Agregado, segundo Albuquerque (2008, p.63) pode ser definido como material desaglomerado, baixa tamanho de partícula, com pouca atividade química. Pode receber algumas outras definições como: filer, pedra britada, bica-corrida, rachão etc. Esses agregados podem ainda ser classificados de acordo com as dimensões de suas partículas, sua origem e o peso específico aparente.

Os agregados pode ser classificados de acordo com sua origem, sendo: natural (Agregados Naturais) ou industrial (Agregados Industrializados). O primeiro é encontrado “em forma particulada” na natureza, já o segundo, necessita de processos industriais de desaglomeração para ser obtido.(ALBUQUERQUE, 2008)

(...) os agregados devem ser compostos por grãos de minerais duros, compactos, estáveis, duráveis e limpos, e não devem conter substâncias de natureza e em quantidade que possam afetar ahidratação e o endurecimentodo cimento, a proteção da armadura contra a corrosão, a durabilidade ou, quando for requerido, o aspecto visual externo do concreto. NBR7211(ABNT, 2005, p.4).

Materiais utilizados na construção civil, como areias, britas e cascalhos são consideradas como agregados, porém de acordo com sua granulometria recebem uma classificação mais específica, como por exemplo: as areias são consideradas como agregados miúdos e os cascalhos e britas classificados como agregados graúdos na nomenclatura adotada na construção civil.

A areia, segundo Albuquerque (2008), é, geologicamente, um sedimento não consolidado e pode ter diversas origens, provindo de rio, de cava, de britagem, de escória, e de praias e dunas. Dentre todos esses possíveis tipos, nesse trabalho destacam-se os seguintes tipos:

1. 1- Areia de rio. (Areia Lavada). Compreendem sedimentos depositados em leitos de determinados rios. Sua extração é feita por dragas, que através da sucção retiram esse material juntamente com água, destinando-o para lagoas de decantação, onde as areias são separadas. É importante determinar que o diâmetro dos seus grãos não ultrapassa 4,8 mm, sendo maiores que 0,075mm.

2. 2- Areia proveniente de britagem. Esse material advém da britagem em pedreiras e mineradores. Após a britagem a areia é separada a seco e depois disposta em separadores por umidade que retiram o material com diâmetros menores que 0,075 mm, visando um produto de maior qualidade. Todavia, para o concreto também pode-se utilizar da areia “seca”, ou não lavada.

A granulometria das areias pode ser classificada segundo a NBR 6502 (ABNT, 1995, p. 9) pelos diâmetros das rochas que a compõem em: fina (0,06 a 0,2 mm), média (0,2 a 0,6 mm) e grossa (0,6 a 2,0 mm).

Diversas rochas estão aptas para serem utilizadas na produção de agregados na indústria, sendo que em cada região os custos para a produção ou disponibilidade por um tipo de rocha se torna mais viável. Essa viabilidade econômica que direciona a produção de agregados destinados à construção civil aumenta a variabilidade nos concretos produzidos em todo o país. A busca por competitividade traz ao mercado a necessidade excessiva da redução de custos.

Para agregados, as rochas comumente exploradas são os granitos, basaltos, gnaisses, calcários, arenitos, escória de alto-forno, hematita, entre outras. Cada uma delas traz consigo valores variados de densidade, resistência mecânica a diversos tipos de forças atuantes (compressão, flexão e tração), coeficiente de Poisson, e módulo de elasticidade.

A produção do próprio Cimento Portland também poderia sofrer variações. Contudo, essas são desprezíveis pela existência de normativas que conduzem toda a produção, garantindo a padronização efetiva do aglomerante a ser comercializado, o que não acontece na dosagem do concreto, que não apresenta normativas regulamentadoras. Por isso, as variações no concreto se voltam para os agregados.

A ABNT, através da NBR7211 (ABNT, 2005, p.5) dá as diretrizes para o recebimento e produção dos agregados, tanto miúdos como graúdos, que serão destinados à produção do concreto, mas não garante dosagens eficientes desses materiais.

Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 5732 (ABNT, 1991, p. 8), Cimento Portland Comum é um “aglomerante hidráulico obtido pela moagem de clínquer Portland ao qual se adiciona, durante a operação, a quantidade necessária de uma ou mais formas de sulfato de cálcio.”; segundo essa norma, ainda durante a moagem é possível se adicionar materiais pozolânicos, escórias granuladas de alto-forno e/ou materiais carbonáticos, nos teores especificados na mesma. Assim, se torna ao final do processo um aglomerante que reage com água e endurece, trazendo consigo uma gama de características e resistências importantes, como à compressão.

Para produção do concreto convencional é comumente empregado os materiais citados anteriormente como: agregado miúdo, graúdo e cimento Portland, ainda com a adição de água, que reage com o aglomerante e possibilita a solidificação da mistura. A mistura de cada material com a devida proporção resulta no produto final chamado ‘traço’ ou dosagem do concreto, que nesse trabalho seguiu a seguinte ordem: Cimento: Agregado Miúdo (Areia) : Agregado Graúdo (Brita). Todavia, segundo Pimenta (2009), no local da obra podem-se ter vários tipos de agregados ou materiais cimentícios. O autor aponta a importância dos estudos de campo e em laboratórios para a caracterização de variados materiais disponíveis a uma obra. Tais estudos, que podem ser de dosagem e ensaios no concreto, poderão apontar os materiais que atendam a requisitos de qualidade e qual custo geram para a edificação.

Estudos feitos por Ribeiro et al. (2016), reportaram por uma amostragem probabilística por conglomerado, condições de dosagem de concretos de obras em geral produzidos na cidade de Angicos/RN. O trabalho dos autores visou analisar a produção de concretos sem qualquer preocupação técnica acerca das propriedades finais atingidas, como módulo de elasticidade estático, módulo de elasticidade dinâmico e resistência a compressão. De forma preocupante, e que representa muito do que se tem no Brasil, o estudo revelou que em mais da metade das obras em que foram coletados os dados, produziam-se concretos com resistências à compressão inferiores a 20 MPa, que segundo a NBR 6118 (ABNT, 2014) configura o valor mínimo a ser a apresentado para concretos estruturais. O fato de que algumas das obras avaliadas, e que não atenderam as prescrições das normas para concretos estruturais, eram edifícios públicos com gestão federal, atenuou a preocupação com a falta de fiscalização e critérios por parte do próprio governo em relação ao tema no país.

Como relatado por Tutikian e Helene (2011), o Brasil não possui normativas que padronizam a dosagem de concretos, o que leva muitos estudiosos da área a propor métodos próprios e particulares de dosagem. Os estudos de dosagem vêm sendo realizados e o com intuito de otimizar a melhor mistura e com valor econômico mais acessível em uma determinada região, utilizando materiais locais. Com isso é possível atingir uma série de requisitos, como resistência mecânica, que é geralmente o parâmetro mais analisado. “Há misturas com excesso ou insuficiência de areia, cascalho e / ou água, caracterizando a ausência de métodos de dosagem eficazes. ” (RIBEIRO, et al., 2016, p. 731)

Princípios de dosagem dos constituintes do concreto, podem ser apresentados de maneira fundamental como em trabalhos reportados por Tutikian e Helene (2011), sendo o primeiro o fato precursor da resistência a compressão dos concretos, é a relação água/cimento. Podendo relacionar a consistência do concreto com à quantidade de Água por m³ aplicada, o que torna esse um parâmetro a ser contabilizado nesse trabalho.

A NBR7211 (ABNT, 2005) aponta que se houver a falta de antecedentes relacionados ao desempenho dos agregados em determinadas áreas em que se torne inviável economicamente a obtenção de agregados previstos pela norma com todas suas exigências, a sua utilização para a produção de concreto deve ser precedida por estudos e experimentos realizados com qualidade e documentados por profissionais devidamente qualificados. Em contraposição, o panorama constatado por Ribeiro et al. (2016, p. 732) mostra que “o concreto é amplamente utilizado como material de construção, com pouca ou nenhuma monitorização. ”, o que eleva a relevância de estudos nessa área.

