Concreto Ultraleve Perolas EPS

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADDEE DDEE SSOO PPAAUULLOO EESSCCOOLLAA DDEE EENNGGEENNHHAARRIIAA DDEE SSOO CCAARRLLOOSS

DDEEPPAARRTTAAMMEENNTTOO DDEE EENNGGEENNHHAARRIIAA DDEE EESSTTRRUUTTUURRAASS

CCOONNCCRREETTOO UULLTTRRAALLEEVVEE EESSTTRRUUTTUURRAALL CCOOMM PPRROOLLAASS DDEE EEPPSS:: CCAARRAACCTTEERRIIZZAAOO DDOO MMAATTEERRIIAALL EE EESSTTUUDDOO DDEE

SSUUAA AAPPLLIICCAAOO EEMM LLAAJJEESS

TTHHIIAAGGOO CCAATTOOIIAA

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SSUUAA AAPPLLIICCAAOO EEMM LLAAJJEESS

Tese apresentada Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Civil.

rea de concentrao: Engenharia de Estruturas

Orientador: Prof. Dr. Libnio Miranda Pinheiro

Verso corrigida. A verso original encontra-se disponvel na Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, EESC-USP.

SSoo CCaarrllooss 22001122

AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha catalogrfica preparada pela Seo de Tratamento da Informao do Servio de Biblioteca EESC/USP

Catoia, Thiago C824e Concreto ultraleve estrutural com prolas de EPS :

caracterizao do material e estudo de sua aplicao em lajes / Thiago Catoia ; orientador Libnio Miranda Pinheiro. -- So Carlos, 2012.

Tese Doutorado (Programa de Ps-Graduao e rea de Concentrao em Engenharia de Estruturas)-- Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, 2012.

1. Concreto ultraleve. 2. Concreto leve. 3. EPS. 4. Lajes. 5. Concreto pr-moldado. I. Ttulo.

minha me Lucia e ao meu pa minha me Lucia e ao meu pa minha me Lucia e ao meu pa minha me Lucia e ao meu paiiii RobertoRobertoRobertoRoberto,,,, com todo amorcom todo amorcom todo amorcom todo amor

Regina Candeloro Grabarz, Regina Candeloro Grabarz, Regina Candeloro Grabarz, Regina Candeloro Grabarz,

minha eterna e amada companheira.minha eterna e amada companheira.minha eterna e amada companheira.minha eterna e amada companheira.

AGRADECIMENTOS

Aos meus amados pais, Lucia Helena Catoia e Roberto Carlos Catoia, pelo amor incondicional e incansvel dedicao.

A meu amor, Regina Candeloro Grabarz, pelo apoio, incentivo e compreenso, pelo esforo em estar prxima a mim, e pelo amor e dedicao. Aos seus pais, Sandra Janete Candeloro e Mendel Grabarz, por me acolherem como filho.

minha amada irm, Bruna Catoia, pelo companheirismo nessa jornada de estudo e pesquisa, pelo amor e incentivo em todos os momentos, e pelo apoio nos experimentos, sem o qual no seria possvel concluir este trabalho.

minha amada irm, Micheli Catoia, pelo incentivo e apoio, contribuindo com todo seu amor e carinho.

Ao meu orientador e amigo, Prof. Dr. Libnio Miranda Pinheiro, por me acolher, pela valiosa oportunidade concedida, pela confiana depositada em mim, e pela sempre valorizao do meu esforo e conhecimento.

Ao Engenheiro Milton Jos Kerbauy, pela confiana em informaes da Patente do Concreto Ultraleve e pelo fornecimento dos corpos de prova e dos modelos para desenvolvimento do programa experimental.

Ao Prof. Dr. Marcelo de Araujo Ferreira, por manter sempre abertas as portas do NETPRE para a realizao dos ensaios.

Ao Prof. Dr. Roberto Chust Carvalho, pelo auxlio e informaes, muito importantes para o desenvolvimento da pesquisa.

Ao Prof. Titular Carlito Calil Junior, por ceder aparatos para a realizao dos ensaios.

Ao Prof. Dr. Andr Tefilo Beck, pelas informaes para o desenvolvimento da pesquisa.

Prof. Associada Ana Lcia Homce de Cresce El Debs, ao Prof. Titular Mounir Khalil El Debs e ao Prof. Titular Marcio Antonio Ramalho, pelo apoio institucional.

Ao Prof. Dr. Dagoberto Dario Mori e ao Prof. Dr. Carlos Reynaldo Toledo Pimenta, pelo incentivo concluso deste trabalho.

Ao Dr. Eng. Luiz Vicente Vareda, aos tcnicos Romeu Bessan Neto, Amaury Ignacio da Silva, Fabiano Dornelas e aos demais funcionrios do Laboratrio de Estruturas e do LaMEM.

A todos os funcionrios do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC USP.

Ao aluno de mestrado Diego de Vasconcelos Gonalves Ferreira, pela ajuda na elaborao das tabelas de clculo das lajes.

Eng Fernanda Quintana Abeid, pela colaborao. FAPESP, pela bolsa e demais auxlios concedidos. A todos que de alguma forma contriburam para mais esta conquista.

Trabalhamos com o concretoTrabalhamos com o concretoTrabalhamos com o concretoTrabalhamos com o concreto

armadoarmadoarmadoarmado,,,, materialmaterialmaterialmaterial dcil e generoso a dcil e generoso a dcil e generoso a dcil e generoso a

todas as todas as todas as todas as fantasiasfantasiasfantasiasfantasias.... TiTiTiTirarrarrarrar dele beleza e dele beleza e dele beleza e dele beleza e

poesia, poesia, poesia, poesia, especular especular especular especular sobre suas imensas sobre suas imensas sobre suas imensas sobre suas imensas

possibilidades o que nos seduzpossibilidades o que nos seduzpossibilidades o que nos seduzpossibilidades o que nos seduz e e e e

apaixonaapaixonaapaixonaapaixona, profissionalmente., profissionalmente., profissionalmente., profissionalmente.

Arq. Arq. Arq. Arq. Oscar Niemeyer Soares FilhOscar Niemeyer Soares FilhOscar Niemeyer Soares FilhOscar Niemeyer Soares Filhoooo

RREESSUUMMOO

CATOIA, T. Concreto Ultraleve estrutural com prolas de EPS: caracterizao do material e estudo de sua aplicao em lajes. Tese (Doutorado). Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2012.

A utilizao de concreto leve decorre especialmente dos benefcios promovidos pela reduo da massa especfica do material, tais como menores esforos nas estruturas, economia com frmas e cimbramento, alm de diminuio dos custos com transporte e montagem de construes pr-fabricadas. Atualmente, alm das questes tcnicas e econmicas, a escolha dos materiais de construo deve levar em conta os aspectos ambientais. Portanto, o uso de poliestireno expandido (EPS) na produo de concreto pode abrir portas para o emprego de resduos de materiais dessa natureza, e ainda usufruir de sua baixa massa especfica nas aplicaes estruturais. Este trabalho teve como objetivo determinar as principais caractersticas do concreto leve com prolas (esferas) de EPS, tambm conhecido como Concreto Ultraleve ou Concreflex, caractersticas essas necessrias para projetar elementos estruturais, e analisar o comportamento de lajes produzidas com esse novo material. Mais especificamente, foram determinadas caractersticas mecnicas, tais como: resistncia compresso, mdulo de elasticidade e resistncia trao, na compresso diametral e na flexo, alm de caractersticas de deformao de longo prazo, como retrao e fluncia. Tambm foi determinada a massa especfica e avaliada sua relao com as caractersticas mecnicas, alm dos ensaios de modelos de lajes unidirecionais produzidas com esse concreto. Para analisar a possibilidade de aplicao prtica do concreto leve com EPS em lajes, foram elaboradas tabelas para pr-dimensionamento de lajes unidirecionais e bidirecionais com o novo material, nas quais essas lajes foram comparadas com as de concreto comum. Com base no procedimento experimental e nos resultados dos ensaios, o objetivo de determinar as caractersticas necessrias para projetar elementos estruturais de Concreto Leve com EPS foi alcanado. Pode-se ainda afirmar que o concreto estudado, com aproximadamente metade da massa especfica dos concretos convencionais, apresenta caractersticas compatveis com a produo e o uso comercial de lajes macias, principalmente pr-moldadas, o que pode ser estendido a outros elementos que no necessitem de concretos com resistncia muito alta. Tambm foi avaliado o comportamento de modelos de lajes de concreto leve com poliuretano (PU), de maneira semelhante ao estudo realizado com EPS, incluindo a caracterizao do concreto de cada modelo. Para complementar a anlise de desempenho do concreto leve com EPS, apresentou-se um estudo de carbonatao, que comprovou a excelente condio desse novo material com relao durabilidade.

Palavras-chave: Concreto Ultraleve. Concreto Leve. EPS. Lajes. Concreto Pr-moldado.

AABBSSTTRRAACCTT

CATOIA, T. Structural ultra lightweight concrete with EPS beads: material characterization and study of its use in slabs. Thesis (Doctorate). Escola de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2012.

