dosagem .139

CAPÍTUL012 143 12. MÉTODO DE GOMES, GETTU E AGULLÓ 143

12.1 Princípios do método 143 12.2 Seleção dos materiais 146 12.3 Definição da composição da pasta 146 12.4 Definição do esqueleto granular 149 12.5 Determinação da composição do CAA 151

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 153

PARTE I

Concreto autoadensável

Oconcreto autoadensável (CAA) é um concreto especial, não ape-

nas por suas características próprias, mas também por ter sido inicialmente desenvolvido para sanar um dos prin-cipais problemas ocorridos durante a concretagem de peças de formas com-plexas e alta densidade de armaduras: a deficiência na etapa da vibração do concreto, que, após o endurecimento, culmina na formação de nichos e pontos de mais fácil acesso de substâncias deletérias, afetando substancialmente a durabilidade das estruturas.

Todavia, com o avanço no conhecimento de seu comportamento reológico, dos materiais constituintes, do surgimento de novos aditivos e das pesquisas desenvolvidas que visam à viabilidade da utilização de novas adições, a elimi-nação dos defeitos causados pela vibração ineficiente do concreto passou a ser apenas mais uma vantagem do concreto autoadensável.

Muitas indústrias e construtores perceberam que o CAA pode trazer outros benefícios quando da sua utilização, como, por exemplo, a eliminação de ruí-dos, melhorando o ambiente de trabalho e reduzindo problemas de saúde dos trabalhadores decorrentes da vibração; o aumento da produtividade e o exce-lente acabamento superficial das peças, em que a indústria de pré-mo!dados é uma das principais usuárias; e, ainda, a possibilidade da destinação de resí-duos industriais na sua composição, os quais muitas vezes são incorporados ao CAA como adições, contribuindo com a preservação do meio ambiente.

O conhecimento dos materiais constituintes, suas proporções e efeitos são muito importantes para o sucesso na obtenção das propriedades de autoaden-sabifidade do concreto, as quais são avaliadas através de ensaios específicos, principalmente no estado fresco. A capacidade de preenchimento, a habilidade de passagem por obstáculos e a resistência à segregação são as propriedades básicas que asseguram o autoadensamento do concreto.

Mão é difícil imaginar que, em um futuro bem próximo, com os avanços tecnológicos de novos constituintes do concreto e o número cada vez mais crescente de pesquisas sobre CAA, além da popularização de adições e aditi-vos, juntamente com os benefícios decorrentes do uso do CAA, a utilização de concretos com necessidade de vibração será pouco usuaL

CAPÍTUL01

t . CONCRETO AUTOADENSÁVEL (CAA) O concreto autoadensável é um concreto que pode ser compactado em

todo canto de uma fôrma, simplesmente por meio de seu próprio peso e sem a necessidade de equipamento de vibração (OKAMURA, 1997). É ca-paz de fluir sob a ação da gravidade, preenchendo completamente a fôrma e alcançando adensamento total, mesmo na presença de alta densidade de armaduras (EFNARC, 2005). Quando utilizado em estruturas com ele-vada taxa de armaduras e formas complexas, em que o acesso de equipa-mentos de vibração é difícil, garante o adensamento sem comprometer a resistência à compressão e a durabilidade (GOMES, 2002).

A capacidade de se autoadensar é obtida com o equilíbrio entre alta flui-dez e moderada viscosidade. A alta fiuidez é alcançada com a utilização de aditivos superplastificantes e a moderada viscosidade e a coesão são conse-guidas com o incremento de um percentual adequado de adição mineral com granulometria muito fina e/ou aditivos modificadores de viscosidade. Além dis-so, são características das misturas de CAA um maior volume de pasta e um menor volume de agregados, em relação às misturas de concreto vibrado.

Para ser considerado autoadensável, o concreto deve satisfazer deter-minadas propriedades no estado fresco, tais como: preencher todos os espaços da fôrma, somente peta ação de seu próprio peso; passar entre os obstáculos (armaduras e diminuição de seções) sem sofrer bloqueio; e man-ter a estabilidade da mistura, sem que haja a ocorrência de segregação e/ou exsudação de seus componentes (SKARENDAHL & PETERSSON, 2000; GOMES, 2002; ROONEY, 2002; EFNARC, 2005).

1,1 Histórico e desenvolvimento

O CAA, inicialmente desenvolvido no Japão pelo Professor Hajime Oka-mura na década de 1980, surgiu da necessidade de obter estruturas mais duráveis, com economia e menor tempo de execução, tendo em vista a

proporção otimizada dos componentes da mistura e a ausência da neces-sidade do adensamento mecânico do concreto.

Okamura e Oucbi {2003) evidenciam que, por vários anos, desde 1983, o problema de durabilidade de estruturas de concreto foi o principal tópico de interesse no Japão. A concepção de estruturas duráveis exigia compac-tação adequada por operários especializados. Contudo, a redução gradual no número desse tipo de funcionário na indústria da construção japonesa acarretou a diminuição equivalente na qualidade dos serviços. A falta des-ses operários não foi a única causa dos problemas de durabilidade. A baixa trabalhabilidade dos concretos também dificultava o seu adensamento em elementos estruturais com formas complexas e com alta taxa de armadu-ras (BIUBERG, 1999},

O CAA foi desenvolvido na Universidade de Tóquio, no Japão, em 1936, com seu primeiro protótipo obtido em 1988 por Ozawa. Os estudos prévios fo-ram iniciados em ensaios que descreviam o fluxo do concreto. Verificou-se que o bloqueio do fluxo ocorria pelo contato entre os agregados. O bloqueio pode ser observado quando o concreto tenta passar através de uma abertura.

A Figura 1.1 apresenta o mecanismo de bloqueio do agregado graúdo atra-vés de um modelo ilustrativo bidimensional. Qualquer mudança no trajeto de fluidez das partículas de agregado, através ou em torno da passagem, pode resultar na formação de um arco estável dessas partículas em frente à abertura, bloqueando a fluidez do restante do concreto. O arqueamento desenvolve-se mais facilmente quando o tamanho dos agregados é relativamente grande em relação às dimensões da abertura, a quantidade de agregado graúdo é alta e a forma das partículas se afasta da esférica. É também provável que o atrito entre o concreto que flui e a superfície dos obstáculos influencie no comportamento de bloqueio e na formação de um arco de agregados (TESTING-SCC, 2005).

Arqueamenlo dos agregados

Figura 1.1 - Mecanismo cte bloqueio do agregado graúdo (Fonte: TAKADA & TANGTERMStfílKUL apud WUSTHOLZ, 2003. adaptado),

A freqüência de colisão e contato entre as partículas dos agregados tende a aumentar quando a distância relativa entre as partículas diminui e, então, há possibilidade do crescimento da tensão interna quando o concreto esti-ver fluindo, principalmente próximo aos obstáculos. Estudos têm verificado que a energia exigida para o concreto fluir é consumida pelo aumento da tensão interna, resultando no bloqueio do agregado. A alta viscosidade da pasta é também uma exigência para evitar o bloqueio do agregado graú-do quando o concreto flui através de obstáculos, conforme a Figura 1.2 (OKAMURA & OUHÍ, 2003}.

AGREGADO GRAÚDO

Quantidade limitada

ARMADURA

ARGAMASSA

1. Compatibilidade entre deformabiNdade e viscosidade Baixa relação água/cimento Alta dosagem de superplastificante

2. Baixa transferência de pressão Quantidade limitada de agregado miúdo

ARMADURA

Figura 1.2- Mecanismo para obtenção da autoadensabilidade (Fonte: OKAMURA & OUCHf, 2003. adaptado).

A partir desses estudos e do uso do protótipo do CAA, várias pesquisas, projetos e publicações foram desenvolvidos no Japão, e algumas aplicações de CAA in loco foram realizadas (OKAMURA & OUCHl, 1999). Em meados da década de 1990, o CAA surge na Europa, mais precisamente na Suécia (BILLBERG, 1999), não demorando muito para uma aceitação rápida do mercado europeu e internacional (GOMES, 2002). Atualmente, o interesse por CAA em todo o mundo tem crescido e se destacado pelos inúmeros trabalhos publicados em congressos, simpósios e seminários que tratam especificamente de CAA e eventos que tratam de tecnologia do concreto

e petas várias aplicações que são justificadas pelas vantagens bastante atrativas para as construtoras. Na América do Sul, especificamente no Bra-sil, não poderia ser diferente; as pesquisas vêm crescendo a cada dia e a aplicação de CAA aumenta todo ano. Recentemente, a revista Téchne n-132, 2008, publicou várias aplicações de CAA em diferentes situações que foram justificadas pelo custo, pela diminuição do tempo de concretagem, pela qualidade do concreto e pelo melhor acabamento.

1.2 Propriedades de autoadensabilidade O adequado comportamento do CAA exige misturas com alta fluidez e

suficiente viscosidade e coesão entre os componentes, a fim de garantir um fluxo contínuo e uniforme de toda a mistura, preenchendo toda a fôrma sem exibir segregação e sem que se produza bloqueio entre as armaduras ou ao passar por algum obstáculo. Essas características definem as prin-cipais propriedades de autoadensabilidade do CAA, são elas: habilidade de preenchimento, habilidade de passar entre obstáculos e resistência à segregação; obviamente, esses parâmetros são diferentes dos utilizados nas caracterizações convencionais do concreto fresco.

A capacidade de preenchimento está diretamente ligada à habilidade de passagem. É a propriedade que caracteriza a capacidade do concreto autoadensável de fluir dentro da fôrma, sem que os obstáculos ou formas complexas das fôrmas interfiram no fluxo, e de preencher todos os espaços somente pelo efeito de seu peso próprio. Os mecanismos que governam essa propriedade são: alta fluidez e coesão da mistura.

A habilidade de passagem é a propriedade que caracteriza a capacida-de do CAA de passar por entre obstáculos, como: armaduras, diminuições de seções e aberturas e seções estreitas, sem que haja obstrução do fluxo. Os mecanismos que governam essa propriedade são: viscosidade da pas-ta e da argamassa e as características dos agregados. Havendo presença de segregação, essa propriedade dificilmente será atendida.

A estabilidade ou a resistência à segregação é a propriedade que ca-racteriza a capacidade do CAA de evitar a segregação de seus compo-nentes, como a separação do agregado graúdo dos demais componentes

do concreto. Essa propriedade melhora a uniformidade da mistura durante o transporte, o lançamento e a consolidação. O mecanismo que governa essa propriedade é a viscosidade e a coesão da mistura.

Estas propriedades devem ser quantificadas ou qualificadas através de ensaios que representem seu comportamento na aplicação. Diferentes mé-todos, que serão descritos no item a seguir, têm sido desenvolvidos para verificar se o concreto produzido atende às propriedades de autoadensa-bilidade. A escolha do tipo de ensaio e a sua análise final devem depender das características da obra, do lançamento e das condições locais de apli-cação do concreto. Alguns ensaios apresentam parâmetros que servem para avaliar mais de uma propriedade (EFNARC 2005),

No entanto, essas propriedades estão inter-relacionadas. As respostas dos métodos de ensaio para uma propriedade são bastante afetadas petas outras propriedades do concreto que está sendo testado. A tendência de segregação do concreto, por exemplo, pode prejudicar a eficiência de um ensaio para a medição da probabilidade de bloqueio da mistura. A segre-gação e a baixa capacidade de passagem, agindo independentemente, ou uma combinação das duas, podem causar o bloqueio do concreto (TES-TING-SCC, 2005).

Verifica-se que essas propriedades estão relacionadas com caracte-rísticas reológicas do material que definem o comportamento da fluidez ou a sua deformabilidade. Os primeiros estudos realizados por OZAWA, confirmam que a capacidade de autoadensabilidade do CAA é regida de maneira simultânea pela deformabilidade e resistência à segregação. A de-formabilidade depende, essencialmente, de uma tensão mínima necessá-ria para que o concreto flua, o qual se caracteriza por uma tensão cortante limite (Tü)p e de uma moderada viscosidade, que impede o contato entre os agregados, evitando o bloqueio, caracterizada pela viscosidade plástica (pp). A resistência à segregação que representa a estabilidade da mistura depende da moderada viscosidade plástica. Essas características descre-vem o comportamento reológieo dos concretos frescos que correspondem, em primeira aproximação, ao modelo plástico de Bingham (TATTERSALL & BANFILL, 1983), que será apresentado a seguir.

1.3 Comportamento reologico

Reologia é a parte da ciência que lida com o fluxo (deformação irre-cuperável no tempo) de materiais, incluindo estudos de deformação de concreto endurecido, por exemplo, deformação de fluência, de misturas de concreto fresco, manuseio e lançamento, e o comportamento de pastas e similares (ACI 116R, 1990). Para definir o comportamento reológico de um fluido, recorre-se a um diagrama denominado curva de fluxo. A curva de fluidez descreve a relação entre a tensão de cisalhamento ( i) e a taxa de

cisalhamento ( d y jdt = y ) de determinado fluido.

Os fluidos podem ser classificados em quatro grandes categorias de acordo com suas propriedades, a saber: a) Newtonianos, b) não-Newto-nianos com comportamento independente do tempo, c) não-Newtonianos com comportamento dependente do tempo e d) Víscoelásticos. Na Figura 1.3, são mostrados diferentes tipos de respostas que os materiais podem apresentar, inclusive o concreto, na curva de fluxo (BEAUPRÉ & MIN-DESS, 1998).

CL Pseudopiástico Newtoniano

Bingham (concreto)

Taxa de cisalhamento (1/s) Figura 1.3 • Curvas de fluxo características de diferentes tipos de materiais (.Fonte: BEAUPRÉ & MINDESS, 1998. adaptado).

Vários fluidos, como a água e o óleo, comportam-se como um fluido Newtoniano, no qual a tensão de cisalhamento é diretamente proporcio-nal à taxa de cisalhamento, conforme a Equação 1.1 (REINHARDT & WÜSTHOLZ, 2006).

Onde p é a viscosidade. Valor característico de cada fluído Newtoniano.

Ao contrário do fluido Newtoniano, o concreto convencional e também o autoadensável, ambos no estado fresco, começam a fluir somente após a tensão de cisalhamento exceder a tensão de escoamento t0, No caso mais simples, o concreto fresco pode ser comparado com um fluido de Bingham. Nesse caso, dois parâmetros característicos são necessários para descre-ver a curva de fluidez. Esses parâmetros são: a tensão de cisalhamento mínima (t0), que caracteriza a tensão a partir da qual o concreto come-ça a fluir, e a viscosidade plástica (|jp), que caracteriza a viscosidade e a coesão, de acordo com a Equação 1.2 (TATTERSALL & BANFILL, 1983;: GOMES, 2002; REINHARDT & WÜSTHOLZ, 2006; ZERBINO et a i , 2006). Na Figura 1.4, é apresentado o gráfico que descreve o comportamento do material no modelo de Bingham.

x = p. • y Equação 1.1

Equação 1.2

i í u s a i o ó í

T A

MÈtULOPt 69*3 HÀW

TWK CISAIHWFWTO

y Figura 1.4- Gráfico que descreve o modelo de Bingham.

Os estudos reológícos têm permitido compreender o comportamento do CAA, favorecendo uma dosagem mais racional desse concreto especial. Na Figura 1.5, comparam-se as curvas de fluxo esquemáticas de um CAA, um concreto convenciona! (CC) e um concreto de alta resistência (CAR). Segundo Zerbino et al. (2006), um CAR possui, em geral, maior viscosi-dade plástica que um concreto convencional, principalmente por causa de sua menor relação a/c, e também apresenta menor limite de cisalhamento. Já o CAA possui tensão limite quase nula e uma viscosidade suficiente para garantir o transporte, o preenchimento e o adensamento do concreto sem que ocorra segregação. De acordo com Gomes (2002), os parâmetros Teológicos do CAA diferem daqueles do concreto convencional: a tensão de escoamento é muito menor e a viscosidade plástica é muito maior.

Figura 1.5 - Curvas de fluxo características de um CAR, CC e CAA (Fonte: ZERBINO et al-, 2006, adaptado).

Os valores de xD e dependem do equipamento utilizado no ensaio (GOMES, 2002). Como exemplo, podem ser citados Kawai e Hashida (1994), que usaram equipamentos semelhantes aos de Tattersall e obti-veram valores de td = 50 Pa e 30 < p < 80 Pa.s para o CAA; Sedran et al. (1996) usaram um reômetro BTRHEOM™, caracterizando os CAA como aqueles com x0 < 500 Pa e 100 < < 200 Pa.s; WalEevik e Nielsson (1998) e Fieidjestol et al. (2003) usaram o viscosímeíro BML e obtiveram para o

CO CL O c CD

C C

Taxa de cisalhamento (1/s)

CAA valores de 30 < r0 < 30 Pa e 10 < jjp < 40 Pa.s. Já Billberg (2001), uti-lizando também um viscosímetro, obteve valores de 10 < tG < 50 Pa e 20 < |jp < 30 Pa.s, e Zerbino et ai. (2006), t 0 < 60 Pa e 30 < < 100 Pa.s.

Atualmente, existem diferentes tipos de reômetros e viscosímetros que podem ser utilizados para determinar essas características reológicas (BEAUPRÉ & M1NDESS 1998), Contudo, em razão de seu elevado custo, esses equipamentos são quase exclusivos de laboratórios de pesquisa. Além disso, a comprovação de que o CAA atende às condições locais de aplicação deve ser feita em ensaios que descrevam seu comportamen-to nas diversas situações impostas ao concreto. Isso justifica, de alguma forma, o desenvolvimento de procedimentos de ensaios que permitem qualificar e quantificar o comportamento dos CAA mediante técnicas mais simples, que propiciem o controle de qualidade desses concretos, Essas técnicas são mostradas a seguir.

CAPÍTULO 2

2. ENSAIOS DE AUTOADENSABILIDADE JSIa literatura, diversos métodos de ensaios e procedimentos são pro-

postos para avaliação das propriedades de CAA, dos quais alguns já são normalizados e utilizados na aplicação de CAA no local. Outros foram fa-bricados durante as pesquisas para avaliação de CAA em seus estudos e propostos como ensaio. Os ensaios mais comumente utilizados e citados na literatura serão mostrados a seguir.

2.1 Ensaio de Espalhamento [slump flow tesf)

2.1.1 Princípio do ensaio

O ensaio de espalhamento foi padronizado no Japão em 1990 (JSCE-F503, 1990) e consiste em verificar se o concreto sob determinada força, provo-cada peio seu próprio peso, é capaz de se espalhar até atingir determi-nada dimensão em determinado tempo e uma dimensão limite. O ensaio é utilizado para verificar a capacidade de preenchimento do CAA e está diretamente relacionado com a sua fluidez. É o ensaio mais utilizado em la-boratório e no local da construção pela sua facilidade de execução, rapidez e por usar um equipamento, cone de Abrams, que é bastante utilizado em concretos convencionais.

2.1.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio de espalhamento, são necessários os se-guintes equipamentos:

* Uma base quadrada reta, lisa e de material sólido que não solte material, com dimensões de, no mínimo, 90 cm.

* Cone de Abrams (diâmetro superior de 10 cm e inferior de 20 cm, com altura de 30 cm).

* Tronco de cone invertido.

* Urna colher do tipo concha ou um balde.

* Um cronômetro.

* Uma trena ou uma régua de, no mínimo, 90 cm.

2 .1 .3 Proced imento

A base de dimensões (90 x 90 cm) é posicionada em uma superfície horizontalmente nivelada e regular. Duas marcas circulares, uma de 20 cm e outra de 50 cm, são feitas no centro da base, As superfícies da base e do interior do cone são pré-umedecidas. O cone é então colocado na marca circular central da base, com 20 cm de diâmetro, e fixado pelo peso do ope-rário, a fim de evitar qualquer vazamento de concreto. Uma amostra repre-sentativa, entre 6 e 7 litros, de CAA é retirada da mistura e colocada dentro do cone sem nenhum tipo de compactação ou adensamento mecânico. O excesso de concreto no topo do cone e algum concreto remanescente na base de ensaio devem ser removidos.

Depois da retirada do excesso de concreto, o cone é levemente levan-tado, perpendicularmente à placa, em um único movimento, de modo que permita ao CAA fluir livremente sem obstrução do cone. Simultaneamente, ao início do levantamento do cone, o cronômetro é acionado.

Quando o concreto atinge a marca circular feita na placa, com diâmetro de 50 cm, o cronômetro é parado e o tempo, registrado. Esse tempo é de-nominado tempo de fluxo T

Cessado o espalhamento do concreto, medem-se, com uma régua ou trena, dois diâmetros perpendiculares (d, e da) e calcula-se a média des-ses, que é denominada diâmetro final de espalhamento (D,nal), conforme a Figura 2.1.

A extensão final de fluxo DXnal para CAA está entre 60 e 80 cm e o tempo de fluxo T entre 2 e 7 segundos.

Figura 2. í - Teste de espalhamento (dimensões em mm),

2.2 Ensaio do Funil-V (U-Funnel test)


O ensaio do Funií-V foi desenvolvido na Universidade de Tóquio para simular a capacidade de passagem do CAA através do estreitamento de uma seção, apenas sob a ação de seu próprio peso. Esse ensaio também é

utilizado para verificar a presença de segregação, quando o concreto é im-pedido de escorrer pela saída do funil. O teste consiste em medir o tempo de que a amostra de aproximadamente 10 litros de concreto necessita para fluir totalmente através do orifício inferior do funil, no qual a seção deve ter dimensão mínima de três vezes o tamanho máximo do agregado. Para o CAA, sua dimensão deve variar de 6,5 cm a 7,5 cm (OZAWA et aL, 1994).

Depois do ensaio de espalhamento, com o cone de Abrams, o Funil-V é o mais utilizado nos laboratórios e no local da construção para verificar a fluidez do concreto.

2.2.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio do Funíl-V, são necessários os seguintes equipamentos:

* Funil em forma de V, com as seguintes dimensões: abertura retangu-lar superior (7,5 cm de largura e 51,5 cm de comprimento), altura até o orifício de saída de 45 cm com uma inclinação de 2 para 1, saída com altura de 15 cm e abertura retangular com dimensões de 6,5 e 7,5 cm, podendo ser utilizada a saída quadrada de 7,5 cm.

* Uma colher do tipo concha.

* Um recipiente com capacidade para mais de 10 litros.

* Um cronômetro.

2.2.3 Procedimento

O Funil-V, conforme a Figura 2,2, é posicionado verticalmente em uma su-perfície plana e regular, com a abertura superior nivelada horizontalmente. O interior do Funil-V é umedecido sem deixar água na superfície. A porta do orifício de saída do funil é fechada e um recipiente é colocado abaixo dela, de modo que retenha o concreto passante, O funil é preenchido completamente com uma amostra de CAA, em torno de 10 litros, sem aplicar nenhuma com-pactação ou adensamento mecânico. Re move-se o excesso de concreto no topo do funil, esperam-se aproximadamente 15 segundos e abre-se a porta de

saída. Simultaneamente, no momento em que a porta é aberta, dispara-se o cronômetro. Veríficando-se através da abertura superior do funil, o cronômetro é parado no momento em que a passagem inferior está completamente visível. O tempo registrado é denominado tempo de fluxo do ensaio do Funil-V (T).

_J

VISTA SUPERIOR

Figura 2.2- Ensaio do Funil- V (dimensões em mm).

O tempo de fluxo do ensaio do Funil-V (Tv) para CAA varia de 6 a 15 segundos.

