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Ambiente Construído

On-line version ISSN 1678-8621

Ambient. constr. vol.18 no.4 Porto Alegre Oct./Dec. 2018

http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212018000400310 

Artigos

Estudo da tensão de aderência entre barras de aço e concretos com agregados de resíduos de cerâmica vermelha

Study of bond stress between steel bars and red ceramic waste aggregate concretes

Luciano Passos1  1

Armando Lopes Moreno Junior2  2

1Universidade Estadual de Campinas Campinas - SP - Brasil

2 Universidade Estadual de Campinas Campinas - SP - Brasil

Resumo

Emprego de materiais alternativos na produção do concreto pode ser uma das soluções viáveis para a sustentabilidade na indústria da construção civil. Faz-se necessário, portanto, o estudo das propriedades mecânicas dessa nova mistura de concreto, produzida com esses materiais. Este trabalho avalia a tensão de aderência entre barras de aço e concretos produzidos com agregados provenientes de resíduos de cerâmica vermelha visando o emprego dessamistura alternativa na produção de elementos estruturais em concreto armado. Para tanto, foram produzidas quatro misturas de concreto: uma de referência, sem nenhuma substituição, e outras três misturas com substituição gradual do agregado graúdo por um agregado de resíduos de cerâmica vermelha (20%, 40% e 100% de substituição, em volume). Doze vigas, três para cada mistura de concreto em estudo, foram executadas e avaliadas em laboratório segundo o método de ensaio preconizado pela RILEM-CEB-FIP (1983). Os resultados obtidos, com relação à tensão de aderência entre barra de aço e concreto, indicaram a viabilidade de emprego do resíduo de cerâmica vermelha como substituição de parte do agregado graúdo na produção de concretos para fins estruturais.

Palavras-chave: Resíduo cerâmico; Concreto; Aderência

Abstract

The use of alternative materials in the production of concrete can be one of the viable solutions for sustainability in the construction industry. It is therefore necessary to study the mechanical properties of the new concrete mixture, produced with those materials. This study evaluates the bond strength between steel bars and concretes produced with aggregates from red ceramic waste, aiming to use this alternative mixture in the production of reinforced concrete structural elements. For this purpose, four concrete mixtures were produced; one reference, without any replacement, and three other mixtures with gradual replacement of the coarse aggregate by a red ceramic waste aggregate (20%, 40% and 100% replacement, by volume). Twelve beams, three for each studied concrete mixture, were made and evaluated in the laboratory according to the testing method recommended by RILEM-CEB-FIP (1983). The results obtained, regarding the bond strength between steel bar and concrete, indicated the viability of using red ceramic waste as a replacement for part of the coarse aggregate in the production of concrete for structural purposes.

Keywords: Ceramic waste; Concrete; Adhesion

Tensão deaderência entre o concreto com resíduo cerâmico e a barra de aço no concreto armado

A sempre crescente expansão imobiliária pode causar inúmeros transtornos sociais e ao meio ambiente, com destaque para a geração de enorme quantidade de resíduos, descartados, muitas vezes, em locais inapropriados, comprometendo áreas de preservação ambiental e de mananciais. Vale observar que grande parte desses resíduos pode ser reaproveitada. Segundo Campos e Paulon (2015), a indústria cerâmica, que engloba desde o tijolo cerâmico, passando pelos revestimentos e louças sanitárias, e atinge os isoladores elétricos de porcelana, possui um elevado índice de descarte de material durante o processo de fabricação, transporte e eventual substituição. É premente, nesse caso, o estudo de formas de reuso desse material, sendo uma delas o emprego desse resíduo cerâmico como agregado graúdo na produção de concretos para fins estruturais. Nesse caso, logicamente, os elementos estruturais fabricados com essas misturas de concreto alternativas devem atender parâmetros necessários de projeto que visam, sobretudo, a segurança das edificações.

No caso da tensão de aderência entre concreto e barra de aço, poucos são os estudos divulgados na literatura que abordam a avaliação desse parâmetro para o caso de concretos produzidos com agregados graúdos provenientes de resíduos da indústria cerâmica. A seguir alguns dessestrabalhos são relacionados.

Oliveira e Assis (2006) avaliaram o mecanismo da aderência entre aço e concretos produzidos com substituição parcial de agregado natural por agregado de resíduo cerâmico reciclado. Neste estudo avaliou-se o decréscimo na resistência à compressão e na tensão de aderência de concretos produzidos com 0% (REC0), 20% (REC20), 40% (REC40) e 100% (REC100) de substituição do agregado natural por agregado reciclado. Os ensaios de aderência foram feitos segundo o método de arrancamento direto ("pull out test"), por ser um ensaio relativamente simples e de baixo custo, preconizado pelo RILEM-CEB-FIP (1978). A Figura 1 detalha o modelo de ensaio de arrancamento.

Fonte: adaptado de RILEM - CEB - FIP (1978).

Figura 1 Detalhe do corpo de prova para ensaio de aderência 

Os concretos foram dosados para que as resistências características à compressão atingissem o mínimo de 25 MPa. Os resultados obtidos por Oliveira e Assis (2006) estão apresentados na Tabela 1.