The use of lightweight concrete is mainly due to the benefits provided by reducing the density of the material such as smaller efforts on structures, economy of molds and scaffolding, as well as lower costs of transportation and erection of precast constructions. Currently, besides the technical and economic issues, the choice of building materials should take into account environmental aspects. Therefore, the use of expanded polystyrene (EPS) in the concrete production can open doors for the use of waste materials of this nature, and still to take advantage of its low density in structural applications. This study aimed to determine the main characteristics of the lightweight concrete with EPS beads (spheres), also named Ultra Lightweight Concrete, characteristics which are necessary to design structural members, and analyze the behavior of slabs produced with this new material. More specifically mechanical properties were determined, such as compressive strength, modulus of elasticity, and splitting and flexural tensile strength, as well as long term deformation properties such as shrinkage and creep. The density was also determined and evaluated its association with the mechanical characteristics, besides the tests of unidirectional slab models produced with this concrete. To analyze the possibility of use of the lightweight concrete with EPS in slabs, tables were compiled for pre-design of unidirectional and bidirectional slabs with this new material, in which these slabs were compared with those of common concrete. Based on the experimental procedure and results of tests, the aim of determine the characteristics necessary to design structural elements of lightweight concrete with EPS has been achieved. Can be also said that the studied concrete, with about half the density of conventional concrete, presents mechanical characteristics compatible with commercial production and use of slabs, mainly precast, conclusion which can be extended to other components that do not require concretes with very high strength. It was also assessed the behavior of slab models of lightweight concrete with polyurethane (PU) in a similar way to the study carried out with EPS, including the characterization of concrete for each model. To complement the performance analysis of the lightweight concrete with EPS a study of carbonation was presented, which proved the excellent condition of this new material with respect to durability.

Keywords: Ultra Lightweight Concrete. Lightweight Concrete. EPS. Slabs. Precast Concrete.

NNDDIICCEE DDEE FFIIGGUURRAASS

Figura 1.1 Laje de Concreto Leve com EPS durante iamento. ........................................................ 34 Figura 1.2 Painel de fechamento de Concreto Leve com EPS. ......................................................... 34 Figura 1.3 Painel PI de Concreto Leve com EPS. ............................................................................. 35 Figura 2.1 Intervalos tpicos de valores de massa especfica de concretos leves. ........................... 37 Figura 2.2 Panteo de Roma. ............................................................................................................ 38 Figura 2.3 Embarcao USS Selma. ................................................................................................. 38 Figura 2.4 Edifcios de mltiplos pavimentos construdos com concreto leve estrutural................... 39 Figura 2.5 Aplicaes de concreto leve no Brasil. ............................................................................. 40 Figura 3.1 Composio do concreto leve estrutural com prolas de EPS. ....................................... 51 Figura 3.2 Fragmento de EPS............................................................................................................ 53 Figura 3.3 Resistncia do EPS compresso................................................................................... 53 Figura 3.4 Ensaio de espalhamento do Concreto Leve com EPS. .................................................... 55 Figura 3.5 Ensaio compresso de corpo de prova cilndrico. ......................................................... 56 Figura 3.6 Retificador de corpos de prova com detalhe do disco. ..................................................... 56 Figura 3.7 Corpos de prova com superfcie no retificada (esquerda) e retificada (direita). ............. 57 Figura 3.8 Determinao do mdulo de elasticidade em corpo de prova cilndrico. ......................... 58 Figura 3.9 Ensaio de trao na compresso diametral de corpo de prova cilndrico. ....................... 59 Figura 3.10 Ruptura de corpo de prova por compresso diametral. ................................................. 59 Figura 3.11 Ensaio de trao na flexo de corpo de prova prismtico. ............................................. 60 Figura 3.12 Ruptura no tero central dos corpos de prova no ensaio de trao na flexo. .............. 61 Figura 3.13 Determinao da tenacidade no ensaio de trao na flexo. ........................................ 62 Figura 3.14 Leitura da retrao em trs corpos de prova. ................................................................. 63 Figura 3.15 Ensaio de deslocamentos ao longo do tempo para carregamento esttico constante. . 65 Figura 3.16 Defletmetros para medir deslocamentos das vigotas ao longo do tempo. ................... 66 Figura 4.1 Exemplo de painel treliado unidirecional......................................................................... 67 Figura 4.2 Seo transversal de uma laje nervurada (dimenses em centmetros). ........................ 69 Figura 4.3 Laje nervurada do Departamento de Engenharia de Estruturas da EESC - USP. .......... 69 Figura 4.4 Vigota treliada pr-fabricada. .......................................................................................... 70 Figura 4.5 Armadura da vigota em forma de trelia espacial. ........................................................... 70 Figura 4.6 Armadura longitudinal complementar positiva. ................................................................. 71 Figura 4.7 Armadura longitudinal complementar negativa. ............................................................... 71 Figura 4.8 Armadura transversal complementar na capa. ................................................................. 71 Figura 4.9 Nervura transversal s vigotas treliadas. ........................................................................ 72 Figura 4.10 Esquema das foras e dos diagramas do ensaio de flexo. .......................................... 75 Figura 4.11 Instrumentao dos ensaios de flexo. .......................................................................... 76 Figura 4.12 Ensaio de flexo de laje unidirecional............................................................................. 77 Figura 4.13 Esquema das foras e dos diagramas do ensaio de cisalhamento. .............................. 78

Figura 4.14 Instrumentao dos ensaios de cisalhamento. ............................................................... 79 Figura 4.15 Ensaio de cisalhamento de laje unidirecional. ................................................................ 80 Figura 5.1 Diagrama tpico tenso-deformao do CLE para os trs concretos. .............................. 84 Figura 5.2 Diagramas fora-flecha dos prismas do concreto A ensaiados flexo. ......................... 84 Figura 5.3 Diagramas fora-flecha dos prismas do concreto B ensaiados flexo. ......................... 85 Figura 5.4 Diagramas fora-flecha dos prismas do concreto C ensaiados flexo. ......................... 85 Figura 5.5 Diagramas fora-flecha dos prismas ensaiados flexo. ................................................ 86 Figura 5.6 Expanso e retrao do CLE medidas com extensmetros de imerso. ......................... 89 Figura 5.7 Deslocamentos do CLE devidos fora de longa durao. ............................................. 90 Figura 5.8 Runa do modelo L 1 A por ao do momento fletor na ala esquerda. .......................... 94 Figura 5.9 Detalhe da runa do modelo L 1 A na ala de iamento. .................................................. 95 Figura 5.10 Enfraquecimento da seo do modelo L 1 A pela ala. ................................................ 95 Figura 5.11 Fissuras de momento fletor e de escorregamento das barras do modelo L 1 A. ........... 95 Figura 5.12 Runa do modelo L 1 B por ao do momento fletor no centro. ..................................... 96 Figura 5.13 Fissuras de fora cortante direita do modelo L 1 B. .................................................... 96 Figura 5.14 Fissuras por escorregamento das barras do modelo L 1 B. ........................................... 96 Figura 5.15 Runa do modelo de laje L 2 A por ao do momento fletor prximo ao centro. ........... 97 Figura 5.16 Fissuras de momento fletor na regio central do modelo L 2 A. .................................... 97 Figura 5.17 Runa do modelo L 2 A por ao da fora cortante direita. ......................................... 97 Figura 5.18 Fissuras por escorregamento das barras do modelo L 2 A. ........................................... 98 Figura 5.19 Runa do modelo de laje L 2 B por ao do momento esquerda do trecho central. ... 98 Figura 5.20 Detalhe da runa por ao do momento fletor do modelo L 2 B. .................................... 99 Figura 5.21 Fissuras de momento fletor na regio central do modelo L 2 B. .................................... 99 Figura 5.22 Fissuras por escorregamento das barras do modelo L 2 B. ........................................... 99 Figura 5.23 Runa do modelo L 3 A por ao da fora cortante na face frontal. ............................. 100 Figura 5.24 Detalhe da runa do modelo L 3 A por ao da fora cortante. .................................... 100 Figura 5.25 Runa do modelo L 3 A por ao do momento fletor, na face oposta. ......................... 101 Figura 5.26 Detalhe da runa do modelo L 3 A por ao do momento fletor. .................................. 101 Figura 5.27 Runa do modelo L 3 B por ao do momento fletor, prximo ao apoio esquerdo. ..... 102 Figura 5.28 Detalhe da runa do modelo L 3 B por ao do momento fletor. .................................. 102 Figura 5.29 Fissuras de escorregamento das barras do lado esquerdo do modelo L 3 B. ............. 103 Figura 5.30 Fissuras de escorregamento das barras do lado direito do modelo L 3 B. .................. 103 Figura 5.31 Diagramas fora-deslocamento dos modelos nos ensaios de flexo. .......................... 104 Figura 5.32 Diagramas momento-deslocamento dos modelos nos ensaios de flexo. ................... 104 Figura 5.33 Diagramas cortante-deslocamento dos modelos nos ensaios de cisalhamento. ......... 105 Figura 5.34 Diagramas momento-deslocamento dos modelos nos ensaios de cisalhamento. ....... 105 Figura 5.35 Determinao da fora de fissurao experimental dos modelos L 1 A e L 1 B. ........ 107 Figura 5.36 Determinao da fora de fissurao experimental dos modelos L 2 A e L 2 B. ........ 108 Figura 5.37 Determinao da fora de fissurao experimental dos modelos L 3 A e L 3 B. ........ 108 Figura 5.38 Esquema para o clculo do momento resistente da seo. ......................................... 109

Figura 7.1 Moldagem de laje de Concreto Leve com EPS. ............................................................. 123 Figura 7.2 Prisma de Concreto Leve com EPS rompido em ensaio de flexo. ............................... 124 Figura Ap.1 Runa do modelo L 3 C PU prxima ao apoio esquerdo. ............................................ 137 Figura Ap.2 Detalhe da runa do modelo L 3 C PU por momento fletor e fora cortante. ............... 137 Figura Ap.3 Runa do modelo L 3 C PU inclinada entre o carregamento e o apoio. ...................... 138 Figura Ap.4 Ruptura da capa de acabamento do modelo L 3 C PU. .............................................. 138 Figura Ap.5 Runa do modelo L 3 D PU por ao do momento fletor esquerda. ......................... 139 Figura Ap.6 Detalhe da runa do modelo L 3 D PU por ao do momento fletor. ........................... 139 Figura Ap.7 Ruptura da capa de acabamento do modelo L 3 D PU. .............................................. 140 Figura Ap.8 Fissuras de momento fletor e de escorregamento das barras do modelo L 3 D PU. .. 140 Figura Ap.9 Diagramas fora-deslocamento dos modelos nos ensaios de flexo. ......................... 141 Figura Ap.10 Diagramas momento-deslocamento dos modelos nos ensaios de flexo. ................ 141 Figura Ap.11 Diagramas cortante-deslocamento dos modelos nos ensaios de cisalhamento. ...... 142 Figura Ap.12 Diagramas momento-deslocamento dos modelos nos ensaios de cisalhamento. .... 142 Figura Ap.13 Determinao da fora de fissurao experimental dos modelos com PU................ 144 Figura An.1 Corpos de prova de Concreto Leve com EPS para ensaios de carbonatao. ........... 150 Figura An.2 Asperso de soluo de fenolftalena. ......................................................................... 152 Figura An.3 Corpos de prova com permanncia mxima na cmara (169 dias). ........................... 153 Figura An.4 Carbonatao do Concreto Leve com EPS e do Concreto Convencional. .................. 154