2.3 Ensaio da Caixa-L (L-Box test)


O ensaio com a Caixa-L foi utilizado por Peterson et al. (1996), Sedran e De Larrard (1999) e por Bartos e Grauers (1999) e tem por objetivo avaiiar a capacidade de passagem do CAA. O ensaio consiste em verificar se o concreto sob a força de seu próprio peso consegue passar por obstáculos, como armaduras, por exemplo, sem que ocorra bloqueio. Esse também tem sido um dos ensaios utilizados em laboratório e no local da construção para avaliar a capacidade do CAA de passar por obstáculos.

2.3.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio da Caixa-L, são necessários os seguintes equipamentos:

* Uma caixa em forma de L, com dimensões mostradas na Figura 2.3, com uma abertura na base da parte vertical, com porta e armaduras espaçadas, cujo espaçamento depende do diâmetro máximo característico do agregado graúdo e das condições lo-cais de aplicação do concreto,

* Uma colher do tipo concha.

* Um balde.

* Dois cronômetros.

* Uma trena ou régua de, no mínimo, 60 cm.

2.3.3 Procedimento

A Caixa-L é colocada em uma posição estável e horizontal me nte nive-lada. O interior do equipamento é molhado com esponja ou toalha úmida, sendo removido o excesso de água. O trecho vertical da Caixa-L é preen-chido com a amostra de aproximadamente 12 litros de CAA e esperam-se em torno de 30 segundos para verificar se este apresenta algum sinal de segregação. Levanta-se a porta deslizante e deixa-se o concreto fluir do trecho vertical para o horizontal da Caixa-L. Dois cronômetros são acio-nados no momento em que a porta é levantada. Um dos cronômetros é parado quando o concreto atinge, em relação à abertura de passagem do concreto, a marca de 20 cm no trecho horizontal e, o outro, quando a marca horizontal de 40 cm é alcançada, sendo esses dois tempos denominados, respectivamente, JL2Q e TLA0. Quando o concreto cessa o movimento, é me-dida a altura do concreto no final do trecho horizontal (H2) e a altura do concreto remanescente do trecho vertical (H,) da Caixa-L.

A relação de bloqueio (RB) é a relação entre a altura do concreto no final do trecho horizontal (H2) e a altura do concreto remanescente do trecho vertical (H,) da Caixa-L, conforme a Equação 2.1. A RB para o CAA é > 0,8.

H RB-—- Equação 2.1

o o ÍN A A

100

_ 200 _ 70

G00

<]

VJ _ _ : - Obstáculos

(barras de aço)

B

C <J\MafcaçaO\ Marcação parãTtJJ para TLW

VISTA SUPERIOR I

C O R T E A B

/ I

Levantar porte

CORTE CD

Obstáculos (barras de aço)

Figura 2.3 - Ensaio da Caixa-L (dimensões em mm).

2.4 Ensaio da Gaixa-U (U-Box test)


Desenvolvido pela Technology Research Centre of the Taisei Corpora-tion in Japan, a Caixa-U serve para medir a fluidez e a habilidade de o CAA passar por obstáculos sem segregar. Nesse ensaio, o grau de aden-sabilidade pode ser indicado pela altura que o concreto alcança após fluir através de obstáculos. O ensaio da Caixa-U é mais apropriado para de-tectar concretos com maior possibilidade de segregação entre o agregado graúdo e a argamassa (OKAMURA & OUCHI, 2003). Como na Caixa-L, as armaduras da Caixa-U devem ser projetadas caso a caso, a fim de obter maior precisão nos resultados dos testes. Quando o concreto passa de um compartimento para o outro, sofre uma resistência ao movimento, e, quanto mais íntegro e coeso passar, sem segregar, mais autoadensável será (TUTIKIAN, 2004),

Apesar de ser indicado pelos japoneses como um excelente ensaio de verificação da capacidade de preenchimento e de passagem, o ensaio da Caixa-U não é tão utilizado quanto o da Caixa-L. Isso pode estar relacio-nado com a dificuldade em confeccionar o equipamento ou de visualizar o concreto no final do ensaio.

2.4.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio da Caixa-U, são necessários os seguintes equipamentos:

• Uma caixa em forma de U, com dimensões mostradas na Figura 2.3.

• Um balde.

• Uma trena ou uma régua de, no mínimo, 60 cm.

2.4.3 Procedimento

A Caixa-U é posicionada sobre uma superfície estável e nivelada. O interior da Caixa-U é molhado com uma esponja ou toalha úmida, na qual qualquer excesso de água deve ser removido. A Caixa-U é preenchida com uma amostra representativa de CAA no estado fresco, cerca de 16 litros, sem vibração ou compactação externa de qualquer natureza, através do comparlimento da esquerda do aparato, com a porta de passagem fecha-da. Após o período de espera de um minuto, a porta deslizante é aberta, fazendo com que o concreto escoe através das armaduras para o outro comparlimento. Assim que o movimento se estabilizar, medem-se as altu-ras R t e R£> respectivamente, a aítura do material que ficou no comparti-mento da esquerda e a altura de material no compartimento da direita. A autoadensabilidade do CAA é avaliada através das duas alturas obtidas, R, e R?, conforme a Equação 2.2.

Ra = R} — R2 Equação 2.2

140 140

A A

~

; j |

1

VISTA SUPERIOR i T i i I

jD<|

c<ll CORTE CD CORTEAB

Figura 2.4- Ensaio da Caixa-U (dimensões em mm).

O Ry para o CAA deve estar entre 0 e 3 cm; quanto maior a capacidade de preenchimento do CAA, mais próximo de zero será o Ru, indicando que o concreto tem autoadensabilidade,

2.5 Ensaio do AnehJ (J-Ring test)

2.5.1 Princípio do ensaia

Os resultados obtidos no ensaio de espalhamento não proporcionam uma medida direta para avaliar a habilidade de o CAA passar entre as armaduras. Portanto, Groth e Nemeger (1999) propuseram uma combina-ção do ensaio de espalhamento com um anel, denominado Anel-J, a fim de analisar o risco de bloqueio do concreto. Esse teste também pode ser utilizado para verificar a resistência à segregação do CAA (SCHUTTER, 2005). O ensaio do Anei-J mede três parâmetros: extensão de fluxo, tem-po de fluxo T&ÒJ e blocking step. A extensão de fluxo do ensaio do Anel-J indica a deformabilidade restrita do CAA, em razão do efeito de bloqueio das barras das armaduras e do tempo de fiuxo T()J, que indica o fator de deformabilidade dentro de uma distância de fluxo definida. O blocking step quantifica o efeito de bloqueio (SCHUTTER, 2005).

2.5.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio do Anel-J» além daqueles equipamentos já descritos no ensaio de espalhamento, é necessário um Anel-J. Este é cons-tituído por um anel de 30 cm de diâmetro e 10 cm de altura e barras de aço verticais com espaçamentos maiores que três vezes o diâmetro máximo ca-racterístico do agregado graúdo, conforme mostra a Figura 2,5.

2.5.3 Procedimento

Segue-se o mesmo procedimento do ensaio de espalhamento, acrescen-tando-se o anel sobre a base de ensaio, em torno do cone. O ensaio está completo quando é cessado o espalhamento. Uma haste reta é colocada

sobre o Anel-J e mede-se a altura entre a face inferior da haste e a superfície do concreto na posição central (Ah0) e em quatro pontos fora do Anekl, duas na direção-x (Ahx, e A h J e outras duas (Ahy. e Ah^} na direção-y (perpendi-cular a x), conforme a Figura 2.6. Quando a forma do concreto espraiado não for circular, a direção-x será aquela que forneça o maior diâmetro de espraia-mento. Por fim, medem-se o maior diâmetro do concreto espraiado (d.,) e o diâmetro perpendicular a este (d2J), utilizando-se uma trena.

Figura 2,5- AnebJ em conjunto com o teste de espathamento (dimensões em mm),

CORTE AA

Cone Abrams

Anel-J

(projeção das barras de ato)

Legenda: Pontos de medição

Figura 2.6- Dimensões (em mm) do Anel-J e pontos de medições das alturas (Fonte: SCHUTTER, 2005, adaptado).

A extensão final de fluxo do ensaio do Anel-J (D^) é obtida peia média das duas medidas perpendiculares do diâmetro de espalhamento do CAA (d u e d2J), expresso em mm, conforme a Equação 2,3.

Equação 2.3

O tempo de fluxo T5QJ é o período entre o momento em que o cone perde contato com a píaca e o concreto em espraiamento atinge a marca circular de 500 mm de diâmetro. O T50J é expresso em segundos.

O blocking step do ensaio do Anel-J (BSJ é calculado utilizando-se a Equação 2.4 e expresso em mm.

2.6 Ensaio Orimet (Orimet test}

2.6.1 Princípio do ensaia

O ensaio Orimet foi desenvolvido por Bartos em 1978 (BARTOS, 1992). O ensaio consiste em determinar o tempo necessário para que 10 litros de concreto fluam completamente por um tubo cilíndrico vertical, com uma redução na saída. Esse ensaio pode ser aplicado tanto para concretos alta-mente fluidos, quanto para o CAA. Esse teste verifica a fluidez do material e pode verificar sua habilidade de passar por obstáculos sem segregar, caso sejam colocadas duas barras perpendiculares de 10 mm, dispostas em uma seção transversal do equipamento, próxima à passagem inferior (Figura 2.7). Também é possívei a realização do Orimet em conjunto com o Anel-J (Figura 2.8), desprezando-se a necessidade das barras perpendi-culares na saída.

4 Equação 2.4

2.6.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio Orimet são necessários os seguintes equi-pamentos:

* Um tubo de 600 mm de comprimento, com 100 mm de diâmetro interno e uma redução para 75 mm na saída.

* Um balde.

* Um cronômetro.

2.6.3 Execução

O equipamento do ensaio Orimet é posicionado verticalmente sobre uma superfície estável e lisa, com a abertura do topo nivelada horizontal-mente. O interior do Orimet é molhado com uma esponja ou toalha úmida, removendo-se o excesso de água. A porta da passagem inferior do Orimet é fechada e abaixo dela é colocado um recipiente para reter o concreto passante. O Orimet é preenchido com uma amostra representativa de CAA, sem nenhum tipo de compactação ou adensamento mecânico. O excesso de concreto no topo do Orimet é removido com uma régua.

Após um período de espera de (10 ± 2 segundos), a porta de passagem inferior é aberta, e, nesse mesmo momento, o cronômetro é acionado. Veri-ficando-se através da abertura superior do Orimet, o cronômetro é parado no momento em que a passagem inferior está completamente visível. O tempo registrado é denominado tempo de fluxo do ensaio Orimet (T0).

O tempo de fluxo do ensaio Orimet (T0) é o período da abertura da porta de passagem até a cessação do fluxo de concreto através do equipamento, expresso em segundos. Recomenda-se um valor para T0 < 3 s.

m VISTA SUPCRIpS

I l

Bíur̂ frl pmpÊfíf&tm tO mm

/

VISTA LATERAL At.» ptnt

Figura 2,7-Ensaio Orimet com verificação da resistência â segregação do CAA através de duas barras perpendiculares (dimensões em mm).

VISTA SUPERIOR

I I

I I I: I I

L i t-T, V J \ Ater porta

VISTA LATERAL

Figura 2-8 - Ensaio Orimet em conjunto com Anel-J (dimensões em mm).

Fluxo de concreto

Barras perpendiculares: 0 10 mm

Fluxo de concreto

Anel-J

2.7 Ensaio do Tubo-U (li-pipe test)


O Ensaio do Tubo-U foi proposto por Gomes (2002) para medir quanti-tativamente a resistência à segregação do CAA, através de um parâmetro denominado de Relação de Segregação - RS, que deve ser > 0,90. O ensaio consiste em avaliar a resistência à segregação do CAA, em função da segregação dos agregados graúdos, após o mesmo ter fluido em dife-rentes sentidos: de cima para baixo, na horizontal e de baixo para cima, unicamente sob a ação do seu peso próprio. As vantagens deste equi-pamento, é que necessita de poucos recursos para construí-lo, é fácil de manejar e limpar e possui procedimento simples. Porém, apenas concretos fluidos podem ter sua segregação testada e o tempo de duração do ensaio depende do início de pega de cada aglomerante (TUTIKIAN, 2004).

2.7.2 Equipamentos

Para a realização do ensaio do Tubo-U, são necessários os seguintes equipamentos:

* Três tubos de PVC de diâmetro de 150 mm, doist que ficam na vertical, com 420 mm de comprimento, e um, que fica na horizon-tal, com 480 mm de comprimento, e dois tubos curvos de 90- com mesmo diâmetro unindo as partes verticais com a horizontal, to-dos são serrados longitudinalmente ao meio.

* Fita adesiva, para juntar novamente as partes de cada tubo, esta deve ser colada no tubo em ambas as partes, para impedir a sa-ída de pastas, na parte externa e interna.

* Braçadeiras metálicas, para amarrar e impedir que a pressão do concreto possa separar as partes.

* Duas tá buas d e aproxi madamente 120 cm de com p ri mento po r 30 cm de altura ligadas paralelamente por parafusos e afastadas o suficiente para que o Tubo-U fique entre as mesmas. Estas tabuas farão com que o Tubo permaneça na vertical durante o seu preenchimento.

• Baldes ou recipientes para colocação continua do concreto no Tubo-U.

• Um objeto cortante que sirva para cortar as fitas adesivas sepa-rando o tubo, sem cortar o concreto.

• Espátula ou colher de pedreiro, para extrair as fatias do concreto em fase de pega.

• Peneira com abertura de malha de 5 mm.

• Uma mangueira com água corrente, para retirar os agregados da fatia de concreto.

• Balança.

2.7.3 Execução

O Tubo-U, estando na vertical, é preenchido com uma amostra repre-sentativa de CAA, exclusivamente por uma das extremidades (através do topo de um tubo vertical}, continuamente, sem sofrer compactação mecâ-nica, até que o concreto alcance a outra extremidade do L,U". Após o início do processo de pega, quando o concreto se encontrar em estado de semi-endurecimento, o tubo-U é colocado horizontalmente no piso e as braça-deiras são retiradas e as fitas adesivas cortadas, liberando as metades dos Tubos que se encontram na parte superior do Tubo-U. Após a remoção das partes soltas do tubo, são selecionadas quatro fatias no concreto, que se encontra apoiado na parte inferior do Tubo-U, as quatro têm as mesmas dimensões, isto é,10 cm de espessura, e se encontram nas seguintes po-sições: a primeira na extremidade que se iniciou a colocação do concreto no Tubo-U; a segunda no início do trecho horizontaf, após o primeiro tubo curvo de 90°, a terceira no finai do trecho horizontal antes do tubo curvo de 90° e a quarta na extremidade de saída do concreto, conforme Figura 2.9.

Definidas as fatias, as mesmas são cortadas e levadas para uma penei-ra com abertura de 5 mm e ali lavadas. A argamassa das fatias é removida através do processo de lavagem sobre a peneira. E os agregados graúdos, retidos na peneira, são colocados em uma mesa, sobre pape! toalha, secados e pesados. As relações de segregação (RS) são obtidas comparando-se as massas dos agregados graúdos existentes nas fatias 2 (P2)t 3 (P3) e 4 (P4)

com a massa de agregados graúdos contidos na fatia 1 (P1), conforme Equa-ção 2.5,0 menor valor das três relações é a relação de segregação, que deve ser maior ou igual a 0,90. Também, pode-se considerar como RS, apenas os valores das relações de P2 e P3, já que P4 se encontra em outra situação.

f

RS - m i n R R R

V J 2

] D p

3 A /

Equação 2.5

Figura 2.9 - Fnsaio do Tubo-U (dimensões em mm).

2.8 Ensaio GTM (GTM test)


O GTM é um tipo de ensaio que quantifica a resistência à segregação do CAA, através de um processo de medição do grau de separação entre a argamassa e o agregado graúdo, após o peneiramento úmido de uma amostra, durante um período de tempo. Foi desenvolvido por um francês, cujas iniciais deram o nome ao ensaio.

2.8.2 Equipamentos

Para a execução do ensaio GTM, os seguintes equipamentos são ne-cessários:

* Um recipiente com capacidade para 10 litros.

* Um cronômetro.

* Um balde com capacidade mínima de 2 titros.

* Uma balança.

* Uma peneira com abertura de malha de 4,8 mm.

2.8.3 Execução

O teste é desenvolvido fazendo-se repousar, dentro de um recipiente co-berto, uma amostra da mistura fresca, de aproximadamente 10 litros, durante um período de 15 ± 0,5 minutos. Em seguida, toma-se uma outra amostra, de aproximadamente 2 litros, colhida no topo do recipiente, Essa segunda amostra deverá ser pesada e, logo após, despejada de uma altura de 50 cm, sobre uma peneira com abertura de 4,8 mm e diâmetro de 350 mm, deixando-se ocorrer o processo de escoamento sobre um outro recipiente, que deverá estar abaixo da peneira, durante um período de 2 minutos. O material passante na peneira deve-rá, também, ser pesado. O parâmetro de quantificação da resistência à segrega-ção é a relação entre o peso do material passante na peneira (mp) e o peso total da amostra (mT) antes do peneiramento úmido, expresso em porcentagem.

2.9 Coluna de Rooney (Settlement column test)


Em seu estudo, Rooney (2002) desenvolveu e patenteou outro teste de avaliação quantitativa de resistência à segregação para o CAA fresco. Trata-se da avaliação da ocorrência de segregação em uma amostra de concreto, derramada em uma pequena fôrma de coluna,

2 .9 .2 Equ ipamentos

Para a execução do ensaio da coluna de Rooney, são necessários os equipamentos relacionados a seguir:

* Uma fôrma de coluna de dimensões internas de 520 mm de altura e seção transversal retangular de 150 mm por 100 mm de lados.

* Uma mesa de sacudida para argamassas,

* Um cronômetro.

* Três baldes, no mínimo.

* Uma peneira com abertura de malha de 5 mm,

* Uma balança.

2.9.3 Execução

Depois de preenchida, a fôrma de coluna deverá sofrer 20 sacudidelas executadas pelo aparato existente abaixo dela (mesa de fluxo para argamas-sa) e, em seguida, permanecer em repouso por um período de 5 minutos. Logo depois, são colhidas, seqüencialmente, de cima para baixo, através da abertura de portinholas existentes no aparato, três amostras, uma do topo, uma Intermediária e uma do fundo, conforme a Figura 2.10. As amostras de topo e de fundo serão de igual volume de concreto. A amostra intermediária, de volume diferente, deverá ser descartada. As duas amostras, de topo e de fundo, deverão ser lavadas separadamente sobre peneiras de 5 mm. Após a lavagem, suas respectivas massas de agregado deverão ser determinadas.

A razão de segregação é então obtida pe!a massa da amostra de topo i massa da amostra de fundo. Um CAA com boa resistência à segregação de-verá ter um resultado da razão de segregação aproximadamente igual a 1.

100

B A

A A

B A

VISTA SUPERIOR

! ! Atuir porta 1

j l n Abrir porta 2

V l y ~

Atirir porta 3

' v T 1 "

VISTA POSTERIOR CORTE AB yiSTA FRONTAL

Figura 2.10-a) Aparato utilizado por Rooney (Fonte: ROONEY, 2002): b) llustraçao.

m m

150

150

220 5 2 0 m m Abrir poria 3

2.10 Resistência à Segregação (SE D RAM & DE LARRARD)

A resistência à segregação dos agregados foi estudada através da ob-servação da distribuição desses na seção longitudinal de corpos de pro-va cilíndricos, com 16 cm de diâmetro e 32 cm de altura, moidados sem nenhum tipo de vibração e rompidos à tração por compressão diametral após o endurecimento do concreto. Sedran e De Larrard (1999) realiza-ram medidas da profundidade de submersão do agregado graúdo mais próximo do topo do corpo de prova, chamando-as de "e", como apresenta-do no esquema da Figura 2.11. Esse procedimento foi adotado em razão da observação feita pelos autores, que, inicialmente, pretendiam avaliar a segregação através da espessura de argamassa na periferia do espalha-mento no ensaio do slump flow, porém constataram que um espalhamento homogêneo não assegurava a ausência de segregação na moldagem de cilindros em seu estudo.

Figura 2.11 - Medição da profundidade de submersão do agregado

(Fonte: SEDRAN & DE LARRARD. 1999).

Segundo os autores, um valor de e > 5 mm pode indicar forte segrega-ção dos agregados na moldagem dos cilindros, mesmo que no ensaio do slump flow não tenha sido observada argamassa sobressaindo da periferia da extensão final do CAA.

2.11 Teste de autoadensabilidade (Self-compactabílity test)

O equipamento utilizado neste ensaio foi proposto por Ouchi et al. apud Okamura e Ouchi (2003) e é utilizado para avaliação do concreto no canteiro de obras. O método consiste em avaliar se o material é capaz de fluir através de um aparato instalado entre o caminhão-betoneira e a bomba (Figura 2.12). Se for observado bloqueio na região das armadu-ras, causando impedimento ao fluxo, o concreto é considerado inade-quado em termos de autoadensabilidade, devendo-se fazer um ajuste da dosagem. A Figura 2.13 apresenta o detalhe do equipamento utilizado para ensaio no laboratório.

Figura 2.12 - Verificação da autoadensabilidade do concreto no canteiro de obras (Fonte.; OKAMURA & OUCHI. 2003),

300 300 100 <3 D

I

T- -LU 3 L k-

A A - -tr 6

A 1 -T

ST" Xr t

V I S T A S U P E R I O R j !

1

1

! ! i ! 600

CORTEAB ! I I I I I I I I I I I I I I I 1 I I

VISTA FRONTAL

Fluxo de concreto

Figura 2,13- Teste de bloqueio adaptado, Cavalcanti 2006 (dimensões em mm).

Outras configurações para esse teste podem ser encontradas no Third

International RILEM Symposium.

2.12 Faixa de valores recomendados

Na Tabela 2.1, é apresentado um resumo dos parâmetros dos ensaios mais comumente utilizados no atendimento das propriedades de autoa-densabilidade, e a faixa de valores encontrados na literatura engloba diver-sos estudos.

Tabela 2.1 - Faixa dos parâmetros dos ensaios de autoadensamento.

Propriedades Ensaios Parâmetros Faixa

Capacidade de preenchimento

Teste de espalhamento

^ Final 60 a 80 cm

Capacidade de preenchimento

Teste de espalhamento 2 a 7 s Capacidade de

preenchimento Funil-V Tv 6 a 15 s Capacidade de preenchimento

Orimet T0 0 a 5 s

Capacidade de passagem

Caixa-L

T < 2 s


Caixa-L < 4 s Capacidade de passagem

Caixa-L

RB = H2 /H1 > 0,80 Capacidade de passagem

Anel-J 0 a 10 mm


Caixa-U R1 - R, 0 a 30 mm

Estabilidade à segregação

Tubo-Ü RS = M1 /M2 >0,90 Estabilidade à segregação GTM m p /m T 0 a 15% Estabilidade à segregação

Tv em 5 minutos segregação > 3 s

A alta deformabilidade e a moderada viscosidade são parâmetros que refletem o comportamento reológico do CAA e garantem as principais pro-priedades que devem ser atendidas. A relação que existe entre os parâme-tros de alguns ensaios de autoadensabilidade e os parâmetros reológicos,

viscosidade (pp) e tensão de escoamento (T0), obtidos nos equipamentos sofisticados, é comprovada em diferentes estudos: Sedran e De Larrard (1999) comprovaram que o T ^ tem uma relação com a viscosidade do con-creto e a DF tem uma relação com a tensão de escoamento. Outros auto-res, Nielsson & Wallewick (2003) e Zerbino et al. (2006), confirmam essas tendências e acrescentam que o tempo de fluxo do ensaio do Funil-V (Tv) também apresenta uma boa correlação com a viscosidade plástica.