Tabela 1 Resultados de ensaios de aderência 

Concreto REC0 REC20 REC40 REC100
Teor de Agregado Reciclado(%) 0 20 40 100
σc (MPa) 34,8 ±1,4 38,2 ±2,6 34,0±2,8 24,4 ±2,2
τbm (MPa) 8,2 ±1,1 10,6 ±2,5 8,1 ±3,1 4,3 ±1,6

Fonte: adaptado de Oliveira e Assis (2006).

Nota: σc é a tensão média de resistência à compressão simples do concreto; τbm é a tensão média de aderência entre aço e concreto.

As tensões de aderência diminuíram, progressivamente, com o aumento do teor de substituição de agregados.Oliveira e Assis (2006) atribuiu essaredução ao fato de os agregados reciclados produzirem substâncias expansivas durante a hidratação (o que deixa o concreto mais compacto) com baixa resistência à tração, o que prejudicou, assim, a aderência. Ao final do trabalho, Oliveira e Assis (2006) sugere a viabilidade de produção de concretos estruturais com substituições de até 20% do agregado graúdo natural por agregado de resíduo cerâmico.

Xiaoe Falkner (2007) avaliaram a tensão de aderência entre barras de aço e concreto produzido com agregados provenientes de concreto reciclado. Trinta e seis ensaios de aderência foram executados segundo o método de arrancamento direto, "pull out test", preconizado pelo RILEM-CEB-FIP (1978). Foram empregadas três misturas de concreto, sendo a primeira de referência e as outras duas com 50% e 100% de substituição, em massa, do agregado graúdo natural por agregado de concreto reciclado. Esses autores observaram um padrão similar de evolução do escorregamento das barras, com o incremento da força de arrancamento, para todas as misturas de concreto avaliadas; com a tensão de aderência para os concretos com 50% e 100% de substituição caindo 6% e 12 %, respectivamente, em relação ao concreto de referência. Para uma mesma resistência à compressão, concretos produzidos com agregados reciclados tiveram um comportamento melhor em relação à tensão de aderência do que os concretos produzidos com agregado natural. Ao final, os autores concluem que o comprimento de ancoragem para as barras de aço em concretos produzidos com agregados reciclados pode ser o mesmo indicado para os concretos convencionais.

Kim e Yum (2013) investigaram o comportamento de aderência entre barra de aço deformada e concreto com agregado reciclado proveniente de demolição. Foram utilizados dois diâmetros máximos de agregados graúdos, 20mm e 25mm, e três porcentagens de substituição do agregado natural pelo reciclado (30%, 40% e 100%). Os ensaios de aderência foram executados de acordo com o disposto na ASTM C234 (AMERICAN..., 1991), "pull out test", com barra de aço de diâmetro de 16mm. Como resultado, os autores mencionam a redução da resistência à compressão do concreto em função do incremento da substituição do agregado natural, para ambos os tamanhos de agregado avaliados. Da mesma forma, os autores evidenciam a pequena alteração na tensão de aderência para todas as amostras avaliadas nos ensaios.

Baena et al. (2016) estudaram a tensão de aderência entre concreto produzido com agregado de resíduo de construção e barra de fibra de vidro. Ao todo foram avaliadas três resistências de concreto (20MPa, 30MPa e 50 MPa), dois tipos de barras poliméricas reforçadas com fibra de vidro (uma com nervuras helicoidais e outra revestida com adesivo polimérico e areia) e, finalmente, dois tipos de agregado graúdo (um natural e outro de resíduo de construção e demolição na proporção de 20%, 50% e 100% de substituição do agregado graúdo natural).O resíduo predominante era de concreto, com pequena porcentagem de material cerâmico. Os ensaios foram realizados segundo o estipulado pelo método do ACI 440 3R-04 (AMERICAN..., 2004) "pull out test", similar ao preconizado pelo RILEM-CEB-FIP (1978).

Os resultados obtidos evidenciaram a diminuição da tensão de aderência com o decréscimo da resistência à compressão do concreto. Para o concreto de resistência de 20 MPa, tanto o tipo de barra quanto o tipo de agregado não tiveram influência significativa nos valores obtidos quanto à tensão de aderência entre barra de fibra de vidro e concreto.

Yang, Deng e Inghan (2016) fizeram um estudo da aderência entre o concreto com agregado reciclado de construção e demolição e o aço. Os parâmetros envolvidos nesseestudo foram a porcentagem de substituição do agregado graúdo natural pelo reciclado (50% e 100%) e a corrosão do aço de maneira a se obter uma abertura de fissura de 0,1mm, 0,3mm e 0,6mm. Doze vigas foram moldadas, de acordo com o padrão ASTM A944-10 (AMERICAN..., 2010), similar ao padrão RILEM-CEB-FIP (1983). Como resultado, os autores evidenciam a diminuição das resistências médias de aderência em função do aumento do teor de substituição do agregado natural pelo reciclado e, também, o aumento das tensões de aderência, para todas as vigas, até o nível de fissuração com abertura de 0,3mm; com tendência de queda dessatensão de aderência para níveis maiores de fissuração. Ressaltam que a substituição do agregado natural pelo reciclados teve pouco efeito nos valores obtidos para a tensão de aderência.