NNDDIICCEE DDEE TTAABBEELLAASS

Tabela 2.1 Relao entre resistncia compresso e trao dos concretos leves. ...................... 43 Tabela 2.2 Equaes para o clculo do mdulo de elasticidade. ...................................................... 44 Tabela 2.3 Propriedades trmicas do concreto leve e do concreto convencional. ............................ 45 Tabela 2.4 Relaes aproximadas entre resistncia compresso e consumo de cimento. ........... 46 Tabela 2.5 Valores de referncia da massa especfica dos concretos leves. ................................... 49 Tabela 2.6 Exigncias para concreto estrutural leve. ........................................................................ 49 Tabela 2.7 Resistncia compresso e correspondente massa especfica para concretos leves. . 50 Tabela 3.1 Caractersticas normativas do EPS. ................................................................................. 53 Tabela 4.1 Armaduras dos modelos de lajes unidirecionais. ............................................................. 74 Tabela 5.1 Caracterizao mecnica do Concreto Leve com EPS. .................................................. 82 Tabela 5.2 Anlise dos mdulos de elasticidade do CLE. ................................................................. 83 Tabela 5.3 Anlise da resistncia trao do Concreto Leve com EPS. ......................................... 87 Tabela 5.4 Anlise do mdulo de elasticidade do Concreto Leve com EPS. .................................... 87 Tabela 5.5 Caractersticas do concreto dos ensaios de retrao e fluncia. .................................... 88 Tabela 5.6 Valores relativos aos ensaios de longa durao. ............................................................ 90 Tabela 5.7 Valores caractersticos superiores da deformao do concreto a longo prazo. .............. 92 Tabela 5.8 Caractersticas dos concretos dos modelos de lajes unidirecionais. ............................... 93 Tabela 5.9 Resumo das caractersticas dos modelos de lajes unidirecionais. ................................ 106 Tabela 5.10 Analise do momento fletor dos modelos de lajes unidirecionais. ................................ 110 Tabela 5.11 Momentos de fissurao dos modelos de lajes unidirecionais. ................................... 111 Tabela 5.12 Abertura de fissuras dos modelos de lajes unidirecionais. .......................................... 112 Tabela 5.13 Analise da flecha dos modelos de lajes unidirecionais. ............................................... 113 Tabela 5.14 Anlise da fora cortante dos modelos de lajes unidirecionais. .................................. 114 Tabela 6.1 Caractersticas dos concretos utilizadas nos clculos. .................................................. 115 Tabela 6.2 Coeficientes parciais de segurana utilizados nos clculos. ......................................... 116 Tabela 6.3 Tabela para pr-dimensionamento de lajes unidirecionais. .......................................... 117 Tabela 6.4 Tabela para pr-dimensionamento de lajes bidirecionais com = 1,0. ......................... 118 Tabela 6.5 Tabela para pr-dimensionamento de lajes bidirecionais com = 1,2. ......................... 119 Tabela 6.6 Tabela para pr-dimensionamento de lajes bidirecionais com = 1,5. ......................... 120 Tabela 6.7 Tabela para pr-dimensionamento de lajes bidirecionais com = 2,0. ......................... 121 Tabela Ap.1 Caractersticas dos concretos das lajes unidirecionais com PU. ................................ 136 Tabela Ap.2 Resumo das caractersticas dos modelos de lajes unidirecionais com PU. ............... 143 Tabela Ap.3 Anlise dos momentos fletores das lajes unidirecionais com PU. .............................. 145 Tabela Ap.4 Anlise do momento de fissurao dos modelos de lajes unidirecionais com PU. .... 146 Tabela Ap.5 Anlise da abertura de fissuras dos modelos de lajes unidirecionais com PU. .......... 146 Tabela Ap.6 Anlise da flecha dos modelos de lajes unidirecionais com PU. ................................ 147 Tabela Ap.7 Anlise da fora cortante das lajes unidirecionais com PU. ........................................ 148

Tabela An.1 Caractersticas de cada lote de Concreto Leve com EPS. .......................................... 149 Tabela An.2 Variao da massa especfica na cmara de carbonatao. ...................................... 151

LLIISSTTAA DDEE AABBRREEVVIIAATTUURRAASS EE SSMMBBOOLLOOSS

ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas Ac - rea da seo transversal de concreto Acri - rea da regio de envolvimento af - Flecha diferida aps carregamento de longa durao ai - Flecha inicial aps carregamento ai - Flecha imediata As - rea de ao Asi - rea da armadura envolvida at - Flecha total aps carregamento de longa durao b - Largura mdia do corpo de prova na seo de ruptura bw - Largura da seo transversal da laje c - Altura mdia do corpo de prova na seo de ruptura CAD - Concreto de Alto Desempenho CAR - Concreto de Alta Resistncia CFX - Concreflex ou Concreto Ultraleve CLE - Concreto Leve com EPS d - Dimetro ou altura til da seo E - Mdulo de elasticidade Eci - Mdulo de elasticidade tangente inicial do concreto Ecs - Mdulo de elasticidade secante do concreto Esi - Mdulo de elasticidade da barra de ao considerada EESC - Escola de Engenharia de So Carlos FAPESP - Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo F - Fora Fc - Fora atuante no concreto fc - Resistncia do concreto compresso fc1 - Resistncia do concreto compresso com 1 dia de idade fc7 - Resistncia do concreto compresso com 7 dias de idade fcil - Resistncia compresso em corpos de prova cilndricos fck,est - Resistncia caracterstica estimada do concreto compresso (28 dias) fcm - Resistncia mdia do concreto compresso (28 dias) fct,f - Resistncia do concreto trao na flexo fctk,f,est - Resistncia caracterstica estimada do concreto trao na flexo fctk,inf - Resistncia caracterstica inferior do concreto trao fctk,sp,est - Resistncia caracterstica estimada do concreto trao na compresso diametral fctk,sup - Resistncia caracterstica superior do concreto trao fctm - Resistncia mdia do concreto trao fctm,f - Resistncia mdia do concreto trao na flexo fctm,sp - Resistncia mdia do concreto trao na compresso diametral fct,sp - Resistncia do concreto trao na compresso diametral

fcub - Resistncia compresso em corpos de prova cbicos Fs - Fora atuante na armadura fyk - Resistncia caracterstica de escoamento do ao trao FE - Fator de eficincia g - Aes permanentes g0 - Peso prprio g1 - Aes permanentes adicionais h - Altura do corpo de prova ou espessura da laje I - Momento de inrcia I2 - Momento de inrcia no estdio II Ic - Momento de inrcia da seo bruta de concreto Ieq - Momento de inrcia equivalente L - Distncia entre apoios (vo) LaMEM Laboratrio de Madeiras e Estruturas de Madeira x - Menor vo equivalente da laje y - Maior vo equivalente da laje LE - Laboratrio de Estruturas LMABC - Laboratrio de Materiais Avanados Base de Cimento M - Momento fletor Ma - Momento fletor na seo crtica Mfreq - Momento devido a combinao frequente Mr - Momento de fissurao MR - Momento resistente da seo NBR - Norma Brasileira Registrada pad - Aes adicionais ao peso prprio ou sobrecarga q - Aes variveis SET - Departamento de Engenharia de Estruturas u - Permetro da seo em contato com a atmosfera USP - Universidade de So Paulo V - Fora cortante VR1 - Fora cortante resistente wk - Valor caracterstico da abertura de fissuras x - Altura da linha neutra x23 - Altura da linha neutra no limite entre os domnios 2 e 3 x34 - Altura da linha neutra no limite entre os domnios 3 e 4 yt - Distncia do centro de gravidade fibra mais tracionada (h/2) z - Brao de alavanca f - Fator de fluncia c - Deformao especfica limite do concreto na flexo (3,5) cc - Deformao especfica do concreto comprimido na ruptura (28 dias) cs - Deformao especfica de retrao do concreto s - Deformao especfica limite do ao (10) yk - Deformao especfica caracterstica do ao - Dimetro da barra

i - Dimetro da barra na regio de envolvimento considerada - Massa especfica 1 - Massa especfica do concreto com 1 dia de idade 7 - Massa especfica do concreto com 7 dias de idade 28 - Massa especfica do concreto com 28 dias de idade c - Coeficiente de minorao da resistncia do concreto f - Coeficiente de majorao das aes F - Massa especfica do concreto no estado fresco s - Coeficiente de minorao da resistncia do ao - Coeficiente de fluncia - Relao y/x - Coeficiente de Poisson e - Micro strain (10-6 mm/mm) i - Coeficiente de conformao superficial da armadura passiva considerada ri - Taxa geomtrica da armadura considerada si - Tenso de trao no centro de gravidade da armadura considerada R - Tenso resistente do concreto ao cisalhamento

SSUUMMRRIIOO

RESUMO................................................................................................................... 13 ABSTRACT ............................................................................................................... 15 NDICE DE FIGURAS ............................................................................................... 17 NDICE DE TABELAS ............................................................................................... 21 LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS ............................................................... 23 SUMRIO.................................................................................................................. 27 1. INTRODUO ................................................................................................... 31