Segundo reportado por Thomas E. C. S (2000), o Engenheiro Civil Caldas Branco, foi o primeiro a produzir traços de concreto relacionando sua dosagem em peso ou volume no Brasil, através de uma série de numerosos experimentos e ensaios laboratoriais. Utilizando corpos de prova cilíndricos de 15cm x 30cm, conforme ainda hoje são previstos na normativa brasileira. Na época o aglomerante utilizado era o Cimento Portland Comum, chamado de CPI, baseado numa mistura de gesso e clínquer, que era fabricado no Rio de Janeiro com pedras britadas de origem gnáissica e areia quartzosa Mauá. No passado os traços eram determinados de formas pouco rigorosas, geralmente não eram nem ensaiados, principalmente em obras de pequeno porte, o que trazia grande variabilidade de resistência e obras passíveis a erros. Visando resistências desejadas Caldas Branco elaborou diversos traços na década de 1960, que foram aplicados na cidade do Rio de Janeiro e aos poucos se difundiram por todo o país.

Visto a importância do trabalho realizado Engenheiro Civil Caldas Branco, executor de vários estudos inéditos até então na área, foi condecorado com o Prêmio Ary Frederico Torres “Destaque do Ano em Tecnologia do Concreto” do Instituto Brasileiro de Concreto – IBRACON no ano de 1984, sendo este um grande reconhecimento do seu trabalho. Em suas pesquisas, foi desenvolvido cartilhas, orientações e padrões, com 12 traços que posteriormente foram organizadas em uma tabela, muito difundida até hoje na construção civil pela praticidade envolvida na produção do concreto segundo os resultados de resistência à compressão desejados.

Entretanto, essa tabela, popularmente denominada de Tabela Caldas Branco, já apresentava incompatibilidades para ser aplicada em todas as localidades do Brasil, visto as particularidades regionais que tomava, por ter sido elaborada com base nos agregados da cidade do Rio de Janeiro. Assim, em outras cidades não apresentava os mesmos resultados devido ao uso de outros tipos de agregados e demais variabilidades na produção.

Barbosa e Bastos (2008) assinalam que traços de concreto presentes nas tabelas mais antigas ainda são muito utilizados na produção de concretos em obras de porte menor, e que elas não atendem aos requisitos de qualidade das normativas atuais.

Tutikian e Helene (2011) citam alguns métodos de dosagem, cada um com suas peculiaridades, benefícios, e também dificuldades de aplicação, seja por necessidade de softwares específicos ou por conter análises complexas. Esses, considerados atuais, foram elaborados por pesquisadores de vários países conforme apresentado a seguir:

O ACI (American Concrete Institute) possui quatro métodos de dosagem:

1. 1. Standard Pratice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete;

2. 2. ACI 211.2-98 (Reapproved, 2004) – Standard Practice for Selecting Proportions for Structural Lightweight Concrete;

3. 3. ACI 211.3R-02 (Reapproved,2009) – Guide for Selecting Proportions for No-Slump Concrete;

4. 4. ACI 211.4R-08. Guide for Selecting Proportions for HighStrength Concrete Using Portland Cement and Other Cementitious Materials.

Ainda se tem o Método de De Larrard, francês pesquisador, o Método de Vitervo O’Reilly, cubano, e o método do IBRACON (Instituto Brasileiro do Concreto). Todavia, há trabalhos feitos na Europa de dosagem de concretos e argamassas por volta do início do século XIX. (TUTIKIANE; HELENE, 2011)

Hoje, não somente tem-se a variação dos agregados do concreto, mas também a evolução dos Cimentos Portland produzidos, com padrões de qualidade muito maiores e com normas rigorosas, na época quase que inexistentes. Toda essa evolução nos aglomerantes também mudam as proporções necessárias para se obter uma mesma resistência considerada em comparação à tabela de Caldas Branco, ou outras do passado.