Siempu e Pancharthi (2017) avaliaram o desempenho mecânico e a tensão de aderência entre aço e concretos com substituição total do agregado miúdo e graúdo natural por agregados provenientes de resíduo de construção e demolição. Os parâmetros envolvidos nesseestudo foram a relação água e cimento, o diâmetro da barra de aço e o comprimento de ancoragem da barra. Os ensaios de aderência, "pull out test", foram feitos de acordo com recomendação da IS 2770, Part I (BUREAU, 2007). Comparando os resultados em função do tipo de agregado (natural ou reciclado), os autores concluem que o decréscimo de resistência mecânica observado para as misturas de concreto com agregados reciclados não foi suficiente para alterações significativas na tensão de aderência. Ao final, os autores apresentam uma proposta para estimar a tensão de aderência entre aço e concreto executado com agregados reciclados.

Apresentados esses estudos, observa-se que ainda muito deve ser feito para avaliar o comportamento da aderência entre concreto produzido com agregado proveniente de resíduo cerâmico e barra de aço, principalmente em relação a ensaios de viga, uma vez que a maioria desses estudos foi feita com base em ensaios de arrancamento "pull out test". Nesse sentido, o estudo ora proposto pretende empregar a metodologia preconizada na RILEM - CEB - FIP (1983), que avalia a tensão de aderência entre barra de aço e concreto com base em ensaio de vigas fletidas, na avaliação da viabilidade de emprego de agregados reciclados de material cerâmico na produção de concretos para fins estruturais.

Ensaio RILEM - CEB - FIP (1983)

A RILEM - CEB - FIP (1983) preconiza um ensaio de viga para avaliar a tensãode aderência entre uma barra de aço e o concreto circundante, denominado "beam test", que apresenta a esquematização mostrada na Figura 2.

Fonte: adaptado de RILEM - CEB - FIP (1983).

Figura 2 Ensaio de viga 

Para esse ensaio, emprega-se um modelo de viga, composta por dois blocos de concreto armado interconectados na parte inferior pela barra cuja aderência se quer determinar e, na parte superior, por uma articulação de aço. A viga, assim executada, deve ser ensaiada à flexão e solicitada por duas cargas concentradas, P, idênticas e posicionadas simetricamente em relação à seção do meio do vão. As dimensões padronizadas pelo citado método de ensaio podem ser observadas na Tabela 2.

Tabela 2 Características geométricas dos modelos 

Dimensões
(cm)
Tipo A
ϕ < 16mm
Tipo B
ϕ ≥16mm
Dimensões
(cm)
Tipo A
ϕ < 16mm
Tipo B
ϕ ≥16mm
Lt 80,0 126,0 a 15,0 20,0
Li 65,0 110,0 b 3,0 4,0
h 18,0 24,0 c 10,0 15,0
bw 10,0 15,0 d 5,0 5,0
2l + 10f 37,5 60,0 e 5,0 6,0

Fonte:RILEM - CEB - FIP (1983).

Onde: Lté o comprimento total da viga, Li é a distância entre apoios, h éa altura da seção transversal da viga, bw é a largura da vigae f é o diâmetro da barra de aço em avaliação.

Durante a realização do ensaio, foi aplicadoum carregamento com uma velocidade constante de deslocamento de 0,3 mm por minuto e, a cada nível da carga concentrada aplicada, pode ser obtida a respectiva tensão de tração, σs, na barra de aço. Para o caso de barras com diâmetros, f, menores que 16 mm, a citada tensão pode ser expressa como Eq. 1:

σs=1,25PAsMPa Eq. 1

Onde As é a área da seção transversal da barra (mm2) e P a carga concentrada aplicada (N).

Sendo o comprimento aderente da barra definido por ℓa = 10Ø, a correspondente tensão de aderência (τb), para cada estágio de carga aplicada à viga, pode então ser obtida por meio da Equação 2:

τb=σs40MPa Eq. 2

A resistência média de aderência (τbm) deve ser determinada, de acordo a RILEM - CEB - FIP (1983), pela média dos valores das tensões de aderência τ0,01, τ0,1e τ1,0, correspondentes, respectivamente, a deslizamentos relativos da barra de aço de 0,01mm, 0,1mm e 1,0mm.

Caso o deslizamento máximo relativo da barra de aço, ao final do ensaio da viga, seja inferior a 1,0 mm, deve-se adotar para o valor de τ1,0, para o cálculo da resistência média de aderência, esse valor máximo de deslizamento relativo obtido. Ainda, de acordo com a RILEM - CEB - FIP (1983), como critério de aceitação, a resistência média de aderência do concreto e barra de aço, em análise, deve respeitar o limite mínimo estabelecido pela Equação 3:

τbm8,00,12OMPa Eq. 3

Onde Ø é o diâmetro da barra (mm).