1.1. Justificativa e Importncia do Trabalho ...................................................... 31 1.2. Objetivos..................................................................................................... 35

2. CONCRETO LEVE ............................................................................................ 37 2.1. Histrico...................................................................................................... 37 2.2. Materiais Utilizados .................................................................................... 40 2.3. Caractersticas ............................................................................................ 42

2.3.1. Trabalhabilidade ............................................................................................................ 42 2.3.2. Massa Especfica .......................................................................................................... 42 2.3.3. Resistncia Compresso ........................................................................................... 42 2.3.4. Resistncia Trao ..................................................................................................... 43 2.3.5. Mdulo de Elasticidade ................................................................................................. 43 2.3.6. Retrao e Fluncia ...................................................................................................... 44 2.3.7. Zona de Transio ......................................................................................................... 44 2.3.8. Propriedades Trmicas e Resistncia ao Fogo ............................................................ 45

2.4. Produo, Aplicao e Durabilidade ........................................................... 45 2.4.1. Dosagem ....................................................................................................................... 45 2.4.2. Mistura ........................................................................................................................... 47 2.4.3. Transporte, Lanamento e Adensamento ..................................................................... 47 2.4.4. Cura ............................................................................................................................... 47 2.4.5. Durabilidade .................................................................................................................. 48

2.5. Concreto Leve Estrutural ............................................................................ 49 2.6. Fator de Eficincia ...................................................................................... 50

3. CONCRETO LEVE COM EPS ........................................................................... 51 3.1. Materiais e Propriedades ............................................................................ 51 3.2. Caracterizao do Concreto Leve com EPS .............................................. 54

3.2.1. Trabalhabilidade ............................................................................................................ 54 3.2.2. Massa Especfica .......................................................................................................... 55 3.2.3. Resistncia Compresso ........................................................................................... 56 3.2.4. Mdulo de Elasticidade ................................................................................................. 57 3.2.5. Resistncia Trao na Compresso Diametral .......................................................... 58 3.2.6. Resistncia Trao na Flexo .................................................................................... 60 3.2.7. Tenacidade .................................................................................................................... 61 3.2.8. Retrao ........................................................................................................................ 62 3.2.9. Fluncia ......................................................................................................................... 64

4. LAJES DE CONCRETO ARMADO.................................................................... 67 4.1. Lajes Macias ............................................................................................ 67

4.1.1. Lajes Unidirecionais ...................................................................................................... 68 4.1.2. Lajes Bidirecionais ........................................................................................................ 68

4.2. Lajes Nervuradas ....................................................................................... 68 4.3. Modelos de Lajes Unidirecionais ............................................................... 73

4.3.1. Descrio dos Modelos ................................................................................................ 73 4.3.2. Caractersticas Geomtricas ........................................................................................ 74 4.3.3. Armadura ...................................................................................................................... 74

4.4. Ensaios de Flexo ..................................................................................... 74 4.4.1. Esquema do Ensaio de Flexo ..................................................................................... 75 4.4.2. Instrumentao do Ensaio de Flexo ........................................................................... 75 4.4.3. Procedimento do Ensaio de Flexo .............................................................................. 77

4.5. Ensaios de Cisalhamento .......................................................................... 77 4.5.1. Esquema do Ensaio de Cisalhamento ......................................................................... 78 4.5.2. Instrumentao do Ensaio de Cisalhamento ................................................................ 78 4.5.3. Procedimento do Ensaio de Cisalhamento .................................................................. 79

5. RESULTADOS .................................................................................................. 81 5.1. Caracterizao do Concreto ...................................................................... 81

5.1.1. Caractersticas Mecnicas ............................................................................................ 81 5.1.2. Retrao e Fluncia ...................................................................................................... 88 5.1.3. Caractersticas dos Concretos dos Modelos ................................................................ 92

5.2. Comportamentos dos Modelos .................................................................. 94 5.2.1. Ensaios de Flexo ...................................................................................................... 103 5.2.2. Ensaios de Cisalhamento ........................................................................................... 105 5.2.3. Caractersticas dos Modelos ...................................................................................... 106

5.3. Anlise do Comportamento dos Modelos ................................................ 108 5.3.1. Momento Fletor ........................................................................................................... 108 5.3.2. Momento de Fissurao ............................................................................................. 111 5.3.3. Abertura de Fissuras .................................................................................................. 111 5.3.4. Flecha ......................................................................................................................... 112 5.3.5. Fora Cortante ............................................................................................................ 113

6. APLICAO DO CONCRETO LEVE COM EPS EM LAJES ........................... 115 6.1. Clculo das lajes ...................................................................................... 115 6.2. Tabela de Lajes Unidirecionais ................................................................ 117 6.3. Tabelas de Lajes Bidirecionais ................................................................ 118

7. CONSIDERAES FINAIS E CONCLUSES ............................................... 123 7.1. Consideraes Finais............................................................................... 123 7.2. Concluses .............................................................................................. 125 7.3. Sugestes para Trabalhos Futuros .......................................................... 126

REFERNCIAS ...................................................................................................... 129

APNDICE A CONCRETO LEVE COM POLIURETANO (PU) ............................ 135 1. Caractersticas dos Concretos dos Modelos com PU ............................... 135 2. Comportamento dos Modelos com PU ..................................................... 137

2.1. Ensaios de Flexo .......................................................................................................... 140 2.2. Ensaios de Cisalhamento ............................................................................................... 142 2.3. Caractersticas dos Modelos com PU ............................................................................ 143

3. Anlise do Comportamento dos Modelos com PU ................................... 145 3.1. Momento Fletor .............................................................................................................. 145 3.2. Momento de Fissurao ................................................................................................. 146 3.3. Abertura de Fissuras ...................................................................................................... 146 3.4. Flecha ............................................................................................................................. 147 3.5. Fora Cortante ................................................................................................................ 147

4. Concluses ............................................................................................... 148 ANEXO A CARBONATAO DO CONCRETO LEVE COM EPS ....................... 149

1. Lote .......................................................................................................... 149 2. Ensaios ..................................................................................................... 150

2.1. Corpos de Prova ............................................................................................................. 150 2.2. Condies de Ensaios .................................................................................................... 150 2.3. Porosidade ..................................................................................................................... 151 2.4. Procedimento de Ensaio ................................................................................................ 152

3. Resultados ................................................................................................ 152 4. Comparao com Concreto Comum ........................................................ 153 5. Concluses ............................................................................................... 154

INTRODUO

CONCRETO ULTRALEVE ESTRUTURAL COM PROLAS DE EPS: CARACTERIZAO DO MATERIAL E ESTUDO DE SUA APLICAO EM LAJES

31

1. INTRODUO

Nas obras de concreto, o peso prprio representa uma grande parcela das aes totais na estrutura, e a reduo da massa especfica torna-se de grande interesse. Assim o concreto leve apresentado atualmente como um material de construo utilizado em todo o mundo, com aplicao em diversas reas da construo civil.

A ampla utilizao desse material deve-se especialmente aos benefcios promovidos pela diminuio de sua massa especfica, como a reduo de esforos na estrutura e na infraestrutura das edificaes, a economia com frmas e cimbramentos, pela reduo das solicitaes, em comparao com concretos convencionais, bem como a diminuio dos custos com transporte e montagem de construes pr-fabricadas, pela reduo no peso dos materiais manuseados e aumento da produtividade. Alm disso, o concreto leve apresenta isolamento trmico melhor que o do concreto convencional, como indica Neville (1997), por exemplo.

1.1. Justificativa e Importncia do Trabalho

Apesar do concreto leve estrutural poder ser aplicado nos mais diversos setores da construo civil, sua viabilidade tcnica e econmica maior quando grande parte das solicitaes na estrutura consequncia do peso prprio, como pontes, edificaes de mltiplos andares e plataformas martimas flutuantes. Entretanto, de acordo com Rossignolo e Agnesini (2005), no sistema construtivo pr-fabricado que sua aplicao se mostra mais vantajosa em todo o mundo. Suas particularidades em relao aos concretos tradicionais podem ser resumidas em:

Reduo entre 20% e 50% dos custos de transporte, por unidade de volume de concreto; Possibilidade de produzir peas com dimenses maiores, utilizando os mesmos

equipamentos da fbrica e do canteiro; Reduo entre 25% e 50% do tempo de montagem das estruturas.

De acordo com o ACI 213R-87 (1995), o uso de concreto com agregados leves numa estrutura geralmente implica custo total menor. Apesar do concreto leve custar mais que o concreto de peso normal, a estrutura pode custar menos como resultado da reduo do peso prprio e do custo menor para fundaes. A seguir so apresentados alguns exemplos disso, citados por Wilson (1981)1 apud Mehta e Monteiro (2008).

Em 1936, o tabuleiro de concreto leve para a ponte da Baa de So Francisco, em Oakland, na Califrnia, resultou numa economia de trs milhes de dlares em ao;

Na construo do edifcio Australian Square, em Sidney, uma torre circular de 50 andares, altura de 184 m e dimetro de 42,5 m, houve uma economia de 13% com o uso de 31.000 m3 de concreto com agregado leve nas lajes, vigas e pilares acima do nvel do stimo andar;

1WILSON, H. S. Progress in concrete technology, Malhotra, V. M., ed., CANMET, Ottawa, pp.141-187, 1981.

INTRODUO


32

O Edifcio One Shell Plaza, em Houston, Texas, com 52 andares, tem toda sua estrutura de concreto leve, com um bloco de 70 m por 52 m por 2,5 m, 18 m abaixo do nvel do solo; se fosse usado concreto normal, poderia ter sido construda uma estrutura com apenas 35 andares, devido ao limite de capacidade de sustentao do solo.