CAPÍTULO 3

3. MATERIAIS COMPONENTES Em qualquer método de dosagem, um dos primeiros passos é a seleção

dos componentes da mistura, O CAA é um concreto que possui os mesmos componentes de um concreto convencional, com algumas mudanças nas características de alguns componentes, acrescido de aditivos e adições. Em razão da grande variedade destes últimos componentes no mercado e pelas várias opções que podem ser utilizadas para obter as misturas de CAA, a etapa de seleção para o CAA é mais trabalhosa.

3.1 Cimento

Todos os cimentos do tipo Portland, de acordo com as especificações de normas técnicas locais, podem ser utilizados na produção do CAA. A escolha correta do tipo de cimento normalmente depende das exigências específicas de cada aplicação.

Alguns detalhes são abordados nas literaturas, como cimentos com mais de 10% de C3A, que podem causar problemas de baixa trabalhabili-dade. Evans apudTattersal! (1991) cita resultados nos quais mostra uma correlação altamente significante entre o abatimento e a superfície especi-fica do cimento e que, quanto maior a superfície específica, maior o abati-mento. Al-Shakhshír apuc/Tattersall (1991) utilizou em seu estudo cimento Portland comum (360 m2/kg) e um cimento de endurecimento rápido (480 m2/kg), sem piastificantes, com agregados nas condições seca e saturada. Foi observado que, para a viscosidade plástica, não há diferença entre as misturas feitas com as duas situações do agregado e há pequena diferença com o tipo de cimento. Contudo, para a tensão de escoamento, tanto o tipo de cimento como o estado do agregado têm um efeito significante, princi-palmente com o decorrer do tempo. O valor da tensão de escoamento foi maior para o cimento de endurecimento rápido, e esse fato foi atribuído à diferença na finura e/ou à diferença na quantidade de S03 .

A quantidade de cimento do CAA está em torno de 200 a 450 Kg/m3, de-pendendo da utilização de adições reativas ou inertes. Cuidados adicionais têm sido adotados quando a dosagem ultrapassa os 500 kg/m3, em razão de possíveis problemas de retração, Para a dosagem a menos de 300 kg/m3, deve-se assegurar a inclusão de outro material cimentício, tais como cinza volante, escória etc.

3.2 Agregados

Em geral, os agregados utilizados no CAA devem atender às mesmas exigências normativas quando utilizados no concreto convencional. Reco-menda-se que as partículas menores que 0,125 mm sejam consideradas como parte do conteúdo de finos, isto é, da pasta, pois influenciam no comportamento reológico do CAA. O diâmetro máximo característico dos agregados graúdos normalmente utilizados nos CAA é de 20 mm, porém diâmetros máximos de 40 mm já foram utilizados em aplicações de CAA (OKAMURA, 1997).

A umidade, a absorção de água, a classificação e às variações na quantidade de finos dos agregados devem ser cuidadosa e continuamente monitoradas, levando-se em consideração a manutenção da qualidade do CAA. A forma e a distribuição do tamanho das partículas do agregado são bastante importantes e afetam a compactação e o índice de vazios.

O CAA deve possuir um baixo volume de agregado graúdo, entre 28% e 35% do volume de concreto, e uma relação de peso agregado graúdo/concre-to de 32% a 40%, com proporções aproximadas de 750 kg/m3 a 920 kg/m3. O volume comum de agregado miúdo varia entre 40% e 50% do volume de argamassa, com proporções aproximadas de 710 a 900 kg/m3.

3.3 Aditivos

Os aditivos utilizados no CAA deverão atender às exigências normativas disponíveis em cada país. Os aditivos superplastíficantes e os modificado-res de viscosidade são os mais utilizados; outros, como os incorporadores de ar, são menos usados.

3.3 .1 Aditivo superniastificante

O uso do superplastíficante no CAA é inevitável, pois ele é responsável por uma das principais propriedades do CAA, a fluidez. Sem o superplas-tífícante seria impossível pensar em concreto autoadensável No merca-do nacional, são inúmeros os tipos e as marcas existentes e novos tipos surgem a cada dia direcionados especificamente ao CAA, o que tem, de alguma forma, dificultado a escolha de um superplastificante.

Os superpiastíficantes são uma categoria especial de agentes redu-tores de água, formulados a partir de materiais que permitem reduções de água muito superiores ou trabalhabilidade extrema dos concretos nos quais são incorporados. Em geral, são empregados na produção de con-cretos de alto desempenho, particularmente quando é exigida alta fluidez com baixa relação água/cimento.

Os materiais originalmente desenvolvidos como a base para os su-perpiastíficantes, na década de 1960, foram o sulfonado de naftaleno-formaldeído (SNF) (BRITISH PATENT-1973; HATTORl apud RIXOM & MAILVAGANAM, 1999) e o sulfonado de metamina-formaldeído (SMF) (BRITISH PATENT-1969 apud RIXOM & MAILVAGANAM, 1999), no Ja-pão e na Alemanha, respectivamente, os quais têm, ao longo dos anos, encontrado crescentes aplicações em todo o mundo. No início da déca-da de 1980, começam os trabalhos de desenvolvimento dos polímeros à base de poliacrilatos (BRADLEY & HOWARTH apud RIXOM & MAILVA-GANAM, 1999) para formulações de superpiastíficantes, em que, após algumas dificuldades com retardamento severo de pega e, em alguns casos, excessiva incorporação de ar, os aditivos superpiastíficantes co-meçam a aparecer no mercado, inicialmente na Alemanha e, depois, no Japão e nos Estados Unidos (CERULLl et a l ; NMAI et a l apud RIXOM & MAILVAGANAM, 1999).

De acordo com Rixom e Mailvaganam (1999), os produtos à base de poliacrüato são obtidos de três tipos de polímeros e estão sendo conside-rados como a próxima geração de superpiastíficantes (aditivos superpias-tíficantes policarboxílicos de 3- geração).

A ação e os efeitos dos superpiastíficantes têm sido estudados, porém não são fenômenos completamente compreendidos, como, por exemplo, combinações com aditivos íncorporadores de ar (CHORINSKY, 1990; AiT-CIN et al., 1994), sua influência na reologia (em termos de iD e j j J {BAN-FILL, 1980; TATTERSALL, 1991; KHAYAT& YAHIA, 1997), combinações com agentes modificadores de viscosidade (YURUGl et al,, 1995; SHINDOH et al,, 1996; KHAYAT & YAHIA, 1997) etc, Além disso, quando o aditivo super-plastíficante é incorporado, muitos autores têm constatado rápida perda de fluidez do concreto com o tempo (ACI212.4R, 1993; SAKAl & MASAKI, 1994; MEHTA & MONTEIRO, 1994; NEVILLE, 1994; BIAGINI, 1995).Contudo, tem sido mostrado que isso não ocorre necessariamente e que a taxa de perda de fluidez do concreto com superplastíficante pode ser afetada por diversos fatores, tais como o tipo do superplastíficante, a dosagem utilizada, o uso simultâneo de adições (ASTM C 494, 1992), o tipo e a marca do cimento, a classe e a temperatura do concreto (ACI 212.4R, 1993; AÍTCIN et al., 1994; SAKAl & MASAKI, 1994; RONCERO & GETTU, 1998).

Com relação aos efeitos re o lógicos promovidos, Ríxom e Mailvaganam (1999) citam que os superpiastíficantes reduzem o valor da tensão de es-coamento e viscosidade plástica das pastas de cimento, Para altas dosa-gens (por exemplo, 0,8% para o SNF), o valor da tensão de escoamento aproxima-se de zero e o sistema torna-se essencialmente Newtoniano; a composição do cimento afeta o comportamento reológico do sistema.

Pastas de cimento com baixas relações C3S/C2S e C3A/C4AFtêm maior viscosidade quando a adição do superplastíficante é atrasada (NAWA et al. apud RIXOM & MAILVAGANAM, 1999) e existe uma relação entre a quantidade de superplastíficante absorvido pelo cimento e a viscosidade (ASAKURA et al.; RIXOM & MAILVAGANAM apud RIXOM & MAILVAGA-NAM, 1999); para um nível de adição de SNF, a área superficial do cimento é diretamente proporcional à viscosidade (NAWA & EGUCHI apud RIXOM & MAILVAGANAM, 1999).

Aítcin et al. e Sakai et al. apuc/Tutíkian (2004) citam que os aditivos super-piastíficantes também podem exercer outras funções ou mecanismos que auxiliam na fluidez da mistura, como redução da tensão superficial da água; repulsão eletrostática entre partículas; filme lubrificador entre as partículas

de cimento; dispersão dos grãos de cimento; inibiçao da hidratação superfi-cial do cimento; mudança da morfologia dos produtos da hidratação.

3.3.2 Aditivo modificador de viscosidade

O aditivo modificador de viscosidade, conhecido também como agente de viscosidade, aditivo anti-washoute agente espessante, tem sua compo-sição dividida em três grupos: 1 - sintéticos solúveis em água e polímeros orgânicos naturais (éter celulósico, celulose metílica, óxidos polietileno, vi-nil carboxíllco, polímeros, álcool polivinílico, poliacrilato etc.); 2 - emuísões acrílicas; 3 - à base de polissacarídeos naturais solúveis em água (Xanthan gum, Guar gum, Welan gum, entre outros), copolímeros de estireno com grupos carboxílicos e polieletrolíticos sintéticos. Os dois primeiros grupos são geralmente aplicados em concretos submersos, enquanto o terceiro grupo é comumente utilizado em concretos autoadensáveis e concretos fluidos (FLATAU & MCCURRICH, 1975; NAGATAKI, 1995; VAZQUES, 1995; YURUGI et al., 1995; SAKATA et a l , 1996; KHAYAT & GUIZANI, 1997). Es-tes grupos de aditivos também são utilizados em concretos bombeáveis.

Alguns autores (ACI 304, 1971; VAZQUES, 1995;SEDRAN et al., 1996) citam que o uso desses agentes pode ser útil, se agregados mal graduados estão para ser utilizados e/ou onde adições minerais não estão disponíveis a um preço razoável

Sakata et al. (1996) mostrou que a adição de agente de viscosidade ao CAA estabilizou a fluidez, fez o concreto fluir facilmente em pequenos espaços e possibilitou o alcance da propriedade de autoadensamento em uma ampla faixa do slump flow,

Domone e Chai (1996) relatam que o agente de viscosidade reduz a sen-sibilidade do CAA às variações nas proporções de mistura, um importante aspecto para produções em larga escala. Por sua vez, Khayat e Guizani (1997) observam que, assim como a adição de materiais finos reforçam a es-tabilidade do concreto altamente fluido, esses agentes de viscosidade tam-bém são utilizados como uma alternativa para reforçar a estabilidade desses concretos, juntamente com aditivos redutores de água de alta gama, para assegurar a aita fluidez e a adequada estabilidade.

Seu mecanismo de ação no concreto é aumentar a coesão da mistura, melhorando a estabilidade e a mobilidade do concreto. A adição do agente de viscosidade afeta a fase aquosa da pasta de cimento, na qual cadeias de polímeros solúveis em água podem absorver alguma água livre no sis-tema, reforçando, assim, a viscosidade da pasta de cimento. Como resulta-do, menos água livre estará sujeita à exsudação. O reforço da viscosidade da pasta de cimento pode também melhorar a capacidade da pasta de suspender partículas sólidas, reduzindo a sedimentação.

Os estudos de Sakata et al. (1996) e Khayat e Guizani (1997) relataram que as misturas que contêm um agente espessante (Welan gum) exibem alta viscosidade em repouso e viscosidade muito baixa em alta taxa de cisalhamento. Isso pode facilitar a deformação da mistura durante o bom-beamento, a moldagem e o adensamento. Uma vez na fôrma, a taxa de cisalhamento do concreto diminui e a viscosidade aparente aumenta, re-sultando em maior estabilidade em repouso e melhor capacidade de reter água e suspender partículas sólidas.

Os trabalhos de Yurugi et al. (1995), Shindoh et al. (1996) e Khayat e Yahia (1997) relataram que, com o aumento da quantidade do agente de viscosidade, é reduzida a efetividade da adição de superpiastíficantes para reforçar a fluidez, necessitando, por isso, de maior quantidade de super-plastíficante. Nagataki (1995) e Khayat e Yahia (1997) observaram que, quando são adicionados ao concreto agente de viscosidade e superplas-tíficante, este tende a apresentar um retardo do tempo de cura. Flatau e Mccurrich (1975) citam que alguns óxidos de poíietileno, éteres celulósicos e alignatos podem tender a flocular as partículas de cimento, promovendo, assim maior efeito de espessamento.

Nos estudos de Petersson et al. (1996) foram feitas pesquisas sobre a redução da quantidade de fíler e a substituição deste por um agente modificador de viscosidade e observou-se que o espalhamento decresce mais rapidamente seu valor quando a quantidade de agente modificador de viscosidade é aumentada. Mostrou-se, também, que nas misturas em que foram utilizados agentes modificadores de viscosidade, a trabalhabilidade diminuiu antes do tempo, comparativamente a misturas só com fíler. Nos resultados dos testes na Caixa-L, verificou-se que nas misturas em que

foram substituídos mais de 10% de fíler por agente modificador de viscosi-dade ocorreu bloqueio.

3.4 Adições

As adições minerais são materiais finamente moídos, que são incor-porados ao concreto com a finalidade de obter características especí-ficas, Estes são geralmente utilizados em grandes quantidades, com a finalidade de reduzir os custos e melhorar a trabalhabilidade do concreto no estado fresco, podendo até melhorar a sua resistência à fissuração térmica, à expansão álcali agregado e ao ataque por sulfatos (MEHTA & MONTEIRO, 1994}.

Segundo Mehta e Malhotra (1996), os principais benefícios alcançados com a utilização de adições minerais são: ambiental, quando a adição é um resíduo industrial, pois evita que o material seja lançado no ambiente sem nenhuma finalidade benéfica; econômico, pela substituição parcial do cimento, o que reduz o seu consumo e, consequentemente, o custo do m3

do concreto; e tecnológico, pela melhora das propriedades do concreto nos estados fresco e endurecido. Nas propriedades frescas, há melhora com relação a fluidez, quantidade de água e ausência de segregação e/ou ex-sudação, e nas propriedades do concreto no estado endurecido, benefícios como: resistência, permeabilidade e durabilidade, em razão do aumento da quantidade de finos e do refinamento dos poros.

Em relação às exigências do CAA no estado fresco, adições inertes e reativas são comumente utilizadas para aumentar a viscosidade e a coe-são, proporcionando uma resistência à segregação. As adições também regulam a quantidade de cimento para reduzir o calor de hidratação e a retração (EFNARC, 2005).

De acordo com Cavalcanti (2006), as adições podem ser classifica-das como predominantemente inertes (API) ou predominantemente re-ativas (APR), de acordo com sua ação no concreto. As APR contribuem para a formação dos hídratos como: cinza volante, cinza da casca de ar-roz, escória de alto-forno, sílica ativa e metacaulirru Já as API provocam uma ação física, proporcionando uma estrutura com maior compacidade.

Alguns exemplas são os fíleres de calcário, quartzo, e o resíduo do benefi-ciamento de mármore e granito (RBMG).

Segundo a EFNARC (2005), as adições são classificadas de acordo com suas capacidades reativas com a água, conforme a Tabela 3.1.

Tabela 3.1 - Classificação das adições (EFNARC, 2005, adaptado).

TtPQl Inertes ou

semí-inertes

Fíleres de agregados (calcários, dolornítãcos ou graníticos).

Pigmentos.

TIPO II Pozolânicas

Cinza volante, conforme a EN 450-1,

Sílica ativa, conforme a EN 13263-1. TIPO II

Hidráulicas Escória de alto-forno.

Como adições do Tipo I, podem ser utilizadas pedras calcárias, dolomí-ticas ou graníticas, finamente trituradas, em frações de partículas menores que 0,125 mm. As dolomíticas podem vir a apresentar riscos à durabilidade do concreto, em razão da reação álcalí-carbono (LISBOA, 2004).

Ainda como adições do Tipo I, podem ser citadas aquelas que têm finalidades estéticas, muito apreciadas e utilizadas em projetos de arqui-tetura, como no caso dos pigmentos para concreto. Em geral, pela alta fluidez do CAA, a dispersão dos pigmentos é mais eficiente e cores mais uniformes geralmente são alcançadas, na mesma mistura ou entre lotes distintos. Contudo, a maior quantidade de pasta do CAA deve resultar em uma maior dosagem de pigmento para alcançar a densidade de cor exigida (EFNARC, 2005).

As adições do Tipo II podem melhorar significativamente a durabilidade do concreto, A adição de cinza volante aumenta a coesão e diminui a sen-sibilidade às mudanças da quantidade de água do CAA, Níveis elevados de cinza volante prejudicam a fluidez do CAA. A elevada finura e a forma praticamente circular das partículas de sílica ativa melhoram a coesão e resistência à segregação. A sílica ativa é muito eficaz na redução ou na

eliminação da exsudação, e isso pode causar problemas de rápido endure-cimento superficial, dificultando a execução do acabamento dos elementos de concreto. A adição da escória de alto-forno promove um baixo calor de hidratação. A alta dosagem de escória de alto-forno pode afetar a estabili-dade do CAA. O metacaulim apresenta comportamento semelhante ao da sílica ativa e seu uso no CAA tem sido eficaz.

O fíler de vidro moído, as pozolanas naturais e outros materiais finos tam-bém são considerados como adições para o CAA, mas seus efeitos no con-creto, a curto e longo prazo, precisam ser cuidadosamente avaliados.

Das propriedades relacionadas às dimensões dos grãos dos finos, uma que se destaca é a superfície específica. Segundo Nunes (2001), quanto maior a superfície específica dos finos, maior a viscosidade da mistura. No CAA, a dimensão das partículas das adições minerais utilizadas tem tido uma influência importante no alcance de suas propriedades. Khayat et al. (1999) afirmam em seus estudos que finos com diâmetros médios da or-dem de 80 pm acarretam melhor viscosidade e coesão da mistura de CAA. Para Esping (2003), uma alta superfície específica, elevada quantidade de fíler e agregados de pequena granuiometria são parâmetros essenciais para maior trabaihabilidade e maior controle das propriedades do CAA.

Tragardh (1999), assim como diversas referências da literatura técnica, verifica que um fator importante que apresenta considerável influência na microestrutura do CAA é a grande quantidade de finos com diâmetros mé-dios < 125 pm. Esta ordem de grandeza do diâmetro é geralmente indicada para os finos utilizados no CAA, Gomes (2002), Okamura e Ouchi (2003) e EFNARC (2002). Apesar disso, algumas misturas de CAA têm sido obtidas com um alto volume de materiais finos, da ordem de 150 pm, geralmente provenientes de resíduos industriais, como escória de alto-forno (BARTOS et al., 2000), pozolana natural, cinzas volantes e sílica ativa ou fíler de rochas como calcário (SAKATA et al., 1995) e de mármore e graníto (LIS-BOA, 2004).

Nos estudos de Cavalcanti (2006) e Lisboa (2004), desenvolvidos no La-boratório de Estruturas e Materiais (LEMA/CTEC/UFAL) o fino utilizado para obtenção do CAA foi o resíduo do beneficiamento dos blocos de mármore e granito (RBMG). Lisboa usou o fíler passante na peneira de abertura 0,6 mm

(# 600 jjm) e Cavalcanti na peneira de abertura 0,3 mm (# 300 p ) , o que le-vou a diferentes características físicas do RBMG, mostradas naTabeia 3.2.

Tabela 3.2 - Propriedades do RBMG passante na peneira de abertura 300 pm e 600 fjm.

Propriedade RBMG (# 300 ym) RBMG (# 600 ym)

Massa específica (kg/m3) 2.812 kg/m3 2.685 kg/m3

Superfície específica (rif/kg) 208,5 m2/kg 198,8 rrvVkg

Granulometria (Método Laser)

Peneira (mm) {% Passante - pm) (% Passante - |jm)

3 24,08 10,29

32 82,97 61,36

45 91,77 70,80

63 94,78 78,79

88 97,56 85,46

100 98,06 87,45

150 99,15 92,94

Cavalcanti (2006) verificou que essas diferenças nas propriedades físi-cas do fíler, levaram as pastas, as argamassas e os concretos a apresentar distintas propriedades no estado fresco e a alterar as dosagens dos compo-nentes, principalmente os que são afetados diretamente pelos finos, como, por exemplo, o superplastífi cante e a relação a/c. Nos estudos de Cavalcanti, com o uso do RBMG mais fino, com predominância de partículas <100 um, e as relações água/cimento (a/c) e file r/cimento (f/c), fixadas em 0,5, as mes-mas relações adotadas por Lisboa, a dosagem ótima do superplastíficante (sp/c), para pasta e argamassa, determinada através do ensaio do cone de Marsh, Figura 3A, de acordo com GOMES (2002), foi maior. Na pasta, o sp/c = 0,40% contra 0,25%, obtida de acordo com o estudo de Lisboa, usando fíler com predominância de partículas < 150 pm, e na argamassa de sp/c -0,525% contra 0,35%, respectivamente. Nas misturas com fíler, tendo su-perfície específica menor, a dosagem ótima de superplastifieante foi menor

com um menor tempo de fluxo, para ambos os materiais, pasta e argamas-sa, caracterizando um matéria! menos viscoso. Isso pode ser um indicativo de que a dosagem ótima de superplastíficante é diretamente afetada pela fínura do fíler. Ou seja, quanto maior a superfície específica, maior será a dosagem ótima de superplastíficante necessária para a obtenção de maior fluidez, No entanto, para superfície específica maior, a mistura se apresenta mais viscosa e coesa, mesmo quando a dosagem ótima de superplastífican-te é alcançada.

a)

d - R mm Cpflft*) d m 12 min (angu mau a)

b)

3t2 mm

33.1 tw

U5 mm

Figura 3. J - (a) Cone do Marsh, (b) Mini-slump.

No ensaio do mini-slump, Figura 3.1, e do tronco de cone de consistên-cia, de acordo com Gomes (2002), para pasta e argamassa, respectiva-mente, Cavalcanti observou que o espalhamento final de ambos os mate-riais, com fíler de diferente finura e dosagem ótima de superplastíficante, foi

1SD ± IDmm

Marcação do T, E x i e n s ã a f inat

espalhaiTienlo da pasta

diferente, sendo esta diferença mais acentuada na argamassa. Os menores espalhamentos ocorreram nas misturas com fíler de superfície específica maior e maiores dosagens ótimas de superpiastíficantes, algumas medidas são mostradas na Figura 3.2. Os resultados confirmam os obtidos no cone de Marsh: mistura com maior tempo de fluxo, caracterizando uma mistu-ra mais viscosa, tem uma tendência menor de espalhamento, comparada com uma mistura de menor tempo de fluxo e menos viscosa. Pode-se con-siderar que, apesar de se esperar maior espalhamento nas misturas com maior dosagem de superplastíficante, a viscosidade, afetada pela finura do fíler, foi o fator que impediu o maior espalhamento dessas misturas.

a ) «1 u eo

L

D l = 18,S cm * 11

ri O

Figura 3.2- Espalhamento da pasta (a), sp/c = 0.40. e da argamassa (h). $p/c = 0.525.