Resistência deaderência: normatização

Várias são as expressões normatizadas para a resistência de aderência. Essasexpressões, muitas vezes, tentam correlacionar essaresistência de aderência à resistência à tração ou à compressão do concreto. Muitas dessasexpressões têmcomo premissa a obtenção de tensões de aderência via ensaios normatizados em laboratório, como o de ensaio de viga preconizado pela RILEM - CEB - FIP (1983) e o de arrancamento "pull out test" preconizado pela RILEM-CEB-FIP (1978).

Apresenta-se a seguir algumas dessasexpressões, com a respectiva referência normativa indicada.

O CEB - FIP - MC (FEDERATION..., 2012) preconiza a tensão de aderência por arrancamento ou por fendilhamento, de acordo, respectivamente, com as Equações 4 e 5.

τu=2,5fcMPa Eq. 4
τu=7,0fc200,25MPa Eq. 5

Onde fc é a resistência à compressão do concreto (MPa).

Na última versão da NBR 6118(ABNT, 2014), o cálculo da tensão de aderência (fbd)é sugerido pela Equação 6.

fbd=ɳ1·ɳ2·ɳ3··fctd Eq. 6

Onde, para barras nervuradas, ɳ1 = 2,25; em situação de boa aderênciaɳ2 = 1,00 e, para diâmetros da barra de aço menores do que 32 mm, ɳ3pode ser tomado como 1 e fctd é a resistência à tração média do concreto obtida experimentalmente.

Na Europa, o código EUROCODE 2 (EUROPEAN..., 2004) preconiza a tensão de aderência para barras de alta aderência e ϕ ≤ 32 mm segundo a Equação 7:

fbd=ɳ1·ɳ2··fctd Eq. 7

Onde, também para barras nervuradas, ɳ1 = 2,25; em situação de boa aderência ɳ2 = 1,00 e fctd é a resistência à tração média do concreto obtida experimentalmente.

Vale observar que essas expressões apresentadas, para a determinação da resistência de aderência, são aplicáveis a misturas de concreto com resistência característica à compressão de até 50 MPa e executadas com agregados naturais. No caso de agregados provenientes de resíduos de cerâmica vermelha ou de resíduos de construção e de demolição, expressões similares são bastante escassas.

Recentemente, Siempu e Pancharthi (2017), com base em resultados de ensaios de arranchamento, o "pull out test", propuseram uma equação para estimar a resistência de aderência do concreto ao aço, quando se faz a substituição total de agregados naturais por reciclados (Equação 8).

τmáx=k1θl+k2Cθ+k3fc Eq. 8

Onde:

K1 = 6,32 para agregado natural e 6,38 para agregado reciclado;

K2 = 0,26 para agregado natural e 0,44 para agregado reciclado;

K3 = 0,21 para agregado natural e 0,50 para agregado reciclado;

θ = diâmetro da barra (mm);

l = comprimento aderente (mm);

fc = Resistência à compressão do concreto; e

C = cobrimento médio de concreto sobre a barra de aço (mm).

Expressões para a determinação da resistência de aderência do aço e concretos produzidos com agregados provenientes de resíduos de cerâmica vermelha, via ensaio de viga segundo o padrão RILEM - CEB - FIP (1983), não foram encontradas na literatura por estes autores.

Materiais e programa experimental

Nesta pesquisa foi avaliada a aderência entre barra de aço e concreto de acordo com o padrão RILEM - CEB - FIP (1983). O diâmetro da barra de aço empregado foi fixado em 12.5mm e variou-se a mistura de concreto, executada com agregado natural (REF) e com substituições de 20%, 40% e 100% (S20, S40, S100) desse agregado natural por agregado proveniente de resíduo cerâmico reciclado.

Para cada mistura de concreto avaliada foram executadas 3 vigas, em um total de 12 vigas ao final do trabalho.

Execução das armaduras

A armadura construtiva, exigida para o ensaio RILEM - CEB - FIP (1983), foi executada. Detalhes dessa armadura podem ser observados na Figura 3.

Fonte: adaptado de RILEM - CEB - FIP (1983).

Figura 3 Detalhe da armadura construtiva 

Para a armadura principal, em avaliação quanto à aderência ao concreto, foram empregadas barras longitudinais com 12.5mm de diâmetro. A preparação dessas barras longitudinais consistiu em corte no tamanho adequado, execução de roscas em suas extremidades (para instalação, durante o ensaio, dos transdutores de deslocamentos) e devido isolamento dos trechos de interrupção de aderência exigidos (tubos de plástico flexível instalados nas barras de aço). O detalhe das barras preparadas pode ser observado na Figura 4.

Fonte: adaptado de Pinto Junior (2006).

Figura 4 Detalhe das barras de aço utilizadas na viga 

Para controle da deformação na barra longitudinal durante o ensaio, foram instalados dois extensômetros elétricos de resistência, diametralmente opostos, em posição correspondente ao meio do vão da viga.

A Figura 5 ilustra a viga pronta para a concretagem, com suas armaduras devidamente posicionadas em formas de madeira.

Fonte: adaptado de Pinto Junior (2006).