A cidade de Teófilo Otoni está localizada na região nordeste do Estado de Minas Gerais, com população estimada de 140.567 mil habitantes, segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE (2014). Dentre suas atividades econômicas podemos destacar a grande quantidade de empreendimentos de engenharia e construção civil. Como se destaca como uma cidade polo, não só economicamente, mas na parte extrativa mineral, consegue produzir seus insumos e seus agregados para uso próprio e ainda supre a demanda de cidades circunvizinhas como Novo Oriente de Minas, Poté, Ladainha, Águas Formosas, carlos Chagas entre outras.

Os agregados utilizados na região são extraídos por pedreiras locais, e apresentam dois tipos, os britados e os naturais. Como já apresentado em parágrafos anteriores, seus tipos também podem causar variações na resistência final dos concretos produzidos.

Com base nos questionamentos e informações obtidas, é possível refletir a necessidade da busca regional e a produção de novas tabelas que atendam às realidades locais da cidade de Teófilo Otoni e região na produção do concreto. Nesse contexto, o estudo feito visou a obtenção de duas tabelas para a dosagem de concreto, apresentando traços obtidos e suas resistências ensaiadas segundo prescrito em normativas brasileiras para concretos produzidos com “areia média lavada” e “areia artificial média”, ambas comercializadas na região.

Os materiais listados abaixo foram utilizados nos procedimentos de análise, confecção dos corpos de prova, rompimento dos mesmos e demais ensaios apresentados no presente trabalho.

• CimentoCPIII-40-RS InterCement;

• Areia artificial (Gnaisse) e lavada médias;

• Brita (artificial – Gnaisse);

• BetoneiraCSM-145L;

• Molde metálico tronco-cônico de 30cm de altura, 10cm de diâmetro superior e 20 cm de diâmetro inferior;

• Placa metálica com base 50x50cm²;

• Bastão metálico de socamento com extremidade semiesférica de diâmetro 1,6 cm;

• Régua graduada de 30cm;

• Balança;

• Formas metálicas cilíndricas de 15x30cm para confecção dos corpos de prova;

• Prensa hidráulica elétrica digital SOLOCAP – Modelo 4HCIC, de 100 toneladas, inspecionada;

• Fôrmas para corpos de prova;

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) regulariza não só os materiais, mas também os procedimentos técnicos para ensaio desses materiais e de corpos de prova.

Nesse trabalho foram feitos quatro ensaios, o primeiro, de Umidade do agregado miúdo, com o intuito de melhor caracterizar os materiais utilizados nos ensaios, o que possibilita ao leitor o máximo de informações e também estabelece parâmetros para se discutir possíveis resultados que seriam obtidos posteriormente nos ensaios seguintes. Nesse intuito, seguindo a NBR7217 (ABNT, 1987) ensaiou-se a granulometria das areias a serem utilizadas, tanto a natural como a artificial.

A umidade relativa dos agregados miúdos foi calculada em porcentagem pela seguinte Equação 1 ilustrada abaixo, tanto para a areia natural, como para a artificial:

O segundo ensaio, chamado de Abatimento (“Slump test”), descrito e detalhado pela NBR NM 67 (ABNT, 1998), foi realizado com o intuito de obter um padrão definido para a trabalhabilidade e consistência do concreto produzido para ser colocado nos corpos de prova. Dessa maneira, foi padronizado um valor médio para o abatimento, em torno de 8 +/- 2cm, ou seja, concretos que foram produzidos e que não apresentavam valores entre 6 e 10 centímetros foram descartados e novos traços e quantidades de água determinados.

A seguir temos na Figura 2 uma mistura que não atendeu a essa especificação e obteve um abatimento em torno de 20 cm:

A cura do concreto é um processo que recebe uma importância muito grande, pois de acordo com Bauer (2001, p.260) “a cura em água reduz de forma significativa a retração da peça na fase em que o concreto tem pouca resistência, evitando a formação de fissuras provenientes de retração, que podem comprometer a impermeabilidade do concreto”.

Outro fenômeno relacionado à cura do concreto é que a escassa hidratação do concreto permite o aumento da temperatura, já que essa é uma reação exotérmica, que tende a expulsar a água de dentro da mistura para o meio externo. Essa saída de fluido deixa caminhos que diminuem a resistência final do concreto, que se fissura com maior facilidade.