Tanto Lisboa (2004) como Cavalcanti {2006}, para obtenção do CAA, usaram as mesmas dosagens ótimas de superpiastíficantes obtidas nas argamassas com RBMG de menor e maior superfície específica, respec-tivamente, e mantiveram as relações a/c e f/c, em 0,5. A dosagem dos agregados foi determinada pelo maior peso unitário, segundo o método de Gomes (2002), e o volume de pasta foi definido pelo alcance de parâme-tros no concreto já mostrados na Tabela 2.1. O CAA foi determinado pelos pesquisadores variando o volume de pasta, de acordo com o método de Gomes (2002): o concreto que tivesse o menor volume de pasta e propor-cionasse o alcance das propriedades era selecionado. Na Tabela 3.3 são apresentadas algumas características das misturas dos CAA, obtidos por Lisboa (2004) e Cavalcanti (2006), com o fíler de diferente finura.

Tabela 3.3 - Concreto autoadensável produzido com fíler e diferentes granulometrias

Autor Lisboa (2004) Cavalcanti (2006)

Fíler < 150 pm < 100 pm

Volume de pasta {%) 42 40

Cimento (kg/m3) 421,0 392,0

Superpiastíficantes (sp/c) 0,35% 0,525%

Parâmetros

D, 77,0 67.0

0,81 2,40

T V (S } 6 10

RB = H2/H1 0,98 0,80

U (s) 0,75 1,20

T L < O ( S ) 1,00 2,00

RS = M1/M2 0.92 0,91

Verifica-se que no CAA que contém o fíler de maior superfície específica (< 100 pm) o volume de pasta foi menor, assim como a dosagem do cimento, e a dosagem de superplastíficante foi maior. Quanto às propriedades, o compor-tamento se repetiu em relação à pasta e à argamassa: o concreto apresentou-se menos fluido, característica verificada pelo menor espalhamento, e mais viscoso e coeso, características observadas pelos maiores tempos de fluidez,

3.5 Água

Apesar do componente água ser o material que exige pouco ou nenhum controle de qualidade, geralmente, realizado entre os componentes do con-creto, é certamente o parâmetro mais importante no controle das proprie-dades do concreto fresco e endurecido. Geralmente seu uso no concreto é expresso como uma relação água/cimento, por peso ou volume, relação água/materiais cimentícios, água/materiais finos etc. A quantidade de uma

mistura depende de vários fatores, tais como: propriedades dos agregados, tipo de cimento, quantidade total de partículas finas na mistura, uso de adi-ções ou aditivos e outros. Além disso, em função do tipo de concreto, esta relação a/c pode variar consideravelmente, ou seja, para concretos de alto desempenho, geralmente a relação água/cimento está na faixa de 0 t35, enquanto para concretos convencionais está na faixa de 0,50.

A quantidade de água de uma mistura é dividida basicamente em quatro partes: uma para hidratação do cimento, uma para absorção e adsorção dos agregados e materiais finos, uma para preencher a porosidade do es-queleto granutar e uma para garantir a fluidez do concreto. Domone e Chai (1996) definiram a água livre como o total de água menos aquela retida (ou seja, absorvida ou adsorvida) pelos materiais finos (cimento, pozolanas, fíler) e/ou pelos agregados.

As propriedades reológicas do concreto fresco são altamente influen-ciadas pela relação água/cimento (a/c). Um aumento na relação a/c produz uma redução na viscosidade plástica e na resistência de fluxo. Uma baixa relação a/c e o uso de superplastificantes produzem concretos com alta viscosidade {BEAUPRÉ & MINDESS, 1998).

PARTE II

Métodos de dosagem de concretos autoadensáveis

Os métodos de dosa-gem do CAA diferem

dos utilizados para os con-cretos convencionais, po-rém, no geral, também são empíricos. São fundamen-tados em princípios não co-muns que têm como meta o atendimento a propriedades que estabelecem uma rela-ção entre a habilidade das misturas de fluir com facili-dade nas fôrmas, independentemente de sua complexidade e dificuldade, e a estabilidade das misturas, que garante a ausência de segregação.

Diferentes metodologias de dosagem para a obtenção do CAA são encon-tradas na literatura. Uma das primeiras e mais conhecida teoria foi desenvol-vida no Japão (OKAMURA, 1997; OUCHI et al,s 1996). A partir do primeiro protótipo do CAA surgiram diversos métodos de dosagens. Neste trabalho são descritas as recomendações e os métodos de Okamura et al , Peters-son et al., Modeio de Empacotamento Compressível, Su et al , Saak et al„ Repette-Melo, Tutikian e Tutikian & Dal Molin, EFNARC e Gomes et al.

Os procedimentos e as teorias desenvolvidas para cada método têm contribuído para o melhor entendimento do comportamento do CAA e al-cançado, com êxito, a obtenção de misturas que atendem às propriedades de autoadensabilidade.

CAPÍTULO 4

4. MÉTODO DE OKAMORA, OZAWA, MAEKAWA E OUCHI O método foi desenvolvido pela primeira vez, em 1988, na Universida-

de de Tóquio (OZAWA et aL, 1990; OUCHI et al.f 1996;OKAMURA et aL, 1997), e é reconhecido na literatura como o primeiro método de proporção de mistura proposto para CAA (SEDRAN e U^ RR AR D, 1996), O método experimental considera que o concreto consiste em duas fases: argamas-sa e agregado graudo; e que os componentes da pasta, relação água/ materiais finos e aditivo superplastífícante, são decisivos para a obtenção da autoadensabílidade do CAA, além de sua resistência, Na Figura 4.1, Okamura e Ouchi (1999) apresentam o método empregado para o alcance da autoadensabílídade.

Figura 4.1 - Método de obtenção do CAA.

Os procedimentos aplicados no método para determinação das dosa-gens dos componentes na mistura são:

* fixar os volumes de agregados;

* assumir a relação água/materiais finos (cimento, pozolanas, fí-ler), em volume, de 0,9 a 1,0, dependendo das propriedades dos materiais finos;

* determinar a dosagem de superplastíficante e a relação água/ materiais finos, em argamassa, que atendam às propriedades de fluidez e viscosidade;

* testar a autoadensabilidade do concreto, uma vez definida a pro-porção da mistura, em ensaios do tipo ü, espalhamento e Fu-nil-V.

Na Figura 4.2, Okamura et al. (2000) descrevem o procedimento que mostra as proporções fixadas dos agregados graúdo e miúdo e as proprie-dades desejadas na argamassa.

Figura 4.2 - Procedimentos de dosagem para a obtenção do CAA.

A dosagem de superplastíficante por meio da relação superplastifican-tes/materíais finos (Sp/mf) e a relação água/materiais finos (V/V,), em vo-lume, são determinadas através de ensaios na argamassa, nos quais as propriedades de alta fluidez e moderada viscosidade, exigidas para a ar-gamassa, são alcançadas variando a dosagem de superplastíficante e a relação água/materiais finos.

Os parâmetros que definem a fluidez e a viscosidade da argamassa são G^ = (d,d5 / d02, que é medido através do ensaio do tronco de cone de consistência, como mostra a Figura 4.3(a); e R , = 10 / t , que é medido atra-vés do ensaio no Funil-V para argamassa, como mostra a Figura 4,3(b), respectivamente. Gm é determinado medindo duas medidas perpendicula-res do diâmetro de espalhamento, sendo d, e d? os diâmetros de espalha-mento da argamassa e d : é o diâmetro da base do cone. R n é determinado medindo o tempo que a argamassa leva para fluir peto funil, sendo t em segundos. Alto valor de Gm indica maior deformabilidade, e menor valor de Rm indica maior viscosidade. Argamassas com valores de G n = 5 e Rm = 1 são consideradas bem aceitáveis para obter concretos com propriedades autoadensáveis, conforme Takada et al. (2000),

Domone e Jin (1999) sugerem Gm > 8, correspondentes a diâmetros de espalhamento > 300 mm; e R^ de 1 a 5, correspondentes a tempos de fluxo (t) de 2 s a 10 s. Já Edamatsu et al. (1999) encontraram valores de Grr

entre 3 e 7, correspondentes a diâmetros de espalhamento da argamassa de 200 mm a 283 mm, e de Rêntre 1 e 2, correspondentes aos tempos de fluxo de 5 s a 10 s, para as argamassas utilizadas no CAA.

270

dn = 100

2 4 0

(a) ( b ) 3 0 Figura 4,3 - Ensaios de argamassa: a) cone de consistência e b) Funil-V,

Na Figura 4,4, apresenta-se um resumo da metodologia aplicada no método de dosagem proposto por Okamura et aL

Figura 4.4 - Resumo das etapas do Método de dosagem de Okamura et ai.

CAPITULO 5

5. MÉTODO DE PETERSSON, DILLBERG E VAN O método proposto consiste na determinação de um esqueleto granular

e um mínimo volume de pasta, que garantam a autoadensabilidade ao con-creto, comprovada pela habilidade de passagem pelas armaduras impostas no ensaio da Caixa-L e por um adequado valor no ensaio de espalhamento. As quantidades de superplastíficante, água e finos (partículas < 250 pm) são ajustadas para alcançar a resistência à compressão desejada, obter a necessária viscosidade, e uma baixa tensão de cisalhamento (yteld stress), compatíveis para um comportamento de autoadensamento do concreto.

Nesse método de dosagem foi calculada a quantidade mínima de pasta para determinado espaço livre entre as armaduras e utilizado fíler para criar a quantidade de pasta necessária. O bloqueio do concreto foi pesqui-sado através de testes com agregados de diferentes diâmetros máximos, mantendo-se constante a quantidade de pasta. Foi estudada também a possibilidade de substituir um percentual de fíler da mistura por um agente modificador de viscosidade. O método de dosagem estabelece a quanti-dade necessária de pasta que deve ser utilizada para evitar o bloqueio. O método para a dosagem da mistura do CAA, proposto por Petersson et al., está esboçado na Figura 5.1.

Figura 5.1 - Processo simplificado para a dosagem da mistura de CAA.

5.1 Critérios de construção

Os critérios de construção são estabelecidos através de exigências es-peciais de cada projeto, como, por exemplo, resistência do concreto, dura-bilidade e espaçamento entre as armaduras,

A etapa de definição dos critérios de construção segue as mesmas espe-cificações de quando se utiliza um concreto normal, com uma pequena dife-rença no que se refere à indispensável informação do espaçamento crítico entre as armaduras e/ou seções de formas complexas do elemento estrutu-rai, que venham a representar um obstáculo a ser vencido pelo CAA.

Através da resistência do concreto, requerida no projeto, adota-se uma relação água/cimento (a/c) para a mistura de CAA, seguindo, normalmente, as indicações entre resistência e relação a/c geralmente feitas em normas técnicas para concretos convencionais.

A fixação de aspectos de durabilidade no projeto pode exigir tipos es-peciais de cimento, adição de agentes incorporadores de ar, entre outras especificações.

5.2 Quantidade mínima de pasta

Através da medição da quantidade de vazios em diferentes relações entre agregado graúdo e agregado miúdo, é determinado o volume míni-mo de pasta da mistura. A composição do esqueleto granular não afeta somente o volume de vazios, mas também a superfície específica total dos agregados.

Petersson et al. (1996) utilizaram um método com base nas recomen-dações da ASTM C 29/C29M, preconizado no estudo de Van (1994), para a determinação da quantidade de vazios da composição de agregados da mistura.

Segundo Petersson et aL, o volume mínimo de pasta deve preencher todos os vazios do esqueleto granular e envolver iodas as superfícies das partículas dos agregados. Ainda de acordo com os autores, duas compo-sições distintas entre agregados podem apresentar diferentes áreas es-pecíficas, mesmo que ambas possuam igual volume sólido. Assim, para promover a mesma deformabilidade entre as duas misturas, uma maior superfície específica dos agregados exige um maior volume de pasta para cobertura das partículas.

5.3 Critérios de bloqueio

Os critérios de bloqueio foram analisados através do estudo proposto por Ozawa et aí. (1992), que pesquisaram os mecanismos de fluxo de ar-gamassas através de orifícios, avaliando a influência do agregado miúdo em seu bloqueio. Como resultado do estudo, foi encontrado que o risco de bloqueio pode ser calculado pelo somatório linear do efeito de cada grupo de tamanho das partículas da areia, conforme a Equação 5.1.

R isco de Bloqueio = V (pSj jrtSN ) < 1 E q u a ç ã o 5 . 1

Onde nSi é a fração volumétnca de agregado do grupo de tamanho i (em relação ao volume total de concreto); e ns t i é a fração de volume de agregado bloqueado do grupo de tamanho i (em relação ao volume total de concreto).

A areia foi definida como sendo partículas maiores do que 1/10 dos va-zios» aproximadamente. Partículas menores que esse tamanho, incluindo os finos, têm diferentes papéis no bloqueio,

O efeito total dos agregados, miúdo e graúdo, no bloqueio do concreto foi pesquisado por Van (1994) e Tangtermsirikul e Van (1995). A partir desses estudos, Petersson et al. encontraram uma proporcionalidade entre a fração volumétrica de agregado bloqueado (nal:i) e a relação espaçamento livre en-tre armaduras/diâmetro das partículas de agregado (c/DJ.

Os parâmetros nabi e D : í podem ser calculados de acordo com a Equa-ção 5.2 e a Equação 5.3, respectivamente.

Onde é o volume de agregado bloqueado do grupo i; e Vt é o volume total da mistura de concreto,

Sendo M. e M | i |P respectivamente, a dimensão superior e inferior das peneiras de agregado do grupo i.

Com esse modelo, pode-se calcular a quantidade total máxima de agre-gado para não causar bloqueio. Desse modo, através da Equação 5.4 é possível computar o volume máximo permitido de agregado, o que repre-senta um mínimo volume de pasta, correspondendo à relação entre agre-gado graúdo e agregado total, de acordo com os critérios de bloqueio.

nabi ~~ âbi/K Equação 5.2

Equação 5.3

" " (v V \ " Risco de Bloqueio = = 1

í=I M { K m / K ) i

Equação 5.4

Onde V é o volume de agregado do grupo í; e VaQi é o volume de agre-gado bloqueado do grupo i.

5.4 Volume de pasta

Nesse método, além de se obter o volume de pasta mínimo corres-pondente à relação ideal entre os agregados graúdo e miúdo, estuda-se também o volume de pasta ideal em razão do espaçamento livre entre as barras da armadura.

Após a investigação da quantidade de vazios da composição de agre-gados, conforme subitem 5,2, Petersson et al. analisaram dez relações dis-tintas entre agregado graúdo e agregado total, para cada espaçamento entre barras das armaduras, especificado anteriormente nos critérios de construção. As relações com 100% de agregado miúdo e 100% de agre-gado graúdo também foram determinadas, Com os resultados da análise, Petersson et aL plotaram curvas Volume mínimo de pasta por m3 de con-creto (em litros) x relação agregado graúdo/a grega do total', para os distin-tos valores de espaçamento das armaduras, determinando, graficamente, o volume mínimo de pasta que atende, simultaneamente, a quantidade mínima de vazios do esqueleto granular e o espaçamento das armaduras especificado em projeto.

5.5 Argamassa Através do estudo em argamassas, com areia de dimensão máxima

0,25 mm, diferentes tipos e combinações de agiomerantes e fíleres foram analisados. As investigações foram realizadas com o auxílio de um viscosí-

metro de pasta. Os resultados obtidos mostraram a importância do ajuste correto entre aglomerantes e fíleres.

Quando somente o cimento foi utilizado, foram encontrados valores elevados para tensão de corte e viscosidade plástica, em comparação com os valores obtidos em argamassas em que parte do cimento foi substitufda por fíleres,

Ainda nos estudos com argamassa, Petersson et aL observaram que é necessária uma quantidade de finos situada na faixa entre 500 e 525 kg/m3

para que sejam alcançadas boas propriedades reológicas, sem a ocorrência de segregação.

As quantidades de superplastificante e agentes modificadores de vis-cosidade podem ser ajustadas a um nível aceitável através de ensaios de argamassas no visco sim et ro de pasta.

5.6 Concreto

O modelo de dosagem proposto foi utilizado para alcançar uma pri-meira aproximação da mistura. Os ajustes finais são feitos através de ensaios em concretos, utilizando-se o slumpflowe a Caixa-L. Como critério de aceitação para o slumpffow, Petersson et ai. adotaram diâmetros finais entre 670 mm e 720 mm. Na Caíxa-L, os autores especificaram como ideal uma profundidade de esvaziamento da parte vertical da caixa maior que 490 mm.

CAPITULO 6

6. MODELO DE EMPACOTAMENTO COMPRESSÍVEL (Este texto é uma colaboração do Prol. Dr. Sididei Formagini.)

As dosagens de concreto têm sido realizadas por métodos convencio-nais, com base em procedimentos empíricos, dados considerados em ra-zão das condições de abatimento e da resistência à compressão aos 28 dias. Os métodos existentes na literatura, sejam eles para dosar concretos com resistência normal, de alto desempenho ou autoadensáveis, são limi-tados ao uso de poucos materiais, não abordam critérios de formulação da mistura granular e fornecem como produto final um material heterogêneo de baixo ou moderado desempenho (Figura 6.1a).

Com base em mais de uma década de estudo, De Larrard (1999) e sua equipe conseguiram formular uma teoria que soluciona a questão de empacotamento de misturas secas em todos os componentes utilizados na dosagem de concreto. Esses estudos levaram ao desenvolvimento do "Modelo de Empacotamento CompressíveS'' (MEC), que é uma versão aprimorada dos diversos modelos de empacotamento desenvolvidos pelo Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC, França) e pode ser utilizado para dosar os mais variados tipos de argamassas e concretos. O MEC surge como uma ferramenta de dosagem que possibilita a seleção e a formulação dos constituintes do concreto, o que aumenta a compacidade da mistura granular e diminui o risco de segregação, com o objetivo de proporcionar o mais alto desempenho ao produto final que, aliado à baixa relação a/c, torna o concreto coeso e com baixa porosidade {Figura 6.1b).

Baixa compacidade Maior risco de segregação

C O N C R E T O C O N V E N C i O N A L S O L U Ç Ã O V I S A N D O A L T O D E S E M P E N H O

Aumento da oompacidade Diminuição do risoo d e segregação

B A Í X O O U M O D E R A D O D E S E M P E N H O M A T E R I A L C O E S O , P O U C O H E T E R O G E N E O

E D E ALTO D E S E M P E N H O

(a) Métodos tradicionais de dosagem (b) Dosagem realizada pelo MEC

Figura 6.1 - Empacotamento que busca o desempenho do concreto (Fonte: FORMAGIN!, 2005).

O MEC é um método científico em que todos os materiais são caracte-rizados experimentalmente. A mistura granular seca é formulada em razão do menor índice de vazios, obedecendo às características do processo de lançamento, adensamento, bem como às propriedades requeridas para o concreto no estado fresco e no estado endurecido. Diferencia-se dos outros métodos de dosagem pelo embasamento teórico. Pode ser utiliza-do para a dosagem de diferentes famílias de concretos: convencional, alto desempenho, altíssimo desempenho ou de pós-reativos, autoadensável, fi-brosos, compactado a roto, jateado, bem como para pastas de cimentação de poços de petróleo, No BrasiL o MEC tem sido utilizado na COPPE/UFRJ para dosar concretos de alto desempenho (SILVA, 2004), concretos de pós-reativos {FORMAGINI, 2005), concretos com resíduos agroindustriais (CORDEIRO, 2006) e concretos autoadensáveis fíbrosos (MARANGON, 2007). Também tem sido utilizado na formulação de pastas de cimento de alta compacidade para poços de petróleo (MIRANDA, 2008).

6.1 Conceituação inicial Um dos conceitos mais importantes para o desenvolvimento do MEC é

o da compacidade virtual de empacotamento (p) de uma mistura granular

monodispersa (mistura cujos grãos podem ser considerados de diâmetro constante), definida como a máxima compacidade possível de ser obtida através do empilhamento dos grãos um a um ou com a utilização de gran-de quantidade de energia (contudo, sem haver a quebra dos grãos) (DE LARRARD, 1988). Um exemplo teórico é o caso de cubos iguais que teriam uma compacidade virtual de empacotamento p - 1, se fossem empilhados um a um (Figura 6,2-a). Outro exemplo é o caso do empacotamento de es-feras de tamanhos iguais, para as quais a compacidade virtual é |3 - 0,74, o que corresponde ao arranjo cúbico de face centrada (CFC), encontrado na natureza em átomos de cobre e de ouro (Figura 6.2-b).

Figura 6.2- Arranjos de empacotamentos.

A compacidade virtual p de determinada classe de grãos é uma pro-priedade intrínseca dessa classe e não depende do protocolo de empa-cotamento real a que ela foi submetida, uma vez que J3 é definida segundo um protocolo de empacotamento ideal (virtual) (FORMAGINI et ai., 2007). O conceito de empacotamento virtual descrito pode ser estendido a uma mistura de grãos de diversas classes granulométricas diferentes. Nesse caso, a compacidade virtual da mistura é denominada pela letra grega y.

Outro conceito importante utilizado na elaboração do MEC é o de classe de grãos dominantes. Assim, se for estabelecido que os diâmetros das clas-ses granufares sejam ordenados na seqüência, e não havendo segregação, diz-se que a classe granular i é dominante se ela assegurar a continuidade sólida do corpo granular, No caso de uma mistura binária com classe domi-nante (Figura 6,3), a continuidade sólida é garantida pelos grãos de maior

(a) Cubos {b} Esferas

tamanho, uma vez que os grãos menores apenas ocupam parte dos vazios produzidos pelo empacotamento dos grãos maiores.

? d Ciasse

ominante

Figura 6.3 - Conceito de classe dominante (Fonte: DE LARRARD, 1999).

O MEC pode ser entendido como um modelo construído em dois mó-dulos. No primeiro módulo, é estabelecida uma álgebra que deduz as re-lações para o empacotamento virtual (y). No segundo módulo, são esta-belecidas as relações (principalmente físicas e experimentais) que iigam as propriedades virtuais (principalmente heurísticas, as quais caracterizam a capacidade de o material empacotar) às propriedades reais da mistura granular submetida a um procedimento de empacotamento. Por exemplo, se fosse considerado um recipiente com um grande número de partículas esféricas, elas nunca atingiriam uma compactação de 0,74.

O MEC relaciona então o empacotamento virtual ao reai por meio de um parâmetro intrínseco ao procedimento real de empacotamento adotado, chamado índice de compactação. Esse índice á um escalar, denominado K, e correlaciona a compacidade virtual (y) com a compacidade real (C). Esse escalar depende do protocolo de lançamento e adensamento reque-rido para a dosagem. Quando o valor de K tende a ser infinito, a compaci-dade real tende à compacidade virtual y.

O vaior do índice K foi deduzido a partir de misturas binárias, de acordo com o protocolo de lançamento adotado. Valores do índice K para diversos tipos de protocolos utilizados para a caracterização dos materiais são apre-sentados na Tabela 6.1.

Tabela 6.1 - Valores do índice de compactação para diversas condições de lançamento e adensamento (DE LARRARD, 1999).