Figura 5 Detalhe da armadura posicionada no interior das formas de madeira, instantes antes da concretagem 

Materiais empregados e execução das vigas

A Tabela 3 ilustra as proporções entre os materiais empregados nas misturas de concreto desta pesquisa. Foi fixada a relação água cimento em 0,49 para todas as misturas.

Tabela 3 Misturas de concreto para ensaios finais 

Traço Cimento
(kg)
Agregado miúdo natural(kg) Agregado graúdo natural(litros) Agregado graúdo cerâmico(litros) a/c Abatimento (mm)
REF 1 2 1,7 0 0,49 50
S20 1 2 1,3 0,4 0,49 50
S40 1 2 1,0 0,7 0,49 50
S100 1 2 0 1,7 0,49 50

As características dos agregados empregados neste trabalho podem ser observadas na Tabela 4.

Tabela 4 Propriedades dos materiais empregados 

Propriedade Agregado de resíduo cerâmico Agregado graúdo convencional Agregado miúdo(areia)
Massa específica seca (g/cm3) - NBR NM 53 (ABNT, 2003a) e NBR NM 52 (ABNT, 2002) 1,77 2,89 2,63
D.M.C (mm) - NBR NM 248 (ABNT, 2003b) 19 19 4,8
M.F.(mm) - NBR NM 248 (ABNT, 2003b) 6,41 6,86 2,4
Massa unitária (g/cm3) - NBR NM 45 (ABNT, 2006) 0,95 1,62 1,47
Torrões de argila e materiais Friáveis(%) - NBR 7218 (ABNT, 1987) 0 0 0
Teor de material passante na Peneira 75 µm (%) - NBR NM 46 (ABNT, 2003c) - 0.69 2,37
Absorção de água (%) - NBR NM 53 (ABNT, 2003a) e NBR NM 30 (ABNT, 2001) 19 1,2 0,15

O cimento utilizado foi o CPIIE32, cimento composto com até 10% de escória de alto forno, considerado comum para obras de pequeno porte.

O aço utilizado apresentou tensão limite de escoamento (fy) de 529,67 MPa e deformação específica no escoamento (εy) de 0,3%.

A Figura 6 ilustra a análise granulométrica dos agregados graúdos empregados nesta pesquisa. O agregado graúdo convencional apresentou britas com diâmetros de 9,5 mm a 25 mm. O agregado graúdo reciclado foi obtido do material resultante da trituração de resíduos de fábricas de produção de telhas e blocos cerâmicos da região de Campinas, SP.

Figura 6 Curvas granulométricas dos agregados graúdos 

Para cada mistura de concreto avaliada, foram moldadas três vigas e doze corpos de prova cilíndricos, de 10cm de diâmetro e 20cm de altura.

Considerando a elevada absorção de água promovida pelo resíduo cerâmico, procedeu-se prévia umidificação desses agregados com 80% da água de absorção, procedimento similar ao executado por Correia, Brito e Pereira (2006) e indicado pela NBR 15116 (ABNT, 2004).

Após concretadas, as vigas foram envolvidas com papel umedecido em água e embaladas em sacos plásticos até o dia previsto para o ensaio.

Ensaios principais

Cada uma das doze vigas desta pesquisa foi carregada com o auxílio de máquina universal de ensaios com controle de deformação, de fabricação da EMIC, com capacidade limite de 300 kN e precisão de 20 N (Figura 7).

Fonte: RILEM - CEB - FIP (1983).

Figura 7 Detalhe do ensaio de flexão 

O carregamento foi feito de forma constante, com incrementos de 0,3 mm por minuto, até o escorregamento total da barra de aço.

Para medir os escorregamentos relativos da barra de aço foi necessário o emprego de transdutores de deslocamentos tipo linear (haste) com potenciômetro e precisão de 1 milésimo de milímetro. Em cada uma das extremidades, direita e esquerda, da viga, um transdutor de deslocamento foi instalado com base na face de concreto da viga e ponta da haste cursora posicionada na barra de aço longitudinal (Figura 8).

Figura 8 Detalhe do transdutor de deslocamento posicionado na extremidade da barra longitudinal 

Resultados e discussões

As respectivas propriedades mecânicas obtidas para as misturas de concreto desta pesquisa podem ser observadas na Tabela 5, ondefc7 representa a resistência à compressão do concreto aos sete dias de idade, fc28a resistência à compressãodo concreto aos vinte e oito dias de idade, ft7 representa a resistência à tração por compressão diametral aos sete dias de idade, ft28 a resistência à tração por compressão diametral aos vinte e oito dias de idade, Ec7representa o módulo de deformação longitudinal do concreto aos sete dias de idadee, finalmente, Ec28 representa o módulo de deformação longitudinal do concreto aos vinte e oito dias de idade.