Atualmente, alm das questes tcnicas e econmicas, a escolha dos materiais de construo tambm est baseada nos aspectos ambientais da aplicao e do uso de materiais. Nesse sentido, o concreto leve possibilita, com sua menor massa especfica, diminuio da armadura, do volume total de concreto, da energia utilizada no transporte e no processo construtivo e, ainda, do consumo de energia no condicionamento trmico das edificaes, quando utilizado nas vedaes externas (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Os materiais industrializados mobilizam vastos recursos financeiros, consomem uma enorme quantidade de energia e requerem um processo centralizado para sua obteno, resultando em custo elevado para grande parte da populao mundial. Somam-se a isso os resduos dos materiais no renovveis que so inaproveitveis, causando permanente poluio.

Assim o emprego de poliestireno expandido (EPS) na produo de concretos com massa especfica reduzida pode abrir portas para o emprego de resduos no somente de EPS, mas tambm de poliuretano (PU) e de outros materiais de mesma natureza, e ainda tornar possvel usufruir das propriedades de baixa massa especfica desses materiais para produo de Concreto Leve com EPS (CLE), tambm denominado Concreto Ultraleve ou de Concreflex (CFX).

A produo de Concreto Leve com EPS utilizando esse tipo de resduo implica no somente no carter ambiental, mas tambm econmico, por no despender recursos significativos para produo de agregados leves, e ainda produzir concretos mais leves que os disponveis no mercado.

Em relao viabilidade do emprego desse novo material no mercado nacional, em que a utilizao do concreto leve ainda muito pequena e acaba se limitando s indstrias de pr-moldados, o concreto leve estrutural com EPS pode vislumbrar a possibilidade de sua aplicao em elementos estruturais como as lajes macias, em substituio a outros tipos de laje, pois suas vantagens podero ser capazes de suprir as desvantagens da utilizao do concreto convencional em lajes macias ou nervuradas, como disposto a seguir.

As primeiras edificaes a empregar estrutura de concreto armado apresentavam distncias relativamente pequenas entre vigas e entre pilares, com vos mximos da ordem de quatro metros. Assim, a concepo estrutural tinha como fatores limitantes a resistncia do concreto, hipteses simplificadoras na modelagem estrutural e o prprio comportamento do sistema estrutural.

A laje macia era muito empregada na construo dessas edificaes, mas o aumento dos vos exigidos pela evoluo arquitetnica e as elevadas espessuras necessrias acabaram tornando tal sistema construtivo antieconmico nessas condies.

Aliada s mudanas arquitetnicas, a evoluo da tecnologia de construo e da informtica tornou possvel o emprego de concretos mais resistentes, anlises mais refinadas para o clculo e a utilizao de novas opes estruturais, como as lajes nervuradas e as pr-moldadas, de modo geral.

INTRODUO


33

Com a concepo para vencer amplos vos e suportar grandes sobrecargas, em

decorrncia da eliminao do concreto entre as nervuras, reduzindo o peso prprio da estrutura sem

prejuzo de sua resistncia e tornando o trabalho do concreto e do ao mais eficiente, as lajes nervuradas passaram a ganhar espao no mercado da construo civil.

De acordo com Vasconcelos (2002), no final da dcada de 1970, depois do sucesso das lajes com nervuras do tipo trilho e aps a importao das primeiras mquinas de eletrossoldagem, foi lanado no Brasil o sistema construtivo de lajes com armaduras treliadas. Nesse sistema, o fabricante de lajes compra a armadura treliada pronta e produz o elemento pr-moldado, fazendo a concretagem do elemento inferior de concreto. Dessa maneira, possvel oferecer um produto mais

leve e que possibilita melhor ligao entre o concreto e o ao, o que justifica a grande parcela de contribuio deste sistema, atualmente, no mercado da construo civil.

Atualmente, nas construes em srie, as lajes compostas por vigotas treliadas pr-moldadas, os painis treliados e as lajes macias moldadas no local encontram-se entre os sistemas mais utilizados. Porm, todos necessitam de muitas intervenes na obra, o que no bom, tendo

em conta a escassez e a m qualidade da mo de obra disponvel.

Por conta dessas desvantagens, esses sistemas tm sido substitudos, em vrios casos, por

lajes macias pr-moldadas, que, no entanto, tm o inconveniente do alto peso para o transporte. Portanto, o emprego de Concreto Leve com EPS em lajes macias pr-moldadas pode ser

capaz de minimizar as desvantagens trazidas pelo concreto convencional para tais sistemas, aliando

as vantagens do sistema construtivo com lajes macias e as propriedades de um Concreto Estrutural Ultraleve.

A importncia do trabalho ressaltada com a anlise da aplicao estrutural de um concreto

com massa especfica de aproximadamente 1200 kg/m3, mais leve que os concretos leves

convencionais, com massa especfica da ordem de 1700 kg/m3, e no somente mais leve que o

concreto comum, cuja massa especfica em geral considerada de 2400 kg/m3. Alguns testes de aplicao do material em estudo j foram realizados, como os

exemplificados a seguir.

A Figura 1.1 mostra uma laje de Concreto Leve com EPS, durante seu iamento, apresentando acabamento semelhante ao de peas de concreto pr-moldado comum.

A Figura 1.2 ilustra um teste feito com painel de fechamento moldado verticalmente, com

dimenses em metros 0,15 x 1,25 x 10,00. Esse painel tambm apresentou bom acabamento

superficial e boa textura.

Teste realizado na produo de um painel PI ilustrado na Figura 1.3, que tambm indica

as boas condies obtidas.

INTRODUO


34

Figura 1.1 Laje de Concreto Leve com EPS durante iamento. (KERBAUY, 2011)

Figura 1.2 Painel de fechamento de Concreto Leve com EPS. (PINHEIRO, 2012)

INTRODUO


35

Figura 1.3 Painel PI de Concreto Leve com EPS. (KERBAUY, 2011)

1.2. Objetivos Este trabalho tem como objetivo determinar as caractersticas do Concreto Leve com EPS

(CLE) necessrias para projetar elementos estruturais, e analisar o comportamento de modelos de lajes unidirecionais produzidas com esse novo material. A seguir os objetivos so apresentados de forma mais especifica.

Determinar a massa especfica do material e analisar sua relao com as caractersticas mecnicas.

Determinar caractersticas mecnicas, tais como: resistncia compresso, diagrama tenso versus deformao, mdulo de elasticidade, resistncia trao, na compresso diametral e na flexo, e tenacidade.

Estudar a deformabilidade do CLE por retrao e fluncia. Analisar o comportamento de modelos de lajes unidirecionais produzidas com esse material,

submetidas a momento fletor e a fora cortante. Elaborar tabelas para pr-dimensionamento de lajes unidirecionais e bidirecionais,

compostas de Concreto Leve com EPS, e comparar essas lajes com as de concreto comum, para auxiliar o estudo de viabilidade de aplicao do novo material nesses elementos estruturais.

CONCRETO LEVE


37

2. CONCRETO LEVE

Os concretos leves so aqueles que apresentam massa especfica menor, em comparao aos concretos convencionais, que possuem massa especfica entre 2000 kg/m3 e 2800 kg/m3. Segundo Neville (1997), na prtica a massa especfica do concreto leve pode variar entre 300 kg/m3 e 1850 kg/m3. Entretanto, de acordo com o ACI 213R-87 (1995), os concretos leves estruturais geralmente apresentam massa especfica superior a 1400 kg/ m3, como indicado na Figura 2.1.

Figura 2.1 Intervalos tpicos de valores de massa especfica de concretos leves. (ACI 213R-87, 1995)

Os concretos leves ainda podem ser classificados em: concretos com agregados leves, que apresentam maior aplicao estrutural; concretos celulares, que se baseiam na introduo de grandes vazios no interior da massa de concreto; e concreto sem finos, que consistem simplesmente em omitir o agregado mido do concreto, formando uma grande quantidade de vazios intersticiais.

2.1. Histrico

De acordo com Rossignolo e Agnesini (2005), as primeiras indicaes da aplicao dos concretos com agregados leves datam de aproximadamente 1100 a.C., quando construtores pr-colombianos, que viveram na atual cidade de El Tajin (Mxico), empregaram uma mistura de pedra-pomes com um ligante base de cinzas vulcnicas e cal, para a construo de elementos estruturais.

Os concretos com agregados leves tambm foram utilizados pelos romanos. Uma das principais construes com concreto leve da poca romana data de aproximadamente 120 d.C., quando o Panteo de Roma, ilustrado na Figura 2.2, foi reconstrudo, aps ter sido destrudo por um incndio. Foi utilizado concreto com pedra-pomes para a construo da cpula em forma de abboda desse monumento, com 44 m de dimetro, e que se encontra, atualmente, em excelente estado de conservao, aps quase 2000 anos de sua construo (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

argila expandida (sintetizao) cinza, escria expandida

argilha, folhelho, ardsia expandida (forno rotativo)

escria

pedra pomes

perlita

vermiculita

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Concretos isolantes Concretos com resistncia moderada Concretos estruturais

CONCRETO LEVE


38

Figura 2.2 Panteo de Roma. (TRIBO DE JACOB, 2010)

O incio da utilizao de concretos de cimento Portland com agregados leves, como o conhecemos hoje, ocorreu durante a Primeira Guerra Mundial, quando a American Emergency Fleet Building Corporation construiu embarcaes com concreto leve, utilizando xisto expandido, com resistncia compresso acima de 30 MPa, mais que o dobro da resistncia compresso dos concretos tradicionais da poca, e massa especfica em torno de 1700 kg/m3. Um exemplo dessas embarcaes o USS Selma, Figura 2.3, construda em 1919 nos Estados Unidos, que, segundo anlises realizadas na dcada de 1980, com mais de 60 anos, ainda apresentava boas condies de resistncia e corroso compatvel com a de um concreto em ambiente marinho, por tantas dcadas (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Figura 2.3 Embarcao USS Selma. (ASSOCIAO DE COMBATENTES DO CONCELHO DE ARGANIL, 2010)

CONCRETO LEVE


39

Aps a Segunda Guerra Mundial, quando foram construdos 488 navios de concreto leve, houve um considervel aumento dos estudos e aplicaes estruturais desse concreto. A partir dos anos 1960, importantes edifcios foram construdos com concreto leve estrutural, tal como Park Regis (Austrlia) em 1968, Standart Bank (frica do Sul) em 1970 e o BMW Building (Alemanha) em 1972, apresentados na Figura 2.4, alm de outras aplicaes em construes pr-fabricadas. Mas foi somente a partir dos anos 1970, com o aprimoramento da tecnologia dos concretos e o desenvolvimento de novos materiais, como os aditivos redutores de gua e as adies pozolnicas, que se tornou mais fcil a obteno de concretos leves durveis, com elevada resistncia mecnica (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Park Regis Standart Bank BMW Building (PARK REGIS HOTELS, 2012) (HPP ARCHITECTS, 2012) (POCO A POCO, 2012)

Figura 2.4 Edifcios de mltiplos pavimentos construdos com concreto leve estrutural.