Protocolo de empacotamento K

seco

Lançamento simples 4,1

seco Apiloamento 4,5

seco Vibração 4,75

seco

Vibração + compressão de 10 kPa 9

úmido Demanda de água 6,7

virtual (um a um manualmente (y)) 30

6.2 Formulação do modelo

A equação gerat que representa a compacidade virtual {yími)) de uma mistura granular poiidispersa composta por m materiais divididos em n classes, quando a classe i é dominante, é dada por (SEDRAN, 1999):

y ( ' , í l 0 = Equação 6,1

i - Z P i + S i ]

Sendo:

í

> i

N

> ; + I

{

i - K i + b$»ü

\ í -

v P« kj j

1 — P<?»'. Pk)?ki

Onde:

pk é a fração volumétrica do material;

ymj é a fração volumétrica da classe i do material;

P jH j é a compacidade virtual da classe i do material.

Os coeficientes arj e bu representam, respectivamente, os efeitos de IJ tf

afastamento e de parede exercidos pelos grãos ao serem empacotados.

A equação geral, para uma mistura de m materiais divididos em n clas-ses, que relaciona a compacidade virtual à compacidade real por meio do índice de compactação (K), é dada por (SEDRAN, 1999);

M

Z Pr»y»li

R K = Equação 6.2

, = 1 c " ? 7 7

A Equação 6.2 é implícita em C e , a partir de uma mistura ternária, de-manda um procedimento numérico para sua solução. No entanto, o espaço de busca é limitado, e procedimentos robustos para a solução devem ser utilizados (FORMAGINI, 2005).

A Equação 6.2, se particularizada para uma classe granular monodis-persa, permite a determinação da compacidade virtual ((3) a partir da com-pacidade real (C), que pode ser definida por meio de um ensaio experimen-tal que corresponda a um protocolo de empacotamento específico, que tenha o índice de compactação K conhecido. Assim, a compacidade virtual pode ser determinada por:

( 1 ^ p = C — + 1

U y

1 Equação 6.3

A operacionalização do MEC, para que possa ser realizado o cálculo da compacidade de unia mistura granular, demanda a determinação ex-perimental das diversas propriedades de cada material, como a distribui-ção granulométrica, a massa específica e a compacidade experimental, além do conhecimento do valor do índice K para o protocolo de empa-cotamento utilizado para as respectivas caracterizações {FORMAGINI, 2005). De posse desses valores e das equações 6,1, 6.2 e 6,3, é possível, por meio de um procedimento numérico de formulação, definir a compo-sição dos diversos materiais que fornece a maior compacidade para os materiais empregados.

As condições de lançamento e adensamento podem ser correlaciona-das ao MEC por meio do índice de compactação do concreto sem ar (K'): quanto maior o valor de K\ menor a facilidade de ser lançado e adensado. Esse parâmetro expressa a quantidade de energia necessária para levar a mistura granular ao nível de compactação estabelecido na teoria, Para assegurar boas condições, a seguinte condição deverá ser verificada:

Onde K* é o índice de compactação para determinado processo de lan-çamento, Os valores desse parâmetro vinculados a diversos tipos de con-creto são apresentados na Tabela 6,2.

K' < K* Equação 6.4

Tabela 6.2 - Ordens de grandeza das condições de lançamento e adensamento (DE LARRARD, 1999).

Processo de lançamento e tipo de concreto K

Vibração, sem aditivo químico 6

Vibração, com aditivo químico 8

Compactação a rolo 9

Jateado (processo úmido), sem aditivo químico 5,5

Jateado (processo úmido), com aditivo químico 7,5

Concreto autoadensável 7

Concreto de pós-reativos 8

Além da determinação dessa mistura ótima, que corresponde à compa-cidade máxima, o MEC, por meio de modelos específicos, pode também ser utilizado para a predição de algumas propriedades do concreto no es-tado fresco e no estado endurecido.

6.3 Determinação das propriedades do concreto no estado fresco

Dentro do quadro do MEC, o modelo de fluido mais simples para mode-lar o comportamento do concreto no estado fresco é o de Bingham, para o qual, até ser atingida uma tensão cisalhante de escoamento x 0 , o material se comporta como sólido, e em seguida existe uma relação linear entre tensão cisaíhante i e velocidade de deformação angular y . Esse modelo é representado pela Equação 6.5:

X = T0 Equação 6.5

Onde (i é a viscosidade plástica. A Figura 6,4 indica, esquematicamente, que a tensão de escoamento é originada pelo contato entre os grãos e que a viscosidade cinemática está relacionada à dissipação viscosa do liquido.

Dissipação \ u»? viscosa no líquido j 1

Dissipação por fricção \ entre as partículas )

Figura 6.4- Comportamento do compôsito no estado fresco (Fonte: DE LARRARD, 1999).

Assim, no modelo proposto pelo MEC, a viscosidade plástica ( j i) é as-

sociada à concentração normalizada de sólidos (<p-/<p. ), em que cpy é o

volume de sólidos da classe / e q>. é o máximo volume que a classe pode ocupar na presença de outras classes:

^t - exp {

26,75 \

0,7448 V<P 7

Equação 6.6

Para a tensão cisalhante de escoamento T0 , o MEC propõe a seguinte expressão:

/

xD - exp

)i / * \

1 ~ <P/ / Equação 6,7

Onde o somatório i = 1, n refere-se às diversas classes granulares, sendo o índice 1 referente ao cimento e os índices subsequentes, aos agregados, o coeficiente a, t dependente do teor do aditivo químico na mistura dado por:

a, = 0 , 2 2 4 + 0 , 9 1 0 ( l - S j S ' p ) Equaçâ06 8

Sendo:

S e S * , respectivamente, a dosagem do aditivo químico e seu ponto p p

de saturação; os coeficientes as, com / > 2 , são relacionados à dimensão dos grãos e determinados por:

a.t = 0 , 7 3 6 - 0 , 2 1 6 l o g (d.) Equação 6.9

Onde di (mm) é o diâmetro médio dos agregados da classe granular i.

6.4 Determinação das propriedades do concreto no estado endurecido

A resistência à compressão da matriz cimenticea, em função da idade t, é determinada por:

f ( 0 = l 3 , 4 / t e , 8 M E P - ° - , 3 x d ( t ) f

+ u . A

V + + ) Equação 6,10

Onde:

/?e2K é a resistência à compressão do cimento aos 28 dias (MPa) con-

forme ABNT NBR 7215; U (,, X)w e u representam, respectivamente, os

voiumes de cimento, água e ar em um volume unitário de concreto; d(t) ê um parâmetro cinético adimensional, que representa a contribuição que

o cimento pode fornecer na resistência do compósito a uma idade de-terminada por:

d(t) = 0,0522 Rc \

v R c * j Equação 6.11

Sendo:

R c , a resistência à compressão do cimento na idade / e MEP a má-xima espessura de pasta (distância média entre os agregados imersos na matriz, como mostrado na Figura 6.5), determinada por:

MEP = D 3 f — Equação 6.12

Onde:

D è a dimensão do agregado referente a 90% do percentual passante na peneira de maior abertura; g é o volume real do agregado em um vo-lume unitário de concreto; e g é a compacidade real do agregado deter-minada com índice K = 9.

agregados

3 M E P

materiais cimentícíos

Figura 6,5 - Máxima espessura de pasta em uma mistura granular seca (Fonte: DE LARRARD, 1999).

A resistência do concreto f , ( / ) na idade t , em MPa, é determinada por:

f , ( 0 pLÁ0 Equação 6.13

onde os parâmetrosp (adimensional) e q (MPa1) sao constantes dadas de acordo com o tipo dos agregados» fornecidos pelas expressões:

f

Cm

1 1 \ Equação 6.14

P

2,14f CS

Equação 6.15

Onde f., é a resistência à compressão do concreto (MPa); f£ é a resis-

tência à compressão do agregado; e f é a resistência ã compressão da

matriz cimentícea. Os parâmetros p e q também podem ser determinados

indiretamente por meio do ensaio de resistência à compressão de dois tipos de concretos dosados com o mesmo agregado, um com baixa resis-tência e outro com alta resistência.

O módulo de elasticidade do concreto é influenciado pelos módulos de elasticidade dos agregados e da matriz cimentícea, O cálculo do mó-dulo de elasticidade tangente do concreto [ E c ) t em GPa, é dado por:

^c "

E 7 ~ E 2

1 + 2 g * ( g - g ) E ; + 2 ( 2 - + ( g + g ) E ; n I ™

Equação 6,16

E .

Onde E g é o módulo de elasticidade do agregado (GPa) e E m é o módulo de elasticidade da matriz (GPa}, determinado por:

E „ = 2 2 6 f c Equação 6.17

6.5 Reometro BTRHEOM™ Desenvolvido no LCPC, o BTRHEOM™ é um reômetro de pratos para-

lelos para concretos com abatimento superiora 100 mm e com diâmetro máximo de agregado de 25 mm. Velocidades de rotação são impostas ao concreto e o torque gerado pela resistência ao escoamento é medido. O ensaio no BTRHEOM™ consiste, basicamente, de uma série de valores de torque medidos para diferentes velocidades de rotação preestabeleci-das. O equipamento utiliza uma amostra de aproximadamente 7 litros de concreto fresco, com a forma de um cilindro vazado, que é rotacionado em torno de seu eixo vertical (Figura 6.6a). Essa rotação ocorre através de um sistema de pás que é ligado a um motor localizado sob o recipiente que acondiciona a amostra. Detalhes sobre o funcionamento do reômetro BTRHEOM™ (Figura 6.6b) podem ser encontrados nos trabalhos de De

Larrard et al, (1997), Vefasco et ai. (2005) e Marangon (2006).

(a) Principio de funcionamento do BTRHEOM™ (Ponte; DE LARRARD et al. 1997).

(0) Funcionamento do BTHHEOM™ (Fonte: VELASCO et al-, 2005).

Figura 6.6 - Fteômetro BTRHEOM™.

Para o cálculo dos parâmetros de Bingham ( j l e T0) , admite-se uma relação linear entre os valores de torque T e a velocidade de rotação N

(DE LARRARD et al.,1998), sendo dada por:

r = T f í + ANb Equação 6,18

Onde r o , A e b são parâmetros numéricos, determinados por ajuste dos dados experimentais, que são correlacionados com o comportamento reológico do material,

Para cada ensaio do BTRHEOM™ deve-se realizar previamente uma regressão linear {b = 1) para determinar os parâmetros de Bingham, Pos-teriormente, deve-se realizar uma regressão não linear dos dados experi-mentais, obtendo-se os parâmetros numéricos F 0 e A e b. Esses pa-râmetros devem ser correlacionados com o modelo de Herschel-Bulkley para concreto fresco de acordo com o trabalho De Larrard et a l (1998). A Equação 6.19 descreve o modelo de Herschel-Bulkley, onde l ' 0 , a e b são novos parâmetros característicos do material que descrevem o com-portamento do concreto fresco.

T - T o + t f y ' ' Equação 6.19

Para correlacionar os parâmetros do material T r0 e a do modelo de Herschel-Bulkley com os parâmetros numéricos r o , A e b devem ser utilizadas as expressões deduzidas por De Larrard et al, (1998), apresen-tadas na Equação 6.20 e na Equação 6.21,

3 T \ - t ~ t r \ F", Equação 6.20

2n(Rl-Rf)

f£ + 3) hb

= 9— , J s , , -—^rA Equação 6.21 (2 r c ) )

Onde:

é o raio externo (120 mm); R} é o raio interno (20 mm); e h é a altura (100 mm).

Para manter uma correspondência entre o modelo de Herschei-Bulkley e o modelo de Bingham, De Larrard et al. {1998) estabeleceram uma viscosidade plástica equivalente, utilizando os parâmetros a e b, determinada por:

Jl Equação 6.22 b + 2

Onde y ^ representa a máxima taxa de deformação utilizada durante o ensaio (7 = 6 s ~ ' ) . x * max

No caso de concretos autoadensáveis, somente importam as proprie-dades obtidas sem o processo de vibração. Para isso, Sedran (1999) cons-tatou que o ensaio do slump flow; comumente utilizado e de fácil execução, pode ser usado para estimar os valores t0 e j j do CAA. O diâmetro final de espalhamento, obtido no ensaio do slump flow, pode ser correlacionado ã tensão de escoamento, em Pascal (Pa), por;

Tn - (808 - Df Y Equação 6.23 ° V n 11740

Onde:

D, é o diâmetro finai de espalhamento do CAA espraiado, em mm, obti-do pela média de dois diâmetros perpendiculares entre si; M é a densidade do concreto em kg/m3; e g é a aceleração da gravidade, em km/s2.

O tempo necessário para o CAA alcançar um diâmetro de 500 mm no ensaio do slump ílow, denominado TM, pode ser correlacionado com a visco-sidade plástica, em Pa.s, conforme:

_ Ü J L . (G 026 * D - - 2,39)' 7lfi Equação 6.24 10000 V f } 50

Onde T m é dado em segundos.

Segundo De Larrard (1999), uma boa capacidade de espalhamento do CAA é assegurada para um baixo valor de t0, no tempo em que um baixo valor de |J favorece a facilidade do concreto em ser bombeado e promove mais rapidez na moldagem.

6.6 Aplicação do MEC na dosagem de CAA A dosagem de concretos utilizando a formulação do MEC consiste em

três etapas, independentemente da família de concreto. Primeiramente, faz-se a elaboração de um banco de dados com as propriedades dos materiais constituintes. A segunda etapa consiste na organização do esqueleto gra-nular dos agregados, visando o melhor empacotamento proporcionado pela mistura seca. Por fim, realíza-se o ajuste na quantidade de pasta da mistura com base nas propriedades desejadas para o concreto fresco e endurecido.

6.6,1 Banco de dados com os materiais constituintes

Deve-se criar um arquivo para armazenar o banco de constituintes como cimento, adições minerais, agregados e aditivos químicos (MA-RANGON, 2006). Para cada tipo de constituinte, com exceção do aditivo químico, deve-se determinar o número de classes com seus respectivos diâmetros (cada classe representa o material com tamanho passante na peneira de abertura superior e retido na peneira de abertura inferior). Ao construir a curva granulométrica, é necessário verificar se as peneiras utilizadas experimentalmente são as mesmas para todos os materiais. Caso as peneiras não sejam as mesmas, interpola-se a granulometria obtida no ensaio experimental para esse ajuste. Para o cimento, deve-se informar a resistência à compressão, Além dessas propriedades, também são necessárias a massa específica e a compacidade experimental. Para o aditivo químico, as informações necessárias são a massa específica e o teor de sólidos. Um resumo das propriedades dos materiais constituintes, necessárias para o preenchimento do banco de dados, bem como os res-pectivos procedimentos de ensaio são apresentados na Tabela 6.3,

Tabela 6.3 - Banco de constituintes necessários para o MEC

Propriedades Cimentos Adições minerais Agregados Aditivos químicos

Distribuição granulométrica

(granulometria a laser)

(granulometria a laser ou por

sedigrafia)

ABNT NBR NM 248

„„

Massa específica e absorção de

água

ABNT NBR NM 23

ABNT NBR NM 23

ABNT NBR NM 52 para agregados miúdos e

ABNT NSR NM 53 para agregado

graúdo

ABNT NBR

10908

Compacidade real (<f>)

Sedran (1999), Formagini

(2005)


(2005)


(2005) —

Protocolo de empacotamento (K) do material

individual


(2005)


(2005)


(2005) —

Módulo de Elasticidade

- - - - - -ABNT NBR

10341 - - -

Resistência à compressão

f . C ) a f .

ABNT NBR 7215 —

ABNT NSR 7215 —

Coeficientes pozcl árticos

ABNT NBR 12653

ABNT NBR 12653

— —

Dosagem de saturação Aítcin (1995) Aítcin (1995) — —

Teor de sólidos — — - —

ABNT NBR

10908

Parâmetros "p" e ,Lq"

— — De Larrard

(1999)

6.6.2 Formulação da mistura granular

Depois de preenchido o banco de dados, inicia-se a dosagem do con-creto por meio da formulação da composição dos materiais sólidos, fixan-do-se a fração volumétrica de finos { d < 4 ,8 mm) de acordo com a famííía do concreto.

Calcula-se o esqueleto granulométrico dos agregados. Nesse caso, o índice de compactação K {corresponde ao empacotamento máximo que pode ser obtido com a mistura granular fornecida, mantendo-se certa faci-lidade de lançamento e adensamento) deverá atender a condição preesta-belecída na Equação 6,4.

6.6.3 Correlação da mistura empacotada com as propriedades do concreto fresco e endurecido

Depois de definido o esqueleto granulométrico, procura-se obter os pa-râmetros nos estados fresco (f i , XQ) e endurecido ( f . , Ec ) por meio das equações apresentadas nos itens 6.3 e 6.4. Em específico, para a dosa-gem dos concretos, alguns parâmetros devem ser levados em conta para garantir boas propriedades reológicas e alta fiuidez. A Tabela 6.4 apresenta algumas especificações das propriedades no estado fresco estabelecidas por De Larrard (1999).

Tabela 6.4 - Especificações das propriedades do concreto no estado fresco (DE LARRARD, 1999).

Critérios Tensão de escoamento (xü)

Viscosidade plástica ( { i )

Concreto convencionai 600 a 1500 Pa < 200 Pa.s

Concreto de alto desempenho 300 a 1200 Pa < 200 Pa,s

Concreto autoadensável 200 a 500 Pa < 200 a 300 Pa.s

Concreto de pós-reativos £ 200 Pa £ 200 Pa,s

Caso os parâmetros requeridos para os estados fresco (JLI, Tq) e en-durecido { f , Ec) não sejam atendidos, é necessária a reformulação da mistura granular (subitens 6.6.1 e 6.6.2), para otimizar o teor de pasta e fixar os percentuais dos agregados obtidos anteriormente até que todas as condições estipuladas para o concreto sejam atendidas.

Segundo Marangon (2006), para utilizar a formulação do MEC é neces-sário caracterizar todos os materiais e produzir duas misturas de concreto com os materiais que serão utilizados na dosagem {sendo o primeiro con-vencional e um segundo de alto desempenho). Das duas misturas produzi-das, devem-se obter por ensaios mecânicos as resistências à compressão aos 7 e aos 28 dias. As resistências são necessárias para a caiibração dos parâmetros chamados p e q,e para calibrar os coeficientes pozoíânicos das adições minerais.

De acordo com estudos desenvolvidos no LCPC, recomenda-se que o concreto tenha viscosidade que possibilite facilidade de manuseio, bombea-mento e acabamento, bem como aparência aceitável, com porosidade su-perficial reduzida, após a retirada das fôrmas. Sedran (1999) cita que entre os componentes do concreto a água é o principal parâmetro que controla a viscosidade. Desse modo, o responsável pelo projeto de dosagem do concreto terá de encontrar a proporção adequada de água que forneça a resistência requerida com a trabalhabilidade necessária para o preenchi-mento das fôrmas na obra.

CAPÍTULO 7

7. MÉTODO DE SU ET AL. Esse método, proposto por Su et aL (2001), consiste em preencher,

com pasta composta por materiais cimentíceos (cimento, cinza volante e escória de alto-forno), os vazios existentes entre as partículas dos agrega-dos não compactados, Primeiramente, a quantidade de agregados exigida é determinada e, então, a pasta preenche os vazios existentes entre as partículas dos agregados, assegurando assim a fluidez, a habilidade de autoadensamento e outras propriedades desejadas para o CAA,

A massa unitária dos agregados é definida de acordo com os procedimentos descritos na ASTM C29, com exceção ao lançamento dos agregados a uma altura de 30 cm acima do topo do recipiente a ser preenchido para medição.

Nesse método, para verificar as propriedades do CAA no estado fresco, foram utilizados os requerimentos especificados pela Japanese Society of Civil Engineering (JSCE, 1998), para os ensaios de laboratório, tais como: espalhamento {slump flow), Funil-V, Caixa-U e Caixa-L.

De acordo com Su et al, (2001), os procedimentos para a obtenção do CAA podem ser descritos nos seguintes passos:

Passo 1: CálcuEo das quantidades de agregados miúdo e graúdo

Para a determinação da quantidade de agregados, foi utilizado o con-ceito de fator de empacotamento (PFr do inglês: pdekingfacloi), definido como a relação, em massa, entre os agregados no estado compactado, após lubrificação no CAA, e os agregados no estado solto,

As quantidades de agregados graúdo e miúdo podem ser calculadas, respectivamente, pelas Equações 7.1 e 7.2.

fv = PF • WgL

V t )

Equação 7.1

W, = PF. wt, • £ Equação 7.2

Onde:

Wg: quantidade de agregado graúdo no CAA (kg/m3); Ws; quantidade de agregado miúdo no CAA (kg/m3); W : densidade do agregado graúdo, no es-tado solto, seco ao ar {kg/m3}; WsL: densidade do agregado miúdo, no estado solto, seco ao ar (kg/m3); PF; packirtg (actor, relação, em massa, dos agregados no estado compactado no CAA e dos agregados no estado solto, secos ao ar; e S/t: relação volumétrica entre o agregado miúdo e o total de agregados, que varia entre 50% e 57%,

Passo 2: Cálculo da quantidade de cimento

A quantidade de cimento pode ser calculada pela Equação 7.3.

C: quantidade de cimento (kg/m3); e f c : resistência à compressão reque-rida (MPa).

Passo 3: Cálculo da quantidade de água exigida pelo cimento

A quantidade de água de mistura exigida pelo cimento pode ser obtida utilizando-se a Equação 7.4.

Equação 7.3

Onde:

Equação 7.4

Onde:

W5C; quantidade de água de mistura requerida peio cimento (kg/m3); e a/c: relação água/cimento, em massa.

Passo 4: Cálculo das quantidades de cinza volante e escória de alto-forno

Para assegurar as propriedades do CAA no estado fresco, como a re-sistência ã segregação, são utilizadas cinza volante (CV) e escória de alto-forno (EAF), para aumentar a quantidade de aglomerantes da mistura. O volume de pasta de CV (VpCV) e pasta de EAF (VpEAF) pode ser calculado pela Equação 7.5.

W W C W y + y = \ £ HJ. _ y

PCV pEAF 1000 - G I 0 0 0 - G 1000 G, 1000 G "

Equação 7.5

Onde:

Gg: densidade do agregado graúdo; Gs: densidade do agregado miúdo; Gc: densidade do cimento; Ga: densidade da água; e Var: quantidade de ar incorporado no CAA (

Se for especificado que a quantidade total de materiais pozolântcos (EAF e CV) no CAA é W ^ (kg/m3), onde a porcentagem de CV é A% e a porcentagem de EAF é B%, em massa, a relação adequada desses dois materiais pode ser estabelecida de acordo com as propriedades dos materiais locais e experiên-cias prévias do responsável pela dosagem, conforme a Equação 7.6,

V +F v pCV ~ pEAF V CV)

A% W.. mp

1000-G, , + 1 +

a

eaf B%

W mp

1 0 0 0 • G eaf

Equação 7.6

Onde:

a/cv; relação água/cinza volante, em massa; a/eaf: relação água/escória de alto-forno, em massa; Gcii densidade da cinza volante; GEA1: densidade da escória de alto-forno. GCV, GEAF, a/cv e a/eaf podem ser obtidos através de ensaios; A% e B% são dados; e Vp„v e VpEAF podem ser obtidos na Equação 1.5. Assim, Wmp pode ser calculado pela Equação 7.6.

Com o valor de Wmp determinado, a quantidade de CV no CAA { W J , em kg/m3, pode ser calculada pela Equação 7.7, enquanto a quantidade de EAF no CAA (W ), em kg/ma, pode ser calculada pela Equação 7.8.