Tabela 5 Propriedades mecânicas das misturas de concreto em análise 

Concreto fc7
(MPa)
ft 7
(MPa)
Ec7
(GPa)
fc28
(MPa)
ft28
(MPa)
Ec28
(GPa)
REF 24,26 - 20,00 30,00 3,34 22,10
S20 22,92 2,61 19,10 29,16 3,04 21,05
S40 20,38 2,21 18,05 26,22 2,63 17,45
S100 16,43 2,15 8,0 19,04 2,23 11,30

Na Figura 9, apresenta-se a evolução dos deslizamentos relativos medidos, em cada extremidade da barra de aço longitudinal, para cada uma das vigas ensaiadas, agrupados por mistura de concreto em avaliação.

Figura 9 Evolução dos deslizamentos relativos da barra de aço longitudinal de cada viga ensaiada, agrupadas por mistura de concreto em avaliação 

As Tabelas 6 a 9 transcrevem essesresultados para as tensões de aderência correspondentes aos deslizamentos relativos de 0,01mm, 0,1mm e 1,0mm; tensões com as quais foi determinada a tensão média de aderência, conforme exigido pela RILEM - CEB - FIP (1983). O valor mínimo especificado, nesse caso, foi calculado de acordo com a Equação Equção 9.

Tabela 6 Tensões de aderência para as vigas de referência 

REF01 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 8,87 13,21 13,53 11,87
Extremidade B 9,36 13,53 13,53 12,14
MÉDIA 9,12 13,37 13,53 12,00
REF02 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 3,76 9,43 14,43 9,21
Extremidade B 2,66 8,44 14,43 8,94
MÉDIA 3,21 8,94 14,43 8,86

Tabela 7 Tensões de aderência para as vigas com 20% de agregado reciclado 

S20-1 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 4,59 10,13 14,15 9,62
Extremidade B 5,32 11,22 14,15 10,23
MÉDIA 4,96 10,67 14,15 9,93
S20-2 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 5,39 11,52 14,42 10,44
Extremidade B 4,00 11,64 14,42 10,02
MÉDIA 4,69 11,58 14,42 10,23
S20-3 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 2,65 6,25 10,44 7,78
Extremidade B 5,94 12,93 14,55 11,14
MÉDIA 4,29 9,59 14,50 9,46

Tabela 8 Tensões de aderência para as vigas com 40% de agregado reciclado 

S40-1 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 2,98 8,95 13,90 8,61
Extremidade B 5,45 9,52 13,90 9,62
MÉDIA 4,22 9,23 13,90 9,11
S40-2 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 5,51 10,53 14,81 10,29
Extremidade B 6,77 11,34 14,81 10,98
MÉDIA 6,14 10,94 14,81 10,63
S40-3 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 4,88 10,85 14,46 10,06
Extremidade B 6,77 10,23 14,46 10,49
MÉDIA 5,83 10,54 14,46 10,28

Tabela 9 Tensões de aderência para vigas com 100% de agregado reciclado 

S100-1 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 3,41 8,69 13,55 8,55
Extremidade B 5,47 8,97 13,55 9,33
MÉDIA 4,44 8,83 13,55 8,94
S100-2 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 4,97 9,66 14,50 9,71
Extremidade B 4,97 8,79 14,50 9,42
MÉDIA 4,97 9,23 14,50 9,57
S100-3 τ0.01 (MPa) τ0.1 (MPa) τ1.0 (MPa) τbm (MPa)
Extremidade A 5,16 10,19 14,98 10,11
Extremidade B 2,39 10,46 14,98 9,28
MÉDIA 3,77 10,32 14,98 9,69
τbm8,00,12O8,00,12.12,56,5Mpa Eq. 9

Na Tabela 6 os resultados da terceira viga de referência foram descartados por falhas na instrumentação ocorridas durante o ensaio.

Como previsto, as propriedades mecânicas das misturas de concreto avaliadas foram afetadas pelo teor de substituição do agregado convencional pelo agregado cerâmico reciclado (Tabela 5). A substituição total de agregado graúdo convencional pelo cerâmico reciclado resultou em queda de resistência à compressão, resistência à tração e módulo de deformação de, respectivamente, 34,7%, 33,2% e 48,9%, valores próximos aos obtidos para a resistência à compressão por Siempu e Pancharthi (2017), que foi de 20,3% de redução, e valores indicados por Kim e Yun (2013).

Também previsível por Baena et al. (2016), Xiao e Falkner (2007) e Correia, Brito e Pereira (2006) foi a redução da tensão média de aderência com o decréscimo da resistência à compressão das misturas de concreto em avaliação, promovida pela substituição de agregado convencional por agregado cerâmico reciclado (Figura 10). Entretanto, vale enfatizar que, mesmo reduzidos para algumas misturas de concreto avaliadas, os resultados obtidos em relação à tensão média de aderência, para todas as vigas deste trabalho, estão de acordo com o exigido pela RILEM - CEB - FIP (1983), uma vez que atendem ao mínimo valor estipulado de 6,5 MPa (Equação 9). Esse resultado sugere que a substituição doagregado graúdo convencional por agregado reciclado proveniente de resíduo cerâmico pode ser, sim, viável, no que diz respeito à manutenção de aderência mínima entre barras de aço e concreto, mesmo para nível de substituição total (100%).