Foi nessa poca que a utilizao de concretos leves se iniciou no Brasil, quando o Grupo Robello implantou em Jundia, interior de So Paulo, uma unidade para produo de argila expandida em forno rotativo, com a finalidade de fornecer agregados leves para produo de elementos pr-fabricados. Em seguida, iniciou-se o desenvolvimento da tecnologia dos concretos com argila expandida nacional (TESUKA, 1973), assim como a anlise do dimensionamento de elementos estruturais com esse material (VASCONCELOS, 1973).

No Brasil, a modesta aplicao do concreto estrutural leve voltada para elementos construtivos pr-fabricados. Entre as aplicaes se destacam a ampliao do Rio Centro, no Rio de Janeiro, o pavilho de exposio do Anhembi, em So Paulo, o edifcio da Faculdade de Economia, Administrao e Contabilidade (FEA) da USP, e o Hotel Grand Hyatt, nos painis da fachada, ilustrados na Figura 2.5 (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Cabe ressaltar que a aplicao de concretos leves no Brasil, alm de ser voltada para elementos pr-fabricados, ainda praticamente se restringe utilizao de argila expandida.

CONCRETO ULTRALEVECARACTERIZAO DO MATERIAL E ESTUDO DE SUA APLICAO EM

40

Rio Centro (PROMOVIEW, 2009)

Edifcio da FEA/USP(EAC-FEA/USP, 2012)

Figura 2.

2.2. Materiais Utilizados

De acordo com Mehta e Monteiro (2008)comparado ao convencional em todos os aspectos, salvo omotivos de viabilidade tcnico-econmica, para obteno de um concreto com massa especfica reduzida. Assim, para produo doso utilizados os mesmos matrias casos, tambm em concretos especiaiscimento Portland, gua e areia, at as adies, como a

Segundo Mehta e Monteiro (2008), oleves ou em uma combinao de leves e normaiscomo agregado mido e limitar a dimenso na maioria dos processos de fabricao, serem obtidas partculas com dimetro

CONCRETO LEVE


Pavilho de Exposies (PROMOVIEW, 2009) (ANHEMBI PARQUE, 2010)

Edifcio da FEA/USP Grand Hyatt HotelFEA/USP, 2012) (HOTEIS.COMTM, 2012)

Figura 2.5 Aplicaes de concreto leve no Brasil.

De acordo com Mehta e Monteiro (2008), o concreto com agregado comparado ao convencional em todos os aspectos, salvo o fato da utilizao de agregado leve, por

econmica, para obteno de um concreto com massa especfica os concretos com agregados leves, com exceo do

rias usados na produo de concretos convencionais eespeciais. Esses materiais vo dos normalmente empregadosat as adies, como a slica ativa, e os diferentes tipos de aditivo

Mehta e Monteiro (2008), o concreto leve pode consistir somenteleves ou em uma combinao de leves e normais, e comum utilizar areia com densidade normal como agregado mido e limitar a dimenso mxima do agregado leve grado em 19 mmna maioria dos processos de fabricao, serem obtidas partculas com dimetros de

LAJES

do Anhembi (ANHEMBI PARQUE, 2010)

Grand Hyatt Hotel , 2012)

om agregado leve pode ser fato da utilizao de agregado leve, por

econmica, para obteno de um concreto com massa especfica s, com exceo dos agregados,

na produo de concretos convencionais e, em muitos Esses materiais vo dos normalmente empregados, como

slica ativa, e os diferentes tipos de aditivos. somente em agregados

areia com densidade normal 19 mm, apesar de,

de at 25 mm.

CONCRETO LEVE


41

Conforme Mehta e Monteiro (2008), os agregados leves so os agregados que possuem massa especfica unitria menor que 1120 kg/m3, e podem ser naturais ou artificiais. O peso leve do agregado se deve microestrutura celular ou alta porosidade.

Agregados leves naturais so obtidos por meio de extrao direta de jazidas e britagem dessas rochas gneas vulcnicas, como pedra-pomes ou tufo. Esse tipo de agregado possui pouca aplicao devido grande variabilidade de suas propriedades e tambm pela localizao das jazidas.

Agregados leves sintticos so produzidos pelo tratamento trmico de vrios materiais como argilas, folhelhos, ardsia, diatomito, perlita, vermiculita e escrias expandidas. Os dois processos mais utilizados para a fabricao dos agregados leves so a sinterizao e o forno rotativo.

O agregado obtido pelo processo de sinterizao apresenta altos valores de absoro e formato irregular, necessitando de britagem para atender as granulometrias. Isso proporciona boa aderncia pasta de cimento, devida rugosidade da superfcie, embora aumente a quantidade de gua de amassamento necessria para obteno da trabalhabilidade desejada, alm da penetrao da pasta de cimento nos poros, que aumenta o consumo de cimento e a massa especfica do

concreto. (ZHANG e GJRV, 19922 apud ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005) Os agregados produzidos em forno rotativo apresentam granulometria variada, formato

regular arredondado e parte central formada por uma massa esponjosa, envolta por uma camada com baixa permeabilidade, que diminui significativamente a absoro de gua. Por esses motivos so os mais empregados na produo de concretos leves (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Existe um amplo espectro de agregados leves que possuem massa unitria de 80 kg/m3 a 900 kg/m3. Os muito porosos geralmente so frgeis e, portanto, mais adequados para produo de concretos isolantes no estruturais. Os agregados leves menos porosos, quando a estrutura dos poros composta por poros finos uniformemente distribudos, as partculas do agregado so mais resistentes e, portanto, mais adequadas para concreto estrutural (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

Os agregados leves apresentam valores de massa especfica inversamente proporcionais ao dimetro. A estrutura interna tem papel importante na resistncia mecnica e no mdulo de deformao dos agregados leves. Para um mesmo material, agregados com elevada porosidade so menos resistentes do que aqueles com estruturas pouco porosas. O tamanho e a distribuio dos poros tambm so importantes. Assim, para um mesmo ndice de vazios, melhor que haja uma distribuio uniforme de pequenos poros do que poucos poros de grande dimetro (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

As caractersticas de porosidade e absoro de gua dos agregados leves afetam as propriedades dos concretos e o processo de hidratao do cimento. A velocidade e a quantidade de gua absorvida pelos agregados leves dependem dos seguintes fatores: porosidade total, conectividade entre os poros, caractersticas da superfcie do agregado, umidade do agregado antes da mistura, temperatura, tipo de lanamento do concreto e utilizao de aditivos no concreto (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2ZHANG, M. H.; GJRV, O. E. Penetration of cement paste into lightweight aggregate. Cement and Concrete Research. EUA, v. 22, p. 47-55, 1992.

CONCRETO LEVE


42

2.3. Caractersticas

A reduo da massa especfica, substituindo parte ou todos agregados convencionais por agregados leves, pode causar alteraes significativas em outras importantes caractersticas do concreto, tais como: trabalhabilidade, resistncia mecnica, mdulo de elasticidade, retrao, fluncia, zona de transio, isolamento trmico e resistncia ao fogo.

Assim sero apresentadas sucintamente as principais alteraes nessas caractersticas pela substituio de agregados convencionais por leves. No item 2.4, sero apresentadas as influncias na produo, na aplicao e na durabilidade do concreto com agregados leves.

2.3.1. Trabalhabilidade

Considerando a massa especfica dos agregados leves e sua textura em geral spera e porosa, o abatimento do tronco de cone dos concretos leves apresenta valores menores do que os obtidos para os concretos convencionais, para uma mesma condio de trabalhabilidade (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Segundo Rossignolo e Agnesini (2005), a absoro de gua dos agregados leves tem grande influncia na manuteno da trabalhabilidade do concreto aps a mistura. Esse problema pode ser amenizado com o controle de umidade dos agregados, antes da mistura.

2.3.2. Massa Especfica

Juntamente com a trabalhabilidade, a massa especfica e a resistncia so as duas propriedades geralmente utilizadas na especificao do concreto leve estrutural. As especificaes limitam a massa especfica do concreto seco ao ar (massa especfica seca).

Segundo Mehta e Monteiro (2008), quando se utiliza um agregado altamente poroso, com dimenso mxima maior que 19 mm, a massa especfica do concreto pode ser reduzida, mas o produto pode no atingir a resistncia exigida para concretos estruturais leves de qualidade. Isso devido ao aumento do volume de vazios decorrente do aumento da dimenso do agregado.

O uso de areia natural para aumentar a resistncia mecnica do concreto leve tende a aumentar sua massa especfica, mesmo que essa tendncia seja parcialmente compensada pelo efeito oposto ao do ar incorporado, que muitas vezes utilizado para melhorar a trabalhabilidade (MEHTA E MONTEIRO, 2008).

