Concreto Leve – parte 2

Esse post dará continuidade ao assunto sobre o Concreto Leve, aprofundando um pouco mais através de estudos atuais. Para visualizar a primeira parte, clique aqui.

Estrutura porosa da argila expandida (Fonte: Ke, et al., 2009)

Estrutura porosa da argila expandida (Fonte: Ke, et al., 2009)

Como visto no primeiro post, o concreto leve é excelente para o isolamento térmico/acústico, e quando possui alta resistência, é possível utilizá-lo para funções estruturais pois o agregado leve apresenta excelente capacidade ligante com a pasta de cimento. Tais características particulares, estas que se aplicam de forma muito complexa, necessitam muitos ensaios experimentais para prever o comportamento do concreto leve. Isso também reflete nas propriedades do agregado leve: os grãos não são fáceis de serem cortados, eles geralmente são esmagados, o que torna difícil mensurar experimentalmente suas propriedades.

Os agregados leves possuem grande porosidade, o que acarreta em grande deformabilidade e baixa resistência à compressão se comparados com os agregados de peso normal. Esse fato faz com que o componente de fraqueza do concreto leve não seja a matriz de cimento, e sim o agregado leve. Portanto, o regime do desempenho mecânico do concreto leve não é controlado apenas pela matriz, e sim também pelo agregado.

A absorção de água, que é fácil de ser medida, pode ser uma síntese dos parâmetros complementares dos agregados leves, como espessura da camada exterior, macroporosidade e porcentagem de grãos quebráveis. O desempenho mecânico do concreto leve parece ser substancialmente proporcional à razão entre densidade e absorção.

Experimentos mostram que a resistência do concreto diminui com o aumento do volume da fração de agregado leve, isso ocorre porque a argamassa é mais resistente que o agregado. Para um baixo volume de fração de agregados, deve ter o cuidado de não formar o fenômeno de segregação. Para a mesma matriz de argamassa e um volume constante de fração de agregados, o coeficiente de absorção de água influencia negativamente o comportamento mecânico do concreto leve.

Acúmulo de bolhas de ar ao redor do agregado leve decorrente da absorção de água (Fonte: EUROLIGHTCON, 2000c).

Acúmulo de bolhas de ar ao redor do agregado leve decorrente da absorção de água (Fonte: EUROLIGHTCON, 2000c).

Portanto a densidade do agregado não é suficiente para caracterizar o comportamento mecânico dos concretos leves, pois os concretos apresentam módulos de elasticidade diferentes mesmo apresentando agregados de densidades iguais. Isso confirma o importante papel desempenhado pela camada externa das partículas de agregados nos comportamentos mecânicos destes. Logo, se basear apenas na densidade dos agregados fará com que os valores do módulo considerados serão descritos com alguma incerteza e, consequentemente, pode levar a previsão incorreta.

Um método utilizado para solucionar problemas complexos como este, é a Modelagem Computacional, que consiste em analisar os fenômenos e desenvolver modelos matemáticos para sua descrição, com a elaboração de códigos computacionais avançados. Além disso, a simulação computacional de ensaios mecânicos visa auxiliar na compreensão do comportamento dos materiais, diminuindo os gastos evidentes da análise experimental que requer a preparação de muitos corpos de prova, gerando altos custos, tempo de ensaio e desgaste dos instrumentos.

Malha de elementos finitos, com destaque para os agregados

Malha de elementos finitos, com destaque para os agregados

Porém, a modelagem das propriedades mecânicas do concreto feito com agregados leves é muito difícil de se realizar, devido ao alto grau de complexidade e heterogeneidade dos componentes do material. Contudo, alguns estudos se mostram promissores e convergem para criar uma ferramenta confiável e precisa que preveja as propriedades mecânicas do concreto leve. Como exemplos tem-se o Método iterativo de homogeneização inversa de Ke, et al. da University of Cergy-Pontoise na França, e o Método de inteligência computacional SVR elaborado na UFJF (link se encontra nas fontes).

Segregação do concreto leve pela frequência de vibração (Fonte: VIEIRA, 2000)

Segregação do concreto leve pela frequência de vibração (Fonte: VIEIRA, 2000)

Fontes: Estudo da Resistência à Compressão de Concretos Leves Produzidos com Argila Expandida Nacional – IBRACON 2009Estratégia computacional para avaliação de propriedades mecânicas do concreto, PGMC – UFJF; Ke, Y. et al., 2009. Influence of volume fraction and characteristics of lightweight aggregates on the mechanical properties of concrete; Ke, Y. et al., 2014. Micro-stress analysis and identification of lightweight aggregate’s failure strength by micromechanical modeling.

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