Figura 10 Tensões médias de aderência em função do teor de substituição do agregado convencional pelo agregado cerâmico reciclado 

Entretanto, vale observar que essa taxa de redução obtida para a tensão de aderência, em função do teor de substituição do agregado graúdo convencional pelo agregado de resíduo cerâmico reciclado, não foi tão acentuada quanto aquela observada para as propriedades mecânicas dessas misturas de concreto avaliadas. Esse fato gera o questionamento do emprego do mesmo procedimento normatizado para cálculo do comprimento de ancoragem da armadura de aço, tanto para concretos produzidos com agregados provenientes do resíduo de cerâmica vermelha como para as misturas de concreto executadas com agregados naturais. Atualmente essevalor é dependente basicamente da resistência à compressão da mistura. Os resultados deste trabalho mostram que esseparâmetro pode não ser tão dependente da resistência à compressão da mistura quanto se previa (Figura 10), uma vez que o mesmo valor de comprimento de aderência da barra poderia ser empregado para todas as misturas aqui avaliadas, mesmo para a mistura de concreto com 100% de substituição do agregado convencional pelo agregado cerâmico reciclado, com tensões de aderência sempre superiores ao mínimo estipulado pelo ensaio RILEM - CEB - FIP (1983).

Na Tabela 10 e Figura 11 são apresentadas as resistências à compressão das misturas de concreto avaliadas neste trabalho e as respectivas resistências de aderência obtidas experimentalmente e de acordo com os procedimentos normatizados apresentados anteriormente.

Tabela 10 Tensão de aderência normatizada para as misturas de concreto em avaliação 

Concreto fc28
(MPa)
τbm Médio (MPa) τbr
Médio
(MPa)
Siempu e Pancharthi (2017) (MPa)
(Eq. 8)
τb (MPa) τbmin (MPa)
RILEM-CEB-FIP (1983) (Eq. 3)
NBR 6118 (ABNT, 2014) (Eq. 6) EUROCO-DE 2 (2004) (Eq. 7) CEB-FIP-MC (2012) (Eq. 4)
REF 30,00 10,43 13,98 13,10 13,15 7,52 13,69 6,50
S20 29,16 9,87 13,91 - 11,97 6,84 13,50
S40 26,22 10,00 14,39 - 10,36 5,92 12,80
S100 19,04 9,40 14,34 14,52 8,78 5,02 10,91

Figura 11 Tensão de aderência comparada à resistência à compressão do concreto 

A Equação 8 proposta por Siempu e Pancharthi (2017) permite estimar a tensão de aderência apenas quando é feita a substituição total do agregado graúdo usual por agregado reciclado, por essemotivo não houvevalores estimados para 20% e 40% de substituição.

Observando a Figura 11, pode-se comprovar um padrão, expresso também em termos normativos, de incremento da tensão de aderência em função do aumentoda resistência à compressão da mistura de concreto em avaliação. Observa-se, também, que a tensão de aderência, como já mencionada, não é tão afetada pela resistência à compressão, em que uma variação de 34,7% nessa resistência correspondeu a apenas 9,9% de redução na tensão de aderência experimental média (τbm).

Também em relação à curva de tensão de aderência experimental média (τbm) observa-se comportamento similar ao modelo proposto porSiempu e Pancharthi (2017), podendo, assim, aplicar essemodelo quando for feita a substituição total do agregado graúdo usual por agregado reciclado cerâmico.

Pela Tabela 10 nota-se também que os valores estipulados pelas diversas normas sobre o assunto são sempre inferiores aos valores de tensões de aderência experimental máxima (τbr ) obtidos nos ensaios, mesmo no caso da mistura de concreto com substituição total do agregado graúdo usual por agregado reciclado cerâmico. Esse fato gera o questionamento do emprego do mesmo procedimento normatizado para cálculo do comprimento de ancoragem da armadura de aço, tanto para concretos produzidos com agregados provenientes do resíduo de cerâmica vermelha como para as misturas de concreto executadas com agregados naturais.

Conclusões

Neste trabalho foi avaliada a resistência de aderência de concretos produzidos com agregados provenientes de resíduos cerâmicos e o aço, com vistas ao emprego dessa mistura alternativa na produção de elementos estruturais em concreto armado. Essa avaliação foi conduzida, em laboratório, segundo o padrão preconizado pela RILEM-CEB-FIP (1983).

Como esperado, a resistência à compressão das misturas de concreto avaliadas foi fortemente reduzida com o incremento do teor de substituição do agregado graúdo usual por agregado cerâmico reciclado. Para uma substituição total do agregado usual pelo reciclado essa redução foi da ordem de 34,7%.

Do mesmo modo, observou-se também a redução da tensão de aderência entre concreto e barra de aço estrutural em função do teor de substituição do agregado graúdo usual pelo cerâmico. Essa redução não foi tão acentuada quanto a redução da resistência à compressão para uma mesma mistura, ficando em torno de 9,9% para uma mesma mistura de concreto que apresentou 34,7% de redução para a resistência à compressão, com substituição total do agregado graúdo usual pelo agregado reciclado cerâmico.