2.3.3. Resistncia Compresso

A resistncia compresso e a massa especfica so as propriedades mais empregadas na caracterizao dos concretos leves estruturais, por estarem diretamente relacionadas com o tipo e a granulometria do agregado leve utilizado. Essa granulometria tem mais influncia na massa especfica e na resistncia mecnica dos concretos leves do que nos concretos convencionais, j que a massa especfica e a resistncia mecnica da maioria dos tipos de agregados leves so inversamente proporcionais sua dimenso (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

CONCRETO LEVE


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No concreto com agregados leves, a resistncia mecnica potencial da matriz de cimento utilizada mais eficientemente do que no concreto convencional, pela maior similaridade entre os valores dos mdulos de deformao do agregado e da matriz de cimento, e pela melhoria da qualidade da zona de transio agregado-pasta. Assim, os concretos leves, normalmente, no rompem devido diferena entre as deformaes dos agregados e da matriz de cimento, mas devido ao colapso da argamassa. Na ruptura dos concretos com agregados leves, a linha de fratura atravessa os agregados, como ocorre nos concretos de alta resistncia com massa especfica normal (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Em consequncia disso, o agregado leve mostra-se como o material determinante na resistncia do concreto compresso, pois, a partir de um limite de resistncia, o aumento da resistncia compresso da argamassa no contribui para o aumento da resistncia compresso do concreto (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2.3.4. Resistncia Trao

Como nos concretos convencionais, possvel relacionar a resistncia compresso com a resistncia trao, determinada por ensaios de compresso diametral e trao na flexo.

A Tabela 2.1 apresenta algumas expresses para estimar a relao entre essas caractersticas mecnicas.

Tabela 2.1 Relao entre resistncia compresso e trao dos concretos leves. (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005)

Referncia Resistncia Trao (MPa)

Observaes Compresso Diametral Flexo

ACI 318 (1995) 0,42 . fcil0,5 0,46 . fcil0,5 Agregado leve ACI 318 (1995) 0,48 . fcil0,5 0,53 . fcil0,5 Areia e agregado leve CEB-FIP (1977) 0,23 . fcub0,67 0,46 . fcub0,67 -

fcil = Resistncia compresso em corpos de prova cilndricos (MPa)

fcub = Resistncia compresso em corpos de prova cbicos (MPa)

2.3.5. Mdulo de Elasticidade

Como os mdulos de elasticidade dos agregados leves so inferiores aos dos agregados convencionais, os concretos leves possuem mdulo menor que o do concreto convencional. A Tabela 2.2 apresenta algumas expresses que relacionam o mdulo de elasticidade do concreto leve com sua resistncia compresso e massa especfica.

CONCRETO LEVE


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Tabela 2.2 Equaes para o clculo do mdulo de elasticidade. (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005)

Referncia Mdulo de Elasticidade Observaes NS 3473.E (1998) E = 9,5 . fcilk0,3 . ( / 2400)1,5 (GPa) fcilk < 85 MPa

ACI 318 (1995) E = 0,043 . 1,5 . fcil0,5 (MPa) fcil < 41 MPa BS 8110-2 (1985) E = 1,7 . ( / 1000)2 fcub0,3 (GPa) - CEB-FIP (1978) E = 1,6 . 2 . (fcilk + 8)0,33 . 10-6 (GPa) -

= massa especfica (kg/m3) E = mdulo de elasticidade

fcil = resistncia compresso em corpos de prova cilndricos de 150 mm x 300 mm (MPa) fcilk = resistncia compresso em corpos de prova cilndricos de 100 mm x 200 mm (MPa)

fcub = resistncia compresso em corpos de prova cbicos de 100 mm (MPa)

2.3.6. Retrao e Fluncia

Como o agregado leve oferece baixa restrio movimentao causada pela umidade no concreto, os concretos leves costumam apresentar valores de retrao por secagem e fluncia maiores que os relativos aos concretos convencionais, num mesmo nvel de resistncia compresso (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Segundo Hoff (1991)3 apud Rossignolo e Agnesini (2005), os concretos com agregados leves apresentam valores de retrao por secagem entre 500 x 10-6 m/m e 1000 x 10-6 m/m.

De acordo com Mehta e Monteiro (2008), os valores usuais de fluncia para concretos com agregados leves se mostram em torno de 1600 x 10-6 m/m, destacando que baixa resistncia e baixo mdulo de elasticidade tm um efeito mais pronunciado na fluncia do que na retrao por secagem.

2.3.7. Zona de Transio

Diferentemente do concreto convencional, no concreto leve o agregado e no a zona de transio na interface pasta-agregado o componente mais fraco do sistema. De modo geral isso se deve absoro de gua e rugosidade do agregado leve, que reduz a porosidade e aumenta a

aderncia mecnica entre o agregado e a matriz de cimento (ZHANG e GJRV, 19924; WASSERMAN e BENTUR, 19965 apud ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

A interao do agregado leve com a matriz depende do teor de umidade do agregado. Se o agregado leve for previamente saturado, para no interferir na trabalhabilidade, geralmente a relao gua/aglomerante ao seu redor elevada e a ligao fragilizada (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

3HOFF, G. C. High strength lightweight concrete for Artic applications. ACI Symposium on Performance of Structural Lightweight Concrete. Dallas: ACI, 1991. 4ZHANG, M. H.; GJRV, O. E. Penetration of cement paste into lightweight aggregate. Cement and Concrete Reseach. EUA, v. 22, p. 47-55, 1992. 5WASSERMAN, R.; BENTUR, A. Interfacial interactions in lightweight aggregate concretes and their influence on the concrete strength. Cement and Concrete Composites, Inglaterra, v. 18, p. 67-76, 1996.

CONCRETO LEVE


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Entretanto, se o agregado leve apresentar baixo teor de umidade, a ligao fortalecida por conta da reduzida relao gua/aglomerante. Outro fator que interfere para a melhor ligao pasta-agregado a reduo do efeito parede, provocado pela maior rugosidade e porosidade dos agregados leves (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2.3.8. Propriedades Trmicas e Resistncia ao Fogo

O ar aprisionado na estrutura celular dos agregados leves reduz a absoro e a transferncia de calor nos concretos produzidos com eles, em relao aos concretos com agregados convencionais (HOLM e BREMNER, 2000). A Tabela 2.3 apresenta uma comparao entre as propriedades trmicas do concreto com agregado leve e as do concreto convencional.

Tabela 2.3 Propriedades trmicas do concreto leve e do concreto convencional. (HOLM e BREMNER, 2000)

Propriedades Concreto Leve Concreto Convencional Massa especfica (kg/m3) 1850 2400

Resistncia compresso (MPa) 20 - 50 20 70 Calor especfico (cal/g.C) 0,23 0,22

Condutividade trmica (W/m.K) 0,58 0,86 1,4 2,9 Difuso trmica (m2/h) 0,0015 0,0025 0,0079

Expanso trmica (10-6/C) 9 11

Os concretos com agregados leves, alm de apresentar melhor desempenho trmico, geralmente apresentam melhor desempenho de manuteno da resistncia mecnica em elevadas temperaturas do que os concretos convencionais, devido menor condutividade trmica (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2.4. Produo, Aplicao e Durabilidade

Neste item sero considerados aspectos relativos a dosagem, mistura, transporte, lanamento, adensamento, cura e durabilidade dos concretos com agregados leves.

2.4.1. Dosagem

Segundo Rossignolo e Agnesini (2005), os mtodos utilizados para dosagem dos concretos convencionais podem ser empregados para concretos leves, desde que sejam considerados os seguintes fatores adicionais:

necessidade de projetar um concreto com massa especfica particular; absoro de gua dos agregados leves; variao da massa especfica do agregado leve em funo de sua dimenso; influncia das caractersticas dos agregados leves nas propriedades dos concretos.

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Procedimentos especficos para dosagem dos concretos leves so descritos no CEB-FIP (1977) e no ACI 211.2-98 (1998). De modo geral os documentos normativos indicam a utilizao de consumos de cimento acima de 300 kg/m3, para garantir condies de trabalhabilidade, resistncia e durabilidade.

Para dosar um concreto leve, a resistncia compresso geralmente relacionada ao consumo de cimento para uma dada trabalhabilidade, no lugar da relao gua/aglomerante. Na maioria dos casos a resistncia compresso, para um mesmo consumo de gua e de cimento, pode ser aumentada ao reduzir a dimenso mxima do agregado grado leve e/ou substituir o agregado mido leve por um agregado natural, ocasionando com isso o aumento da massa especfica (MEHTA e MONTEIRO, 2008).

A Tabela 2.4 apresenta relaes aproximadas entre resistncias compresso e consumo de cimento, para concretos s com agregados leves e para concretos com agregados leves e areia. Essas relaes valem para concretos leves de densidades maiores.

Tabela 2.4 Relaes aproximadas entre resistncia compresso e consumo de cimento. (ACI 213R-87, 1995)

Resistncias Compresso (MPa)

Consumo de Cimento (kg/m3) S agregados leves Agregados leves e areia

17 240 305 240 305

21 260 335 250 335

28 320 395 290 395

34 375 450 360 450

41 440 500 420 500

Como na dosagem dos concretos convencionais, tanto para uso s de agregados leves como para emprego de leves e convencionais, o estudo do empacotamento de partculas imprescindvel para otimizar a dosagem dos concretos leves, podendo trazer os seguintes benefcios:

aumento da coeso; reduo da segregao; reduo da exsudao; reduo no consumo de cimento; aumento da resistncia.