A quantidade de água exigida pela pasta de CV (Wacv) é dada pela Equação 7.9, e pela pasta de EAF {W FAF) pela Equaçao 7.10,

Equação 7,7

t f r ~ B% ' W Equação 7.8

\ c v j -IV Equação 7.9

Equação 7.10

Passo 5: Cálculo da quantidade de á p a necessária no CAA

A quantidade de água exigida pelo CAA é a soma das quantidades de água exigidas por cimento, GV e EAF, conforme a Equação 7.11.

W„ = WílC + WaCV + WaEAF Equação 7.11

Recomenda-se que o valor de Wa esteja entre 160 e 185 kg/m3, de acor-do com Japanese Architecture Socíety apud Su et al. (2001).

Passo 6: CálcuEo da dosagem de superplastificante

A quantidade de água contida no superplastíficante pode ser conside-rada como parte da água da mistura do CAA. Se a relação superplastífi-cante / agíomerantes é igual a n% e o teor de sólidos do superplastífican-te é m%, então, a dosagem de superplastíficante utilizada (WSP) é dada pela Equação 7.12, enquanto a quantidade de água contida no aditivo (W ) é dada pela Equação 7.13.

WSP = n% • (C + + Wmf ) Equação 7.12

WgSP = (l - m% ) * WSP Equação 7.13

Passo 7: Ajuste da quantidade tíe água necessária no CAA

Dependendo da umidade dos agregados, a quantidade atual da água de mistura do CAA deve ser ajustada.

Passo 8: Tentativas de misturas e ensaios das propriedades do CAA

As tentativas de misturas podem ser executadas com as quantidades de materiais calculadas anteriormente. Desse modo, os ensaios de contro-le de qualidade do CAA devem ser desempenhados para garantir que as seguintes exigências sejam alcançadas: t - os resultados dos ensaios do slump flow, Caíxa-U, Caixa-L e Funii-V devem estar em conformidade com as especificações da JAS (1986); 2 - a segregação dos materiais deve ser satisfatória; 3 - a relação água/aglomerantes deve satisfazer as exigências de durabilidade e resistência; e 4 - a quantidade de ar incorporado deve coincidir com as exigências do projeto de mistura.

Passo 9; Ajuste da proporção de mistura

Se os resultados dos ensaios de controle de qualidade mencionados falharem para obter o desempenho estabelecido para o concreto fresco, ajustes devem ser feitos até que todas as propriedades do CAA satisfaçam as exigências especificadas no projeto.

CAPÍTULO 8

8. MÉTODO DE SAAK ET AL. Nesse método, Saak et a!. (1999 e 2001) propuseram um procedimento

de dosagem cujo principal parâmetro é a adequação da reologia da pasta para o controle de segregação e a trabalhabilidade do CAA. A teoria sugere que a segregação do agregado é governada por tensão de escoamento, viscosidade e densidade da pasta de cimento. É introduzido o conceito de uma zona reológica de autofluidez (ZAF), em que a segregação é evitada, ainda que o concreto tenha alta trabalhabilidade,

Saak et al. (2001) estudaram a aplicabilidade da teoria pela alteração sistemática da reologia da pasta de cimento do concreto fresco. A tensão de escoamento e viscosidade de três diferentes tipos de pastas, com a incorporação de sílica ativa e um agente espessante celulósico, foi medida como função da densidade. O ensaio da Caixa-U foi então executado para determinar a ZAF para concretos produzidos com as diferentes composi-ções de pasta de cimento.

8.1 Teoria do controle da segregação

Uma das exigências mais importantes para qualquer material autoa-densável é que as partículas permaneçam suspensas enquanto o material estiver em repouso. Do mesmo modo, é importante que as partículas se movam juntamente com a matriz, como um fluído coeso, durante o fluxo. Consequentemente, a segregação dos agregados no concreto deve ser evitada, tanto na condição estática (repouso) como na dinâmica (fluxo).

8.2 Controle da segregação estática

O balanço entre as forças de flutuação (empuxo) e gravita cio na I, atuantes em um agregado, e a força de arrasto, em razão da tensão de escoamento da pasta de cimento, proporciona uma estimativa do tamanho (e densidade)

de uma partícula que permanecerá imóvel sob condições estáticas (DON-TULA & MACOSKO a p u d S A A K et a!., 2001). Na Figura 8.1, temos uma repre-sentação do agregado suspenso na pasta de cimento e as forças atuantes na partícula.

Pasta de cimento

Força gravitacional

Força de f lu tuaçao Força de arrasto

Figura 8.1 - Representação do agregado suspenso na pasta úe cimento (Fonte: SAAK et al., 3001, adaptado)

A força descendente total {F }T atuante em uma partícula do agrega-is forç

conforme a Equação 8.1 do, é a diferença entre as forças gravitacional (F ) e de flutuação (F|U),

F = F -F tloivu grúv flüí Equação 8.1

A força gravitacional é dada pela Equação 8.2.

grciv § P / j P P Equação 8.2

Onde: g é a constante gravitacional; pp é a densidade do agregado; e é o volume da partícula. A força de flutuação é expressa pela Equação 8,3.

Fflut = g ' Equação 8.3

Onde pm é a densidade da matriz. Então, combinando-se a Equação 1,2 e a Equação 8.3, a força descendente total atuante no agregado pode ser reescrita como:

=§'(PP~ P w } VP = S * Ap• Vp Equação 8.4

Sob condições estáticas, a força de arrasto (Fdrag) exercida pela pasta de cimento é proporciona! à tensão de escoamento {DONTULA & MACOSKO apud SAAK et al., 2001) e pode ser expressa conforme a Equação 8.5.

Fdrag = \ v * Ap Equação 8,5

Onde i . é a tensão de escoamento da pasta e Ap é a área da seção transversal da partícula submersa na pasta de cimento. A tensão de escoa-mento é freqüentemente definida como a tensão necessária para início da fluidez macroscópica (LARSON apud SAAK et aL, 2001).

Para que uma partícula permaneça estacionária, a força de arrasto deve ser, pelo menos, igual à força descendente total. Igualando-se a Equação 8,4 e a Equação 8.5, a tensão de escoamento mínima da pasta de cimento, considerando-se que as partículas são esféricas, pode ser determinada conforme a Equação 8.6.

4 l y - ^ " B ' A P " r P Equação 8 6

Onde r, é o raio da partícula. É importante notar que a diferença entre as densidades da partícula e da pasta de cimento (Ap) é também um im-portante fator na determinação da resistência à segregação sob condições estáticas. Rearranjando a Equação 8.6 e movendo as variáveis da pasta de cimento para o lado esquerdo, tem-se:

Xy ^ 4 > — • g • r Equação 8.7 Ap 3

8.3 Controle da segregação dinâmica

Durante o lançamento do concreto, a tensão de escoamento da pasta de cimento é excedida, e o concreto inicia o fluxo a uma baixa taxa de ci-saibamento. A relação entre a tensão x exigida para o material fluir a uma dada taxa de cisalhamentoy, é denominada viscosidade r\, conforme a Equação 8.8.

T T| = — Equaçao 8.8

r

Qualitativamente, a viscosidade é a medida da resistência de determi-nados materiais ao fluxo (BARNES et aL apud SAAK et al., 2001).

No caso dinâmico, a força de arrasto, conforme a Figura 8.1, é substi-tuída pela força de arrasto dada pela Equação 8.9.

v2

Fdrag = Cd • Pm • y • AP Equação 8.9

Onde C f l é o coeficiente de arrasto e v é a constante de velocidade ter-minal de queda (Isto é, a partícula não está em aceleração) (FRANZINI & FÍNNEMORE apud SAAK et al., 2001). Combínando-se a Equação 8.4 e a Equação 8.9, a velocidade terminal pode ser expressa conforme a Equa-ção 8.10.

v = . J — ( g> A p - r ^

3 J l Q P Equação 8.10

i ti J

Para evitar a segregação, a velocidade terminal de queda da partícula deve ser minimizada.

O coeficiente de arrasto é relacionado com o número de Reynolds da partícula (Re), a uma velocidade terminal específica. O número de Reynolds é a medida da energia dissipada pelos efeitos viscosos (LEVENSPIEL apud SAAK et al., 2001). Classicamente, é definido como a relação de inércia ás forças viscosas (LYDERSEN apud SAAK et aL, 2001). O número de Reynolds de uma esfera é definido de acordo com a Equação 8.11.

2 - r - p * v R = — Equação 8.11

TI

Onde n é a viscosidade da matriz (LEVENSPIEL apud SAAK et aL, 2001). Para um elevado Cd, a velocidade terminal de queda da esfera é baixa (ou seja, a segregação é evitada). Essa condição resulta em um baixo número de Reynolds, ou equivalentemente, a uma alta viscosidade da pasta.

8.4 Zoita de autofluxo (ZAF)

O método introduzido sugere que a densidade, a tensão de escoa-mento e a viscosidade da pasta de cimento controlam a resistência à segregação do concreto. Com base nas equações 8.7, 8.10 e 8.11, uma tensão de escoamento mínima da pasta e viscosidade são necessárias para evitar segregação sob as condições estática e dinâmica, respecti-vamente. Contudo, os valores exatos para a tensão de escoamento mí-nima e viscosidade são dependentes da diferença entre as densidades da pasta e agregados. Existe uma faixa crítica da tensão de escoamento e viscosidade, em que a segregação é minimizada, sem que a deseja-da trabalhabilidade para aplicações do CAA seja comprometida. Essas idéias são ilustradas na Figura 8.2.

Reologia ótima para resistência à segregação

Ty/Àp Baixa trabalhabilidade

Segregação da partícula

Zona de autofluxo

Reologia ótima para autofluxo

l l /Ap

Figura 8.2 - Diagrama tensão cie escoamento versus viscosidade. normalizado pela diferença entre as densidades das partículas e pasta (Fonte: SAAK et al., 2001. adaptado).

CAPÍTULO 9

9. MÉTODO DE REPETTE-MELO (Este texto é uma colaboração do Prof. Dr. Weliington Longuini Repette e da Prof. M. Sc. Karoiine Alves de Melo.)

O Método Repette-Melo baseia-se na racionalização da dosagem do CAA a partir do estabelecimento de proporção água/aglomerante1*, segun-do exigências de durabilidade ou de resistência ã compressão requerida, a exempio do que ocorre com os concretos convencionais.

Enfatiza-se a possibilidade de se produzir CAA com valores de resis-tência à compressão praticados usualmente* o que pode ajudar a difundir sua aplicação aproximando-o da realidade das construções correntes, Isso propicia ao usuário a possibilidade de explorar o excelente comportamento desse concreto no estado fresco, com a resistência especificada em pro-jeto, e com menor custo decorrente da otimização na escolha e proporcio-namento dos materiais.

O método é resultado de um trabalho de mestrado desenvolvido no Pro-grama de Pós-graduação em Engenharia Civil da Universidade Federa! de Santa Catarina - UFSC (MELO, 2005).

O método se distingue da maioria dos métodos correntes por não exi-gir, em nenhuma de suas etapas, o julgamento subjetivo da qualidade da mistura por parte do usuário. Todos os componentes do concreto são ajus-tados com base em ensaios rápidos e de custo acessível e em resultados quantitativos e objetivos, eliminando do processo as decisões que depen-dam da "experiência" de quem utiliza o método (REPETTE, 2005).

inicialmente, o teor de substituição do cimento por adição mineral é de-terminado em misturas de pasta produzidas com uma relação água/aglo-merante definida, de modo que não haja indícios de segregação ou exsu-dação nessas misturas.

T* Considera-se como agíomerante qualquer material utilizado como adição mineral, mesmo que não possua propriedades pozoiânicas ou cimentantes.

Determina-se a relação volumétrica agregada miúdo/argamassa, através de medidas de espalhamento e fluidez nas argamassas, variando-se, para isso, o teor de aditivo superplastíficante, Definido o teor de agregado miúdo, o teor de adição nas argamassas é aumentado em relação ao valor inicial definido na pasta e, a partir da incorporação de aditivo superplastíficante, determina-se a quantidade de adição ideal para cada relação água/aglome-rante, avaltando-se a economia e a autocompactabllidade das misturas.

O volume de agregado graúdo é determinado em relação ao volume total de concreto, para obter misturas adequadas em razão dos ensaios de espa-lhamento, Funil-V e Caixa-L, além de verificar sua estabilidade e a distribui-ção dos agregados na mistura. Com esses mesmos ensaios, faz-se o ajuste final do teor de aditivo superplastíficante no concreto. Cabe salientar que o método prioriza o ajuste do teor de aditivo superplastíficante presente em todas as etapas. Três são as razões para isso: o aditivo superplastíficante, geralmente de base policarboxilato, contribui significativamente para o cus-to do CAA; por estar presente desde a definição da argamassa, os efeitos sinérgicos da interação com o cimento e adições são considerados na racio-nalização do proporcionamento dos materiais já nessa fase do método; por permitir a otimização do uso do aditivo, menos efeitos colaterais oriundos de uma dosagem inadequada desse componente são experimentados pelo CAA, A Figura 9.1 apresenta um fluxograma do método.

Fígura 9.1 - Fluxograma do método de dosagem Repene-Melo.

9.1 Aplicação do método

9.1.1 Escolha dos materiais

inicialmente, é importante destacar as características dos materiais constituintes do CAA que foram controladas na aplicação do método de dosagem apresentado neste capítulo. A adequada escolha dos materiais decorre do entendimento de suas diversas interferências nas propriedades do estado fresco.

Com relação ã adição mineral, destaca-se que a parcela considerada como finos deve ter dimensão inferior a 0,075 mm, Isso significa que, para a composição das pastas, se utiliza apenas a parcela que se enquadra nesta faixa granulométrica, devendo-se realizar um peneiramento caso haja grande quantidade de partículas mais grossas, idealmente, essa fra-ção fina deverá ter distribuição granulométrica similar ou com uma curva de % retida acumulada versus abertura das peneiras que apresente menor inclinação se comparada à curva do cimento empregado, o que indica me-lhor distribuição das dimensões. O material retido na peneira de malha 0,075mm deve ser considerado como componente do agregado miúdo.

Um fator de extrema relevância na escolha de agregados para a produ-ção de concretos autoadensáveis é sua distribuição granulométrica. Reco-menda-se que atendam à faixa granulométrica apresentada na Figura 9.2, obtida a partir dos valores de porcentagem retida acumulada indicados na Tabela 9.1. Essa adequação na distribuição dos grãos pode ser resultado de uma composição de diferentes agregados.

Para o agregado graúdo, é necessário observar, ainda, sua dimensão máxima, que deve ser preferencialmente não maior que 10 mm. Este valor é definido em razão das restrições e dos espaçamentos entre armaduras e, também, do tamanho dos elementos estruturais. Outro aspecto que reforça essa indicação é o fato que de agregados de menor diâmetro são menos propensos à segregação. Isso possibilita o uso de pastas menos viscosas no CAA, o que pode resultar em menor custo.

o 10

fl 2 0

— 30 | 4 0 5 50 ra B 60 | 7 0 6 80

90 100

o,

Figura 9.2- Faixa granutométrica recomendada para os agregados.

Tabela 9.1 - % retidas acumuladas para a escolha dos agregados.

Peneira (mm)

% Retida acumulada Peneira (mm) Máximo Mínimo

38 0,0 0,0

25 0,0 0,0

19,5 5,5 0,0

12.5 32,5 0,0

9,5 44,5 3,0

4,8 51,5 45,0

2,4 60,0 52,0

1.2 76,8 55,0

0,6 86,3 61,0

0,3 94.0 80,0

0,15 99,3 96,5

15 0,3 0,6 1,2 2,4 4,8 9,5 12,5 19,5 25 38

Peneiras (mm)

9.12 Composição da pasta

Nesta etapa são definidos a relação água/aglomerante e o volume de adição na pasta.

* Relação água/aglomerante

Como premissa básica, considera-se que a resistência à compressão da pasta é função da relação ãgua/agiomerante. Na definição desse parâ-metro, deve-se atentar para o valor máximo a ser adotado para que sejam atendidos os requisitos de durabilidade, em razão das condições de expo-sição da estrutura, conforme determinações normativas,

A proporção água/aglomerante pode ser estimada a partir de reiações com a resistência estabelecidas para concretos, mesmo que convencio-nais, produzidos com o cimento e a adição mineral utilizados na produção do CAA.

Ao final da aplicação do método, é possível estabelecer essas relações entre água/agiomerante e resistência à compressão2', para que possam au-xiliar o processo de dosagem na produção de novos concretos. Isso pode ser conseguido através da definição de uma família de concretos a partir de, no mínimo, três valores de relação água/aglomerante.

• Teor de finos

O teor de adição é determinado para cada relação água/aglomerante especificada, sendo dosado em substituição ao cimento, em volume. Des-de que a pasta se mostre instável, ou seja, a mistura apresente excesso de água, incorpora-se a adição em incrementos de 5% (volume), para corrigir essa instabilidade. A incorporação deve ser feita até que não seja obser-vada a segregação dos constituintes, obtendo-se o teor ideal de finos para promover a adequada retenção de água.

2' No caso do emprego de filer, essa relação pode ocorrer diretamente com a proporção água/cimento.

O teor de adição é variável em função da relação água/aglomerante, sen-do maior quanto mais água houver na mistura. Isso ocorre para que seja garantida a viscosidade adequada de modo que não haja instabilidade no estado fresco. Esse teor será ratificado a partir de ensaios realizados em argamassa, na qual ocorrerá o efeito do aditivo superpíastificante.

Vale ressaltar que devem ser seguidas as recomendações para os li-mites máximos de adição que podem ser empregados, caso esteja sendo utilizada uma pozolana, definidos pela normalização vigente.

9.1.3 Composição da argamassa

Nesta fase da dosagem, define-se o teor de agregado miúdo em rela-ção ao volume total de argamassa, faz-se um ajuste do teor de adição e determina-se o teor-base de aditivo superpíastificante que será, por meio de experimento, ratificado ou corrigido no concreto.

• Teor de agregado miúdo

No caso da produção de uma família de concretos, o teor de agrega-do miúdo deve ser ajustado apenas para uma relação água/aglomerante (a intermediária, no caso de três valores), sendo o resultado encontrado adotado para as demais. As argamassas são preparadas variando-se os teores de agregado miúdo e de aditivo superpíastificante.

O volume de agregado miúdo em relação ao volume total de argamas-sa deve ser, preferencialmente, não inferior a 35% e não superior a 55%. Valores entre 40% e 50% são mais prováveis de levar a argamassas ade-quadas. Dentro do intervalo estabelecido, variações de 5% são geralmen-te suficientes para obter o teor adequado de agregado miúdo. É possível empregar incrementos de 2,5% ou menores quando se desejar um ajuste mais fino da mistura,

Para cada teor de agregado miúdo especificado, segundo as definições do parágrafo anterior, as argamassas são avaliadas em razão dos ensaios

de espalhamento e Funii-V adaptados para argamassa {Figura 9.3), íncor-porando-se aditivo superplastíficante em incrementos de 0,05% {massa de sólidos em relação à massa de cimento) ou menores, partindo-se do teor de 0,1%.

O teor ideal de aditivo é aquele que resulta em diâmetro de espalha-mento da argamassa entre 200 e 280 mm e tempo de escoamento no Funil-V entre 3,5 e 10 segundos. No ensaio do Funil-V, é possível identi-ficar as misturas que apresentam tendência de segregação, as quais são descartadas.

O volume ideai de agregado miúdo é o máximo possível de ser adicio-nado às misturas, de modo que sejam atendidos os critérios de ensaio estabelecidos. Esse parâmetro permanece fixo para as argamassas com outras relações água/agiomerante e para o concreto.

Na Tabela 9.2 apresentamos um exemplo de escolha do teor ideal de aditivo em razão dos resultados dos ensaios.

i

65 mm

Figura 9.3- Espalhamento e Funil-V para argamassas.

Tabela 9.2 - Exemplo de resultados dos ensaios para escolha do teor de agregado miúdo.

Teor de aditivo (%)

Teor de agregado miúdo (%) Teor de aditivo (%) 40 45 50

0,10 Espalhamento:

não

Funil-V: não

Espalhamento: não

Funil-V: não

Espalhamento: não

Funil-V: não

0,15 Espalhamento: ok

Funil-V: ok

Espalhamento: ok

Funil-V: não

Espalhamento: ok

Funi!-V: não

0,20 -

Espalhamento: ok

Funil-V: ok

Espalhamento: ok

Funi!-V: não

0,25 - -

Espalhamento: não

Funil-V: ok

Neste caso, o teor ideal de agregado miúdo é de 45% em relação ao volume total de argamassa, sendo atingido resultado satisfatório dos en-saios quando o teor de aditivo for de 0,20%, não havendo necessidade de se incorporar mais aditivo a partir desse ponto.

* Ajuste final do teor de adição

Em virtude do uso de aditivo superpíastificante, a quantidade de adição definida na pasta pode ser aumentada, para que sejam obtidas misturas mais econômicas. Dessa forma, após a definição da quantidade de agrega-do miúdo, o teor de adição deve ser aumentado em pelo menos 5% em re-lação ao que foi definido inicialmente na pasta, isso permite a investigação do volume máximo que pode ser empregado para obter um teor de aditivo que leve à produção de misturas com características em conformidade com as especificações de ensaio,

Para o ajuste do teor de adição é feita nova incorporação de aditivo super-plastificante, podendo-se partir do teor definido na etapa de ajuste do agre-gado miúdo. Esse teor deve ser variado em incrementos de 0,05% em mas-sa (considerando-se o teor de sólidos) com relação à massa de cimento, ou menores, caso se deseje maior refinamento dos resultados. As argamassas são avaliadas novamente por meio dos ensaios de espalhamento e Funsl-V,

Assim, tem-se a otimização da fase de argamassa, sendo os valores encontrados adotados na produção do concreto, exceto o teor de aditivos, que poderá sofrer novo ajuste.

9.1.4 Composição do concreto

O proporcionamento finai dos componentes é obtido com ensaios em concreto, determínando-se as propriedades de capacidade de preenchi-mento, resistência ao bloqueio e resistência ã segregação.

• Teor de agregado graúdo

Empregando-se a argamassa com teor intermediário de água/aglome-rante (no caso da produção de uma família de composições), preparam-se concretos com diferentes porcentagens de agregado graúdo, propondo-se os valores de 27%, 28,5%, 30%, 31,5% e 33% em relação ao volume total de concreto. Para o teor mínimo adotado, devem ser realizados os ensaios de espalhamento, Funil-V e Caixa-L, ajustando-se o teor de aditivo para que se atinjam os requisitos exigidos, apresentados na Tabela 9.3.

Tabela 9 3 - Limites de aceitação do CAA no método Repette-Meto.

Método de ensaio Valores aceitáveis para OCAA

Espalhamenio (d) /600 mm

Funil-V (t) 010 s

Caixa-L (H2/H1) /0,8

Em seguida, o volume de agregado graúdo deve ser aumentado, de acordo com o intervalo definido, realizando-se novamente os ensaios apre-sentados. O teor de aditivo deve ser ajustado sempre que houver perda das propriedades de autocompactabiiidade decorrentes da incorporação de agregado graúdo. A quantidade ideal de agregado consiste no máxi-mo que pode ser incorporado mantendo-se os requisitos de ensaio, com o emprego de um teor de aditivo preferencialmente menor que 0,3% da massa de cimento. A escolha deve ocorrer também a partir da análise da uniformidade na distribuição das partículas do agregado, observando-se, para isso, três aspectos: a existência de um excesso de pasta no espalha-mento; a ocorrência de bloqueio, verificado pela Caixa-L; e a ocorrência de segregação, verificada no funil.