No trabalho intitulado por “Influência do Processo de Cura em Concreto Convencional”, segundo Silva et. al. (2012), em seis idades utilizou-se na confecção do concreto, o cimento pozolânico CP IV - 32 RS RRAA, resistente ataques de sulfatos e à reação álcali-agregado, cuja massa específica é de 2940,00 kg/m³ e resistência a ser atingida aos 28 dias era de 32 MPa. Nesse trabalho, foi feita a comparação da resistência do concreto com a cura ao ar livre, juntamente com a cura por imersão, e foi possível observar consideráveis ganhos de resistência em corpos de prova submersos em água.

De acordo com a NBR 5738 (ABNT, 2003), os procedimentos realizados para moldagem e cura de corpos de prova, e também dois tipos de cura para eles, a cura úmida e a submersa. Todavia, em obra, visto uma série de fatores, dificilmente algum desses tipos de cura acontece. Sabe-se que nenhuma estrutura, ao ser moldada e receber o concreto nas obras de engenharia civil na superfície, permanecem submersas em água ou recebem um tratamento rigoroso de umidade a ponto de apresentarem resultados de forma que apresentados, caso haja o atendimento à norma, há uma disparidade entre os valores de resistência final obtidos em corpos de prova e as reais resistências obtidas nos canteiros de obra.

Por isso, pelo caráter experimental desse trabalho, e para uma aproximação da realidade das estruturas em concreto armado que se tem hoje na região, os corpos de prova elaborados neste trabalho não foram hidratados segundo prescrito na norma.

Após tais discussões, optou-se pela cura ao ar livre, em que os corpos de prova foram molhados com intervalos de tempo possíveis de se executar em obra (de meia em meia hora), durante horário comercial (de 7 H às 17 H, inclusive nos finais de semana). Esse também é o período de maior incidência dos raios solares, e por isso, crucial para evitar a evaporação de água dos corpos de prova, processo que compromete a hidratação do cimento e aumenta o índice de vazios no concreto, reduzindo sua resistência. Isso confere a esse trabalho uma perspectiva prática e mais fiel ao dia a dia dos empreendimentos.

No decorrer do regime de cura do concreto, a água que compõe os capilares do concreto será substituída pelos produtos da hidratação, processo cada vez mais efetivo em um ambiente próximo a saturação (BERHANE, 1984).

O ensaio à compressão seguiu as diretrizes dispostas na NBR 5739 (ABNT, 2007) sendo realizado em corpos de prova após a cura ao ar livre.Para cada traço foram confeccionados 4corpos de prova, sendo que um foi rompido ao sétimo dia, outro ao décimo quarto dia, e os demais restantes ao vigésimo oitavo dia.

Os ensaios ainda foram feitos para dois tipos de areia caractrística encontrados na região, a areia média lavada (de rio), e com areia britada, ambos utilizando agregado graúdo artificial. Cada corpo de prova pronto, foi identificado com o traço, slump, horário de confecção, data, e nome do moldador, para facilitar o reconhecimento e elevar o controle da qualidade dos experimentos, conforme apresentado nas figuras 3 e 4 a seguir.

Seqüencialmente, após a ruptura dos mesmos, os resultados foram dispostos em tabelas para facilitar a visualização e posterior utilização em obras na região.

Também calculou-se o fator Água/Cimento(A/C), parâmetro importante para avaliação das proporções de aglomerante e água utilizados na mistura e que tem ligação direta com a resistência final do concreto, pois quanto maiores as quantidades do aglomerante com propriedades cimentícias, maior tende a ser a resistência final verificada.

Por fim, é importante ressaltar que o recipiente utilizado como dosador foi o mesmo para o cimento, a brita e a areia, tendo sua massa medida antes de sua utilização. A subtração do valor dado pela balança referente ao recipiente cheio com cimento pelo valor encontrado com o recipiente vazio foi o método utilizado para o conhecimento da quantidade do material aplicada em cada traço.