Na dosagem de concretos leves estruturais, usualmente so empregadas adies, buscando o efeito filler, a reao pozolnica e a melhora da coeso, e aditivos, para modificar as propriedades reolgicas e reduzir o consumo de gua. No entanto importante considerar o preenchimento dos poros da superfcie do agregado leve com as partculas de adio e a absoro de parte dos aditivos lquidos pelos agregados leves utilizados sem saturao prvia. Uma forma de administrar o emprego de adies e aditivos atravs da ordem de mistura dos materiais (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

CONCRETO LEVE


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2.4.2. Mistura

O controle de umidade dos agregados leves tem um importante papel na produo de concretos. Para os produzidos com agregados com absoro de gua abaixo de 10% em massa, aps 24 horas de imerso, pode-se adotar o mtodo de mistura dos concretos convencionais. Nesses casos, deve-se incluir uma quantidade adicional de gua, que pode ser considerado o volume absorvido pelo agregado durante sua imerso por 30 minutos (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

Para os casos de agregados leves que, mesmo com valores de absoro de gua abaixo de 10% aps 24 horas de imerso, apresentam alta absoro nos primeiros minutos, deve-se misturar os materiais slidos e a gua e, em seguida, os agregados leves (HOLM e BREMNER, 2000).

Mas se o agregado leve utilizado apresenta valores de absoro de gua acima de 10% aps 24 horas de imerso, deve-se realizar a pr-saturao dos agregados para manter a trabalhabilidade adequada do material durante o transporte, o lanamento e o adensamento (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2.4.3. Transporte, Lanamento e Adensamento

O fenmeno conhecido como flutuao do agregado grado, consequncia dos baixos valores da massa especfica dos agregados leves, deve ser considerado no transporte e no adensamento do concreto leve, que pode ser evitado ou reduzido aumentando a coeso do concreto, atravs da adio de finos, aumento no teor de agregados midos, utilizao de aditivos especficos e reduo da relao gua/aglomerante.

Segundo Rossignolo e Agnesini (2005), no lanamento do concreto leve por bombeamento, a umidade e a granulometria dos agregados leves assumem grande importncia, pois a presso de bombeamento aumenta a absoro de gua do agregado e isso pode causar uma perda brusca de trabalhabilidade, obstruindo os dutos durante o lanamento, da a importncia do prvio umedecimento do agregado leve.

Se por um lado os concretos leves solicitam menos as frmas e cimbramentos que os concretos convencionais, pelo reduzido peso prprio, por outro, sua maior necessidade de energia de adensamento causa maior solicitao dinmica. Na utilizao de vibradores de imerso, apesar de geralmente serem adotados maiores tempos de vibrao, para um maior controle da segregao dos agregados leves, so adotadas menores reas de ao e vibradores com baixa frequncia de vibrao (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2.4.4. Cura

A condutividade trmica do concreto leve menor que a do concreto convencional. Assim o calor liberado durante o processo de hidratao do cimento acarreta numa elevao maior na temperatura dos concretos leves. Portanto, para utilizar os mesmos procedimentos de cura do concreto convencional, devem ser tomados cuidados especiais com a temperatura do concreto, evitando mudanas bruscas e exagerada elevao, a fim de evitar a formao de fissuras trmicas, principalmente em ambiente com baixa temperatura ou quando for empregada cura trmica (EUROLIGHTCON, 19986 apud ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

6EUROLIGHTCON ECONOMIC DESIGN AND CONSTRUCTION WITH LIGHTWEIGHT AGGREGATE CONCRETE. LWAC Material Properties, State-of-the-Art. Project BE96-3942/R2, Noruega, 1998. 111p.

CONCRETO LEVE


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O agregado leve pode beneficiar o processo de hidratao do cimento, pois a gua

absorvida por ele, previamente ou durante o processo de mistura, pode ser transferida para a matriz

de cimento durante o perodo de hidratao, garantindo a presena de gua distribuda no interior do concreto, evitando sua falta ou sua movimentao. Por esse motivo, este fenmeno denominado

cura interna (ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005).

2.4.5. Durabilidade

De acordo com Mehta e Monteiro (2008), apesar do concreto leve normalmente apresentar maior absoro de gua que o concreto convencional, no significa que ele apresenta maior

permeabilidade e consequentemente menor durabilidade.

Na verdade o concreto leve geralmente apresenta menor permeabilidade que o concreto

convencional, pois a permeabilidade est principalmente relacionada com a microfissurao que, no

concreto convencional, ocorre primeiramente na zona de transio pasta-agregado, pela diferena do

mdulo de elasticidade entre os dois materiais. J no concreto leve, o valor do mdulo de elasticidade

do agregado prximo ao da matriz de cimento, apresentando reduzida microfissurao

(ROSSIGNOLO e AGNESINI, 2005). Na produo de concretos leves, usualmente so empregados incorporadores de ar, para

aumentar a trabalhabilidade, reduzir o consumo de cimento e mesmo para reduzir a massa especfica

da matriz de cimento. Essa incorporao de ar no necessariamente representa um aumento na

permeabilidade, porque so vazios controladamente distribudos. De acordo com Mehta e Monteiro

(2008), esses vazios so indicados para o aumento da durabilidade do concreto suscetvel a congelamento-degelo, devido possibilidade de acomodao da presso hidrosttica causada pela

expulso de gua dos agregados, quando estes esto prximos da saturao e o concreto sujeito ao do congelamento.

De acordo com EUROLIGHTCON (1998)7 apud Rossignolo e Agnesini (2005), a durabilidade do concreto armado frente ao de cloretos e carbonatao pouco influenciada

pelo tipo de agregado utilizado, cabendo principalmente matriz de cimento a proteo das armaduras da estrutura de concreto.

O uso de adies, buscando o efeito filler, para o preenchimento dos vazios entre as

partculas maiores, a reao pozolnica, transformando o hidrxido de clcio em silicato de clcio

hidratado, e o emprego de aditivos, para reduo da gua de amassamento, tornam a matriz de

cimento mais compacta e menos porosa, alm de melhorar ainda mais a zona de transio pasta-

agregado, aumentando a durabilidade do concreto leve, apesar do aumento da massa especfica.

7EUROLIGHTCON ECONOMIC DESIGN AND CONSTRUCTION WITH LIGHTWEIGHT AGGREGATE CONCRETE. LWAC Material Properties, State-of-the-Art. Project BE96-3942/R2, Noruega, 1998. 111p.

CONCRETO LEVE


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2.5. Concreto Leve Estrutural

Os concretos leves estruturais so caracterizados por apresentarem massa especfica seca abaixo de valores de referncia, como os valores limites de alguns documentos normativos apresentados na Tabela 2.5.

Tabela 2.5 Valores de referncia da massa especfica dos concretos leves. (ROSSIGNOLO, 2003)

Referncia Massa especfica (kg/m3) RILEM (1975) < 2000

CEB-FIP (1977) < 2000 NS 3473.E (1998) 1200 < < 2200

ACI 213R-87 (1995) 1400 < < 1850 CEN prEN 205-25 (1999) 800 2000

O Guia do Concreto Estrutural com Agregados Leves do ACI 213R-87 (1995) especifica, tambm, que o concreto leve estrutural, alm de apresentar o valor da massa especfica nos limites apresentados na Tabela 2.5, deve apresentar resistncia compresso acima de 17 MPa.

A ASTM C330:1989 especfica limites de massa unitria de agregados e outras exigncias relacionadas granulometria, substncias nocivas e propriedades do agregado na produo do concreto estrutural leve, tais como: resistncia, massa especfica, retrao por secagem e durabilidade do concreto com tal agregado. As exigncias para resistncia trao e compresso, relacionadas massa especfica do concreto estrutural leve, so apresentadas na Tabela 2.6.

Tabela 2.6 Exigncias para concreto estrutural leve. (ASTM C330:1989)

Massa especfica aos 28 dias (kg/m3)

Resistncia mnima trao por compresso diametral

aos 28 dias (MPa) Resistncia mnima compresso aos

28 dias (MPa) Todos os agregados leves

1760 2,2 28

1680 2,1 21

1600 2,0 17

Combinao de areia natural e agregado leve 1840 2,3 28

1760 2,1 21

1680 2,1 17 NOTA: A resistncia compresso e a massa especfica devem representar a mdia de trs corpos de prova, e a resistncia trao por compresso diametral deve representar a mdia de oito corpos de prova.

CONCRETO LEVE


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Segundo a ABNT NBR NM 35:1995, os agregados leves empregados na produo dos concretos leves devem apresentar massa unitria no estado seco e solto abaixo de 1120 kg/m3, para agregados midos, e 880 kg/m3, para agregados grados. Esse documento apresenta tambm valores mnimos de resistncia compresso para os concretos, em funo de sua massa especfica, conforme apresentado na Tabela 2.7.

Tabela 2.7 Resistncia compresso e correspondente massa especfica para concretos leves. (ABNT NBR NM 35:1995)

Valores mnimos resistncia compresso aos 28 dias (MPa)

Valores mximos de massa especfica (kg/m3)

28 1840

21 1760

17 1680

2.6. Fator de Eficincia

O Fator de Eficincia ou Eficincia Estrutural um parmetro bastante utilizado para caracterizar os concretos leves, pois relaciona as suas duas principais caractersticas: resistncia compresso e massa especfica. O Fator de Eficincia pode ser representado pela equao:

=

cfFE

FE = Fator de Eficincia (MPa.dm3/kg); fc = resistncia compresso (MPa); = massa especfica (kg/dm3).

CONCRETO LEVE COM EPS


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3. CONCRETO LEVE COM EPS

De acordo com Kerbauy (2010), o Concreto Leve com EPS denominado Concreto Ultraleve, ou Concreflex (CFX), que um concreto que contm Poliestireno Expandido (EPS), atuando como agregado leve e ao mesmo tempo como incorporador de ar, destinado para fins estruturais e no estruturais, com massa especfica variando entre 400 kg/m3 e 1300 kg/m3, inferior massa especfica usualmente apresentada pelo Concreto Leve Estrutural. Na realidade, para os concretos estruturais, correspondem massas especficas na faixa superior desse intervalo, por exemplo, acima de 1000 kg/m3, com consumo de cimento da ordem de 450 kg/m3.

3.1. Materiais e Propriedades

O Concreto Leve com EPS (CLE), apesar de ser um

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Concreto Ultraleve Perolas EPS