• Ajuste final do aditivo superpíastificante

Após a definição de todos os parâmetros de dosagem, deve-se proce-der ao ajuste final do aditivo para que o concreto obtido seja enquadrado como autoadensável. Para isso, deve-se variar o teor de aditivo, realizando-se os ensaios de espalhamento, Funil-V e Caixa-L, seguindo os mesmos critérios definidos no item anterior.

O teor de aditivo obtido na argamassa representa um bom indicativo do resuitado que será obtido no concreto. Desse modo, na produção dos con-cretos deve-se partir do valor definido na argamassa acrescido de 0,05%, fa-zendo* se acréscimos em intervalos de 0,025%. De modo geral, será neces-sário um incremento de aproximadamente 0,1% em relação à argamassa.

Durante a produção dos concretos, é importante atentar para a ocorrên-cia de perda de fluidez, acompanhada por meio dos ensaios definidos para a avaliação das propriedades do concreto no estado fresco. O limite de aceitação da perda de fluidez depende do tipo de aplicação do concreto e pode variar em razão das condições de produção ou das propriedades dos materiais constituintes, destacando-se, nesse ponto, a eficiência do aditivo superpíastificante,

É importante verificar a estabilidade da mistura, Não devem ser obser-vados acúmulos de agregados no centro da área de concreto espalhada

no ensaio de espalhamento, nem a presença de uma auréola de água na periferia do concreto espalhado. Outro indicativo claro de segregação é o tamponamento da saída do Funil-V decorrente do acúmulo de agregado segregado. Nesse caso, o tempo de escoamento é quase sempre supe-rior a 20 s.

9.2 Avaliação das propriedades mecânicas A resistência à compressão é avaliada inicialmente nas argamassas,

para que se possa verificar se a relação água/aglomerante definida foi adequada para obter a resistência desejada. Isso permite detectar algum erro de dosagem, podendo ser corrigido antes de se passar para a produ-ção do concreto. Para isso, devem ser moldados, no mínimo, seis corpos de prova, sendo três deles ensaiados aos sete dias e três aos 28 dias. A resistência à compressão obtida aos sete dias já dá um indicativo da coerência dos resultados.

Para acompanhar as propriedades mecânicas do concreto, devem ser moldados ao menos três corpos de prova para cada idade de ensaio em que se desejar avaliar a resistência à compressão.

Além das propriedades consideradas, aspectos relacionados à durabi-lidade do concreto, como limitações de evolução de calor, retrações autó-genas e de secagem, penetração de cloretos e carbonatação, podem ser Incorporados ao método de dosagem para a definição das composições.

CAPÍTUL010

10. MÉTODO DE TUTIKIAN (Este texto é ume colaboração do Proí. Dr. Bernardo Fonseca Tulikian.)

10.1 Método de dosagem de Tutikian O método de dosagem proposto por Tutikian (2004) é composto de seis

passos, sendo o CAA obtido a partir de um concreto convencional dosado seguindo o procedimento l PT/E PU SR desenvolvido por Helene eTerzian.O teor de argamassa obtido para um concreto convencional é mantido cons-tante e seus componentes são alterados para que se torne autoadensável com a incorporação de aditivo superpíastificante e finos. A dosagem é ini-ciada a partir dos quatro componentes básicos: cimento, agregado miúdo, agregado graúdo e água e, posteriormente, adicionados os aditivos e os finos. Ma Figura 10.1, ilustramos o passo a passo da execução do método, que é prático, simples e experimental.

Figura 10.1 - Passo a passo para dosagem do CAA (Fonte: TUTIKIAN, 2004).

O primeiro passo é reservado à escolha dos materiais constituintes do CAA. O cimento a ser utilizado deve estar de acordo com as características que se deseja obter, como resistência e durabilidade. Os agregados devem possuir a menor granulometria possível, e a dimensão máxima caracterís-tica dos agregados graúdos ser a menor entre 20 mm e um terço do espa-çamento das armaduras da estrutura real em que o CAA será aplicado. Os finos utilizados podem ser pozolânicos ou não pozolânicos, desde que te-nham área superficial maior que o componente que vão substituir. No caso de finos pozoiânlcos, a substituição será feita sobre a massa de cimento e, se os finos forem não pozolânicos, substituirão o agregado miúdo, também em massa. É utilizado o aditivo superplastíficante e, quando necessário, aditivo modificador de viscosidade.

No segundo passo, é feita a determinação experimental do teor de arga-massa (a) da mistura, auxiliado pelas Equações 10,1 e 10.2 do método IPT/ EPUSP, não sendo considerados aqui o aditivo superplastíficante e os mate-riais finos. O procedimento nessa etapa é exatamente o mesmo para a deter-minação do teor de argamassa ideal para concretos convencionais, descrito no método do I PT/E PUS P. Quando os finos utilizados são pozolânicos, basta utilizar a Equação 10.1.0 teor de argamassa ideal determinado nesse passo deve ser mantido constante até o final da dosagem do CAA.

a - relação agregado miúdo seco/aglomerantes em massa, em kg/kg;

p - relação agregado graúdo seco/aglomerantes em massa, em kg/kg;

m - relação agregados secos/aglomerantes em massa, em kg/kg.

Equação 10.1

Onde:

m - a + p Equação 10.2

Quando o materiai fiino escolhido é não pozolânico, o teor de argamassa deve ser determinado obedecendo às Equações 10.3 e 10.4, pois acres-centa-se um novo agregado.

a - relação agregado miúdo seco/cimento em massa, em kg/kg;

f - relação finos não pozoiânicos/cimento em massa, em kg/kg;

p - relação agregado graúdo seco/cimento em massa, em kg/kg;

Com os materiais definidos e o teor de argamassa determinado, parte-se para o terceiro passo, no qual devem ser produzidos três traços, um rico, um intermediário e um pobre, para que sejam desenhadas as curvas de dosagem para a família de materiais selecionados, possibilitando a obten-ção da mistura de qualquer concreto com esses materiais.

Até o terceiro passo, o concreto obtido é convencional, sem aditivos e finos. No quarto passo, o concreto começa a ser transformado em autoa-densável pela Incorporação do aditivo superplastíficante e, simultaneamen-te, no quinto passo, com a adição de materiais finos. O aditivo é adicionado em relação à massa de cimento, aconselhando-se que se comece com a utilização de pequenas quantidades, em torno de 0,30%, e que se vá aumentando essa quantidade até o ponto ideal. De acordo com Tutikian (2004), o ponto ideal é obtido visualmente e ocorre quando o concreto está bastante fluido, sem levar em consideração a separação dos agregados graúdos da argamassa. Nessa etapa, não se faz necessária a realização

( l + m ) Equação 10.3

Onde:

m = a + f + p Equação 10.4

de ensaios de trabalhabilidade, pois o concreto está bastante fluido, com segregação do agregado graúdo.

O quinto passo é a etapa em que é corrigida a segregação do con-creto, através da adição de materiais finos. O concreto torna-se coeso com a colocação do material fino, e este substituirá, em massa, parte do cimento ou do agregado miúdo, O que vai definir qual material da mistura será substituído (cimento ou agregado miúdo) é se o fino escolhido é pozolânico ou não pozolânico. O quarto e quinto passos são realizados simultaneamente, ou seja, à medida que se incorpora o aditivo, os finos também são adicionados,

No sexto passo, à medida que o aditivo é colocado e são feitas as subs-tituições dos componentes da mistura por materiais finos, o concreto vai tornando-se mais coeso e menos fluido. Nessa etapa, devem ser realizados os ensaios de trabalhabilidade do CAA. Se o concreto atender às exigên-cias de autoadensabilidade, a dosagem estará pronta. Caso as exigências não sejam atendidas, deve-se continuar com os acertos das proporções.

Quando não há disponibilidade de materiais finos na região, a coesão do CAA pode ser corrigida pela utilização de aditivos modificadores de vis-cosidade (I/MA, do inglês: viscosity modifiers agenfs).

Obtida a dosagem, são moldados, para a determinação da resistência à compressão, no mínimo, dois corpos de prova cilíndricos com 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura, para cada idade de ensaio. Portanto, com os valores de resistência à compressão (MPa), relação a/agl (água/aglome-rante), o traço 'm', espalhamento do concreto no slump flowtest e consumo de cimento por metro cúbico (kg/ma)f pode-se desenhar o diagrama de dosagem e determinar as equações de comportamento. Assim, a partir de qualquer condição inicial, pode-se dosar o concreto com os materiais inicialmente escolhidos na obtenção da dosagem.

10.2 Método de dosagem de Tutikian & Dal Molin

O procedimento, cujo esquema está mostrado na Figura 10.2, é sim-ples, experimental e permite que sejam utilizados quaisquer materiais lo-

cais, desde que cumpridos alguns requisitos básicos que serão detalhados na seqüência. E!e utiliza os conceitos de 0'Reilly (1992) para determinar o empacotamento granuiar máximo, os conceitos de De Larrard (1999) para a escolha dos materiais, o diagrama de dosagem do IPT/EPUSP para per-mitir os cálculos de qualquer CAA dentro da faixa avaliada da mesma famí-lia estudada, o acerto do teor de aditivo, a relação água/cimento e o proce-dimento básico de Tutikian (2004). Ainda acrescenta pontos novos, como a junção de todas essas teorias, o teor de argamassa variável, a inclusão da curva de custo no diagrama de dosagem e o diagrama de desempenho. Certamente esses pontos tornam o método inovador e contribuem para o desenvolvimento cada vez maior do CAA.

Figura 10.2- Passo a passo para dosagem de CAA com o método de Tutikian e Dai Molin.

O primeiro passo é bastante amplo e similar ao do método de Tutikian (2004). Como já foi comentado, o método tem por objetivo que a dosagem de CAA possa ser realizada com quaisquer materiais, desde que seja tec-nicamente possível obter um CAA com os escolhidos. Os componentes são basicamente os mesmos utilizados para os CCV (concretos convencio-nais vibrados): cimento, agregados miúdo e graúdo e água, acrescidos de

um material fino, de granulometria inferior à do agregado miúdo, e aditivo superpíastificante. Ocasionalmente, podem ser acrescentadas outras clas-ses de agregado graúdo e o VMA.

Deve-se priorizar a escolha de agregados arredondados e com a me-nor dimensão máxima possível, para maximizar o empacotamento e, con-sequentemente, diminuir a possibilidade de segregação da mistura. Tam-bém é recomendável que todas as faixas granulométricas dos agregados sejam especificadas, fazendo com que haja uma distribuição contínua dos componentes.

O segundo passo consiste em determinar a proporção entre dois mate-riais que possuam a menor quantidade de vazios. Para isso, deve-se em-pacotar todos os componentes do CAA, dois a dois, em ordem decrescente de diâmetro das partículas. Assim que estiver determinada a primeira com-posição entre os dois materiais de maior diâmetro, realiza-se o mesmo pro-cedimento com a mistura e o próximo componente, até chegar ao cimento, que é o único elemento que não é empacotado. Por exemplo, empacota-se a brita com a areia média. Essa mistura é empacotada com a areia fina, resultando em um esqueleto granular formado peia brita, areia média e areia fina, com o mínimo de vazios. Caso sejam utilizados materiais finos pozoSánicos, como cinza volante ou escória alto-forno, esses devem ser empacotados após a areia regular, sendo considerados, até o final do pro-cesso, como agregados.

Para os ensaios de compacidade, deve ser utilizado um recipiente de diâmetro pelo menos cinco vezes maior que o diâmetro médio das partícu-las, para evitar o efeito contêiner (DE LARRARD, 1999).

Para o cálculo da massa específica da mistura empacotada, utiliza-se a Equação 10.5, enquanto a Equação 10.6 auxilia na determinação dos vazios desses componentes.

M ^ A B = Equaçao 10 5 ^ 100

Onde:

MespA é a massa especifica do material A;

M B é a massa específica do material B;

%A é a fração do material A na mistura;

%B é a fração do material B na mistura.

M ^ A B ' ^ q q Equação 10.6 Mâb

Onde:

MunitAB é a massa unitária da mistura dos materiais A e B.

Observa-se que o objetivo é encontrar a mistura que proporcione o me-nor índice de vazios possível entre os materiais. Contudo, deve-se sempre buscar que essa mistura possua a maior quantidade possível de agregados maiores. Por isso, se a composição com a maior granulometria apresentar um índice de vazios igual ou até 5% maior, deve-se privilegiar esta, pois, assim, a mistura demanda menos água e apresenta um teor de argamassa menor, aumentando as resistências mecânicas e a durabilidade.

Com isso, o esqueleto granular da mistura jã está determinado. Assim, há uma grande probabilidade de que o CAA não segregue nem ocorra excesso de material fino. A não confirmação dessa compacidade no traço experimental é indicativa de que os materiais escolhidos não são adequa-dos para a confecção de CAA, independentemente do misturador ou do método de dosagem utilizado. Dessa forma, os componentes devem ser substituídos ou apenas acrescentados outros, para suprir as lacunas. A segregação do concreto é um indício de que falta material fino para dar coesão à mistura, então seria necessário substituir algum componente por outro de menor granulometria ou adicionar um VMA. Se, por outro lado, a mistura estiver muito coesa, impossibilitando, por motivos técni-

cos ou econômicos, a adição de maior quantidade de água ou aditivo superpíastificante, é sinal de que há um excesso de materiais finos na composição do concreto, devendo esses ser substituídos por outros de granulometria maior.

Solucionados os problemas, se existirem, e seguindo os passos poste-riores, o acerto do CAA na central de concreto será rápido e simples, res-tando apenas determinar a quantidade de água, aditivo superpíastificante e cimento. A experiência do responsável pela dosagem não é mais um requisito, apenas uma vantagem,

É no terceiro passo que ocorre a determinação da relação a/c ou do teor do aditivo superpíastificante, a qual é realizada antes da mistura dos materiais, em razão da escolha do traço intermediário. Ou se fixa o aditivo, com base no histórico de outros concretos similares ( l :m similar) e con-tando com a experiência do responsável, ou se determina a relação a/c, com base nas Tabelas 6.1 f 7.1 e 7.2 da NBR 6118 (2003), de acordo com a classe de agressividade ambientai e o tipo de concreto, se é armado ou protendido. Todavia, essas tabelas só fornecem a relação a/c máxima, que servirá como aproximação para a a/c final. Também se pode arbitrar uma a/c próxima, se há histórico de outros concretos com os mesmos materiais que se está utilizando.

A partir desse ponto, deve-se escolher o traço intermediário para realizar a mistura de ajuste, para confirmar a relação a/c e, principalmente, determi-nar, experimentalmente, o teor de aditivo superpíastificante, Sempre será re-ferido o aditivo superpíastificante, apesar de que se pode produzir CAA com aditivos menos eficientes, ainda que não seja uma prática usual.

Como o aditivo será colocado no concreto após a adição da água, é importante que se observem alguns pontos, para que esse tenha o desem-penho aproveitado ao máximo.

Recomenda-se fixar um abatimento inicial para a mistura sem aditivo, parecido com o abatimento inicial de um CCV utilizado normalmente. Se não for possível alcançar o abatimento inicial sem o aditivo superpíastifi-cante, recomenda-se a adição de um aditivo plastificante, menos eficien-

te, porém mais econômico, Assim será utilizado o máximo desempenho do aditivo superpíastificante, o que não ocorre quando esse é colocado em misturas muito secas (slump lesl menor que 60 mm}. Os valores de slump test mais comuns para aplicações convencionais são entre 60 mm e 90 mm, mas, dependendo da aplicação, pode-se aumentar ou diminuir esse valor

O concreto intermediário não será utilizado para a moldagem dos cor-pos de prova e, consequentemente, para o desenho das curvas de dosa-gem e desempenho. Mesmo assim, devem ser realizados todos os ensaios de trabalhabilidade previamente determinados, para ter certeza de que o teor de aditivo está realmente correto,

O valor comercial dos materiais utilizados para a confecção do CAA varia de loca! para local, e sabe-se, com raras exceções, que o custo do aditivo representa quase a totalidade do acréscimo de vator entre o CAA e o CCV. Então, deve-se utilizar, ao máximo, a menor dosagem possível de aditivo, para facilitar a viabilidade econômica do CAA.

Até esse ponto, foram determinados o esqueleto granular e o teor de aditivo superpíastificante, que serão mantidos, percentualmente, cons-tantes para todos os traços. O próximo e quarto passo, então, será a mistura de, no mínimo, três pontos para a determinação das equações de comportamento e coeficientes de correlação, para a posterior confecção da curva de dosagem e, se desejado, da curva de desempenho. O ideal é a realização de quatro pontos para que as equações possuam um coe-ficiente de determinação maior, permitindo que as curvas fiquem mais bem ajustadas.

É importante frisar que o teor de argamassa seca de todos os pontos não será constante. O que permitirá que todos os pontos sejam consi-derados da mesma família e possam ser plotados nos mesmos gráficos serão a constância do teor de aditivo superpíastificante e as proporções entre todos os agregados, destacando-se que materiais pozolânicos são considerados agregados.

Todos os traços da família podem ser calculados previamente, sem a ne-cessidade de ajustes na central de concreto, Como o aditivo já está deter mi -

nado, a única variável desconhecida é a relação a/c, uma vez que se possui apenas uma aproximação para o traço intermediário. De acordo com a aplica-ção do CAA, a água será dosada para tornar a mistura mais ou menos fluida, porém a resistência à segregação e a habilidade de passar por obstáculos já estão garantidas com a compacidade dos agregados.

Durante a mistura dos traços, devem ser realizados os ensaios espe-ciais para a verificação de suas propriedades de autoadensabilidade. Como sempre, é importante agilidade no processo, visto que o aditivo possui um tempo de trabalho limitado e extremamente dependente das condições ambientais, Contudo, em razão da facilidade de acerto do CAA na central, a rapidez não será um problema, se tudo ocorrer dentro da normalidade.

Como não há a possibilidade de adicionar materiais após a determina-ção do esqueleto granular, a medição das propriedades só é realizada para confirmação. O único ensaio realmente indispensável nessa etapa é algum que avalie a fluidez do CAA, uma vez que a água ainda não é totalmente conhecida. As medidas ideais de fluidez devem ser especificadas em pro-jeto. Quando não há especificação, devem ser determinadas de acordo com a aplicação, visto que uma mistura pode ser considerada um CAA com pouca fluidez ou não ser considerada, mesmo que o concreto esteja bastante fluido. O importante é que o CAA esteja fluido o suficiente para atender aos requisitos estabelecidos.

Com a possibilidade da não realização da totalidade dos ensaios previa-mente requeridos pelo responsável pela dosagem, a mistura dos CAA se torna mais ágil, minimizando o problema da perda de eficiência do aditivo, principalmente em dias de elevada temperatura (acima de, aproximada-mente, 30 ÇC) e baixa umidade do ar (abaixo de, aproximadamente, 50%). Com isso, e com a ausência da etapa de adições de materiais finos, a ex-periência do profissional responsável pela dosagem passa a ser uma van-tagem, e não mais requisito essencial para o sucesso do trabalho. Caso a manutenção da trabalhabilidade do CAA não seja suficiente para a aplica-ção final, necessitando-se de mais tempo de fluidez da mistura, devem ser tomadas providências, como substituir parte da água por gelo, esfriamento dos agregados, incorporação de aditivos estabilizadores ou outras que se julgar eficientes (DA SILVA et al., 2008).

No final dessa etapa, moldam-se os CP (corpos de prova) para de-terminar as propriedades requeridas, como a resistência a compressão, tração, módulo de elasticidade, velocidade da onda ultrassônica, absor-ção de água, penetração de tons cloretos ou outras, de acordo com os requisitos de projeto. A moidagem dos CP deve ser realizada através do CAA fluindo pela força da gravidade, sem a ajuda de vibração mecânica ou de qualquer outro tipo de compactação. O acabamento superior realiza-se igual ao do CCV, por exemplo, com colher de pedreiro, bem como a cura, em que o concreto deve ser coberto com lona plástica comum no primeiro dia e colocado em câmara úmida nos demais, até a execução dos en-saios requeridos.

Com os CP já moldados e curados, a etapa que se segue é a realização dos ensaios pré-determinados (passo 5). Podem ser apenas os mecânicos, mais comumente utilizados, ou os de durabilidade, ou ambos.

Métodos de dosagem conhecidos para CAA normalmente limitam a quantidade de agregado graúdo, prejudicando seriamente o módulo de elasticidade dos concretos. Apesar de o método de Tutikian e Dal Molin não afetar essa propriedade, por não limitar a quantidade de agregado graúdo, é recomendável a realização do ensaio de módulo, para a confirmação.

O objetivo final do método e, consequentemente, o último passo, é o desenho dos diagramas de dosagem e desempenho. Contudo, antes disso, é necessário o cálculo das equações de comportamento de cada uma das propriedades estudadas. Também devem ser estabelecidos os coeficientes de determinação, que expressam quão ajustadas estão as curvas e as retas. Na publicação original do método, podem ser visualizadas as equa-ções. Muitas delas são similares às do método proposto por Tutikian (2004) para o CAA com finos não pozolãnicos.

Por fim, a Figura 10.3 ilustra um exemplo de diagrama de dosagem para uma família de CAA, utilizando o método de Tutiikian e Da! Molin (2007). Observa-se que o teor de argamassa não é constante (4o qua-drante) e as proporções de empacotamento dos agregados estão repre-sentadas em um pequeno quadro junto ao diagrama, para facilitar a do-sagem de outros pontos. Também se observa que foi criada uma curva que representa o custo dos concretos (opcional), para que o profissional

responsável pela dosagem tenha um parâmetro de despesa quando está realizando as misturas.

te o/ arg

m (kgfkg)

Figura 10.3 - Diagrama de dosagem obtido com o método de Tutikian e Da! Mofin.

CAPÍTUL011

11. MÉTODO DA EFNARC A composição da mistura é escolhida para satisfazer todos os critérios

de desempenho do concreto, nos estados fresco e endurecido. Esses cri-térios são fornecidos como especificações pelo comprador, de acordo com o tipo de aplicação,

11.1 Materiais constituintes

A escolha correta do tipo de cimento é normalmente ditada pelas exi-gências específicas de cada aplicação, ou aquele com que o responsável pela dosagem já tenha experiência na utilização em CAA.

As adições para CAA podem ser inertes ou pozolãnicas e, geralmente, utilizadas para melhorar a coesão e a resistência à segregação. Além dis-so, as adições também regulam a quantidade de cimento e podem reduzir o calor de hídratação e as retrações térmicas.

Em relação aos agregados, a quantidade de umidade, a absorção de água, a granulometria e as variações na quantidade de finos devem ser monitoradas constantemente e devem ser levadas em conta para produzir CAA de qualidade constante. A forma e a distribuição granulométrica dos agregados são muito importantes e afetam o empacotamento e a quanti-dade de vazios. Alguns métodos de dosagem utilizam os vazios dos agre-gados para predeterminar os volumes de pasta e argamassa exigidos na mistura. A dimensão máxima do agregado, geralmente, deve ser limitada entre 12 mm e 20 mm.