A tensão de aderência, mesmo para a mistura de concreto com 100% de substituição do agregado graúdo usual pelo cerâmico, sempre esteve acima do valor mínimo estipulado pela RILEM - CEB - FIP (1983), o que leva a crer que os mesmos procedimentos de dimensionamento usuais para um elemento de concreto armado, no que diz respeito à aderência aço/concreto, podem ser empregados para elementos estruturais executados com misturas de concreto com agregado reciclado cerâmico em sua composição.

Referências

AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. 440.3R-04: guide test methods for Fibre Reinforced Polymers (FRPs) for reinforcing of strengthening concrete structures. Farmington Hills, 2004. [ Links ]

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. A944: standard test method for companing bond strength of steel reinforcing bars to concrete using beam-end specimens. Awest Conshohocken, 2010. [ Links ]

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. C234: standard test method for companing concrete on the basis of the bond developed with reinforcing steel.West Conshohocken, 1991. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15116: agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil-utilização em pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural. Rio de Janeiro, 2004. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: projeto de estruturas de concreto: procedimento. Rio de Janeiro, 2014. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7218: agregados: determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis. Rio de Janeiro, 1987. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248: agregados: determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro, 2003b. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 30: agregado miúdo: determinação da absorção de água. Rio de Janeiro, 2001. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 45: agregados: determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro, 2006. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 46: agregados: determinação do material fino que passa através da peneira 75 µm, por lavagem. Rio de Janeiro, 2003c. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52: agregado miúdo: determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de Janeiro, 2002. [ Links ]

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 53: agregado graúdo:determinação da massa específica, massa específica aparente e absorção de água. Rio de Janeiro, 2003a. [ Links ]

BAENA, M. et al. Bond Behavior Between Recycled Concrete and Glass Fibre Reinforced Polimer Bars. Construction and Building Materials, v. 106, p. 449-460, 2016. [ Links ]

BUREAU OF INDIAN STANDARDS. IS 2770: methods of testing bond in reinforced concrete: part 1: pull: out test. New Delhi, 2007. [ Links ]

CAMPOS, M. A.; PAULON, V. A. Utilização de Agregados Alternativos de Isoladores Elétricos de Porcelana em Concretos. Concreto y Cemento, Investigación y Desarrollo, v. 7, n. 1, p. 30-43, jul./dec. 2015. [ Links ]

FEDERATION INTERNATIONALE DE LA PRECONTRAINTE. Model Code 2010: final draft. London, 2012. [ Links ]

CORREIA, J. R.; BRITO, J.; PEREIRA, A. S. Effects on Concrete Durability of Using Ceramic Aggregates. Materials and Structures, v. 39, p. 169-177, 2006. [ Links ]

EUROPEAN STANDART. EN 1992-1-1: Eurocode 2: design of concrete structures: part 1-1: general rules and rules for buildings. 2004. [ Links ]

INTERNATIONAL FEDERATION FOR STRUCTURAL CONCRETE. Model Code 2010: final draft. Lousanne, 2012. vol. 1. Fib. Bulletin Nº 65. [ Links ]

KIM, S. W.; YUN, H. D. Influence of Recycled Coarse Aggregates on the Bond Behavior of Deformed Bars in Concrete. Enginnering Structures, v. 48, p. 133-143, 2013. [ Links ]

OLIVEIRA, M. J. E.; ASSIS, C. S. Aderência de Aço-Concreto Produzido Com Agregado Reciclado. Exata, São Paulo, v.4, n.1, p.135-141, 2006. [ Links ]

PINTO JUNIOR, N. O. Determinação Experimental da Aderência Aço-Concreto de Barras de Seção Transversal Oitavada. Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, São Paulo, 2006. Relatório técnico. [ Links ]

RILEM-FIP-CEB. Bond test for reinforcing steel. 1. Beam test (7-II-28 D). 2. Pull-Out Test (7-II-128). Tentative Recommendations. RILEM Journal Materials and Structures, v. 6, n. 32, p. 96-105, mar./apr. 1978. [ Links ]

RILEM-FIP-CEB. Bond test for reinforcing steel. Beam test, recommendation RC 5. Concrete Reinforcement Technology, Paris, 1983. [ Links ]

SIEMPU, R.; PANCHARTHI, R. K. Bond Characteristcs of Concrete Made of Recycled Agreggates From Building Demolition Waste. Magazine of Concrete Research, v. 69, n. 13/14, p. 665-682, jul. 2017. [ Links ]

XIAO, J.; FALKNER, H. Bond Behaviour Between Recycled Aggregate Concrete and Steel Rebars. Construction and Building Materials, v. 21, p. 395-401, 2007. [ Links ]

YANG, H.; DENG, Z.; INGHAN, J. M. Bond Position Function Between Corroded Reinforcement and Recycled Aggregate Concrete Using Beam Tests. Construction and Building Materials, v. 127, p. 518-526, 2016. [ Links ]

Recebido: 06 de Novembro de 2017; Aceito: 23 de Fevereiro de 2018

Luciano Passos

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Armando Lopes Moreno Junior

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