O principal aditivo utilizado no CAA é o superpíastificante, porém outros aditivos podem ser empregados em conjunto, como os agentes modifica-dores de viscosidade, os aditivos incorporadores de ar e os aceleradores e retardadores de pega. Os aditivos, normalmente, serão consistentes entre lotes, entretanto, se houver mudança de fabricante, ou se for utilizado outro tipo de aditivo do mesmo fabricante, a performance do CAA será significativa-

mente afetada e deverá ser completamente verificada antes de ser realiza-da qualquer mudança,

A água a ser utilizada no CAA deve estar de acordo com as especifi-cações técnicas da região, referentes à água para produção de concre-tos. Quando for utilizada água reciclada, reaproveitada de processos da indústria do concreto, devem ser levadas em conta variações na quanti-dade de partículas suspensas, tendo em vista que estas podem afetar a uniformidade da mistura.

11.2 Classificaçao consistente

11.2.1 Slump flow

A seguir, são apresentadas classes típicas do slump flow para uma faixa de aplicações {EFNARC, 2005):

SF1 (550 mm - 650 mm) é apropriado para:

• Estruturas de concreto simples ou levemente armadas, que são moldadas a partir do topo, com deslocamento livre do ponto de entrega (ex.: lajes).

• Moldagem por um sistema de injeção por bombeamento (ex.: túneis).

• Seções que são pequenas o suficiente para impedir longos fluxos horizontais (estacas e outras fundações profundas).

SF2 (660 mm - 750 mm) é aceitável para muitas aplicações normais (paredes, colunas).

SF3 (760 mm - 850 mm) é tipicamente produzido com uma pequena di-mensão máxima do agregado (menor que 16 mm) e é utilizado para aplica-ções verticais, em estruturas com elevada taxa de armadura, estruturas com formas complexas, ou reparos de estruturas. O slump flow de classe 3 (SF3) proporcionará, consequentemente, melhor acabamento superficial do que o

SF2, para aplicações verticais normais; contudo, é mais difícil de controlar a resistência à segregação.

11.2.2 Viscosidade

A viscosidade (baixa ou alta) deve ser especificada somente em casos especiais, como aqueles citados a seguir. Pode ser empregada durante o desenvolvimento da dosagem e pode ser útil para medir e registrar o tempo T50 do ensaio do slump f i o w c o r n o um modo de confirmar a uniformidade do CAA de diferentes lotes.

VS1A/F1 - o CAA apresenta boa capacidade de preenchimento, mesmo com elevada densidade de armadura. É capaz de se autonivelar e geral-mente apresenta melhor acabamento superficial. Todavia, é mais suscetí-vel a sofrer exsudação e segregação.

VS2/VF2 - não há ciasse de limite superior, mas, com o aumento do tempo de fluxo, o CAA é mais suscetível a exibir efeitos tixotrópicos, que podem ser úteis na limitação da pressão na fôrma ou para melhorar a re-sistência à segregação,

11.2.3 Habilidade de passagem

São apresentados a seguir exemplos de especificações de habilidades de passagem.

* PA1 - estruturas com espaçamento de armaduras entre 80 mm e 100 mm (ex.: estruturas verticais).

* PA2 - estruturas com espaçamento de armaduras entre 60 mm e 80 mm (ex.: estruturas de engenharia civil).

Segundo a EFNARC (2005), para lajes de pequena espessura, nas quais o espaçamento entre as armaduras é maior que 80 mm, e outras estruturas em que o espaçamento é maior que 100 mm, não é exigida especificação da habilidade de passagem, Para estruturas complexas com espaçamento menor que 60 mm, simulações específicas podem ser necessárias.

11.2.4 Resistência à segregação

A resistência à segregação torna-se importante parâmetro para maiores classes de slump flow e/ou menores classes de viscosidade, ou se as condi-ções de lançamento contribuem para a segregação. A EFNARC (2005) cita que, se nenhuma dessas situações ocorrer, geralmente, não é necessário especificar uma classe de resistência à segregação.

Na ausência de experiência relevante, a EFNARC (2005) recomenda as seguintes classes de resistência è segregação:

• SR1 - é geralmente aplicável em lajes de pequena espessura e para aplicações verticais, com uma distância de fluxo menor que 5 metros e um espaçamento de confinamento maior que 80 mm;

• SR2 - é indicada para aplicações verticais, se a distância de fluxo é maior que 5 metros, com um espaçamento de confinamento maior que 80 mm, a fim de tomar cuidado com a segregação durante o fluxo.

Deve-se também utilizar a classe SR2 para aplicações verticais altas, com um espaçamento de confinamento menor que 80 mm, se a distância de fluxo é menor que 5 metros.

11.3 Princípios do projeto de mistura

Para alcançar a combinação de propriedades exigida nas misturas de CAA fresco:

• A fluidez e a viscosidade da pasta são ajustadas e balanceadas por seleção e proporção cuidadosas de cimento e adições, pela limitação da relação água/cimento e pela adição de um super-plastíficante e, opcionalmente, um aditivo modificador de visco-sidade. Controlando corretamente esses componentes do CAA, sua compatibilidade e interação são a chave para obter boa ca-pacidade de preenchimento, habilidade de passagem por obstá-culos e resistência à segregação.

* Para controlar o aumento da temperatura e a fissuração por retra-ção térmica, bem como a resistência, a quantidade de finos deve conter uma proporção significante de adições do tipo I e ll7 para manter a quantidade de cimento em um nível aceitável.

* O volume de pasta deve ser maior que o volume de vazios no agregado, de modo que todas as partículas individuais do agre-gado sejam recobertas e lubrificadas por uma camada de pasta. Isso aumenta a fluidez e reduz o atrito entre os agregados.

* A relação agregado miúdo/agregado graúdo da mistura é redu-zida, de modo que as partículas individuais de agregado graú-do sejam completamente revestidas por uma camada de arga-massa. Isso reduz o contato entre as partículas de agregado e a formação de arcos de agregado, quando o concreto passa por aberturas estreitas ou por espaços entre armaduras, e aumenta a habilidade de passagem por obstáculos do CAA.

11.4 Aproximação do projeto de dosagem

Ensaios de laboratório devem ser executados para verificar as proprie-dades da composição inicial da mistura, com relação a características es-pecíficas e classes. Se necessário, devem ser feitos ajustes na composição da mistura. Uma vez que todas as exigências tenham sido atendidas, a mistura deve ser ensaiada em grande escala na fábrica de concreto e, se necessário, no canteiro, para verificar as propriedades nos estados fresco e endurecido. Na Figura 11.1 é apresentado o esquema do método de do-sagem proposto pela EFNARC (2005).

O projeto de dosagem, normalmente, baseia-se nas aproximações a seguir relacionadas (EFNARC, 2005):

* Avaliar a demanda de água e otimizar a fluidez e estabilidade da pasta.

* Determinar a proporção de areia e a dosagem de aditivo para obter a robustez exigida.

* Ensaiar a sensibilidade a pequenas variações nas quantidades (robustez).

• Adicionar uma quantidade apropriada de agregado graúdo.

* Produzir o CAA fresco em misturadores no laboratório e executar os ensaios requeridos.

• Ensaiar as propriedades do CAA no estado endurecido,

» Produzir misturas de teste na misturadora da fábrica.

Figura 11.1 - Procedimento de dosagem (Fonte: EFNARC: 2005. adaptado).

Caso a performance satisfatória não seja obtida, considerações devem ser dadas para um fundamental reprojeto da mistura. Dependendo do proble-ma aparente, as seguintes ações devem ser apropriadas:

* Ajustar a relação cimento/finos e a relação água/finos e ensaiar a fluidez e outras propriedades da pasta.

* Tentar diferentes tipos de adições (se disponíveis).

• Ajustar as proporções do agregado miúdo e a dosagem de super-píastificante.

• Considerar o uso de agente modificador de viscosidade para re-duzir a sensibilidade da mistura.

* Ajustar a proporção ou granulometria do agregado graúdo.

CAPÍTULO 12

12. MÉTODO DE GOMES, GETTU E AGULLÓ O método de dosagem proposto por Gomes et aL (2002; 2003) apresen-

ta um procedimento de caráter experimental para obtenção da dosagem do concreto autoadensável de alta resistência.

12.1 Princípios do método

A metodologia proposta para a dosagem de CAA assume que o concreto pode ser obtido otimizando-se a composição da pasta e o esqueleto granu-lar separadamente. A composição final do concreto é obtida buscando-se o conteúdo de pasta necessário para que o concreto apresente as caracterís-ticas de um CAA. O modelo sugere que a viscosidade e a fluidez da pasta governem o comportamento de fluxo do concreto. Essa teoria já tem sido assumida por outros métodos, como o de Mehta e Aítcin (1990), Mindess (1994), De Larrard (1992), Toralles-Carbonari et al. (1996), para concreto de alta resistência; e os mais recentes para concreto autoadensável, Nan Su et al. (2001), Saak et al. (2001) e Smeplass e M0rtsell (2001). Por outro lado, o método é particularmente aceitável por assumir que a composição da pasta não interfere na determinação da proporção entre os agregados, o que per-mite a independência de ambas as fases; e que a composição da pasta com um volume mínimo associada com o esqueleto granular são necessários para garantir as propriedades do concreto no estado fresco e endurecido.

O método é executado em três fases: obtenção da composição da pas-ta, determinação da proporção de mistura dos agregados e seleção do conteúdo de pasta. Uma das principais vantagens desse processo é a ha-bilidade de separar as fases, que permite a determinação Independente dos diferentes parâmetros de mistura ou variáveis, incluindo os seguintes critérios para obtenção das proporções dos componentes da mistura:

* Determinação da dosagem do superpíastificante (sp) e de fíler (f) em relação à massa de cimento, sp/c e f/c, respectivamente; atra-vés de parâmetros que definem pasta com ótimas propriedades para CAA.

* Obtenção da proporção dos agregados pela densidade seca da mistura destes, utilizando um modificado método experimen-tal com base no ensaio-padrão da norma do ASTM C29/C29M (1986),

* Determinação do volume de pasta que proporciona ao concreto os requisitos de autoadensabilidade, avaliados em termos das propriedades: habilidade de preenchimento, habilidade de passar entre obstáculos e resistência à segregação.

A Figura 12.1, apresenta um esboço com os diferentes passos adota-dos na metodologia. Mais adiante, nas seções seguintes, são apresenta-dos detalhes do processo de obtenção das etapas.

Figura 12.1 - Diagrama que descreve o método de dosagem.

12.2 Seleção dos materiais

A seleção dos componentes da mistura geralmente se baseia nas pro-priedades desejadas do concreto, levando em consideração a disponibi-lidade de materiais no mercado locai, a fim de manter a competitividade do concreto. A obtenção do fator custo nunca pode ser desprezada, prin-cipalmente quando se trata de uma nova tecnologia, em que o custo é um fator determinante e muito questionado no momento de aplicação. Quan-do existe a disponibilidade de diferentes materiais e marcas no local, com desempenho satisfatório, tem de prevalecer como prioridade a seleção de materiais já utilizados e conhecidos de trabalhos anteriores, além de consi-derar as propriedades que beneficiem a obtenção do concreto desejado.

12.3 Definição da composição da pasta A composição da pasta é definida pela quantidade de cimento e das re-

lações dos demais componentes da pasta em função da massa do cimen-to, como; água (a/c), superplastíficante (sp/c), pozolanas (sf/c), no caso do uso da sílica ativa ou silicafume (sf), e fíler (f/c). As equações utilizadas na obtenção das pastas são: P̂ = (a/c) - C, massa de água; P. = (f/c) • C; Psí

= (sf/c) • C; Psp = (sp/c) • C, massa de superplastíficante sólido; P , = Psp/ (Tsp/1G0)r massa do superplastíficante líquido e Pasp = P^ • [(100/T ) - 1], onde T_p é o teor de sólido do superplastíficante, massa de água contida no superplastíficante. A massa de água real adicionada é corrigida subtraindo-se a água contida no superplastíficante. Então, a massa de água corrigida é:

= Pa ~ Pasp. Q volume de pasta é obtido pela Equação 12.1:

C P P P P P + ^ + + + Equação 12.1

Pc Pa Pf p sf Psp Pa

Onde as massas estão em "g" e as densidades, em "g/ml".

inicialmente é escolhida uma relação a/c em função das propriedades desejadas do concreto, Quando uma pozolana, como a silica ativa e o me-tacaulim, é utilizada, sua dosagem, como adição ou substituição ao cimen-to, depende das propriedades que se quer obter no concreto. Geralmente ela pode variar de 5% a 15% da massa do cimento; a mais usual é 10%. Já no caso de outras pozolanas, como a cinza volante, em que existe registro de dosagem com mais de 30% da massa de cimento, podem ser utilizados para determinação de suas dosagens os mesmos critérios de determina-ção das dosagens de um fíler, conforme demonstrado a seguir.

O volume de pasta inicial é definido em função do volume necessário para o desenvolvimento dos ensaios. A relação a/c definida é utilizada e a dosagem do cimento é fixada em função do volume de pasta necessário. As relações sp/c e f/c, dosagem de superpíastificante e fíler, respectiva-mente, ideais para CAA são determinadas através de ensaios e parâme-tros descritos a seguir.

A dosagem de superpíastificante é determinada em pastas com quan-tidade de cimento, água e fíler predefinidos, através do ensaio do cone de Marsh, com abertura de saída de 8 mm de diâmetro, conforme a Figura 12.2, de acordo com as recomendações da Norma Européia - Grautes para bainhas de pretendidos. Métodos de Ensaio, 1996 (EN 445). O pro-cedimento adotado consiste em introduzir um litro de pasta no cone e medir o tempo (T) necessário para 500 ml de pasta fluir pela abertura inferior de saída do cone, Esse tempo de fluxo se apresenta como um parâmetro inverso da fluidez da pasta. Variando a relação sp/c na pasta, obtém-se uma curva log T versus dosagem de superpíastificante (sp/c), conforme mostra a Figura 12.2.0 gráfico log T versus sp/c é utilizado para a definição do ponto de saturação da dosagem de superpíastificante, que constitui a porcentagem ótima de aditivo para a qual um incremento de superpíastificante não proporciona nenhuma melhora significante na flui-dez da pasta. No gráfico, é determinado como o ponto em que a relação de sp/c corresponde a um ângulo interno de 140s ± 10® na curva log T versus sp/c, conforme Figura 12.2.

155 mm

£ £

i—t—i—i—r—i—r X 3C_, X,s

Piyno íf

8 mm para pasta s pie

Figura 12.2 - Determinação da dosagem de superpíastificante_

É observado que a dosagem de superpíastificante definida como o pon-to de saturação foi obtida na pasta predefinida anteriormente com uma relação f/c. Essa pasta, já com a dosagem do ponto de saturação do su-perpíastificante, deve ser analisada através de outro método de ensaio, a fim de verificar se a dosagem de fíler atende aos requisitos necessários de uma pasta para CAA, É importante verificar que a dosagem do ponto de sa-turação do superpíastificante varia com a relação f/c, assim como o tempo de fluxo da pasta. Também nessa etapa, já podem ser definidos os pontos de saturação para diferentes relações de fíler e ser executado o método de ensaio descrito a seguir.

A pasta, com f/c e sp/c já definidos na etapa anterior, é verificada através do equipamento proposto por Kantro (1980), que consiste em um molde em forma de tronco de cone, que é uma miniatura do ensaio do abatimento (slump test), denominado mini-sfump, como mostra a Figura 12.3, No ensaio, mede-se o diâmetro da extensão final da pasta, em paralelo com o tempo que ela leva para alcançar um diâmetro de 115 mm, denominado T115. Os ensaios podem ser realizados em diferentes pastas, cada uma com a relação f/c e a dosagem de superpíastificante correspondente ao ponto de saturação, já determinada anteriormente, com ensaios do cone de Marsh. A pasta com relação f/c adequada é aquela que atende aos seguintes requisitos: um diâmetro de extensão

final de 130 mm ± 10 mm e um tempo T m no Intervalo de 2 s a 3,5 s, como mostra a Figura 12,3.

Figura 12.3 - Aparato e ilustração do ensaio de mini-slump para otimização do fíler na pasta.

Os ensaios das pastas com o cone de Marsh e o mini-slump permitem obter as respectivas relações de sp/c e f/c, que geram pastas para atendi-mento ao concreto com alta fluidez, sem segregação e com uma moderada coesão, sem prejudicar a fluidez deste.

Nessa etapa, podem ser também utilizados, para verificação ou cons-tatação de algumas propriedades, os métodos de ensaio propostos por Okamura para argamassa, vistos no item 4.

12.4 Definição do esqueleto granular

Entende-se por esqueleto granular a composição de agregados graúdos e miúdos que constituem o concreto. A composição selecionada é obtida considerando-se a densidade da mistura de agregados com o menor teor de vazios (PETERSSON et aL, 1996; TORALLES-Carbonari et aL; 1996; GREILIY; 1998). Isso se fundamenta na hipótese de que uma combinação de agregados com o menor teor de vazios leva ao mínimo volume de pasta,

porosídade e retração (GOLTERMANN et al.( 1997), o que pode colaborar para o CAA, que requer mais pasta do que os concretos convencionais para assegurar viscosidade e fluidez.

O esqueleto granular é obtido experimentalmente medindo-se a densi-dade de misturas de agregados secos não compactados e escoihendo-se a mistura com a maior densidade e menor teor de vazios, A densidade e o teor de vazios são determinados pelos procedimentos descritos no ensaio da NM 45 (2006), que é modificador por considerar misturas de agregados não compactados, em acordo com o CAA. As proporções entre os agre-gados (isto é, reiação areia/brita) obtidas são consideradas adequadas, uma vez que o procedimento leva em conta forma, textura, densidade e granulometria dos agregados. O teor de vazios é uma referência no passo de determinação do volume de pasta para o concreto,

O procedimento consiste em juntar manualmente as misturas de agrega-dos em uma bandeja e colocá-las em um recipiente de volume conhecido sem nenhuma compactação (veja a Figura 12.4). A densidade (aparente), ou o peso unitário de diversas combinações, variando a reiação percentual entre os agregados miúdos e graúdos, é medida e utilizada para determinar o teor de vazios, É recomendável que se faça mais de uma medida para cada combinação, no mínimo duas, e se escolha a média. A partir dos dados dos agregados, das densidades e do peso de cada componente, obtêm-se o peso unitário e o volume de vazios de cada mistura (veja a Figura 12.4).

Areia (»A)

Figura 12.4 - Procedimento para determinação dos vazios do esqueleto granular (Fonte: GOMES. 2002).

Para determinação do teor de vazios, são utilizadas as seguintes equações.

u ( % ) =

{ \ p , — m i dni ii

Pd xlOO Equação 12.2

•»> J

Onde o (%) é o percentual do teor de vazios, pdrr a densidade da mistura seca e tnu o peso unitário da mistura. A pdm e o mu são determinados pela Equação 12,3 e pela Equação 12,4, respectivamente:

Pd», ~ [ P , ' s l a ( % ) + P* • b / a ( % ) ] / 1 0 0 Equação 12,3

Onde, ps e pb são as densidades secas da areia e da brita, respectiva-

mente, e s/a e b/a são as relações areia/agregados e brita/agregados em porcentagem na mistura.

Tüfí = G), /v, Equaçao 12.4

Onde G)te vt são o peso total e o volume totai da mistura, respectivamente.

12.5 Determinação ria composição do CAA

Depois de terem sido determinadas as relações de sp/c e f/c em função das propriedades desejadas para pastas com adequadas viscosidades e fluidez para CAA, a massa de cimento é determinada para um metro cúbi-co de concreto pela Equação 12.5;

9c P, P, Ps/ P*. Pa

Equação 12.5

Onde Vp é o volume de pasta estabelecido previamente.

Uma vez determinadas a composição da pasta e a relação areia/ brita, o único parâmetro ainda necessário para definir a composição de concreto é o conteúdo de pasta (ou, alternativamente, o conteúdo de agregados) por volume. Para obter esse parâmetro, ensaios são de-sempenhados em concretos por meio da variação do volume de pas-ta a fim de determinar as propriedades necessárias que satisfaçam os requisitos exigidos de um concreto autoadensável. Esse procedimento considera que o volume de pasta deve ser suficiente para preencher os vazios entre os agregados e assegurar a distância de separação entre as partículas dos agregados. O volume de pasta é teoricamente com-putado como o teor de vazios encontrado entre os agregados, mais um incremento que causa a dispersão destes.

Os requisitos estabelecidos ao concreto para determinação do volume de pasta são aqueles que atendem às seguintes propriedades: capacidade de preenchimento, capacidade de passagem entre armaduras e estabilida-de ou ausência de segregação. Os ensaios utilizados são: de espalhamen-to (cone de Abrams) e Funil-V, ambos para capacidade de preenchimento; Caixa-L, para capacidade de passagem por armaduras; e Tubo-U, para verificar a resistência à segregação do concreto.

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Paulo César Correia Gomes, graduado

cm Engenharia Civil pela Universidade

Federal de Alagoas (1990), mestrado cm

Engenharia Civil pela Universidade

Federal do Rio de Janeiro (I993J e

doutorado em Jngenieria de La

Construcción - Universiiat Politécnica de

Catalunya (2002). Atualmente, c pro-

fessor adjunto da Universidade Federal

de Alagoas e tem desenvolvido pes-

quisas na área de Engenharia Civil, com

ênfase em Concretos Especiais, princi-

palmente em concretos de alto desem-

penho e autoadensável; tecnologias de

materiais convencionais e não conven-

cionais; tecnologia sustentável e controle

tecnológico.

Alexandre Rodrigues de Barros,

graduado em Engenharia Civil pela

Universidade Federa] de Alagoas (2006),

mestrado em Engenharia Civil pela

Universidade Federal de Alagoas (2009)

e Engenheiro Civil da Superintendência

dc Infracstruiura da Universidade

Federal dc Alagoas (desde 2008), Tem

experiência na área dc Engenharia Civil,

com enfase em Estruturas de Concreto, e

atua principalmente nos seguintes temas:

concreto autoadensável, propriedades

mecânicas c de durabilidade do concreto c

concreto autoadensável com fibras de aço.

Oconcreto autoadensável (CAA) tornou-se, nas duas

últimas décadas, um dos principais avanços na

tecnologia do concreto. O CAA é capaz de preencher

fôrmas com geometrias complexas e alta densidade de

armaduras, somente pela ação de seu peso próprio, sem a

necessidade de nenhum típo de vibração. Tendo em vista seu

comportamento peculiar no estado fresco, o qual pode ser

entendido como um fluido que contém partículas suspensas em

um meio líquido, um ponto que merece destaque nesse concreto

especial é o modo de sua obtenção, pois a proporção correta dos

materiais depende bastante das características e da origem de

cada constituinte, visando o alcance de uma mistura de concreto

com elevada fluidez e viscosidade moderada. Em síntese, a

obtenção de uma mistura de C AA tem um caráter marcadamente

experimental, porém alguns procedimentos de dosagem se

valem de programas computacionais, o que de certo modo, pode

vir a reduzir o tempo gasto no laboratório. Apesar de todos os

avanços em pesquisas e procedimentos desenvolvidos, é difícil,

talvez impossível, definir um método de dosagem-padrão para o

CAA. Esse fato se deve à grande variabilidade de materiais e às

tecnologias disponíveis em cada região. Inserido nesse quadro, o

presente trabalho reúne os principais métodos desenvolvidos,

entre pioneiros e atuais, para dosagem de concretos autoaden-

sáveis, Além disso, é feita uma abordagem sobre o histórico de

seu desenvolvimento, principais propriedades no estado fresco e

ensaios específicos para sua caracterização e aceitabilidade, e

ainda, são apresentadas as exigências para os materiais cons-

tituintes da mistura.

06.1924 -MDCA

Métodos de dosagem do concreto armado

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